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質(zhì)構(gòu)儀的工作原理與使用要點(diǎn)

點(diǎn)擊次數(shù):268 更新時間:2025-06-13
  質(zhì)構(gòu)儀的工作原理與使用要點(diǎn)
  一、質(zhì)構(gòu)儀的工作原理
  質(zhì)構(gòu)儀是一種通過模擬外力作用(如壓縮、拉伸、剪切等)測量物質(zhì)力學(xué)特性的儀器,其核心原理基于應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的分析。具體工作流程如下:
  1. 加載與受力:
  質(zhì)構(gòu)儀通過電機(jī)驅(qū)動機(jī)械探頭(如壓頭、刀片等)對樣品施加可控的力或變形。加載方式包括壓縮、拉伸、剪切、穿刺等,模擬人咬、觸摸或加工過程中的力學(xué)作用。
  2. 傳感器測量:
  - 力的檢測:采用高精度負(fù)荷傳感器(如應(yīng)變片式傳感器)實時監(jiān)測施加的力值,精度可達(dá)克級甚至更低。
  - 位移檢測:通過位移傳感器記錄樣品在受力時的變形量,結(jié)合力值數(shù)據(jù)生成應(yīng)力-應(yīng)變曲線
  - 多維度數(shù)據(jù)采集:現(xiàn)代質(zhì)構(gòu)儀可同步記錄時間、速度、功等參數(shù),用于分析樣品的硬度、彈性、黏性等特性。
  3. 數(shù)據(jù)處理與分析:
  采集的數(shù)據(jù)通過軟件轉(zhuǎn)換為力學(xué)參數(shù),如:
  - 硬度(最大力值)、彈性(形變恢復(fù)率)、咀嚼性(多次壓縮的功)、黏附性(探頭與樣品分離時的力)等。
  - 軟件支持多種測試模式(如蠕變模式、組織模擬模式),適應(yīng)不同行業(yè)需求。
  二、質(zhì)構(gòu)儀的使用要點(diǎn)
  為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器壽命,需注意以下關(guān)鍵步驟和規(guī)范:
  1. 準(zhǔn)備工作
  - 儀器校準(zhǔn):
  使用前需進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)、負(fù)重標(biāo)定及探頭靈敏度校驗,確保力值和位移測量準(zhǔn)確[^3^][^6^]。定期(如每月)用標(biāo)準(zhǔn)砝碼校驗傳感器精度。
  - 探頭選擇:
  根據(jù)樣品特性選擇合適的探頭形狀(如圓柱形測硬度、球型測黏附性、刀片式測切割力),并檢查探頭磨損情況。
  - 樣品標(biāo)準(zhǔn)化:
  固體樣品需切割為均勻尺寸(如立方體或圓柱體),表面平整無裂紋;液體樣品應(yīng)填充至指定容器并排除氣泡。
  2. 參數(shù)設(shè)置
  - 測試模式:
  根據(jù)目的選擇模式,如TPA(兩次壓縮模擬咀嚼)、穿刺模(測脆性)、流變模式(測黏彈性)。
  - 關(guān)鍵參數(shù):
  - 測試速度:需匹配樣品特性(如食品低速避免慣性影響);
  - 觸發(fā)力:設(shè)定初始受力閾值,避免探頭接觸樣品前的無效數(shù)據(jù);
  - 目標(biāo)形變:如壓縮量設(shè)為樣品高度的50%~70%。
  3. 測試過程規(guī)范
  - 樣品固定:
  使用夾具或模具固定樣品,確保受力時位置穩(wěn)定。
  - 環(huán)境控制:
  保持實驗室溫度(20~25℃)和濕度穩(wěn)定,避免樣品因水分蒸發(fā)或吸濕導(dǎo)致性質(zhì)變化。
  - 操作穩(wěn)定性:
  測試中避免震動或傾斜儀器,尤其在高速測試時需確保機(jī)身平穩(wěn)。
  4. 數(shù)據(jù)處理與維護(hù)
  - 數(shù)據(jù)分析:
  通過軟件生成的力-時間曲線、功-位移曲線等,結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如ISO或ASTM方法)判斷樣品合格性。
  - 儀器維護(hù):
  - 清潔探頭和載物臺,防止殘留物污染或腐蝕;
  - 定期潤滑機(jī)械部件,檢查電線和傳感器連接狀態(tài);
  - 長期停用時需斷開電源并罩上防塵罩。
  5. 常見錯誤規(guī)避
  - 樣品不均勻:
  若測試結(jié)果離散大,需檢查樣品制備是否標(biāo)準(zhǔn)(如面團(tuán)需揉捏均勻)。
  - 參數(shù)誤設(shè):
  避免測試速度過快(導(dǎo)致動態(tài)誤差)或觸發(fā)力過高(錯過關(guān)鍵形變階段)。
  - 數(shù)據(jù)干擾:
  確保傳感器信號線遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場,避免外部干擾。
  三、應(yīng)用領(lǐng)域與典型場景
  質(zhì)構(gòu)儀廣泛應(yīng)用于:
  1. 食品行業(yè):
  - 測試餅干硬度、果凍彈性、肉類咀嚼性;
  - 優(yōu)化工藝參數(shù)(如蒸煮時間對面條彈性的影響)。
  2. 制藥領(lǐng)域:
  - 檢測藥片崩解時間、膠囊膜強(qiáng)度;
  - 評估軟膏黏附性和注射劑推力。
  3. 材料科學(xué):
  - 測量塑料薄膜抗拉強(qiáng)度、橡膠彈性模量;
  - 研究生物材料的粘彈性(如凝膠、軟骨組織)。力企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品性能。
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