Устройство для определения жиропроницаемости материалов

3 СОВЕТ сяих ЯЦ,щ 1 122926 РЕСПУБЛИН Ц 01 Я 15/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ Н АВТОРСНОМЪ( СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР1577434, кл. 6 01 ь 15/08, 1976,2. Авторское свидетельство СССР9681353, кл.01 М 15/08, 1978.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 13270258/ 18-25,кл. С 01 Ч 15/08, 1981 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯЖИРОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру для исследуемойсреды, соединенную с системой еезаполнения, измерительную камеруи систему крепления испытуемогообразца между камерами, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности иэмерений, устройство дополнительно снабжено двумя магнитами, коллимированным источником света, Фотоприемником,грузиком с системой его установки,усилителем, Формирователем логического уровня, триггером, сигнализатором, электронными часами, блоком управления и источником стабилизированного напряжения, приэтом измерительная камера расположена над камерой для исследуемойсреды,оба магнита Фотоприемник иколлимированный источник света расположены в измерительной камеретаким образом, что Фотоприемники коллимированный источник светаустановлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещены магниты, и расположены междуними, а грузик с системой его установки расположен между магнитами,при этом выход Фотоприемника черезусилитель и Формирователь логического уровня подсоединен к первому входу триггера, первый выход которогоподсоединен к сигнализатору, а второй - к первому входу электронныхчасов, причем первый выход блокауправления соединен с вторым входомтриггера, второй в . с входом источникастабилизированного напряжения, выход которого соединен с коллимированным источником света, а третий -к второму входу электронных часов.50 1122Изобретение относится к областиконтрольно-измерительной техникии может найти применение в пищевойпромышленности для оценки качестваполимерных упаковочных материалов,в химической промьппленности дляоценки качества защитных материалови в других отраслях народного хозяйства.Известно устройство для определе Ония проницаемости материалов органическими растворителями, содержащееприспособление для крепления образ"ца в диэлектрическое основание с ус-:тановленными на его верхней частидвудвумя электродами, включенными в из-.мерительную цепь электронного релевремени, при этом оба электрода расположены под испытуемым образцоми изолированы друг от друга раствори"ъомой полимерной пленкой, причем верхний электрод выполнен в виде металлической сетки, а нижний - в виде набора металлических подпружиненныхстержней, собранных в пакет 1 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 дажепри условии, что жиры и масла растворили полимерную пленку.Известно также устройство для определения проницаемости тканей неэлектропроводными жидкостями, содержащеекамеру подачи исследуемой среды, измерительную камеру и два электродаемкостного датчика, Камера подачи40исследуемой среды выполнена в видеворонки, через которую на образецнаносится исследуемая жидкостьв виде капель. По прохождении жид 45кости через ткань капля попадаетв измерительную камеру между электродами датчика и изменяет емкость датчика. Регистрируя момент измененияемкости, определяют время проницаемости 23.Устройство не обеспечивает требуемой точности измерения, так каксигнал датчика запаздывает на время,необходимое для отрыва капли отобразца,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для определения жиропро 92 б 2ницаемости материалов, содержащеекамеру для исследуемой среды, соединенную с системой ее заполнения,измерительную камеру и систему крепления испытуемого образца междукамерами. Устройство имеет такжедва электрода емкостного датчика,причем первый электрод размещенвнутри измерительной камеры, примкнут боковой поверхностью к ее стенкам и поджат пружиной, а второйэлектрод размещен в стенке измерительной камеры ГЗ 3Недостатком известного устройства является его невысокая точностьобусловленная тем, что при яалейших вибрациях, толчках и колебанияхповерхности, на которой оно установлено, происходит нарушение баланса сил, действующих на электрод,расположенный внутри измерительнойкамеры. Это приводит к ложным срабатываниям устройства, что существенно снижает достоверность полученныхрезультатов.Целью изобретения является повышение точности измерения времени проникновения жиров сквозь испытуемыйобразец,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для определения жиропроницаемости материалов,содержащее камеру для исследуемойсреды, соединенную с системой еезаполнения, измерительную камеруи систему крепления испытуемогообразца между камерами дополнительновведены два магнита, коллимированный источник света, фотоприемник,грузик с системой его установки,усилитель, формирователь логическогоуровня, триггер, сигнализатор, электронные часы, блок управления и.источтник стабилизированного напряжения,при этом измерительная камера расположена над камерой для исследуемойсреды, оба магнита, фотоприемники коллимированный источник светарасположены внутри измерительнойкамеры таким образом, что фотоприемник и коллимированный источник света установлены на прямой, перпендикулярной линии, на которой размещенымагниты, и расположены между ними,а грузик с системой его установкирасположен между магнитами, при этомвыход фотоприемника через усилительи формирователь логического уровняподсоединен к первому входу триггера,первый выход которого подсоединенк сигнализатору, а второй - к первомувходу электронных часов, причем первый выход блока управления соединенс вторым входом триггера, второй -с входом источника стабилизированногонапряжения, выход которого соединенс коллимированным источником света,а третий подключен к второму входуэлектронных часов.На фиг.1 представлена измеритель,ная ячейка устройства, разрез; наФиг.2 - поперечный разрез измерительной ячейки и блок-схема устройства; на фиг.З - измерительная ячейкаустройства, вид сверху; на фиг.4 -то же,поперечный разрез 1 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 камера4. Измерительная камера 4 крепитсяк камере 1 при помощи зажимов 5. Приэтом образец 3 зафиксирован на поверхности камеры 1 при помощи Фиксаторов 6. В верхней полости камеры4 расположена система установки грузика 7, которая состоит из стаканас прорезью 8, жестко закрепленногона верхней стенке измерительной камеры 4 (для упрощения чертежа камера 4 и стакан Я изображены монолитными). Внутри стакана с прорезью8 расположен полый цилиндр 9 с упором 10. Между цилиндром 9 и стаканом8 установлена пружина 11, один конец которой расположен на поверхности камеры 4, а другой ограничен упором 10. Внутри полого цилиндра 9расположен рычаг 12 с фиксирующейпружиной 13. Внутри измерительной камеры 4 на диэлектрических стойках14 закреплены магниты 15 и 16. Кольцевая выемка 17 на поверхности камеры 1 предназначена для сбора жира,проникающего между камерой 1 и образцом 3. Для устранения этого междукамерой 1 и образцом 3 в прорезиустановлена 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 (фиг,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 испытуеомый образец оказался параллельным линии горизонта (фиг.1). Для исключения образования пузырьков воздуха в камере 1 между образцом 3 и средой 2 перфорации выполнены конус- но, а внутренняя полость камеры имеет обтекаемую форму, 1122926 6Нажатием на полный цилиндр 3 добиваются его опускания до поверхности испытуемого образца 3, после чего отжатием рычага 12 устанавливают грузик 7 на поверхность образ 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, 15На грузик 7 действуют сила притяжения магнита 16 Рпр , сила притяжения магнита 15 Гр и сила тяжести Р= вс (направленная вертикально вниз), 20Расстояния 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 3015 а, следовательноь пр 1 пр 2в этом случае справедливо выражение, описывающее условие равновесия грузика 7.пр - пр 2 пргде Гт - сила трения, возникающая между образцом 3 и грузиком 7,40Рр=РКт =нсКт (где Р - вес грузика 7,К - коэффициент трения торца . грузика 7 о поверхность образца 3. Тогда выражение (1) имеет видф 50До 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 Кт, что приводит к уменьшению силы трения1,. В этом случае выражение .3 имеетвидгде Кт= Кт - йКт1 О о. В случае, если количество проникшей сквозь образец 3 среды 2 превышает пороговое значение ЛКто, торавенство (4) нарушается и грузикперемещается к магниту 16. ВеличинаЬКто определяется выражением,которое получается подстановкой ввыражение (4) величин ЬКтр и Кт.,пр 1 пр ЬК,: Кт, . (5)Таким образом, обеспечивая постоянство Кт, что достигается предварительной обработкой поверхности образца 3 перед испытанием шкуркой"нулевкой" (величины яр -пр 2 Рпостоянны), смещение грузика происхо;дит всегда при изменении Кт навеличину й Кт,После опускания грузика 7 наповерхность образца 3 включаетсяколлимированный источник света 20(кривая а в момент 1 ), Посколькумежду коллимированным источником20 света и Фотоприемником 19, находящимися внутри темной камеры,ничто. не перекрывает световой поток,то на выходе Фотоприемника 19 воз,"буждается выходной сигнал величи"ной Оо (кривая 6), Этот сигнал усиливается усилителем 26 до величины0(кривая Ь) и поступает на. входформирователя 27 логического уровня(в качестве формирователя 27 логического уровня использован, например,компаратор с подключенным к еговыходу стабилизатором). На выходе Формирователя 27 логического уровня сформирован сигнал логического уровня,О(кривая г), который поступает напервый вход триггера 28На второйвход триггера 28 в момент установкигрузика 7 Ф) на поверхности образца 3 поступает логический сигналс блока 29 управления, который устанавливает на первом выходе триггералогический "0" (этот выход подсоединен к сигнализатору 30, в качествекоторого может использоваться ждущий мультивибратор, периодическивключающий маломощную лампочку или .звуковой генератор). С второго выхода7 1 триггера 28 сигнал, равный логической "1", поступает на электронные часы 3 1, которые запускаются логичес .ким сигналом с блока 29 управления в момент 1. 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 по" ток 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 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 О ). 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 3, ( 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 12292670-80 ч, а следовательно, эта погрешность бесконечно мала и ею пренебрегают) до момента проникновения сквозьобразец 3 количества среды 2, необходимого для изменения Кто на величину ЙКтТехнико-экономическая эффективность при использовании предлагаемого устройства обеспечивается за 1 О счет повышения точности срабатываемого устройства, Действительно,если во всех известных устройствахдля определения жиропроницаемостиполимерных пленочных материалов чувст вительный элемент (грузик) перемещается при проникновении некоторогоколичества жира (масла) в вертикальной плоскости (вверх) и это требуетполного исключения вибрации плоскос ти, на которой устанавливаютсяэти устройства, что практически дажев лабораторных условиях осуществитьневозможно, то предлагаемое устройст.- во не предъявляет столь жестких 25 требований к поверхности, на которойоно монтируется (устанавливается),а это исключает ложное срабатываниеза счет вибрации, кроме того, в известном устройстве использованы упругие элементы (пружины), которыедостаточно сложно рассчитывать и воспроизводить (под расчетом подразумевается расчет силы упругости пружины при расчете порогового значения агрессивной среды прошедшейчерез испытуемый образец). В предлагаемом устройстве роль упругихэлементов выполняют магниты 15 и 16,которые при существующей технологии 4 О легко изготавливаются с требуемымимагнитными свойствам (с заданной Р, ),При этом расчет йКто, а следовательно, порогового количества среды 2 через испытуемый образец сводится кподстановке в уравнение (5) интегральных выражений Р и 1=р 2 постоянныхвеличин Р (вес грузика 7) и Кт(коэффициента трения торца грузика7 о поверхность образца 3).1Таким образом, выбрав по максимальной чувствительности конкретное.расстояние между грузиком 7 и магнитами 16 и 15 и рассчитав величины Гди Р 2 можно определить дКто, кото рое будет постоянным для всех устройств с данными геометрическими размерами (расстояния между грузиком имагнитами) и данными магнитами (кото1122926 9рые изготовлены по результатам расчета Ср и Г),и тем самым, обеспечить метрологйческое единство измерений.Предлагаемое устройство предназна" 5 чено для использования в заводских лабораториях для оценки качества выпускаемых полимерных пленочных материелов. Кроме этого, оно может бытьтакже использовано для выбора наиболеенепроницаемого материала и для отработки технологического процесса изготовления конкретного полимерного пленочного материала,