Спосіб визначення температурної залежності граничної напруги зсуву для харчових продуктів

Реферат: Спосіб визначення температурної залежності граничної напруги зсуву для харчових продуктів, відповідно до якого, визначається зусилля проникнення індентора в продукт, у якому використовують циліндричний індентор оригінальної конструкції із сферою на нижній основі та вбудованим термометром. Будують графік зростання зусилля проникнення і співставляють його з графіком зміни температури. UA 84787 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОЇ ЗАЛЕЖНОСТІ ГРАНИЧНОЇ НАПРУГИ ЗСУВУ ДЛЯ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ UA 84787 U UA 84787 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до харчової промисловості, а саме до визначення залежності структурно-механічних властивостей від температури харчового продукту. Деякі харчові продукти мають здатність не починати рух до тих пір, поки прикладена сила, менша певної величини, характерної для даної маси продукту та площі поверхні його руху, ця сила називається граничною напругою зсуву. Гранична напруга зсуву - це одна із реологічних характеристик продукту і використовується для оцінки міцності структури. Значення граничної напруги зсуву визначають методом пенетрації - тобто визначення опору продукту проникненню індентора (відомих геометричних розмірів) за певної температурі і заданого часу. Дослідження проводять з постійним зусиллям; з постійною глибиною занурення; з сталою швидкістю занурення. Сучасні пластоміри дозволяють автоматично отримати залежність граничної напруги зсуву від швидкості зсуву, проте більшість приладів не враховують температурні градієнти всередині досліджуваного зразка. Найчастіше граничну напругу зсуву визначають за допомогою конічного пластоміра. Індентор, що має форму конуса, із певним зусиллям занурюють в досліджуваний продукт. Із зануренням конуса в масу зростає площа поверхні заглиблення. На деякій глибині занурення настає рівновага сил: індентор зупиняється. В цей час напруга зсуву на стінці конусного індентора дорівнює граничній напрузі зсуву. Знаючи навантаження на конус і геометричні особливості конуса, можна визначити граничну напругу зсуву. Для фіксування граничної напруги зсуву широко використовуються напівавтоматичні пенетрометри з електроприводом переміщення індентора та з оптико-електронною вимірювальною системою. Безумовними перевагами використання таких приладів є висока точність та стабільність показників, проте, суттєвим недоліком є визначення граничної напруги зсуву продукту вцілому, без врахування можливої різниці температур шарів продукту. Для визначення граничної напруги зсуву можна використовувати прилад Симоняна А.А. ["Структурно-механические характеристики пищевых продуктов" под ред. A.M. Горбатова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-286 с.]. Принцип роботи приладу заснований на вимірюванні найменшого зусилля, при якому починається витікання продукту із циліндра, а фіксація зусилля визначається за деформацією полімерної мембрани поршня. Оскільки шари продукту перемішуються, то визначається гранична напруга зсуву продукту за середньої температури. Проте велику похибку вимірювань створює нагрівання чи охолодження стінок циліндра внаслідок різниці температур між продуктом та навколишнім середовищем та зміну температури під час тертя продукту об циліндр. Найближчим аналогом до способу, що заявляється, є спосіб визначення граничної напруги зсуву С.Я. Вейлера ["Структурно-механические характеристики пищевых продуктов" под ред… A.M. Горбатова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - С. 48-49], в якому для визначення граничної напруги зсуву визначають час та зусилля переміщення двох плоскопаралельних пластинок в продукті за сталої швидкості. Недоліком способу є неможливість врахування температурних градієнтів всередині зразка продукту. Запропонований спосіб відрізняється від найближчого аналога тим, що, по-перше: використовують металевий індентор оригінальної конструкції, який має форму циліндра із напівсферою на нижній основі, в напівсферу запаяний германіємо-кремнієвий термоелектроперетворювач, який виконує функції електронного термометра, що дозволяє визначити температуру окремих шарів продукту, а форма циліндру мінімізує перемішування рідини під час руху індентора. По-друге, запропонований спосіб дозволяє визначати граничну напругу зсуву окремих фракцій продукту за рахунок математико-статистичної обробки не лише кінцевого результату (зусилля пенетрації), а і побудови функції залежності зусилля пенетрації від температури. В основу корисної моделі поставлена задача - розробити спосіб визначення залежності граничної напруги зсуву від температури продукту, за рахунок удосконалення конструкції індентора, співставлення даних температури шару продуту та зусилля переміщення індентора всередині шару продукту. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення температурної залежності граничної напруги зсуву для харчових продуктів, згідно з корисною моделлю, для одночасного визначення зусилля проникнення індектора в продукт та температури досліджуваного зразка, використовують циліндричний індектор з сферою на нижній основі та вбудованим термометром, будують графік зростання зусилля проникнення і співставляють його з графіком зміни температури. Зразок вкладають до циліндричної ємності, діаметр якої є значно більшим за діаметр індентора, а висота від 4 до 15 см, в залежності від властивостей продукту. Для мінімізації пустот продукт ретельно втрамбовують, його поверхню горизонтально вирівнюють. 1 UA 84787 U 5 Залежно від задачі дослідження можливе нагрівання або охолодження продукту перед проведенням вимірювань. Індентор із рівномірною швидкістю (V) опускають у досліджуваний зразок під кутом 90° до його поверхні, за таких умов зусилля проникнення інтентора (fі) не буде рівномірним. Якщо продукт має однорідну структуру, то зусилля проникнення буде змінюватися за залежністю: од  kfin  U , 10 15 20 (1) де: од - гранична напруга зсуву термічно однорідного продукту; k , n , U - коефіцієнти, що характеризують індивідуальні властивості досліджуваного продукту. За умови неоднорідності структури продукту, на графіку зміни зусилля проникнення за часом, буде видно локальні стрибкоподібні неоднорідності. Тому при визначенні залежності граничної напруги зсуву від температури зразка важливо фіксувати значення зусилля та температури індентора з мінімальним інтервалом. За допомогою електронного динамометра фіксують зусилля проникнення індентора та його температуру кожні 0,005…0,02 с. Після проникнення індентора в нижні 0,5…2 см продукту значну похибку вноситимуть придонні сили, тому вимірювання припиняють при досягненні індентором глибини 4/5 шару продукту придонні шари продукту. Розрахунок граничної напруги зсуву певного шару продукту або за певної температури зразка проводять за формулою: од  k  fi , h2 (2) де: k  - коефіцієнт пенетрометра, h - глибина занурення індентора. Коефіцієнт пенетрометра визначають за спеціально розробленою формулою: 25   k   d2  cos  ,  2 (3) де: d - діаметр індентора;  - зенітний кут сегмента сфери на нижній основі індентора. Якщо продукт має термічні неоднорідності, які значно впливають на його структурномеханічні властивості, то зусилля пенетрацї буде змінюватися за залежністю: 30 n од  kfi 35 40 45 t t0 U, (4) де: t - температура шару продукту; t 0 - температура фазового переходу продукту в твердий стан;  - коефіцієнт, що характеризує термічну залежність структурно-механічних властивостей продукту. За допомогою інтерполяції відсікаються всі стрибкоподібні зміни зусилля проникнення індентора, що обумовлені неоднорідностями продукту. Отриманий масив даних аналізують за допомогою програмного забезпечення та визначають коефіцієнт термічної залежності граничної напруги зсуву від температури. Запропонований спосіб визначення залежності граничної напруги зсуву від температури харчових продуктів сприяє удосконаленню способів комплексної оцінки структурно-механічних властивостей та термічної стійкості сировини, напівфабрикатів та готових виробів в кореляційній залежності від зусилля проникнення індентора в досліджуваний зразок із врахуванням температурних неоднорідностей продукту. Технічний результат полягає у швидкому та об'єктивному оцінюванні граничної напруги зсуву із врахування термічних градієнтів продукту. 2 UA 84787 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб визначення температурної залежності граничної напруги зсуву для харчових продуктів, що включає визначення зусилля проникнення індентора в продукт, який відрізняється тим, що використовують циліндричний індентор оригінальної конструкції із сферою на нижній основі та вбудованим термометром для одночасного визначення зусилля проникнення індентора в продукт та температури досліджуваного зразка; будують графік зростання зусилля проникнення і співставляють його з графіком зміни температури. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3