Методы и приборы для измерения поверхностных характеристик

На границе раздела с твердыми телами.

Поверхностные свойства пищевых продуктов - адгезия и внешнее трение – проявляются на границе раздела между продуктом и твердой поверхностью. Они имеют большое значение в различных технологических процессах, где возможен контакт между продуктом и стенкой обрабатывающей машины. Величины этих реологических свойств зависят не только от структуры продукта и его технологических показателей, но и от условий измерения и параметров прибора. Знание адгезионных свойств обрабатываемых продуктов необходимо для обеспечения эффективности работы технологического оборудования.

К поверхностным свойствам относятся адгезионные (липкость) и фрикционные (коэффициент внешнего трения).

Адгезия − это слипание однородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями. Численно адгезия определяется как усилие Р₀(Па), приходящееся на единицу площади поверхности F₀(м²), т. е. это удельная сила, действующая по нормали, при которой происходит отрыв пластины из соответствующего материала от продукта: .

Липкость − усилие, приходящееся на единицу площади поверхности при смешанном адгезионно-когезионном отрыве.

Условный коэффициент внешнего трения − усилие (приходящееся на единицу площади поверхности), действующее по касательной к продукту и вызывающее сдвиг твердого материала по продукту. Представляет собой комплексную величину.

Адгезиометры

Приборы и методы измерения адгезии основаны на разрушении адгезионного шва путем приложения внешнего усилия. По способу приложения усилия различают:

1) методы отрыва ( равномерного и неравномерного )

2) методы сдвига.

Наиболее часто в адгезиометрах для пищевых продуктов реализуется способ нормального отрыва, который может отличаться схемой приложения силы и регистрации усилия отрыва.

Величина адгезии характеризуется силой, отнесенной к единице площади контакта.

Разделение контактирующих тел может происходить по трем вариантам:

а) адгезионное – на границе раздела продукт- стенка;

б) когезионное- по слою продукта;

в) смешенное;

Однако адгезия в чистом виде зачастую не наблюдается, и поэтому измеряют удельное усилие разделения двух тел без конкретизации его вида.

Сущность метода сдвига заключается в определении касательного напряжения, необходимого для сдвига продукта относительно поверхности пластины.

В пищевой промышленности используется в основном адгезиометры, действующие по принципу отрыва.

Методы и приборы для измерения фрикционных характеристик

Коэффициенты трения пищевых материалов в зависимости от реологических свойств, состояния фрикционных поверхностей и скорости скольжения определяются различными методами. Классический тип прибора для измерения силы внешнего трения представляет собой пару тел, соприкасающихся плоскими поверхностями, площадь которых может быть от долей квадратных миллиметров до десятков квадратных сантиметров. При этом одно из тел смещается относительно другого. Сила смещения (трения) измеряется тензометрическими, динамометрическими или какими-либо другими датчиками. Для малых скоростей трения реализуется прямолинейное смещение поверхности. И.В. Крагельский распределил известные методы определения коэффициента трения на четыре группы, положив в основу геометрический и кинематический принципы.

К первой группе методов относятся такие, в которых одна плоскость поступательно перемещается относительно другой плоскости (рис., а, б, в). По схеме а (рис.) продукт перемещается по движущейся исследуемой поверхности, при этом сила трения измеряется динамометром любого типа. Таким наиболее распространенным методом определяют трение твердообразных материалов- сухарей, хлеба, мяса, рыбы, зерна и т.п. По схеме б (рис.) продукт перемещается с помощью груза по исследуемой неподвижной поверхности. Сила трения в этом случае равна минимальной массе груза, необходимой для равномерного перемещения продукта. Этим методом определяют коэффициент трения таких твердых продуктов, как сыр, рыба, кондитерские изделия. По схеме в (рис.) продукт скользит понаклонной плоскости. Коэффициент трения определяется по минимальному углу наклона к поверхности испытуемого конструкционного материала, по которому скользит пищевой продукт. Такой метод позволил определить статический коэффициент трения сыра, сухарей, сыпучих продуктов. Определение коэффициента трения по углу наклона плоскости, при котором начинается движение продукта по поверхности, недостаточно точно, так как угол наклона плоскости в момент движения определяют приблизительно, к тому же невозможно установить изменение коэффициента трения с изменением скорости скольжения.

Ко второй группе относятся такие методы, при которых одна из фрикционных пар совершает вращательное движение. По схеме г (рис.) продукт, закрепленный на упругой балочке, скользит по вращающейся поверхности из исследуемого материала. Этим методом определяли коэффициент трения мяса, рыбы, таблеток кофе и чая, сухарных плит, формового хлеба. По схеме д (рис.) определяли коэффициент трения конфетных масс пралине. Продукт лежал на вращающемся диске, исследуемый конструкционный материал скользил по вращающемуся продукту. Сила трения определялась по крутящему моменту, передаваемому от диска образцу.

Рис.. Методы измерения силы трения скольжения: а, б, в - при поступательном перемещении плоскостей; г, д - при вращательном движении одной из фрикционных пар; е - при соприкосновении образующей цилиндра с плоскостью; ж - при перемещении цилиндрической или плоской гибкой поверхности по цилиндрической поверхности

К третьей группе относятся методы, в которых образующая цилиндра соприкасается с плоскостью. Схема е (рис.) - балка, совершающая колебательные движения на двух вращающихся навстречу друг другу роликах.

К четвертой группе относятся методы, в которых одна цилиндрическая или плоская гибкая поверхность перемещается по цилиндрической поверхности (схема ж, рис.).

Изменение давления допускают методы, изображенные на всех схемах (рис.), кроме схемы ж, изменение размера поверхности - методы а - д, изменение скорости скольжения допускают все методы, кроме а.