УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ БИОПОЛИМЕРОВ

Полезная модель относится к приборостроению и может быть использована в медицине, пищевой, легкой и кожевенной промышленности в качестве испытательного стенда для исследования качества биополимерных материалов. Известна установка для определения термодинамических свойств поверхности кожи, принцип действия которой заключается в том, что на образец кожи, закрепленный на платформе и нагретый до заданной температуры опускают груз и после минутной выдержки сообщают платформе один цикл возвратно-поступательного перемещения. Затем груз поднимают вверх, освобождая поверхность образца, и анализируют нарушения покрытия образца. После увеличения температуры образца производят аналогичные испытания другого его участка (1). Недостатком данного решения является неполнота анализа состояния образца кожи во всем его объеме, т.к. исследуется только его поверхностный слой. Наиболее близкой к данной полезной модели является установка для термодинамических испытаний биополимеров, содержащая первый канал термодинамического нагружения образца, в состав которого входит емкость для теплоносителя, электрический нагреватель, вертикальный стержень, верхний конец которого неподвижно закреплен в крепежном диске, а нижний конец соединен с первым крючком, служащим для зацепления одного из концов образца, при этом в крепежном диске имеется отверстие, через которое пропущен перекинутый через колесо блока тросик с грузом, свободный конец которого соединен со вторым крючком, служащим для зацепления другого конца образца, а на оси колеса блока установлен измеритель линейного удлинения образца (2). С помощью известной установки можно определить температуру сваривания исследуемого образца биополимера, например, кожи. Недостатком известного устройства (2) является низкая достоверность исследований, обусловленная погрешностями визуального контроля удлинения образца и невозможностью получения достаточного объема
измерений для осреднения результатов с целью исключения случайных ошибок.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данной полезной модели, является повышение точности и достоверности измерений. Технический результат достигается тем, что в установку для термодинамических испытаний биополимеров, содержащую первый канал термодинамического нагружения образца, в состав которого входит емкость для теплоносителя, нагреватель, вертикальный стержень, верхний конец которого неподвижно закреплен в крепежном диске, а нижний конец соединен с первым крючком, служащим для зацепления одного из концов образца, при этом в крепежном диске имеется отверстие, через которое пропущен перекинутый через колесо блока тросик с грузом, свободный конец которого соединен со вторым крючком, служащим для зацепления другого конца образца, измеритель линейного удлинения образца (2), введена опорная горизонтальная платформа, на которой размещено не менее трех вертикальных штанг, служащих для установки пяти горизонтальных дисков, расположенных в следующей последовательности: нижний, крепежный, экранный, промежуточный и верхний, при этом на нижнем диске установлены емкости для теплоносителей первого и N введенных идентичных ему каналов термодинамического нагружения образца, а каждая из емкостей для теплоносителя помещена в соответствующую нагревательную колонку с нагревателем, нижний диск установлен с возможностью вертикального перемещения вдоль вертикальных штанг с последующей фиксацией положения, остальные диски жестко закреплены на вертикальных штангах, при этом вертикальные оси первого и второго крючков совпадают с центрами нагревательных колонок, на промежуточном диске соответственно емкостям для теплоносителя установлены термодатчики, а на верхнем диске закреплены колеса блоков и измерители линейного удлинения образцов, при этом в экранном, промежуточном и верхнем дисках предусмотрены отверстия для пропускания тросиков, расположенные друг над другом с сохранением вертикального натяжения тросиков, кроме того на промежуточном диске может быть установлен вентилятор.
На чертеже представлена конструкция установки для термодинамических испытаний биополимеров. Установка содержит опорную горизонтальную платформу 1, на которой размещено не менее трех вертикальных штанг 2, служащих для установки пяти горизонтальных дисков. Диски установлены в следующей последовательности: нижний 3, крепежный 4, экранный 5. промежуточный 6 и верхний 7. Нижний диск 3 установлен с возможностью вертикального перемещения вдоль вертикальных штанг 2, например, с помощью червячного редуктора, приводимого в движение электродвигателем, с последующей фиксацией положения, например, с помощью концевых фиксаторов. Диски 4, 5, 6, 7 жестко закреплены на вертикальных штангах 2. На нижнем диске 3 установлены емкости для теплоносителей, входящие в состав идентичных (N+1) каналов термодинамического нагружения образца. Каждая из емкостей помещена в соответствующую нагревательную колонку 8 с нагревателем 9, например, с встроенным в нее электрическим. Нагреватели 9 могут быть соединены в последовательную электрическую цепь, подключенную к регулируемому источнику питания (для осуществления одновременного одинакового нагрева всех теплоносителей), либо питаться от индивидуальных регулируемых источников энергии. В крепежном диске 4 закреплены верхние концы вертикальных стержней 10, нижние концы которых соединены с первыми крючками, служащими для закрепления одних из концов исследуемых образцов. Другие концы исследуемых образцов присоединены ко вторым крючкам, прикрепленным к свободным концам тросиков 11, пропущенных через предусмотренные в крепежном 4, экранном 5, промежуточном 6 и верхнем 7 дисках отверстиях. К тросикам 11, перекинутым через колеса блоков 12, прикреплены грузы, которые передают динамическую нагрузку на образцы. Для обеспечения вертикального натяжения тросиков 11 отверстия в дисках расположены друг над другом. Оси первого и второго крючков, за которые зацепляют каждый образец, вертикальны и совпадают с центрами нагревательных колонок 8. На промежуточном диске 6 установлен вентилятор 13, служащий для уменьшения тепловых потоков от нагревателей к измерителям линейного удлинения образцов, и термодатчики 14, выполненные в виде термометров сопротивления, соответственно емкостям для теплоносителя каждого из каналов. На верхнем диске 7 закреплены
колеса блоков 12, оси которых связаны с измерителями линейного удлинения образца 15, выполненными в виде потенциометров.
Задачей испытаний является выявление изменения свойств образцов биополимеров (кожи) при одновременном температурном и механическом воздействиях. В процессе испытаний используется несколько (N+1) идентичных каналов термодинамического нагружения образца с возможностью независимого задания уровней нагрева и механического нагружения образцов в отдельных каналах с одновременной регистрацией измерений, что значительно расширяет область и точность исследований. Число N может быть любым, но наиболее оптимальным является от 5 до 10. Для проведения термодинамических испытаний каждый из исследуемых образцов прикрепляют одним концом к первому крючку, соединенному с вертикальным стержнем 10, а другим - ко второму крючку, соединенному с тросиком 11, к которому прикреплен соответствующий груз. При этом установочный диск 3 находится в самом нижнем положении (для обеспечения свободного закрепления образцов). Данное положение нижнего установочного диска может фиксироваться с помощью концевых выключателей, установленных на вертикальном кронштейне, закрепленном в опорной платформе 1. После закрепления механически ненагруженных образцов (грузы находятся в нейтральном положении) установочный диск 3 поднимается с помощью электропривода (с последующей аналогичной фиксацией положения) до обеспечения полного погружения образцов в теплоноситель, после чего к образцам прикладывается механическая нагрузка (грузы находятся в отвесном рабочем положении) и включается одновременный нагрев всех колонок 8. Измерения проводят при различных режимах: при одинаковых (различных) темпах нагрева и различных (одинаковых) величинах механической нагрузки по каналам - с целью получения наибольшего объема информации. В качестве теплоносителя может быть использован, например, глицерин или его смесь с водой (в зависимости от типа биополимера с соответствующей температурой сваривания). Для каждой величины механической нагрузки, задаваемой выбором груза, производится регистрация изменений линейных размеров каждого из образцов при достижении заданной температуры, фиксируемой с помощью термодатчика 14. Таким образом специфика выполнения установки в виде горизонтальной платформы с вертикальными штангами и пятью дисками позволила получить новую усиленную, устойчивую опорную конструкцию, позволяющую свободно разместить
элементы нескольких каналов термодинамического нагружения образцов. Увеличение числа измерительных каналов (одновременных исследований нескольких образцов) привело к повышению точности и достоверности исследований. Введение вентилятора 13 позволило уменьшить влияние тепловых потоков от нагревателей на измерительные элементы и тем самым повысить точность измерений.
С помощью данной установки можно определить основные термомеханические параметры биополимеров, определяющие выбор проведения оптимальных технологических процессов. Наиболее целесообразно применение данной установки в медицине, пищевой, легкой или кожевенной промышленности.
Составитель описания: Лычников Д.С.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
SU 1810826 А1, G 01 N 33/44, 1990 г.
ГОСТ 938.25-73 «Кожа», Государственные стандарты СССР, М., 1981, с.134-136.