Устройство для определения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения
DEVICE FOR DETERMINING THERMAL CONDUCTIVITY FACTOR OF FIBROUS FOOD PRODUCTS OF ANIMAL ORIGIN

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, а именно к приборам для измерения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения, в том числе, рыбы и рыбопродуктов, мяса и мясопродуктов.
Известно устройство для измерения теплопроводности, содержащее измерительный блок, включающий нагреватель, а также измерительную ячейку для исследуемого вещества, размещенную под измерительным блоком. При этом измерительная ячейка включает верхнюю пластину-нагреватель, нижнюю пластину-холодильник, установленные с зазором относительно друг друга, и боковую стенку, обеспечивающую фиксацию зазора между пластинами. Верхняя и нижняя пластины имеют толщину, достаточную для обеспечения жесткости. При этом в пластинах размещены термопары, подключенные к блоку измерения. В нижней пластине вблизи боковой стенки выполнен кольцевой паз, выходящий в зазор между пластинами. Измерительная ячейка снабжена кольцевым ободком на внешней боковой поверхности пластины-нагревателя. При этом измерительный блок дополнительно содержит в нижней торцевой части кольцо, выступающее в область измерительной ячейки, а внутренний диаметр кольца больше внешнего диаметра кольцевого ободка пластины-нагревателя. Причем в пластине-холодильнике выполнены каналы, выходящие в зазор между пластинами и соединенные с резервуаром с исследуемым веществом (RU 2096773 С1, 20.11.1997).
Известно устройство для определения теплофизических свойств в стационарном тепловом режиме, содержащее теплоизолирующий корпус, размещенный внутри него электрический нагреватель с термовыравнивающей пластиной для образца и регистрирующую систему. Теплоизолирующий корпус выполнен открытым. Регистрирующая система выполнена в виде установленной с возможностью перемещения по вертикальным направляющим прижимного блока жидкокристаллической термоиндикаторной пленки с нанесенной на ее поверхность координатной сеткой, градуированной в единицах площади (SU 1130786 А, 23.12.1984).
Известно устройство для определения теплофизических характеристик неэлектропроводных материалов, содержащее камеру, размещенный в ней и окруженный боковыми и торцовыми экранами водоохлаждаемый индуктор, установленный на керамической плите, внутри которого помещен нагреватель, выполненный в виде двух тел из электропроводного материала с установленными между ними фиксирующими элементами. Нагреватель выполнен в виде двух стаканов, отверстиями обращенных навстречу друг другу. При этом между стаканами установлено кольцо из термопрочного неэлектропроводного материала (SU 1059493 А, 07.12.1983).
Известна установка для определения коэффициента теплопроводности кожи, содержащая средство для измерения теплопроводности, блок регистрации, нагреватель, блок питания, узел зажима образца и теплоизоляционный материал. При этом средство для измерения теплопроводности выполнено из пары термоэлементов, электрически связанных между собой для обеспечения равномерной теплоотдачи и приема по всей площади испытуемого образца кожи, помещаемого между термоэлементами. При этом тепловой поток направлен сверху вниз, термоэлементы соединены с регистрирующим блоком, а один из термоэлементов соединен с нагревателем и блоком питания (RU 60728 U1, 27.01.2007).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности устройству является устройство для определения теплопроводности жидкостей и газов, содержащее нагреватель и холодильник, между которыми в контакте расположены тепломеры, выполненные в виде плоских пластин, и ячейка для исследуемого вещества, а также измерительную схему. При этом тепломер, контактирующий с нагревателем, выполнен со сквозным центральным отверстием, снабжен датчиком температуры и смонтирован на пластине из высокотеплопроводного материала. При этом нагреватель выполнен съемным, а ячейка для исследуемого вещества образована поверхностью нагревателя, поверхностью пластины и внутренней боковой поверхностью тепломера, расположенного между нагревателем и пластиной, снабжена сообщенным с ней сосудом с капилляром (SU 911274 А1, 07,03,1982).
Недостатками указанных устройств являются невысокая точность измерений, трудоемкость их проведения, а также невозможность использования данных устройств, для исследования теплофизических характеристик волокнистых пищевых продуктов животного происхождения, представленных в виде пластины.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности измерений.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в разработке устройства, позволяющего быстро, высокоточно и без особых трудозатрат определить коэффициент теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения.
Для достижения указанного технического результата предложено устройство для определения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения, состоящее из разъемного корпуса, выполненного из теплоизолирующего материала, в нижней части которого установлен теплонагреватель, а на его верхней части установлен холодильник, между которыми в контакте расположены три тепломеры, выполненные в виде плоских медных пластин, между которыми зафиксированы две ампулы, при этом ампула, расположенная между верхней и средней пластинами, предназначена для исследуемого продукта, а ампула, расположенная между средней и нижней пластинами, - для эталонного продукта, при этом на медных пластинах установлены термодатчики, а в ампуле с исследуемым продуктом установлен виброинициатор кристаллизации. В качестве холодильника может быть использован холодильник Пельтье.
На чертеже представлена схема устройства.
Устройство для определения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения содержит:
1 - Разъемный корпус из теплоизолирующего материала;
2 - Кольцевидная середина разъемного корпуса, с выемками для теплонагревателя;
3, 5, 10 - Медные пластины;
4 - Верхняя кольцевая часть разъемного корпуса с выемками для медной пластины;
6 - Виброинициатор кристаллизации;
7 - Кольцевой уплотнитель положения ампулы с исследуемым продуктом и медной пластины 10;
8 - Прижимное устройство с микрометрическим винтом;
9 - Холодильник;
11 - Ампула с исследуемым продуктом;
12, 13, 14, 16 - Термодатчики;
15 - Ампула с эталонным продуктом;
17 - Теплонагреватель.
Устройство для определения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения работает следующим образом.
2
2
Исследуемый образец материала, например часть свиного окорока, в виде пластины помещают в ампулу для исследуемого продукта (11), а в ампулу для эталонного продукта (15) помещают образец материала в виде пластины, используемый для сравнения, например оргстекло (ПMMК). Затем ампулу с исследуемым продуктом (11) фиксируют между медными пластинами (5) и (10), а ампулу с эталонным продуктом фиксируют между медными пластинами (3) и (5). После сборки устройства и его подключения к электропитанию с помощью теплонагревателя (17) и холодильника, например, Пельтье (9) обеспечивают необходимый температурный перепад и после установления стационарного теплового режима, примерно 2-3 минуты, с помощью термодатчиков измеряют температуру. При этом термодатчик (12) измеряет температуру (Т) в месте контакта ампулы с исследуемым продуктом и нижней части медной пластины (10); термодатчик (13) измеряет температуру (Т*) в месте контакта ампулы с исследуемым продуктом и верхней части медной пластины (5); термодатчик (14) измеряет температуру (Т*) в месте контакта ампулы с эталонным продуктом и нижней части медной пластины (5); термодатчик (16) измеряет температуру (Т) в месте контакта ампулы с эталонным продуктом и верхней части медной пластины (3). Показания термодатчиков (13) и (14) должны быть идентичными. Одновременно с теплонагревателем (17) и холодильником (9) к электропитанию подключают виброинициатор кристаллизации (6), который необходим для поддержания исследуемого продукта в естественном состоянии.
После того как показания термодатчиков сняты, коэффициент теплопроводсти определяют по формуле:
обр
эт
обр
эт
где λ, λ - коэффициент теплопроводности исследуемого и эталонного образцов, [Вт/м⋅К], d, d - высота пластины исследуемого образца и эталона, [м].
Таким образом, предложенное устройство позволяет определять коэффициент теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения с высокой точностью.