CN104048900A - 一种淀粉粘度测试仪和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测试仪器领域的一种淀粉粘度测试仪，包括电炉、转桶，转子、步进电机、扭力矩传感器、温度控制仪以及计算机，所述转桶置于所述电炉内，所述温度控制仪连接所述电炉，控制所述转桶内样品的温度依次处于匀速上升、恒温、匀速下降和再恒温的状态，所述扭力矩传感器与所述步进电机同轴连接；所述转子包括转轴以及与位于所述转轴底端的搅拌桨,所述转子通过所述转轴，与所述步进电机的底部可拆卸地同轴连接，所述搅拌桨上均布有若干个通孔；所述转子从所述转桶的顶部伸入转桶，并可在所述转桶内旋转，所述计算机连接所述扭力矩传感器。其技术效果是：能在不更换扭力矩传感器的前提下，保证对于淀粉粘度测量准确性的要求。

Description

一种淀粉粘度测试仪和测量方法

技术领域

本发明涉及测试仪器领域的一种淀粉粘度测试仪和测量方法。

背景技术

淀粉是粮食作物中的主要成分，在淀粉和水构成的悬浮液中，淀粉微晶束熔融的过程称为淀粉的糊化。淀粉粘度是指淀粉悬浮液加热至糊化温度以上时所形成的样品粘性的度量，是反映淀粉糊化特性的重要指标，该指标的测量是食品等工业中的常规测量项目。目前的测量淀粉粘度的淀粉粘度测试仪都是在德国布拉本德淀粉粘度测试仪的基础上进行研制的。

请参阅图1，在申请日为2012年9月4日，申请号为201220447156.0的发明专利申请中，公布了一种淀粉粘度测试仪，包括升降装置7、转子3、冷却棒300、转桶2、电炉1、扭力矩传感器5、温度传感器(图中未显示)、步进电机4和计算机9。其中步进电机4位于电炉1的下方，用于带动位于电炉1内的转桶2的旋转。升降装置7控制转子3的高度，使转子3从转桶2的上方伸入转桶2，对转桶2内的样品进行测量。测量的过程中，转桶2与转子3之间产生剪切作用，步进电机4产生一个扭力矩，扭力矩与样品的粘度成正比。位于转子3上方的扭力矩传感器5发出与该扭力矩大小成正比的电信号，传递给与其连接的计算机9，计算机9按照GB/T22427.7–2008国家标准中对于德国布拉本德淀粉粘度测试仪使用的相关规定以相同的时间间隔，将该电信号转为数字信号并存储在其存储器中，绘制转桶2内样品的温度，以及步进电机4的扭力矩随时间变化的曲线。冷却棒300与转子3是一体的，并与转子3一起伸入转桶2，对转桶2内的样品进行冷却。所述温度传感器同时连接电炉1和冷却棒300，按照GB/T22427.7–2008国家标准对于德国布拉本德淀粉粘度测试仪使用的相关规定，对转桶2中样品的温度进行控制。

淀粉结构的种类很多，不同结构的淀粉在粘度上的差异非常大，为了满足对于淀粉粘度进行测量的要求，扭力矩传感器量程范围大,影响了扭力矩和粘度测量的准确性，同时还要经常为了测量不同粘度的淀粉更换不同的扭力矩传感器，提高了淀粉粘度测试仪的成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种淀粉粘度测试仪以及一种淀粉粘度测量方法，其能在不更换扭力矩传感器的前提下，满足对于淀粉粘度测量准确性的要求。

实现上述目的的一种技术方案是：一种淀粉粘度测试仪，包括电炉、转桶，转子、步进电机、扭力矩传感器、温度控制仪以及计算机，所述转桶置于所述电炉内，所述温度控制仪连接所述电炉，控制所述转桶内样品的温度依次处于匀速上升、恒温、匀速下降和再恒温的状态，所述扭力矩传感器与所述步进电机同轴连接；

所述转子包括转轴以及与位于所述转轴底端的搅拌桨,所述转子通过所述转轴，与所述步进电机的底部可拆卸地同轴连接，所述搅拌桨上均布有若干个通孔；所述转子从所述转桶的顶部伸入转桶，并可在所述转桶内旋转，在所述转子旋转的过程中，所述步进电机受到与所述转桶内样品的粘度成正比，与所述搅拌桨的受力面积S_受力呈正比的扭力矩，所述扭力矩传感器生成幅度与该扭力矩大小呈正比的电信号；

所述计算机连接所述扭力矩传感器，以相同的时间间隔采集所述扭力矩传感器生成的电信号，并将其转成数字信号后计算所述转桶内样品的粘度并记录。

进一步的，所述电炉包括:风冷装置和加热装置，所述风冷装置和所述加热装置分别连接所述温度控制仪，所述温度控制仪控制所述风冷装置和所述加热装置的功率。

进一步的，所述扭力矩传感器与所述步进电机的底部同轴连接，所述转子的转轴与所述扭力矩传感器的底部可拆卸地同轴连接。

再进一步的，所述转子是通过位于所述转轴顶部的转头与所述扭力矩传感器的底部可拆卸地同轴连接的。

进一步的，所述搅拌桨的高度大于所述转桶高度的二分之一，而小于所述转桶高度的三分之二。

进一步的，所述搅拌桨上的通孔为在所述搅拌桨上从下至上，呈单列分布的若干个圆形、正多边形或者平行四边形的通孔。

进一步的，所述通孔为在所述搅拌桨上呈多列分布的若干个通孔。

进一步的，所述步进电机和所述扭力矩传感器固定在一个升降装置上。

本发明的另外一种方法是：一种淀粉粘度测量方法，包括下列步骤：

(1)根据转子的搅拌桨上通孔的通孔总面积S_通孔和待测样品的粘度预测值，选择合适的转子，安装在步进电机的底部上，将电炉与温度控制仪连接，计算机与扭力矩传感器连接；

(2)在位于电炉的转桶内加入待测样品，使待测样品淹没所述搅拌桨，使所述搅拌桨的底端与所述转桶底部之间的距离在1～1.5mm之间；

(3)开启所述温度控制仪和所述扭力矩传感器，所述温度控制仪控制所述转桶内样品的温度依次处于匀速上升、恒温、匀速下降和再恒温的状态，所述扭力矩传感器生成幅度与所述转桶内样品粘度成正比的电信号，所述计算机以相同的时间间隔采集所述扭力矩传感器生成的电信号，并将其转成数字信号后计算所述转桶内样品的粘度并记录；

(4)所述计算机绘制所述转桶内样品的温度，以及所述转桶内样品的粘度随时间变化的曲线。

采用了本发明的一种淀粉粘度测试仪的技术方案，即通过为配备不同的转子，通过在每种转子的搅拌桨上设置若干个通孔，每种转子上通孔的通孔总面积占搅拌桨单侧面积的比例是不同的，根据扭力矩传感器的量程，选择合适转子的淀粉粘度测试仪的技术方案。其技术效果是：能在不更换扭力矩传感器的前提下，保证对于淀粉粘度测量准确性的要求。

采用了本发明的一种淀粉粘度测量方法的技术方案，根据转子的搅拌桨上通孔的通孔总面积S_通孔和待测样品的粘度预测值，选择合适的转子，再进行淀粉粘度测量的淀粉粘度测量方法的技术方案。其技术效果是：能在不更换扭力矩传感器的前提下，保证对于淀粉粘度测量准确性的要求。

附图说明

图1为现有技术明的一种淀粉粘度测试仪的结构示意图。

图2为本发明的一种淀粉粘度测试仪的结构示意图。

图3为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第一种转子的示意图。

图4为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第二种转子的示意图。

图5为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第三种转子的示意图。

图6为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第四种转子的示意图。

图7为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第五种转子的示意图。

图8为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第六种转子的示意图。

图9为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第七种转子的示意图。

图10为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第八种转子的示意图。

图11为本发明的一种淀粉粘度测试仪中第九种转子的示意图。

图12为本发明的一种淀粉粘度测试仪中转桶内样品的温度和步进电机的扭力矩随时间变化的曲线。

具体实施方式

请参阅图2至图12，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

请参阅图2，本发明的一种淀粉粘度测试仪，包括电炉1、转桶2，转子3、步进电机4、扭力矩传感器5、支架6、升降装置7、温度控制仪8和计算机9。步进电机4按照GB/T22427.7–2008国家标准对于德国布拉本德淀粉粘度测试仪使用的相关规定的转速运转。

其中，电炉1置于支架6上，支架6的底部设有水平螺旋调节装置61，用于调节电炉1与水平地面垂直。

转桶2置于电炉1中，由于电炉1已调节与水平地面垂直，因此转桶2也是与水平地面垂直的。

电炉1内置风冷装置(图中未显示)和加热装置(图中未显示)，风冷装置和加热装置均连接温度控制仪。根据GB/T22427.7–2008国家标准中有关使用德国布拉本德淀粉粘度测试仪的要求设定好温度控制仪8的升温程序。温度控制仪8按事先设定好的升温程序，控制加热装置和风冷装置的功率，转桶2内样品的温度，按照GB/T22427.7–2008国家标准的规定，依次处于匀速上升、恒温、匀速下降和再恒温的状态。

升降装置7与支架6相连，并与支架6垂直。步进电机4固定在升降装置7上，并可随着升降装置7升降。扭力矩传感器5与步进电机4的底部同轴连接。

转子3整体是由具有高抗扭转模量的不锈钢制成的中，以保证测量过程中转子3不变形，保证淀粉粘度测量的重复性。转子3包括转轴31以及与位于转轴31底端的搅拌桨32，转子3的转轴31与扭力矩传感器5的底部可拆卸地同轴连接，即转子3的转轴31通过扭力矩传感器5与步进电机4的底部可拆卸地同轴连接。本实施例中，转子3的转轴31是通过转轴31顶端的转头311与扭力矩传感器5的底部可拆卸地同轴连接的。

转子3从转桶2的顶端伸入转桶2，并可在步进电机4的带动下，在转桶2内沿着转桶2的中心轴旋转。即转子3、转桶2和电炉1是同轴的。通过升降装置7，调整转子3的高度，使转桶2内的样品浸没转子3的搅拌桨32，同时搅拌桨32距离转桶2底壁的距离在1～1.5mm之间。

本发明中最大的改进在于，在搅拌桨32上增加了若干个均匀分布的通孔321。由于淀粉粘度进行测量过程中，搅拌桨32受到了转桶2内样品给予其的剪切力的作用。在该剪切力的作用下，步进电机4产生扭力矩。该扭力矩与搅拌桨32对于剪切力的受力面积S_受力和转桶2内样品的粘度，以及步进电机4的转速均呈正比。扭力矩传感器5测量步进电机4产生的扭力矩，并产生幅度和扭力矩的大小呈正比的电信号。

搅拌桨32对于该剪切力的受力面积S_受力为搅拌桨32的单侧面积S与通孔321的通孔总面积S_通孔之差。搅拌桨32的单侧面积S即搅拌桨32底边长d与搅拌桨32高度h的乘积。搅拌桨32对于该剪切力的受力面积S_受力的公式可表示为：

S_受力＝S-S_通孔＝d×h-S_通孔

淀粉粘度的计算公式为：

其中η为样品的粘度，T为步进电机4的扭力矩，N_r为步进电机4的转速。

在该淀粉粘度测试仪中，根据转桶2内样品粘度最大值的预测，选择不同的转子3，不同的转子3，其搅拌桨32上通孔总面积S_通孔是不一样的。通过使用有不同通孔总面积S_通孔的搅拌桨32的转子3，保证在对转桶2的粘度进行测量时，步进电机4所受到的扭力矩与扭力矩传感器5的量程范围相匹配，尤其是可以选择量程更小，灵敏度更高的扭力矩传感器5，以保证对于转桶2内样品粘度测量的准确性。

同时，为了保证测量的精确性，搅拌桨32的高度大于搅拌桨32的长度，优选为搅拌32的高度h为搅拌桨32长度d的二至三倍，并大于转桶2高度的二分之一，而小于转桶2高度的三分之二，既保证搅拌桨32对于转桶2内样品所产生剪切力有足够的受力面积S_受力，又能保证转桶2内样品能在转桶2内浸没搅拌桨32，以保证测试结果的准确性。

本实施例中，淀粉粘度测试仪一共配备了九种转子3。

请参阅图3至图8，转子3的搅拌桨32上的通孔321为在搅拌桨32上从下至上，呈单列分布的四个圆形的通孔321、四个正三角形的通孔321，四个正方形的通孔321，三个正六边形的通孔321，或者五个平行四边形的通孔321。请参阅图9至图11，搅拌桨上的通孔321为在搅拌桨32上呈单行两列的矩形的通孔321，呈两行两列排列的矩形的通孔321，以及排列成网格状的通孔321。

同时，由于在搅拌桨32上增加了通孔321，转子32加工简单、清洗方便、对样品搅拌更均匀，进一步改善了样品粘度的测量的准确性，也利于整个淀粉粘度测试仪的维护。

计算机9连接扭力矩传感器5，按照GB/T22427.7–2008国家标准对于德国布拉本德淀粉粘度测试仪使用的相关规定，以相同的时间间隔采集扭力矩传感器5生成的电信号，并将电信号转成数字信号后计算所述转桶内样品的粘度并将扭力矩传感器5测到的扭力矩和转桶2样品的粘度保存在计算机中，并绘制出扭力矩传感器5测到的扭力矩，以及转桶2内样品的温度随时间变化的曲线，显示在计算机9的屏幕上，如图12所示。然后根据图12，计算转桶2内样品的成糊温度、峰值粘度、95℃开始保温时的粘度、95℃结束保温时的粘度、50℃开始保温时的粘度、50℃结束保温时的粘度、降落值和回生值。如表A.1所示。

表A.1玉米淀粉粘度曲线的评价表

关键点	评价指标	时间(HH：MM：SS)	扭矩(粘度)/BU	温度/℃
					A	成糊温度	00：25：55	13	73.7
B	峰值粘度	00：37：40	630	91.1
					C	95℃开始保温时的粘度	00：40：00	587	94.8
D	95℃保温结束后的粘度	1：10：00	397	95.0
					E	50℃开始保温时的粘度	1：40：00	977	50.1
F	50℃保温结束后的粘度	2：10：00	967	50.0
					B-D	降落值	-	233	-
E-D	回生值	-	579	-

本发明的一种淀粉粘度测试仪可以自动测量各种淀粉的特征温度和粘度，如样品的成糊温度、峰值粘度、95℃开始保温时的粘度、95℃结束保温时的粘度、50℃开始保温时的粘度、50℃结束保温时的粘度、降落值和回生值等，具有方便、准确、高效的特点。其是一种经济实用的淀粉粘度测试仪，符合国家标准GB/T22427.7-2008中有关使用德国布拉本德淀粉粘度测试仪的要求，可替代进口。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种淀粉粘度测试仪，包括电炉、转桶，转子、步进电机、扭力矩传感器、温度控制仪以及计算机，所述转桶置于所述电炉内，所述温度控制仪连接所述电炉，控制所述转桶内样品的温度依次处于匀速上升、恒温、匀速下降和再恒温的状态，所述扭力矩传感器与所述步进电机同轴连接，其特征在于：

所述转子包括转轴以及与位于所述转轴底端的搅拌桨,所述转子通过所述转轴，与所述步进电机的底部可拆卸地同轴连接，所述搅拌桨上均布有若干个通孔；所述转子从所述转桶的顶部伸入转桶，并可在所述转桶内旋转，在所述转子旋转的过程中，所述步进电机受到与所述转桶内样品的粘度成正比，与所述搅拌桨的受力面积S_受力呈正比的扭力矩，所述扭力矩传感器生成幅度与该扭力矩大小呈正比的电信号；

所述计算机连接所述扭力矩传感器，以相同的时间间隔采集所述扭力矩传感器生成的电信号，并将其转成数字信号后计算所述转桶内样品的粘度并记录。

2.根据权利要求1所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述电炉包括:风冷装置和加热装置，所述风冷装置和所述加热装置分别连接所述温度控制仪，所述温度控制仪控制所述风冷装置和所述加热装置的功率。

3.根据权利要求1所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述扭力矩传感器与所述步进电机的底部同轴连接，所述转子的转轴与所述扭力矩传感器的底部可拆卸地同轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述转子是通过位于所述转轴顶部的转头与所述扭力矩传感器的底部可拆卸地同轴连接的。

5.根据权利要求1所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述搅拌桨的高度大于所述转桶高度的二分之一，而小于所述转桶高度的三分之二。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述搅拌桨上的通孔为在所述搅拌桨上从下至上，呈单列分布的若干个圆形、正多边形或者平行四边形的通孔。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述通孔为在所述搅拌桨上呈多列分布的若干个通孔。

8.根据权利要求1所述的一种淀粉粘度测试仪，其特征在于：所述步进电机和所述扭力矩传感器固定在一个升降装置上。

9.一种淀粉粘度测量方法，包括下列步骤：

(1)根据转子的搅拌桨上通孔的通孔总面积S_通孔和待测样品的粘度预测值，选择合适的转子，安装在步进电机的底部上，将电炉与温度控制仪连接，计算机与扭力矩传感器连接；

(2)在位于电炉的转桶内加入待测样品，使待测样品淹没所述搅拌桨，使所述搅拌桨的底端与所述转桶底部之间的距离在1～1.5mm之间；

(3)开启所述温度控制仪和所述扭力矩传感器，所述温度控制仪控制所述转桶内样品的温度依次处于匀速上升、恒温、匀速下降和再恒温的状态，所述扭力矩传感器生成幅度与所述转桶内样品粘度成正比的电信号，所述计算机以相同的时间间隔采集所述扭力矩传感器生成的电信号，并将其转成数字信号后计算所述转桶内样品的粘度并记录；

(4)所述计算机绘制所述转桶内样品的温度，以及所述转桶内样品的粘度随时间变化的曲线。