Устройство для определения жиропроницаемости материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство дополнительно снабжено двумя магнитами, коллимированным источником света, Лотоприемником, грузиком с системой его установки, усилителем, фор шрователем логического уровня, триггером, сигнализатором , электронными часами, блоком управления и источником стабилизированного напряжения, при этом измерительная камера расположена над камерой для исследуемой среды,оба мaгнитaJАотоприемник и коллимированный источник света расположены в измерительной камере таким образом, что Аотоприемник и коллимированный источник света установлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещены магниты, и расположены между ними, а грузик с системой его уста9 новки расположен между магнитами, при этом выход фотоприемника через усилитель и формирователь логического уровня подсоединен к первому входу триггера,первый выход которого подсоединен к сигнализатору, а второй - к первому входу электронных часов, причем первый выход блока управления соединен с вторым входом триггера, второй гс входом источника К) стабилизированного напряжения, вы1C ход которого соединен с коллимиро :о го ванным источником света, а третий к второму входу электронных часов. О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

В

РЕСПУБЛИН з!5в С, 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3607600/18-25 (22) 24.06.83 (46) 07. 11.84. Бюл. 41 (72) А.Н.Щеглов, В.В.Лаврентьев, В.А.Муцмахер, Н.Н.Кубышева, Т.В.Иванова, В.IО.Усанов и В.Б.Евсеев (53) 539.217.!(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9577434, кл. 6 01 N 15/08, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

1681353, кл. С, 01 М 15/08, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 83270258/18-25, кл. G 01 !Ч 15/08, 1981 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЖИРОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности иэмерений, устройство дополнительно снабжено двумя магнитами, коллимированным источником света, фотоприемником, грузиком с системой его установки, усилителем, формирователем логичес„„SU„„1122926 А кого уровня, триггером, сигнализатором, электронными часами, блоком управления и источником стабилизированного напряжения, при этом измерительная камера расположена над камерой для исследуемой среды,оба магнита фотоприемник и коллимированный источник света расположены в измерительной камере таким образом, что фотоприемник и коллимированный источник света установлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещены магниты, и расположены между ними, а грузик с системой его установки расположен между магнитами, Я при этом выход фотоприемника через усилитель и формирователь логического уровня подсоединен к первому входу триггера, первый выход которого подсоединен к сигнализатору, а второй — к первому входу электронных часов, причем первый выход блока управления соединен с вторым входом ф триггера, второй †. с входом источника р стабилизированного напряжения, выход которого соединен с коллимиро- р ванным источником света, а третий— к второму входу электронных часов.

1 1122

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в пищевой промышленности для оценки качества полимерных упаковочных материалов, в химической промъппленности для оценки качества защитных материалов и в других отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для определения проницаемости материалов органическими растворителями, содержащее приспособление для крепления образца в диэлектрическое основание с ус-". тановленными íà его верхней частидвудвумя электродами, включенными в из-. мерительную цепь электронного реле времени, при этом оба электрода расположены под испытуемым образцом и изолированы друг от друга раствори- о мой полимерной пленкой, причем верхний электрод выполнен в виде металлической сетки, а нижний — в виде набора металлических подпружиненных стержней, собранных в пакет f 1, Устройство не может быть использовано для определения момента проникновения жиров и масел через полимерные материалы, поскольку вышеназванные среды имеют высокие диэлектри" ческие показатели и при их проникновении не произойдет замыкания электрической цени между электродами даже при условии, что жиры и масла растворили полимерную пленку..

Известно также устройство для определения проницаемости тканей неэлектропроводными жидкостями, содержащее камеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру и два электрода емкостного датчика. Камера подачи

40 исследуемой среды выполнена в виде воронки, через которую на образец наносится исследуемая жидкость в виде капель. По прохождении жид45 кости через ткань капля попадает в измерительную камеру между электродами датчика и изменяет емкость датчика. Pегистрируя момент изменения емкости, определяют время проницаемости (2 .

Устройство не обеспечивает требуемой точности измерения, так как сигнал датчика запаздывает на время, необходимое для отрыва капли от образца.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения жиропро926 2 ницаемости материалов, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами. Устройство имеет также два электрода емкостного датчика, причем первый электрод размещен внутри измерительной камеры, примкнут боковой поверхностью к ее стенкам и поджат пружиной, а второй электрод размещен в стенке измерительной камеры P3 ).

Недостатком известного устройства является его невысокая точность| обусловленная тем, что при яалей-! ших вибрациях, толчках и колебаниях поверхности, на которой оно установлено, происходит нарушение баланса сил, действующих на электрод, расположенный внутри измерительной камеры. Это приводит к ложным срабатываниям устройства, что существен но снижает достоверность полученных результатов.

Целью изобретения является повышение точности измерения времени проникновения жиров сквозь испытуемый образец.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения жиропроницаемости материалов, содержащее камеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения, измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца между камерами дополнительно введены два магнита, коллимированный источник света, фотоприемник, грузик с системой его установки, усилитель, формирователь логического уровня, триггер, сигнализатор, электронные часы, блок управления и.источт ник стабилизированного напряжения, при этом измерительная камера расположена над камерой для исследуемой среды, оба магнита, фотоприемник и коллимированный источник света расположены внутри измерительной камеры таким образом, что фотоприемник и коллимированный источник света установлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещены магниты, и расположены между ними, а грузик с системой его установки расположен между магнитами, при этом выход фотоприемника через усилитель и формирователь логического уровня

I подсоединен к первому входу триггера, 1122926 первый выход которого подсоединен к сигнализатору, а второй — к первому входу электронных часов, причем первый выход блока управления соединен с вторым входом триггера, второй— с входом источника стабилизированного напряжения, выход которого соединен с коллимированным источником света, а третий подключен к второму входу электронных часов.

На фиг.1 представлена измеритель,ная ячейка устройства, разрез; на фиг.2 — поперечный разрез измерительной ячейки и блок-схема устройства; на фиг.3 — измерительная ячейка устройства, вид сверху; на фиг.4— то же,поперечный разрез, на фиг.5— временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит камеру 1 (фиг.1) с исследуемой средой 2.

На перфорированной поверхности камеры 1 с исследуемой средой 2 расположен испытуемый образец 3; над которым установлена измерительная камера

4. Измерительная камера 4 крепится к камере 1 при помощи зажимов 5. При этом образец 3 зафиксирован на поверхности камеры 1 при помощи фиксаторов 6. В верхней полости камеры

4 расположена система установки грузика 7, которая состоит из стакана с прорезью 8, жестко закрепленного на верхней стенке измерительной камеры 4 (для упрощения чертежа ка- 35 мера 4 и стакан Я изображены монолитными). Внутри стакана с прорезью

8 расположен полый цилиндр 9 с упором 10. Между цилиндром 9 и стаканом

8 установлена пружина 11 один ко- 40 нец которой расположен на поверхности камеры 4, а другой ограничен упором 10. Внутри полого цилиндра 9 расположен рычаг 12 с фиксирующей пружиной 13. Внутри измерительной ка- 45 меры 4 на диэлектрических стойках

14 закреплены магниты 15 и 16. Кольцевая выемка 17 на поверхности камеры 1 предназначена для сбора жира, проникающего между камерой 1 и образ- 50 цом 3. Для устранения этого между камерой 1 и образцом 3 в прорези установлена кольцевая прокладка 18.

На прямой, перпендикулярной линии, на которой установлены магниты

15 и 16, расположены фотоприемник

19 и коллимированный источник 20 света (фиг.2).

Патрубок 21 (Лиг.3) предназначен для заполнения камеры 1 исследуемой средой 2, при этом патрубок 22 с каналами 23 и 24 необходим для слива сре ды 2. В корпусе камеры 1, примыкая одной стороной к каналу 24, установлена прозрачная пластина 25 с рисками, которые предназначены для контроля эа заполнением камеры 1 средой 2. Выход фотоприемника 19 через усилитель 26 (фиг..2) и формирователь 27 логического уровня подсоединен к первому входу триггера

28, к второму входу которого подключен первый выход блока 29 управления. Первый выход триггера 28 подсоединен к сигнализатору 30, а второй — к кварцевым электронным часам 31. Второй выход блока управления подсоединен к источнику 32 стабилизированного напряжения, а третий выход блока 29 управления — к электронным часам 31. Выход источника

32 стабилизированного напряжения подключен к входу коллимированного источника 20 света (связи источника

32 стабилизированного напряжения с остальными блоками не показаны).

Устройство работает следующим образом.

На перфорированную поверхность камеры 1 укладывается образец 3, после чего поверх него с помощью за-, жимов 5 устанавливается измерительная камера 4. Фиксаторы 6, расположенные внутри камеры 4, закрепляют образец 3 относительно камеры 1.

После этого камера 1 устанавливается таким образом, что патрубки

21 и 22 направлены вертикально вверх.

Через патрубок 21 внутрь камеры 1 нагнетается жир 2 (жидкое масло или другая жиросодержащая среда). При этом степень заполнения камеры 1 контролируется по рискам прозрачной пластины 25. После заполнения камеры 1 до номинального уровня подача среды 2 в камеру прекращается и устройство переворачивают на 90 таким образом, чтобы испытуемый образец оказался параллельным линии горизонта (фиг. 1) ° Для исключения образования пузырьков воздуха в камере 1 между образцом 3 и средой 2 перфорации выполнены конусно, а внутренняя полость камеры имеет обтекаемую форму, 1122926

Нажатием на полный цилиндр 3 добиваются его опускания до поверхности испытуемого образца 3, после чего отжатием рычага 12 устанавливают грузик 7 на поверхность образ- 5 ца 3. Не снимая нагрузки с рычага

12 и плавно Освобождая от нагрузки полый цилиндр 9, возвращают последний в исходное состояние (при этом грузик 7 остается на поверхности образца 3). Грузик 7 оказывается установленным на одной прямой с магнитами 15 и 16, причем расстояния от грузика 7 до магнитов 15 и 16 неодинаковы. 15

На грузик 7 действуют сила притяжения магнита 16 Fäp, сила притяжения магнита 15 F„

P= >q, (направленная вертикально вниз). 20

Расстояния между "грузиком 7 и маг.нитами 15 и 16 подобраны таким образом, что грузик 7 после его установки на поверхность образца 3 на одной линии с магнитами 15 и 16 остается неподвижным, следовательно, все действующие на него силы взаимно скомпенсированы (расстояние между грузиком 7 и магнитом 16 меньше, чем между грузиком 7 и магнитом 30

15 а, следовательно, F „0 р в этом случае справедливо выражение, описывающее условие равновесия грузика 7. пр пр2 пр где F — сила трения, возникающая между образцом 3 и грузиком 7, 40 где P — вес грузика 7, К вЂ” коэффициент трения торца . грузика 7 о поверхность образца 3.

Тогда выражение (1) имеет вид:

До тех пор, пока все величины, входящие в выражение (3), постоянны, грузик 7 находится в состоянии равновесия. При проникновении среды 55

2 скВОзь испытуемый Образец 3 уменьшается коэффициент трения К, что приводит к уменьшению силы трения, .

В этом случае выражение .3 имеет вид где Кт= Кт — йКт

1 О о . В случае, если количество проникшей сквозь образец 3 среды 2 превышает пороговое значение и Кто, то равенство (4) нарушается и грузик перемещается к магниту 16. Величина

ЬКто определяется выражением, которое получается подстановкой в выражение (4) величин 5Ктр и Кт., Таким образом, обеспечивая постоянство Кт, что достигается предварительной обработкой поверхности образца 3 перед испытанием шкуркой

"нулевкой" (величины ., „; Еп,P— постоянны), смещение грузика происхо; дит всегда при изменении Кт на величину и Кт„..

После опускания грузика 7 на поверхность образца 3 включается коллимированный источник света 20 (кривая а в момент t„ ). Поскольку между коллимированным источником

20 света и фотоприемником 19, находящимися внутри темной камеры, ничто не перекрывает световой поток, то на выходе фотоприемника 19 воз; буждается выходной сигнал Величиной U (кривая 6 ) . Этот сигнал усиливается усилителем 26 до величины

0„(кривая g) и поступает на вход формирователя 27 логического уровня (в качестве фору ирователя 27 логического уровня использован, например, компаратор с подключенным к его выходу стабилизатором). На выходе формирователя 27 логического уровня сформирован сигнал логического уровня,U (кривая г), который поступает на первый вход триггера 28 ° На второй вход триггера 28 в момент установки грузика 7 (Ф„) на поверхности образца 3 поступает логический сигнал с блока 29 управления, который устанавливает на первом выходе триггера логический "0" (этот выход подсоединен к сигнализатору 30, в качестве которого может использоваться ждущий мультивибратор, периодически включающий маломощную лампочку или . звуковой генератор). С второго выхода

7 1 триггера 28 сигнал, равный логической "1", поступает на электронные часы 3 1, которые запускаются логичес .ким сигналом с блока 29 управления в момент „. Поскольку в момент уста новки грузика 7 на поверхность образ ца 3 на первом выходе триггера 28 сигнал равен логическому "0" (кривая ж), а на втором выходе сигнал равен логической "1" (кривая д), то электронные часы 3 1 (в качестве электронных часов может быть использован кварцевый генератор, соединенный через соответствующие делители частоты к счетчику и далее к дешифратору с индикатором) отсчитывает время с момента 1„ что иллюстрируется последовательностью импульсов, поступающих на счетчик электронных часов 31 (кривая е).

В момент, когда грузик 7 смещается к магниту 16 (момент 12 .фиг.5), он перекрывает световой поток между коллимированным источником 20 и фотоприемником 19. Это приводит к уменьшению или полному исчезновению сигнала на выходе фотоприемника (кривая б). Соответственно уменьшается сигнал на выходе усилителя 26 до величиныО„ (кривая в), при

t этом сигнал на выходе формирователя

27 логического уровня обращается в логический "0" (кривая г) (порог срабатывания компаратора, на котором например, выполнен формирователь 27 логического уровня, подобран выше величины U„ ). Это в свою очередь приводит к тому, что триггер 28 на первом и втором выходах поменяет свое состояние (кривые д.ж), а следовательно, прекращается счет в электронных часах 3 1 (на индикаторах электронных часов 31 застынет текущее время момента (кривая е) и срабатывает сигнализатор 30.

Таким образом, зафиксированное электронными часами 31 время является временем с момента установки грузика 7 на поверхность образца 31, (с момента введения в контакт образца 3 со средой 2, так как после заполнения камеры 1 средой 2 до включения электронных часов 31 проходит не более 15-30 с, что при длительности испытаний реальных полимерных пленочных материалов, например, пленок из полипропилена, толщиной 100 мкм составляет порядка

122926

70-80 ч, а следовательно, эта погрешность бесконечно мала и ею пренебрегают) до момента проникновения сквозь образец 3 количества среды 2, необходимого для изменения Кто на величину ЙКт

Технико-экономическая эффективность при использовании предлагаемого устройства обеспечивается за

10 счет повышения точности срабатываемого устройства. Действительно, если во всех известных устройствах для определения жиропроницаемости полимерных пленочных материалов чувст-

15 вительный элемент (грузик) перемещается при проникновении некоторого количества жира (масла) в вертикальной плоскости (вверх) и это требует полного исключения вибрации плоскос20 ти, на которой устанавливаются эти устройства, что практически даже в лабораторных условиях осуществить невозможно, то предлагаемое устройст.во не предъявляет столь жестких

25 требований к поверхности, на которой оно монтируется (устанавливается), а это исключает ложное срабатывание за счет вибрации, кроме того, в известном устройстве использованы упругие элементы (пружины), которые достаточно сложно рассчитывать и воспроизводить (под расчетом подразумевается расчет силы упругости пружины при расчете порогового значе35 ния агрессивной среды» прошедшей через испытуемый образец). В предлагаемом устройстве роль упругих элементов выполняют магниты 15 и 16, которые при существующей технологии

40 легко изготавливаются с требуемыми магнитными свойствам (с заданной F ), При этом расчет йКто, а следовательно, порогового количества среды 2 через испытуемый образец сводится к подстановке в уравнение (5) интегральHbIx выРажений F >p H F PP2 HocTQHHHbtK

1 величин P (вес грузика 7) и Кт (-коэффициента трения торца грузика

7 о поверхность образца 3).

Таким образом, выбрав по максимальной чувствительности конкретное .расстояние между грузиком 7 и магнитами 16 и 15 и рассчитав величины Рд „ и Р„ 2 можно определить дКто, которое будет постоянным для всех устройств с данными геометрическими разме-. рами (расстояния между грузиком и магнитами) и данными магнитами (кото1122926

9 рые изготовлены по результатам расчета Cp q и „р ),и тем самым, обеспечить метрологйческое единство измерений.

Предлагаемое устройство предназна- 5 чено для использования в заводских лабораториях для оценки качества выпускаемых полимерных пленочных материе лов. Кроме этого, оно может быть также использовано для выбора наиболее непроницаемого материала и для отработки технологического процесса изготовления конкретного полимерного пленочного материала.

1122926

Фиг.5

1122926 .Ф

23

ИНИИПИ Заказ 8128/34 Тиран 822 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Узйород, ул.Проектная,4