PL210484B1 - Urządzenie do wyznaczania parametrów reologicznych artykułów żywnościowych lepkosprężystych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wyznaczania parametrów reologicznych artykułów żywnościowych lepkosprężystych.

Chcąc uzyskać kompletną informację o lepkosprężystych cechach materiału, należy wykonać bardzo czasochłonne pomiary statyczne pełzania, retardacji i relaksacji naprężeń, co może doprowadzić do poważnych zmian chemicznych i fizycznych badanego materiału biologicznego, na przykład żywności.

Stosowane do tej pory urządzenia działające statycznie na badaną próbę, ograniczają się jedynie do wyznaczenia jednego lub dwóch parametrów, takich jak czas relaksacji lub retardacji oraz moduł sprężystości lub lepkości - wyliczanych za pomocą skomplikowanych i żmudnych metod analitycznych. Pełna charakterystyka reologiczna wymaga określenia większej niż dotychczas liczby parametrów.

Znane z literatury patentowej urządzenia nie zmieniają zasady pomiaru parametrów, ale koncentrują się na szybkości uzyskiwania wyników przez zastosowanie elektronicznych sensorów lub na utrzymaniu przez potrzebny czas pożądanych dla prawidłowego przebiegu próby parametrów otoczenia, takich jak wilgotność czy temperatura otoczenia.

Do pierwszej grupy urządzeń można zaliczyć urządzenie przedstawione w amerykańskim opisie patentowym US 6 142 010. Penetracyjny twardościomierz oparty jest o klasyczną, sztywną ramę i śrubowy napęd systemu nacisku i penetracji suwaka penetrującego próbkę. Sensory umożliwiają szybki odczyt wartości i przesłanie sygnału do komputera pozwalającego na szybką interpretację wyników. Także reometr opisany w brytyjskim zgłoszeniu patentowym WO 03/048743 oparty jest o zasadę pomiaru oporu jaki stawia próbka penetrującej ją części urządzenia. Urządzenie przedstawione w japońskim zgłoszeniu patentowym JP2005172517 należy do drugiej grupy urządzeń, w których nacisk kładzie się na warunki otoczenia próbki. W tym przypadku próby przeprowadza się w kąpieli utrzymującej przez cały czas trwania próby stałą wilgotność i temperaturę próbki. Podstawowe wady tych urządzeń i aparatów to małe prędkości deformacji i jednostajny ruch narzędzia, wynikający z zastosowania napędu śrubowego. Wady te stawiają urządzenia w rzędzie aparatów do testów statycznych, realizujących warunki kinematyczne testu dalekie od tych, które panują w jamie ustnej podczas żucia artykułów żywnościowych. Znane jest urządzenie opisane w polskim zgłoszeniu patentowym nr PL380030, które próbuje naśladować obciążenia jakie w realnych warunkach działają na artykuły żywnościowe. Przedstawione w nim urządzenie charakteryzuje się tym, że do realizacji ruchu obrotowego zastosowano stałoprądowy silnik krokowy, a jako mechanizm zamieniający ruch obrotowy na ruch prostoliniowy narzędzia zastosowano parę kinematyczną wodzik - dźwignia dwustronna. Ruch roboczy narzędzia realizowany jest z sinusoidalnie zmienną prędkością, imitującą warunki panujące w jamie ustnej podczas ż ucia.

Urządzenie do wyznaczania parametrów reologicznych artykułów żywnościowych według wynalazku zawierające silnik, korpus, narzędzie penetrujące, przy czym urządzenie połączone jest z komputerem, charakteryzuje się tym, że ma silnik liniowy, którego część statyczna zamocowana jest na korpusie stanowiącym element nośny urządzenia. Wszystkie parametry eksperymentu zadawane są z klawiatury komputera i automatycznie ustawiane poprzez elektroniczny sterownik urzą dzenia i elementy wykonawcze poszczególnych podzespołów. Urządzenie wyposażone jest w oprogramowanie umożliwiające wyliczenie wszystkich parametrów reologicznych istotnych dla jednoznacznego określenia jego lepkosprężystych właściwości: wartości maksymalnego naprężenia dla danego cyklu odkształcenia, czasu wystąpienia maksymalnego naprężenia w danym cyklu deformacji, energii akumulowanej w próbie, energii odtworzonej przez badany materiał, energii rozproszonej, stopnia sprężystości, kąta przesunięcia fazowego φ, czasu relaksacji Trel, zespolonego modułu sprężystości E, składowej rzeczywistej zespolonego modułu sprężystości E', składowej urojonej zespolonego modułu sprężystości E, zespolonego modułu lepkości η*, składowej rzeczywistej zespolonego modułu lepkości η' urojonej lepkości zespolonej η.

Zastosowanie silnika liniowego umożliwia ruch posuwisto-zwrotny niejednostajny z różnymi prędkościami - ruch oscylacyjny w pionie, ponadto prędkość zagłębiania narzędzia jest programowana przed eksperymentem i może mieć zmienny charakter. Urządzenie umożliwia testowanie szerokiej gamy artykułów żywnościowych od żeli, poprzez pieczywo, nabiał, ryby, mięso, zboża aż po owoce. Sposób mocowania badanej próbki na stoliku tensometra nie wymaga szczególnego jej przygotowania.

Urządzenie stanowiące przedmiot niniejszego wynalazku jest przedstawione na rysunku, na którym Fig. 1 pokazuje widok z boku, zaś Fig. 2 - widok z przodu. Fig. 3 przedstawia przykładowe

PL 210 484 B1 przebiegi ruchu roboczego narzędzia według dowolnego zaprogramowanego przez użytkownika przebiegu zmian odkształcenia w czasie w badanej próbie podczas jednego lub wielu cykli deformacji trwających w zależności od rodzaju testu. Czasy te wahają się pomiędzy 0.1 s do czasu nieskończenie długiego.

Urządzenie zawiera podzespół napędowy, układ sterowania elektronicznego oraz elementy nośne konstrukcji. Podzespół napędowy urządzenia stanowi stałoprądowy silnik liniowy, którego część statyczna (1) zamocowana jest na korpusie (2) stanowiącym element nośny urządzenia. Na dolnym końcu ruchomej części silnika liniowego (3) zamocowany jest szybkomocujący uchwyt (4) narzędzia penetrującego (5). Konstrukcja ramy nośnej (2) gwarantuje niekrępujący ruchów operatora dostęp do stolika tensometru (6), na którym spoczywa próbka badanego materiału, łatwy sposób mocowania i wymiany narzędzia penetrującego (5), stabilność i bezpieczeństwo pracy urządzenia oraz łatwość czyszczenia powierzchni stolika tensometru (6). Wszystkie parametry eksperymentu, łącznie z charakterem przebiegu zmian odkształcenia i naprężenia, zadaje się z klawiatury komputera i są automatycznie ustawiane poprzez elektroniczny sterownik urządzenia i elementy wykonawcze poszczególnych podzespołów.

Claims (1)

1. Urządzenie do wyznaczania parametrów reologicznych artykułów żywnościowych lepkosprężystych zawierające silnik, korpus, narzędzie penetrujące, przy czym urządzenie połączone jest z komputerem, znamienne tym, że ma silnik liniowy, którego część statyczna (1) zamocowana jest na korpusie (2) stanowiącym element nośny urządzenia.