УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЛАЖНОСТИ ДВИЖУЩИХСЯ ПОЛОТНООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2008 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности плоских движущихся материалов, например ткани, ткацких основ, бумаги и др.

Известно устройство для определения влажности движущихся плоских текстильных материалов фирмы «МААЛО», реализующее кондуктометрический метод измерения, основанный на измерении электрического сопротивления контролируемого материала на постоянном токе. Устройство содержит контактный кондуктометрический датчик, образованный перекатным роликом машины и роликом датчика, катящимся по движущемуся контролируемому материалу [1].

Однако точность контроля электрического сопротивления контролируемого материала на постоянном токе уменьшена из-за явления поляризации диэлектрических материалов на постоянном токе. Диапазон применения влагомера ограничен в сторону высоких сопротивлений, что делает невозможным использование его для контроля малых влажностей материалов из синтетических волокон, имеющих малую проводимость. Другим недостатком известного устройства является наличие угольной щетки, трущейся по внутренней поверхности ролика для обеспечения контакта катящегося ролика со схемой прибора. Эта система передачи сигнала от кондуктометрического датчика к схеме прибора уменьшает надежность и точность контроля влажности контролируемого материала из-за того, что угольная щетка со временем истирается, сопротивление контакта может меняться и даже исчезать.

За прототип принята влагометрическая система для плоских движущихся материалов, работающая на высокой частоте и содержащая три устройства для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, состоящих из роликового датчика, соединенного последовательно с вакуумным кварцевым резонатором, включенным в измерительное плечо измерительного моста последовательно с компенсационным элементом [2]. Плечо сравнения измерительного моста состоит из параллельно включенных резистора и конденсатора. Выходы измерительного моста соединены с его же входами через усилитель и колебательный контур, образованный фазирующим трансформатором с конденсатором, выходы усилителя соединены с входами детектора, выходы детектора соединены с входами компенсационного элемента в измерительном мосте и через усилитель по постоянному току с указателем и регулятором влажности.

Применение в устройстве колебательного контура из фазирующего трансформатора и конденсатора для возбуждения автогенерации на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора требует настройки частоты колебательного контура на определенную частоту, что повышает трудоемкость изготовления устройства, кроме этого, надежность устройства уменьшена из-за возможного изменения резонансной частоты колебательного контура при изменении внешних факторов и с течением времени. Компенсационный элемент в измерительном плече моста вносит нелинейность в характеристику преобразования устройства, что понижает точность контроля и регулирования влажности материала. Примененный в устройстве роликовый датчик не обладает достаточной надежностью.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности контроля и регулирования влажности движущихся полотнообразных материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, содержащем роликовый датчик, соединенный последовательно с вакуумным кварцевым резонатором, включенным в измерительное плечо измерительного моста, потенциальный выход которого соединен с потенциальным входом детектора, выходы которого соединены с входами компенсационного элемента и через усилитель по постоянному току с указателем и регулятором влажности, согласно изобретению выход измерительного моста соединен с его же входом через операционный усилитель, компенсационный элемент с параллельно подключенным конденсатором включен в плечо сравнения измерительного моста, ролик датчика выполнен в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров, на торцах которых размещены подшипники, отделенные от внешнего цилиндра фторопластовыми кольцами, при этом внешний цилиндр датчика контактирует с контролируемым материалом, а внутренний цилиндр датчика неподвижен и соединен с кварцевым резонатором и конденсатором, расстояние между цилиндрами выбирают не более 1,0 мм.

Технический результат изобретения достигается по следующим причинам.

1. В качестве усилителя переменного тока в устройстве применен операционный усилитель, позволивший исключить из схемы устройства фазирующий трансформатор, вносивший в работу устройства ненадежность.

2. Компенсационный элемент в предлагаемом устройстве включен в плечо сравнения, что позволило повысить линейность характеристики преобразования устройства, а значит, и точность регулирования влажности материала.

3. В роликовом датчике исключен щеточный контакт между роликом, катящимся по контролируемому материалу, и внутренним неподвижным цилиндром, соединенным со схемой устройства. Контакт между подвижным и неподвижным элементами в роликовом датчике заменен конденсатором емкости (С) не менее 120 пФ, которая обеспечивается зазором между внешним и внутренним цилиндром в датчике не более 1,0 мм при длине роликового датчика 9,0 см. На рабочей частоте (f=100 кГц) емкостное сопротивление такого конденсатора не более 13,3 кОм, поэтому включенное последовательно с контролируемым сопротивлением материала (более 60 кОм) не будет оказывать влияния на выходные характеристики устройства.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, на фиг.2 показана конструкция роликового датчика.

Устройство содержит роликовый датчик 1 (фиг.1, 2), содержащий внешний 2 (фиг.2) и внутренний 3 цилиндры, на торцах которых размещены подшипники 4, отделенные от внешнего цилиндра 2 изолированными фторопластовыми кольцами 5. Внешний цилиндр 2 контактирует с движущимся контролируемым материалом 6 (фиг.1), расположенным на заземленном перекатном ролике 7 технологической машины. Внутренний неподвижный цилиндр 3 (фиг.2) ролика 1, расположенный на расстоянии 0,5...1,0 мм от внутренней поверхности внешнего цилиндра 2, соединен с вакуумным кварцевым резонатором 8 (фиг.1), включенным в измерительное плечо измерительного моста 9. Потенциальный выход (а) измерительного моста 9 соединен с потенциальным входом детектора 10, а через операционный усилитель 11 с входами (в, с) измерительного моста 9. Выходы детектора 10 соединены с входами компенсационного элемента 12, связанного с параллельно включенным конденсатором 13, а через усилитель 14 по постоянному току соединены с указателем 15 и регулятором 16. Конденсатор 17 включен параллельно измерительному конденсатору, содержащему электроды в виде заземленного перекатного ролика 7 технологической машины и внутреннего цилиндра 3 (фиг.2) роликового датчика 1.

Устройство работает следующим образом. При изменении влажности контролируемого материала 6 (фиг.1) изменяются его диэлектрические характеристики, а значит, и параметры (емкость, сопротивление) измерительного конденсатора, образованного электродами в виде внутреннего цилиндра 3 (фиг.2) роликового датчика 1 и заземленного перекатного ролика 7 (фиг.1) технологической машины, что приводит к изменению активного сопротивления цепи кварцевый резонатор - измерительный конденсатор. Внутренний конденсатор роликового датчика, образованный внешней поверхностью внутреннего цилиндра 3 (фиг.2) и внутренней поверхностью внешнего цилиндра 2 ролика 1, при расстоянии между цилиндрами не более 1,0 мм имеет емкость не менее 120 пФ, что обеспечивает ему на резонансной частоте (100 кГц) кварцевого резонатора 8 (фиг.1) емкостное сопротивление не более 13 кОм, которое не препятствует передаче сигнала к кварцевому резонатору 8. При сопротивлении измерительного плеча моста 9, меньшем, чем сопротивление плеча сравнения, и благодаря подаче на входы «в» и «с» моста 9 его же выходного напряжения с потенциального выхода «а» через операционный усилитель 11 возникает автогенерация колебаний на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора 8. Так как схема работает на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора 8, реактивные сопротивления измерительной системы компенсируются реактивностью кварцевого резонатора 8, благодаря чему высокоомное сопротивление измерительного конденсатора с контролируемым материалом преобразуется в низкоомное, что упрощает его преобразование в электрический сигнал.

В результате изменения влажности контролируемого материала 6 изменяющееся выходное напряжение измерительного моста 8 после усиления операционным усилителем 11 и детектирования детектором 10 подается на управляющие входы компенсационного элемента 12, изменяющего свое сопротивление так, чтобы восстановить разбаланс моста 9 и амплитуду колебаний. Усиленные по постоянному току усилителем 14 сигналы регистрируются указателем 15 и поступают на регулятор 16 для регулирования влажности материала.

Источники информации

1. Беленький Л.И., Швырев С.С., Омельянчук Л.А. Автоматический контроль и регулирование технологических процессов отделочного производства. - М.: Легкая индустрия, 1978. - 261 с.

2. А.с. 1520430 (СССР) G01N 27/22. Влагометрическая система для плоских движущихся материалов. 1989.

Устройство для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов содержит роликовый датчик, соединенный последовательно с вакуумным кварцевым резонатором, включенным в измерительное плечо измерительного моста, потенциальный выход которого соединен с потенциальным входом детектора, выходы детектора соединены с входами компенсационного элемента и через усилитель по постоянному току с указателем и регулятором влажности. При этом выход измерительного моста соединен с его же входом через операционный усилитель, компенсационный элемент с параллельно подключенным конденсатором включен в плечо сравнения измерительного моста. Роликовый датчик выполнен в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров, на торцах которых размещены подшипники, отделенные от внешнего цилиндра фторопластовыми кольцами, при этом внешний цилиндр датчика контактирует с контролируемым материалом, а внутренний цилиндр датчика неподвижен и соединен с кварцевым резонатором и конденсатором, расстояние между цилиндрами выбирают не более 1,0 мм. Предложенное устройство позволит повысить надежность точности контроля и регулирования влажности движущихся полотнообразных материалов. 2 ил.

Устройство для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, содержащее роликовый датчик, соединенный последовательно с вакуумным кварцевым резонатором, включенным в измерительное плечо измерительного моста, потенциальный выход которого соединен с потенциальным входом детектора, выходы которого соединены с входами компенсационного элемента и через усилитель по постоянному току с указателем и регулятором влажности, отличающееся тем, что выход измерительного моста соединен с его же входом через операционный усилитель, компенсационный элемент с параллельно подключенным конденсатором включен в плечо сравнения измерительного моста, роликовый датчик выполнен в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров, на торцах которых размещены подшипники, отделенные от внешнего цилиндра фторопластовыми кольцами, при этом внешний цилиндр датчика контактирует с контролируемым материалом, а внутренний цилиндр датчика неподвижен и соединен с кварцевым резонатором и конденсатором, расстояние между цилиндрами выбирают не более 1,0 мм.