CS201307B1

CS201307B1 - Apparatus for measuring the mechanical and rheological properties of substances particularly the textural properties of foods and agricultural fruits

Info

Publication number: CS201307B1
Application number: CS508778A
Authority: CS
Inventors: Konstantin Kutev; Jiri Celba; Zdenek Havlicek
Original assignee: Konstantin Kutev; Jiri Celba; Zdenek Havlicek
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1980-10-31

Description

Vynález se týká přístroje pro měřeni mechanických a Teologických vlastnosti látek, zejména texturálnich vlastnosti potravin a zemědělských plodin, který pracuje v širokém rozsahu hodnot plně automaticky.The invention relates to an apparatus for measuring the mechanical and rheological properties of substances, in particular the textural properties of foodstuffs and agricultural crops, which operates in a wide range of values fully automatically.

Ve výzkumu i technické praxi je velmi důležité zjišťovat chování materiálu při působení vnějších sil, a to zejména při studiu vlastností hmoty určujících její kvalitu. Na významu nabývá v poslední době i objektivní hodnocení fyzikálních vlastnosti potravin a zemědělských plodin v celém průběhu Jejich existence,tj. počínaje zemědělskou prvovýrobou až po vlastni konzumaci.In research and technical practice it is very important to determine the behavior of the material under the influence of external forces, especially when studying the properties of matter determining its quality. Recently, objective evaluation of physical properties of foodstuffs and agricultural crops throughout their existence, ie. from agricultural primary production to consumption.

Pro realizaci mechanických zkoušek existuje celá řada přístrojů, kde se sila vyvozuje mechanicky, hydraulicky nebo elektricky. Zejména jsou rozšířeny přístroje pracující na principu šroubového lieu, které sice umožňuji měření velkých deformací, avšak nahodí se pro měřeni při konstantním zatíženi vzorku, například při zkouškách creepu materiálu. U pákových přístrojů i u lisů máji zatěžovaci diagramy většinou orientační charakter,jelikož mechanická registrační zařízení neumožňují zvětšeni údaje o deformaci vzorku. Vyhovující diagramy poskytuji přístroje s tenzometrickými elektrickými enimači a přislušným elektronickým, respektive elektrickým zařízením.There are a number of instruments for carrying out mechanical tests where the silo is generated mechanically, hydraulically or electrically. In particular, devices based on the principle of screw lie are widely used which, although they allow the measurement of large deformations, are suitable for measurement at a constant load on the sample, for example in the creep tests of the material. In both lever devices and presses, the load diagrams are mostly of an orientation character, since mechanical recording devices do not allow for increasing the deformation data of the sample. Compliant diagrams provide instruments with strain gauge electrical encoders and associated electronic and electrical devices respectively.

Tyto přístroje jsou těžké & velmi nákladné.These devices are heavy & very expensive.

V oboru objektivního měřeni mechanických a Teologických vlastností potravin a zemědělských plodin se používá bu3 různých mechanických přístrojů s ručním pohonem, nebo dvouramenné páky s výměnnými závažími (tenderometry, penetrometry, konzistometry), nebo přístrojů s elektrickým nebo hydraulickým pohonem a elektrickým záznamem zatěžující sily (texturometry), Nevýhodou je omezená oblast použiti jednoduchých přístrojů a velké nákladnost a složitost větších přístrojů. Kromě toho ss u většiny přístrojů vyjadřuji naměřenéIn the field of objective measurement of mechanical and rheological properties of foodstuffs and agricultural crops, either different hand-held mechanical devices, or two-arm levers with replaceable weights (tenderometry, penetrometers, consistency meters) or electrical or hydraulic actuators and load-bearing electrical recording (texturometers) are used. The disadvantage is the limited area of use of simple devices and the high cost and complexity of larger devices. In addition, in most devices, I express the measured values

201 307201 307

201 307 hodnoty v uzančních Jednotkách, které není možno porovnávat s jednotkami klasické fyziky ani navzájem.201 307 values in units of refusal that cannot be compared to classical physics units or to each other.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízeni podle vynálezu, kde proti zatéžovaclmu členu vzorku je uspořádán kompenzační stolek výškové přeetavitelný pomoci kompenzačního zařízeni, β výhodou reverzačniho motorku, zapojeného ne regulační kontakt ovládaný koncovou narážkou ne konci delšího ramene nerovnoramenné páky e posuvným závažím, přičemž pod regulačním kontaktem je umístěn zastavovaci kontakt zapojený na pohánšcl motorek posuvného závaží a ovládaný koncovou narážkou na konci delšího ramene nerovnoramenné páky, proti němuž je upraven doraz. Delší rameno nerovnoramenné páky je opatřeno brzdicím elektromagnetem.These disadvantages are overcome by a device according to the invention, wherein a height-removable compensating table is arranged opposite the sample loading member by means of a compensating device, advantageously a reversing motor connected to a control contact controlled by an end stop a stop contact connected to the drive of the sliding weight motor and operated by an end stop at the end of the longer arm of the unequal lever against which the stop is arranged. The longer arm of the unequal arm is equipped with a brake solenoid.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že ae zatěžovací nerovnoramenné páka 8 posuvným závažím udržuje v průběhu zatěžováni vzorku v podstatě ve vodorovné poloze, e že ee její malé regulační výchylky automaticky kompenzuji pohybem stolku ee vzorkem proti výchylce nerovnoramenné páky, Zatěžovací sila i deformace vzorku ee snímají elektrickými enimači sily. Při prováděni mechanických zkoušek, u nichž dochází nakonec při porušeni vzorku ke značnému poklesu jeho odporu, probíhá celý zatěžovací pochod včetně zastaveni přístroje plně automaticky. Zařízeni lze napojit na registrační a záznamové ústrojí.SUMMARY OF THE INVENTION [0003] The non-unequal loading lever 8 maintains a substantially horizontal position during loading of the sample, that its small control deviations are automatically compensated by moving the table ee with the sample against the unequal lever deflection. by electric force transducers. When performing mechanical tests, which eventually results in a significant drop in the resistance of the sample, the entire loading process including the instrument stopping is fully automatic. The device can be connected to a recording and recording device.

Přiklad provedeni přístroje podle vynálezu je znázorněn schematicky na připojeném výkresu nerovnoramenné páka 1 je otočně uložena na pevném ložisku 2. S nerovnoramennou pákou 1 je kloubové epojen zatěžovací člen 3 sloužící k přeneseni zatěžovací sily na vzorek 4 umístěný na výškově přestavitelném kompenzačním stolku 5. V kompenzačním atolku je zabudován elektrický odporový snímač 6 sily, která působí na vzorek 4, Mezi kompenzačním stolkem 5 a zatěžovacím členem 3 je upraven snímač 7 deformace vzorku 4 převádějící vzdálenost mezi kompenzačním stolkem 5 a zatěžovacím členem 3 na elektrický signál. K výškovému přestavováni kompenzačního stolku 5 a zatěžovacím členem 3 na elektrický signál. K výškovému přestavování kompenzačního stolku 5 slouží kompenzační zařízeni 8 vytvořené jako reverzačni elektromotor s otočnou objímkovou matici 9. Na kratším rameni nerovnoramenné páky 1 je nasunuto vyvažovači závaží 11 nulové polohy, na delším rameni je potom umístěno zatěžovací posuvné závaží 12 posouvané pomoci poháněciho motorku 13. Na konci delšího ramene nerovnoramenné páky je koncová narážka 14 regulačního kontaktu 15 zapojeného na kompenzační zařízeni 8,tj. reverzačni elektromotor, a zastavovacího kontaktu 16 zapojeného na poháněči motorek 13 posuvného závaží 12. Delší rameno nerovnoramenné páky 1 je opatřeno brzdicím elektromagnetem 18 působícím na obloukový výběžek 19 zmíněného delšího ramene. Na středu nerovnoramenné páky 1 u ložiska 2 je umístěn zatěžovací kontakt 20 zajišíujici ustaveni posuvného závaží 12 v nulové rovnovážné poloze.An exemplary embodiment of the apparatus according to the invention is shown schematically in the attached drawing the non-unequal arm 1 is rotatably mounted on a fixed bearing 2. A non-unequal arm 1 is articulated by a load member 3 serving to transfer the load force to a sample 4 located on a height-adjustable compensation table 5. There is an electrical resistance sensor 6 which acts on the sample 4 in the atoll. Between the compensation table 5 and the load member 3 there is provided a sample deformation sensor 7 converting the distance between the compensation table 5 and the load member 3 into an electrical signal. For height adjustment of the compensation table 5 and the load member 3 to an electrical signal. A compensating device 8 designed as a reversible electric motor with a rotating sleeve nut 9 is used for the height adjustment of the compensation table 5. On the shorter arm of the non-isosceler lever 1 the balancing weight 11 is slid. At the end of the longer arm of the non-isosceler lever, the end stop 14 of the control contact 15 is connected to the compensating device 8, i. a reversing electric motor, and a stop contact 16 connected to the drive motor 13 of the sliding weight 12. The longer arm of the unequal arm 1 is provided with a brake solenoid 18 acting on the arcuate projection 19 of said longer arm. A load contact 20 is provided at the center of the non-unequal lever 1 at the bearing 2 to position the sliding weight 12 in the zero equilibrium position.

Při měřeni se vloží měřený vzorek 4, například rajské jablko, na kompenzační stolek íj Posuvné závaží 12 je v nulové poloze. Zatěžovací kontakt 20 je rozepnut a nerovnoramenné páka 1 je ve vodorovné poloze. Koncová narážke 14 je nad regulačním kontaktem 15. Vzorek 4 se bu3 lehce dotýká, nebo je těsně před dotykem se zatěžovacím členem 3, Do této polohy se uetavi kompenzační stolek 5. Sila indikovaná elektrickým snímačem 6 a deformace vzorku 4 měřená snímačem 7 jsou nulové. Zapnutím poháněciho motorku 13 ve směru zatěžováni se pohybuje posuvné závaží 12 rovnoměrně po delším rameni nerovnoramenné páky 1 a plynule zatěžuje přes zatěžovací člen 3 vzorek 4. Tím se vzorek 4 postupně deformuje, elektrický snímač 6 snímá sílu zátěže a snímač 7 deformace snímá deformaci vzorku. Nerovnoramenné páka 1 se vychýlí o úhel Ol daný polohou regulačního kontaktu 15. Koncová narážka 14 zapne regulační kontakt 15; tlm se zapojí okruh kompenzačního zařízení 8,tj. reverzačniho elektromotorku, který pomoci objímkové matice 9 a šroubu 10 přestaví kompenzační stolek 5 směrem vzhůru, tím se zvedne delěi rameno nerovnoramenné páky 1 a rozpojí se regulační kontakt 15. Tento děj se opakuje periodicky tak dlouho, děkud nedojde k náhlé destrukci vzorku 4 a Jeho rozpadu. V tomto okamžiku odpor vzorku 4 prudce poklesne a delší rameno nerovnoramenné páky 1 s koncovou narážkou 14 rychle klesne směrem dolů. Po zapnuti regulačního kontaktu 15 se sice na okamžik zápoji kompenzační zařízeni 8,tj. elektromotor, který však již nestačí kompenzovat rychlý pohyb delšího ramene nerovnoramenné páky 1,During the measurement, the sample to be measured 4, for example a tomato, is placed on the compensation table 1. The sliding weight 12 is in the zero position. The load contact 20 is opened and the non-isosceler lever 1 is in the horizontal position. The end stop 14 is above the control contact 15. The sample 4 either touches slightly or is just before contact with the load member 3. The compensation table 5 melts into this position. The forces indicated by the electrical sensor 6 and the deformation of the sample 4 measured by the sensor 7 are zero. By switching on the drive motor 13 in the loading direction, the sliding weight 12 moves evenly over the longer arm of the non-unequal lever 1 and continuously loads the sample 4 over the loading member 3. This causes the sample 4 to deform gradually, the electrical sensor 6 senses the load. The non-unequal arm 1 swings by the angle λ given by the position of the control contact 15. The end stop 14 turns on the control contact 15; tlm the circuit of the compensating device 8, ie. a reversing electric motor which, by means of a collar nut 9 and a screw 10, moves the compensation table 5 upwards, thereby raising the arm of the unequal arm 1 and opening the control contact 15. This process repeats periodically until sample 4 and its sudden destruction occur. decay. At this point, the resistance of the sample 4 drops sharply and the longer arm of the non-unequal lever 1 with the end stop 14 drops rapidly downwards. When the control contact 15 is switched on, the compensating device 8, i.e. for a moment, is switched on. electric motor, however, it is no longer sufficient to compensate for the rapid movement of the longer arm of the non-unequal lever 1,

201 307 které vypne pří dalším pohybu regulační kontakt 15 a koncovou narážkou 14 9epne zestavovaci kontakt 16 a zastaví se na dorazu 17. Zaetavovaci kontakt 16 vypne poháněči motorek 13 posuvného závaží 12 a tim zastaví další zatěžováni, popřípadě také zastaví posuv registrač nlho papíru v záznamovém zařízeni a indikuje například opticky ukončení měřeni. Vhodnou volbou rychlosti otáčení kompenzačního zařízeni 8 vytvořeného jako elektromotorek a poháněcího motorku 13 Je možno obsáhnout měřeni celé řady materiálů, od velmi křehkých, až po materiály se značným podílem viskózni složky. Měřeni tvrdosti lze provádět stejným způsobem, jako měřeni pevnosti. Destrukce materiálu se projevi porušením povrchových vrstev vzorku a proniknutím zkušebního tělesa do vzorku.201 307, which switches off the regulating contact 15 and stops by the end stop 14 9, closes the positioning contact 16 and stops at the stop 17. The closing contact 16 switches off the drive motor 13 of the sliding weight 12 and thereby stops further loading or stops feeding of the recording paper in the recording paper. and indicates, for example, optically the end of the measurement. By appropriately selecting the rotational speed of the compensating device 8 formed as an electric motor and the driving motor 13, it is possible to measure a wide variety of materials, ranging from very brittle to materials with a large proportion of the viscous component. Hardness measurements can be made in the same way as strength measurements. The destruction of the material results in the failure of the surface layers of the sample and penetration of the specimen into the sample.

Přistroj umožňuje ještě další druhy měření. Při měření relaxace napětí se uvede v činnost brzdicí elektromagnet 18, který zafixuje nerovnoramennou páku 1 ve vodorovné poloze, zatímco zatěžovacl posuvné závaží 12 se ustavi do zvolené polohy představující určitou zatěžovacl silu. Vypnutím brzdicího elekromagnatu 18 se vzorek 4 rychle stlačí na požadovanou deformaei nastavenou pomoci dorazu 17 a potom se při této deformaci sleduje klesání vnitřního napětí v závislosti na čase. Čteni hodnot se provádí pomoci polovodičového elektrického snímače 6 sily.Other types of measurements are possible. To measure stress relaxation, the brake solenoid 18 is actuated, which fixes the non-isosceler lever 1 in a horizontal position, while the load sliding weight 12 is brought into a selected position representing a certain load force. By switching off the braking electromagnat 18, the sample 4 is quickly compressed to the desired deformation set by the stop 17 and then the internal voltage drop is monitored as a function of time. The reading of values is carried out by means of a semiconductor electric force sensor 6.

Při měřeni creepu (tečení materiálu) se vzorek 4 skokem zatiži předem stanovenou konstantní silou vypnutím brzdicího elektromagnetu 18 a sleduje se časová závislost deformace vzorku, čteni hodnot se provádí pomoci snímače 7 deformace.In measuring the creep, the sample 4 is jumped by a predetermined constant force by switching off the braking solenoid 18 and the time dependence of the sample deformation is monitored, and the reading of the values is performed by the deformation sensor 7.

Při meřěni penetrometrickém a vtlačovaným kuželovým nebo válcovým tělesem se zatíženi aplikuje skokem jako u creepu. čteni hodnot deformace se provádí pomoci snímače 7 deformace.When measuring with a penetrometric and indented conical or cylindrical body, the load is applied by jumping as in creep. the deformation reading is performed by the deformation sensor 7.

Příklady využití přístroje podle vynálezu v praxi:Examples of practical use of the device according to the invention:

U rajčat byla měřena pevnost v tlaku celého plodu a pevnost slupky. Na základě výsled ků byl vypracován sortiment rajčat vhodný pro mechanickou sklizeň.In the case of tomatoes, the crushing strength of the whole fruit and the peel strength were measured. Based on the results, a range of tomatoes suitable for mechanical harvesting was developed.

U trvanlivého pečivá byla měřena pevnost v ohybu pro potřebu technologie výroby, zejména pokud jde o vyhledáni nejvhodnějšiho tvaru s ohledem na minimálni poškozeni při výrobě, balení, respektive přepravě do obchodní šitě.In the case of durable pastry, the bending strength was measured for the needs of the production technology, in particular regarding the search for the most suitable shape with regard to minimal damage during production, packaging or transport to the commercial sieve.

Byla provedena měřeni pevnosti dužiny jahod pěstovaných pro konzervárenský průmysl a měřeni síly potřebné pro odtrženi stopky od plodu pro účely zpracovatelské a pro mechanické odstopkováni. Byla sledována pevnost v průběhu zráni a stanovena optimální sklizňová zralost.The pulp firmness of strawberries grown for the canning industry was measured and the force required to shear the stalk from the fruit for processing and mechanical chipping purposes. Strength during maturation was monitored and optimal harvest maturity was determined.

Podobně tomu bylo u angreštu a zeleného hrášku pro sterilaci.Similarly, gooseberries and green peas for sterilization.

Přístroje podle vynálezu lze využit ve výzkumu a v technické praxi,zejména v oborech potravinářských a zemědělských.The devices according to the invention can be used in research and technical practice, especially in the food and agricultural fields.

Claims

Object of the invention

1. Apparatus for measuring the mechanical and theological properties of substances, in particular the textural properties of foodstuffs and agricultural crops, comprising an electric force sensor and a sample deformation sensor, comprising a non-unequal lever with a load member and a sliding weight displaced by a propulsion motor; opposite to the load member (3) a compensating table (5) is adjustable by means of a compensating device (8), preferably a reversing motor, connected to a control contact (15) controlled by an end stop (14) at the end of the longer arm of the non-unequal lever (1); wherein the rod of the control contact (15) is a stop contact (16) connected to the drive motor (13) of the sliding weight (12) and actuated by an end stop (14) at the end of the longer arm of the non-unequal lever (1) ).

Device according to claim 1, characterized in that the longer arm of the non-unequal lever (1) is provided with a brake electromagnet (18),