ЕМКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ВОЛОКНА Российский патент 1994 года по МПК G01B7/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля поперечного сечения волокна в двух взаимно перпендикулярных направлениях в процессе вытяжки.

Известно устройство для измерения диаметра проволоки, содержащее трансформаторный мост и включенный в него дифференциальный емкостный преобразователь с низкопотенциальным и двумя высокопотенциальными электродами и экранирующим корпусом, выполненным в виде двух прямоугольных, совмещенных между собой боковыми стенками труб, причем совмещенные боковые стенки труб выполнены с вырезом, а низкопотенциальный электрод закреплен в вырезах стенок на диэлектрических элементах [1] .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является емкостное устройство [2] , состоящее из дифференциального конденсатора, выполненного в виде двух прямоугольных кожухов с общей стенкой, в которой прорезано окно для электрода низкого напряжения, высокопотенциальных электродов, закрепленных на противоположных стенках кожухов, которые длиннее электрода низкого напряжения и примерно в два раза больше расстояния между ними, вдоль длины которого измеряется сечение волокна.

Недостатком этого устройства является невозможность контроля диаметра в двух взаимно перпендикулярных направлениях из-за неравномерности поля в поперечном направлении, низкая точность.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет измерения также эллипсности сечения волокна.

Это достигается тем, что в емкостном устройстве для измерения диаметра волокна, содержащем дифференциальный измерительный конденсатор, выполненный в виде экранирующего кожуха, разделенного на две части центральной перегородкой со сквозным отверстием в ней, размещенного в этом отверстии на изоляторах низкопотенциального электрода и двух плоских высокопотенциальных электродов, закрепленных с помощью изоляторов на двух противоположных стенках кожуха по разные стороны от низкопотенциального электрода, длина каждого высокопотенциального электрода по крайней мере в два раза превышает величину зазора между ними и низкопотенциальным электродом, а во второй паре противоположных стенок кожуха выполнены соосно расположенные приемные отверстия, предназначенные для пропускания контролируемого волокна в процессе измерения, имеется второй дифференциальный измерительный конденсатор, выполненный идентично первому и установленный ортогонально относительно него так, что пары приемных отверстий в кожухах обоих конденсаторов расположены соосно, а в поперечном сечении на кромках низкопотенциального электрода выполнены плавные фаски.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - дифференциальный конденсатор.

В центральном заземленном электроде 1 закреплен низкопотенциальный электрод 2 измерения диаметра, с двух сторон которого на керамических изоляторах 2 размещены высокопотенциальные электроды 4 так, что расстояние от их краев до низкопотенциального электрода l превышает не менее чем в два раза величину зазора между ними d, с общим экранирующим кожухом 5, соединенным с выступающими краями электрода 1, в котором закреплен также электрод 6 измерения координат. При этом в поперечном сечении на кромках его низкопотенциальных электродов 2 и 6 выполнены плавные фаски по форме линии равного потенциала, рассчитанной с помощью системы параметрических уравнений:
где X, Y - координаты вдоль и поперек электродов;
d - расстояние между электродами 2, 6 и 4, мм,
ρ- параметр, изменяющийся от 0 до ∞
Электрические заряды на электроде, выполненном по принципу "отвердения линии равного потенциала", распределяются на его поверхности равномерно, а расположение низкопотенциального электрода внутри центрального заземленного, напротив высокопотенциальных и увеличение линейных размеров электродов по сравнению с зазором между ними устраняет кривизну линий напряженности электростатического поля, что приводит к появлению зоны равномерности напряженности поля, имеющей существенные размеры как вдоль, так и поперек пластин.

Схема блока 7 (электрон) содержит задающий кварцевый генератор (на чертеже не показан) синусоидального напряжения, которым запитываются трансформаторные мосты, к дифференциальным плечам которых подключаются высокопотенциальные электроды 4 конденсаторов.

Сигналы рассогласования мостов, обусловленные изменением диаметра волокна или его смещения (при измерении координаты), поступают с их диагоналей, образованных электродами 2 или 6 с средней точкой трансформатора, на согласующие каскады.

Полученные напряжения после усиления и выпрямления подведены к выходному разъему электронного блока 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Волокно в процессе вытяжки проходит между пластинами двух ортогонально развернутых дифференциальных конденсаторов по центру их измерительных зон, что приводит к изменению диэлектрической постоянной в этих зонах.

При неизменном диаметре волокна сигнал рассогласования в измерительных зонах конденсаторов с электродами 2 будет постоянным при любых перемещениях волокна в пределах зоны, а в конденсаторах с электродами 6 будет пропорциональным смещению волокна относительно проекции центра измерительных зон на горизонтальную плоскость.

При увеличении или уменьшении диаметра волокна сигналы рассогласования с конденсаторов измерения диаметра будут изменяться синхронно. Если же волокно станет эллипсным, сигнал с конденсатора, в котором большая ось эллипса развернута вдоль пластин, будет меньше, чем в ортогонально развернутом конденсаторе.

Экспериментальная проверка была сделана на дифференциальном конденсаторе с расстоянием между пластинами d = 6 мм, длиной электрода 2 L = 10 мм с фаской ≈ 2,5 х 1,5 мм для волокон диаметром не более 400 мкм в зоне ± 0,5 мм поперек и ±1 мм вдоль электродов.

Чувствительность к эллипсности составила 2 ˙ 10^-7 C на 1 мкм, где C - емкость измерительного конденсатора.

Предлагаемое устройство реализовано в установке для вытягивания световодного волокна, где контроль текущих координат необходим для управления технологическим процессом, так как надо знать местонахождение волокна и следить, чтобы объект измерения был постоянно в зоне измерения. (56) Авторское свидетельство СССР N 904420, кл. G 01 B 7/12, 1980.

Патент ФРГ N 3431852, кл. G 01 B 7/12, 1986.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля поперечного сечения диэлектрического волокна в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей емкостного устройства для измерения диаметра волокна за счет измерения также и его эллипсности и получения информации о текущих координатах волокна. Это устройство содержит два идентично выполненных дифференциальных измерительных конденсатора, состоящих из центрального заземленного экрана с закрепленными внутри него на изоляторах двумя низкопотенциальными электродами для измерения диаметра и для измерения текущей координаты. С двух сторон от него на керамических изоляторах закреплены высокопотенциальные электроды, длина каждого из которых по крайней мере в два раза превышает величину зазора между ними и плоскостью низкопотенциальных электродов. Поперечные кромки обоих низкопотенциальных электродов скруглены по форме линии равного потенциала. Оба конденсатора размещены взаимно ортогонально относительно волокна, проходящего через центры их измерительных зон. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ЕМКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ВОЛОКНА, содержащее дифференциальный измерительный конденсатор, выполненный в виде экранирующего кожуха, разделенного на две части центральной перегородкой со сквозным отверстием в ней, размещенного в этом отверстии на изоляторах низкопотенциального электрода и двух плоских высокопотенциальных электродов, закрепленных с помощью изоляторов на двух противоположных стенках кожуха по разные стороны от низкопотенциального электрода, длина каждого высокопотенциального электрода по крайней мере в два раза превышает величину зазора между ними и низкопотенциальным электродом, а во второй паре противоположных стенок кожуха выполнены соосно расположенные приемные отверстия, предназначенные для пропускания контролируемого волокна в процессе измерения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет измерения также эллипсности сечения волокна, оно снабжено вторым дифференциальным измерительным конденсатором, выполненным идентично первому и установленным ортогонально относительно него так, что пары приемных отверстий в кожухах обоих конденсаторов расположены соосно, а в поперечном сечении на кромках низкопотенциального электрода выполнены плавные фаски. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения информации о текущих координатах волокна, оно снабжено двумя дополнительными низкопотенциальными электродами треугольной формы с плавным фасками на кромках в их поперечных сечениях, каждый из которых размещен в соответствующем дополнительном отверстии, которое выполнено в центральной перегородке кожухов обоих измерительных конденсаторов.