Устройство для определения смачиваемости волокнистых материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N13/00 

1

Изобретение относится к области физико-химического анализа, в частности к устройствам для определения смачиваемости волокнистых материалов основанных на принципе измерения объема пропитывающей жидкости, и может быть использованб в химической и текстильной промьшшенности, а также в различных: областях техники при получении армированных волокнами полимерных материалов.

Цаль изобретения - повышение точности определения смачиваемости волокнистых материалов при снижении трудоемкости.

На фиг.1 представлена измерительная ячейка устройства, общий вид; на фиг.2 - блок-схема электронной части

временные диа

прибора; на фиг.З граммы работы устройства (кривые а,

б, в, г, д, е, ж, з).

Устройство состоит из корпуса 1, па котором укрелпена накладная панел 2 с шестью неподвижными направляющими валиками 3, причем нижний конегд панели 2 с двумя неподвижными направ ляюашми валиками 3 расположен внутри ванны 4 со средой 5. Волокнистый материал 6 намотан на бобину 7, котора

закреплена на оси о с возмолсностью вращения, В качестве среды 5, которая находится в ванне 4, используется например, замасливатель, аппрет ипи любая другая жидкость, смачивае- .мость которой исследуется по отношению к данному волокнисток, материалу 6. Последний пропускается через неподвижные направлягоп)уге валки 3 накладной панели 2 и далее заправляется через ведущий валик 9, который укреплен на валу двигателя 10 и на- правляюпше валики II и 12.в приемный бункер 13, Ванна 4 со средой 5 и бункер 13, закрепляются на лицевой поверхности корпуса 1 при помощи зажимов I4. На накладной панели 2 над ;ванной 4 со средой 5 расположен металлический щуп 15 и система его установки 16, представляющая собой подвижную планку,, которая имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости, и к которой прикреплен ме та.плический щуп 15. В нижней части лицевой панели корпуса укреплены, лервьм 17 и второй 18 блоки индика- ции, сигнальная лаг-ina 19 сигнализатора 20 и ручки настройки блока 21 управ.пения. Остальные электронные блоки; форкирователь 22 логического

Ю

is

20

25

30

35

40

786792

уровня, первый 23 и второй 24 счетчики импульсов, первый 25 и второй 26 дешифраторы, электронный ключ 27, генератор 28 пилообразных импульсов, источник 29 управляемого напряжения и генератор прямоугольных импульсов 30 расположены внутри корпуса 1. При этом металлический щуп 15 подключен к входу формирователя 22 логического уровня, выход которого подсоединен к управляющему входу электронного ключа 27 и через первый счетчик 23 и первый дешифратор 25 к первому блоку 17 индикации. Выход генератора 30 подсоединен к входу электронного ключа 27, выход которого подключен к входу второго счетчика 24. Выход второго счетчика 24 подсоединен к сигнализатору 20 и через второй дещифра- тор 26 к второму блоку индикации. 18. Первьш выход блока управления 21 подключен к управляющим входам первого 17 и второго 18 блоков индикации, а .второй вьосод через генератор пилообразных импульсов 28 и источник 29 управляемого напряжения подсоединен к двигателю 10 постоянного тока. Нижний конец металлического щупа 15 опущен в ванну 4 до уровня среды 5 в -. месте входа в нее волокнистого материала 6,

Устройство работает следующим образом.

Волокнистый материал 6 после нанесения его на бобину 7 и закрепления последней на оси 8 пропускается, через два неподвижных направляющих валика 3, расположенных в верхней части накладной панели 2, далее через два валика 3 расположенных в нижней части панели 2, затем через следующую пару валиков 3, расположенных в верхней части панели 2, и наконец через ведущий валик 9 и направляющие валики 11 и 12. Конец волокнистого материала 6 заправлен в бункер 13, который закрепляется на лицевой панели корпуса 1 с помощью зажима 14. После этого в ванну 4 заливается фиксированный объем среды 5 и она одевается на накладную панель 2 и закрепляется на лицевой панели корпуса I вторым зажимом 14, где при этом нижний конец накладной панели 2 с двумя валиками 3 и .пропущенным волокнистым материалом 6 оказьшаются ниже уровня среды 5 в ванне 4. Настраивают систему установки 16 мета1шического щупа 15 так, что конец металлического щупа

45

50

31

15 опускается до уровня среды 5 в месте входа в нее волокнистого материала 6 и при этом добиваются обеспе чения контакта между средой 5 и концом металлического щупа 15.

После этого включают тумблер Сеть блока 21 управления и запускают всю систему в целом нажатием на кнопку Пуск (предварительно для приведения системы в начальное состо яние, нажимается кнопка Сброс блока управления 21). Это приводит к тому, что запускается генератор 28 пилообразных импульсов (кривая а). Выходной сигнал генератора 28 поступа- ет на вход управляемого источника напряжения 29 и это приводит к тому, что на выходе источника 29 появляются пилообразные импульсы, период следования которых равен периоду входны импульсов, но амплитуда этих импульсов значительно превосходит амплитуду входных импульсов (в качестве примера можно привести значения амплитуд импульсов, которые измеряются на опытном образце устройства: входные импульсы до 4,4 (В), выходные импульсы до 110 (В), период следования импульсов 4 мин, (кривая б). Пилообразные импульсы поступают на делитель 10, которьй будет работать при этом в таком режиме, что сначала в первую половину периода входных импульсов его скорость линейно возрастает (кривая в), а во вторую половину периода линейно уменьшается. .

Соответственно, в первую половину периода импульсов возрастает и ско

рость ведущего валика, а во вторую

половину уменьшается, а следовательно, и скорость движения заправленного в устройство волокнистого материала 6 изменяется по такому же закону. При увеличении линейной скорости движения волокнистого материала.6 на верхней кромке среды 5 в ванне 4 в месте входа волокнистого материала 6 образовывается вогнутый мениск, что приводит после увеличения скорости вьщ1е порога к тому, что нарушается контакт между средой 5 и концом металлического щупа 15 (кривая г). После снижения скорости ниже порога происходит вновь замыкание контакта между средой 5 и металлическим щупом 15. (Для упрощения чертежа на фиг.З моменты замыкания и размыкания показаны не в виде пакета импульсов, как это возможно, а в виде идеального

20-3035

4550 55

срабатывания)..Металлический щуп 15 подключен к входу формирователя 22 логического уровня, предназначенный для формирования прямоугольных импульсов в моменты размыкания контакта между средой 5 и щупом 15 (кривая д). Так как после включения тумблера Сеть на блоке 21 управления запускается генератор прямоугольных им- 0 пульсов 30 (кривая е) и после поступления прямоугольных импульсов с выхода формирователя 22 на управляющий вход электронного ключа 27, последовательность прямоугольных импульсов с выхода генератора 30 поступает через открытый электронный ключ 27 на вход второго счетчика 24 (кривая ж). Период следования импульсов с выхода формирователя 22 в десятки раз больше периода следования импульсов с выхода генератора 30, поэтому во время действия импульса на управляющем входе электронного ключа 27, на вход . второго счетчика 24 успевает пройти пакет импульсов (кривая ж). Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 22 поступают кроме электронного ключа 27, через первьА счетчик 23.и первый дешифратор 25 на перв вход первого блока 17 индикации. Таким образом на первом блоке индикации 1.7 высвечивается информация о том, сколько раз нарушается контакт между средой 5 и щупом 15. Пакеты импульсов с выхода второго счетчика 24 поступают через- второй дешнфр атор 26 на второй блок индикации и кроме того на сигнализатор 20. На втором блоке индикации 8, таким образом, вы- свечирается сумма импульсов входяоопс во все пакеты н myльcoв, прошедших через электронный ключ 27. Сигнализатор 20 работает таким образом, что при поступлении на его вход пакетов импульсов, сигнальная лампа 9 не загорается, в случае если в течение трех пе{ 1одов следования импульсов с генератора 28 на вход сигнализатора 20 поступают импульсы, а непакеты импульсов, то начинает мигать сигнальная лампа 19. (Для упрощения чертежа и в виду не существенности на фиг.2 сигнализатор 20 изображен в виде одного сруктурного элемента: в состав же его входят, регистр и мультивибратор, последний предназначен для осуществления мигания лампы 19. Поскф1ьку сигнализатор 20 может быть выполнен по-разному, например

40

в виде сирены, звонка и т.д., сигна- лизатор 20 изображен в виде одного структурного элемента).

Таким образом, на обоих блоках индикации 17 и 18 периодически высвечивается информация и так продолжается до тех пор, пока уровень среды 5 в- ванне 4 не снизится за счет ее уноса волокнистым материалом 6, до такого уровня, что не происходит периоди-fO до момента, когда начинает мигать

ческое замыкание и размыкание контакта между средой 5 и щупом 15, Причем до этого момента, по мере уноса среды 5.увеличивается длительность импульсов, приходящих с выхода формиро- 15 ванные блоками 17 и 18 индикации по- вателя 22 на управляющий вход элек- зволяют комплексно оценить смачивае- тронного ключа 27 (кривая д) за счет мость волокнистьп материалов, увеличения длительности пауз между

замыканиями контакта между средой 5 , В предлагаемом техническом реше- и щупом 15 (кривая г), а следователь-20 нии определяются показатели,.которые

но, увеличивается количество импульсов в каждом последующем пакете, проходящем через электронный ключ 27 на второй дешифратор 26 (кривая ж), так продолжается до тех пор, пока не ера ботает сигнализатор 20, в этом случае начнет мигать сигнальная лампа 19, а на блоках индикации 17 и 18 застынут последние показания.

В случае, если среда 5 идеально смачивает волокнистый материал 6, то показания обоих блоков 17 и 18 индикации будут минимально возможными, а если среда 5 не смачивает волокнисты материал 6, то показания обоих блоков I7 и 18 индикации будут максимально возможными. Действительно, если волокнистый материал 6 смачивается средой 5, то мениск необходимый для разрыва контакта между средой 5 и щупом 15 образуется при больщей скорости, а следовательно и длительность размыкания этого контакта меньше, чем в том случае, когда среда 5 плохо смачивает волокнистый материал 6, так как при этом мениск необходи- -мый для разрыва указанного контакта обеспечивается при более низких скоростях. Таким образом, по показаниям блока индикации 18 можно проранжиро- вать смачиваемость волокнистого материала 6 различными электропроводными жидкостями 5, или смачиваемость различных волокнистых материалов 6 данной средой 5. На блоке ийдикации 17 высвечивается, дополнительная информация, которая подтверждает это- ранжирование, кроме того, зная количество циклов размыкания контакта

между щупом 15 и средой 5 и длину прокрученного волокнистого материала 6 можно определить средний насос среды 5 на. единицу длины материала 6. Поэтому, чем меньше количество циклов замыкания контакта, зафиксировано блоком 17 индикации при определении смачиваемости (от момента нажатия кнопки Пуск блока 21 управления.

сигпальная лампа 19) тем выше смачиваемость данного конкретного волокнистого материала 6 данной средой 5. Следовательно, показания, зафиксиро0

позволяют объективно сравнивать смачиваемость волокнистых материалов по отношению к конкретн ым замасливате- лям, аппретам, красителям и т.д. Действительно, использование такого показателя, как количество импульсов, зафиксированных блоком индикации 1В за время замыкания -контакта между средой 5 и щупом 15, позволяет оценивать смачиваемость непосредственно без последующей математической обра- ботки, сравнивая смачиваемость волокнистых материалов по отнощению к конкретной среде непосредственно по дан5 ному показателю (чем меньше показатель, тем смачиваемость вьщ1е) .

Кроме того, при определении угла в градусах в каждый момент времени определяется смачиваемость отрезка

0 волокнистого материала, в следующий момент времени следующего отрезка волокнистого материала, а поскольку, для калсдого отрезка в общем случае смачиваемость не одинакова, то при

5 определении визугшьного угла по шкале неизбежна погрешность, обусловленная трендом показаний.

В предложенном техническом решении определяемьй показатель является

0 интегральным, т.е. суммарным по всей длине волокнистого материала и характеризует смачиваемость в условиях, имитирующие производные.

.Кроме того, нгшичие второго блока

5 индикации для фиксации количества циклов замыканий и размыканий контакта, позволяет определить количество наносимой на волокнистый материал среды. В свою очередь, такая информа,ция подтверждает результаты оценки смачиваемости по первому блоку индикации, и является показателем (средний насос среды на единицу длины), который может быть использован как в

теоретических расчетах смачиваемости (поверхностной энергии, энтропии и т.д.). но и для чисто практических целей (прогнозирование расхода замас- ливателя, красителя и т.д.).

00 о о о о

„XD И/ 1

Iff

СбросСеть

о,о

/Л/ЛС /АГЛ.

О/О

77

(риг.1

21

П

iiiiiiiiiiiiiiiii

IPue.j

Составитель В. Алексеев Редактор Н.-Марголина Техред А.Кравчук Корректор Г. Решетник

6825/39

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

П П П X,