Использование стенда для определения электрических характеристик электрических аналогий реологических механических моделей пищевых продуктов

Статья посвящена возможности использования стенда для определения электрических характеристик электрических аналогий реологических механических моделей пищевых продуктов. Приведено несколько систем классификации реологических методов и приборов для измерения структурно-механических характеристик продуктов. Даны обозначения механических тел электрическими аналогами. Для проведения исследований разработана электрическая схема и использован стенд для определения электрических характеристик. Сделан вывод о том, что для быстрого и качественного контроля структурно-механических характеристик пищевого сырья необходимо создание универсальных реологических приборов. 

Большое значение в пищевой промышленности имеет объективная оценка качества пищевых продуктов и полуфабрикатов. В связи с этим создание и применение методов и приборов для объективного контроля качества обеспечивает не только замену органолептического контроля, но и создает предпосылки для разработки автоматических систем управления технологическими процессами пищевых производств.

В настоящее время в пищевой промышленности имеется довольно большой и разнообразный арсенал технических средств для определения и исследования физико-механических свойств пищевых материалов на различной стадии приготовления: от сырья до готового продукта. Для изучения этих свойств служат методы физико-химической механики пищевых продуктов [1].

Реологические методы применяются не только в традиционных случаях, таких как изучение физических величин и расчет движения продуктов в рабочих органах машин, но и для оценки ряда технологических, в том числе и качественных показателей продуктов, управления ими и получения заранее заданных технологических характеристик.

Очень важны реологические методы при определении упруго-вязких характеристик теста, липкости мясного фарша, прочности макаронных изделий, сахара-рафинада, вязкости майонеза и др.

Существует несколько систем классификации реологических методов и приборов для их измерения. А.В. Горбатов, В.Д. Косой [1; 2] классифицируют методы и приборы на три группы: абсолютные, относительные и условные.

По виду измеряемой величины А.А. Соколов [3] и другие подразделяют реологические приборы и методы на четыре группы.

В некоторых случаях измерение структурно-механических характеристик (СМХ) одного продукта различными способами дает неодинаковые результаты. Способ измерения характеризуется определенными геометрическими, кинематическими и динамическими параметрами прибора и условиями проведения опыта при постоянных исходных технологических показателях продукта.

Существуют различные приборы для измерения СМХ пищевых продуктов и сырья: приборы для измерения сдвиговых характеристик, приборы для измерения компрессионных или объемных характеристик, приборы для измерения адгезионных характеристик.

Как известно, для исследования различных явлений и процессов, происходящих в сложных объектах, широко применяется моделирование, которое основано на аналогии математических моделей изучаемых объектов и соответствующих им электрических цепей и устройств. Процессы в механических, гидравлических и тепловых системах описываются дифференциальными уравнениями различного типа и порядка, многие из которых аналогичны уравнениям, составленным для мгновенных значений токов и напряжений в электрических цепях.

Моделирование деформационного поведения пищевых материалов можно проводить на основе не только механических моделей, но и электрических. При этом механическое напряжение сопоставляют с э.д.с. электрической цепи, скорость деформации – с электрическим током, модуль упругости – с обратной величиной емкости, а вязкость – с сопротивлением. По Ю.А. Мачихину [4], последовательное соединение элементов механической модели эквивалентно параллельному соединению элементов электрической цепи, а параллельное в механической модели – последовательному соединению в электрической, но при глубоком изучении процессов. происходящих в электрической  цепи с переменным током. конкретно в нашей работе выяснилось, что параллельное соединение в механической модели соответствует параллельному соединению в электрической цепи.

Примеры обозначения механических тел электрическими аналогами приведены в таблице 1. Учеными Семипалатинского государственного университета им. Шакарима А.К.  Какимовым,

Б.Б. Кабуловым и др. проведены исследования, в результате которых был использован стенд ЭТ-4. Поскольку задачей являлось определение предельного напряжения сдвига (ПНС) мясного сырья и параметров, влияющих на нее, в результате исследований идеальным аналогом ПНС принятa обратная величина емкости С, а аналогом напряжения, возникающего в продукте, - ток в различных ветвях.

На стенде ЭТ-4 собиралась схема линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока (рисунки 1, 2) с параллельно соединенными индуктивной катушкой Z и батареей конденсаторов с переменной емкостью С. Питание стенда осуществлялось от сети переменного тока, напряжение которого измерялось вольтметром V. Ваттметром измерялась активная мощность Р, а амперметрами А1, А2, А3 - токи I1, I2, I3 соответственно в неразветвленной части цепи в отдельных ветвях. Амперметр А1 имеет предел измерения 0-1А, а амперметры А2 и А3 - 0-2,5А. 

Таблица 1 - Примеры обозначения реологических механических тел электрическими аналогами

  Примеры обозначения реологических механических тел электрическими аналогами 

 Схема параллельного соединения катушки индуктивности и конденсатора

Рисунок 1 - Схема параллельного соединения катушки индуктивности и конденсатора

 Экспериментальный стенд ЭТ-4

Рисунок 2 - Экспериментальный стенд ЭТ-4 

Режим работы цепи варьировался путем изменения емкостей батареи конденсаторов в пределах от 0 до 32 мкФ. При достижении соотношения bL=bC наступает режим резонанса токов. О наступлении этого режима свидетельствует показание амперметра в неразветвленной части цепи – оно становится минимальным. Токи в ветвях I2 и I3 становятся почти равными между собой. Они не могут быть в точности равны друг другу в режиме резонанса, так как ток в ветви с батареей конденсаторов содержит только реактивную составляющую Iр3= I3, а ток в ветви с индуктивной катушкой – реактивную Iр2 и активную Iа2 составляющие, образующие ток катушки. При соблюдении в режиме резонанса токов равенства Iр2= Iр3= I3 ток в ветви с индуктивной катушкой I2 будет превышать ток в ветви с батареей конденсаторов I3. При любом изменении емкости батареи конденсаторов режим резонанса тока нарушается, что приводит к изменению тока I1 и I3.

Таким образом, для быстрого и качественного контроля структурно-механических характеристик пищевого сырья необходимо создание универсальных реологических приборов. Одним из перспективных методов является разработка электрических аналогов реологических механических моделей продуктов, изучение на их основе структурно-механических характеристик пищевого сырья с использованием специализированных стендов и приборов.

 

Литература

  1. Горбатов А.В. Реология мясных и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, – 383 с.
  2. Косой В.Д. Совершенствование процесса производства вареных колбас - М. : Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 272 с.
  3. Соколов А.А. Физико-химические и биохимические основы технологии мясопродуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1965 – 492 с.
  4. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 216 с.
Фамилия автора: Б.Б. Кабулов 
Год: 2011
Город: Павлодар
Яндекс.Метрика