Устройство для измерения весового расхода волокнистого материала в пневмопроводе Советский патент 1990 года по МПК G01F1/86 

55 77

ГП 1

If/Ub

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в текстильной промышленности для измерения расхода волокнистого материала в пневмопроводе.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 изображена конструкция датчика расхода волокнистого материа- ла; на фиг. 2 - электрическая схема устройства.

Датчик весового расхода волокнистого материала состоит из двух линеек 1 и 2 (фиг. 1), для крепления которых служит специальная рамка 3. Каждая линейка датчика состоит из чередующихся источников света и фотоприемников (светодиодов ,5 и фотодиодов 6,7). Рамка укреплена на пневмопроводе 8. Рамка с укрепленными в ней линейками образует единое целое с пневмопроводом, и поэтому не вызывает возмущения потока волокна.

Устройство содержит также источник 9 тока (фиг. 2) с ключами 10 и 11 для коммутации групп светодиодов, генератор 12 с парафазными выходами, два ключа 13 и 1 для коммутации групп фотодиодов, блок 15 обработки и блок 16 индикации.

Блок обработки включает в себя резисторы 17 и 18, инвертирующий усилитель 19, фильтры 20 и 21 нижних частот, амплитудный детектор 22, конденсатор 23, неинвертирующий усилитель 2, дифференциальный усилитель 25 и преобразователь напряжение-частота, выполненный в виде интегратора на усилителе 26 с конденсатором 27 и резистором 28, коммутатора на усилителе 29 и разрядного транзистора 30.

В основе работы устройства лежит уравнение Бугера-Ламберта, согласно которому поток монохроматического излучения с длиной волны , прошедший через некоторый объект, на который направлен поток Ф0 равен

Ф.р-Ф.е.

О)

где 0,д - оптическая плотность объекта

I

Так как D линейно зависит от плотности массы волокна, то выражение (1) можно представить в виде Ф.г-Ф.е-«, (2) где К - постоянный коэффициент; q - измеряемая величина, т.е.

мгновенное значение плотности волокнистой массы.

Количество волокна С, подаваемого по пневмопроводу в объект за известное время, определяется выражением

,(3)

ti

где К - коэффициент определяемой конструкцией датчика и способом обработки информации. Для перекрытия всего сечения пневмопровода излучатель должен содержать такое количество свето- и фотодиодов, которое обеспечило бы заполнение всего сечения равномерным потоком излучения.

Тогда полный ток в цепи фотопреобразователя будет

(4)

где Зп - фототек n-го фотодиода.

Этот ток будет определять мгновенное значение расхода волокна. Выраже- оние (3) можно представить в виде: . (5)

Из этого видно, что весовой расход волокнистого материала можно определять по току фотопреобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, снимаемый с линейки фотоприемника, является функцией нескольких переменных, а именно: освещенности, создаваемой источником излучения, количества массы продукта в зоне просвечивания, запыленности поверхности фото- и светодиодов.

Источник 9 тока, при помощи ключей 10 и 11 подключается поочередно к линейкам светодиодов и 5, ключи 10 и 11 коммутируются противофазно генератором 12, который коммутирует также ключи 13 и И, подключая линейки фотодиодов 6 и 7 к инвертирующему усилителю 19. Таким образом, одновременно включены свето- и фотодиоды противоположных линеек, причем излучающий и принимающий ряд светодиодов и фотодиодов периодически чередуются.

Фотоприемники в обеих линейках включены параллельно и используются в режиме фотопреобразователя. При работе в таком режиме фотодиод представляет собой упрвляемый светом источник тока, величина которого не зависит от напряжения питания, а зависит от освещенности, т.е. от массы продукта в зоне просвечивания.

Сигнал с фотодиодов 6 и 7 поступает на инвертирующий усилитель 19.

51

В каждый момент времени открыт один из ключей 13 или 14, которые управляются от генератора 12. При этом вследствие того, что фотодиоды являются источниками тока, величина тока не зависит от падения напряжения на резисторах 17,18 и от сопротивления резисторов 17,18 (сопротивление резисторов 17 и 18 должны выбираться, по крайней мере, на порядок меньше со1 противления фотодиодов 6,7). Напряжение на выходе инвертирующего усилителя 19 пропорционально сумме токов фотодиодов 6 и 7, и резистора 18. Сумма сигналов линеек 6 и 7, выделяемая на выходе инвертирующего усилителя 19: фильтруется при помощи фильтра нижних частот, состоящего из резистора 20 и конденсатора 21, частота среза которого выбрана в зависимости от скорости транспортирования волокна и его плотности (средней частоты полезного сигнала) , а также от частоты коммутации .

Для того, чтобы исключить влияние запыленности и загрязнения поверхности фото- и светодиодов в блок измерения введен блок, позволяющий компенсировать указанные возмущения, т.е. он устанавливает О показаний. Наблюдения показали, что волокно в пневмопроводе перемещается дискретными порциями, т.е. в течение 1-10 с обязательно появляется окно. В этот момент времени волокна в зоне просвета датчика нет, что дает возможность запомнить состояние Волокна нет. На усилителе 22 выполнена схема амплитудного детектора на отрицательную полярность сигнала, функциональное назначение которого запоминание напряжения, соответствующего состоянию Волокна нет. Таким образом на конден- саюре 23 выделяется опорное напряжение, относительно которого производится измерение собственного сигнала, пропорционального количеству волокна в сечении датчика.

На неинвертирующем усилителе 2k выполнен повторитель напряжения для согласования. Он обладает большим входным сопротивлением, что позволяет организовать постоянную времени разряда конденсатора в несколько минут.

На дифференциальном усилителе 25 выполнена схема сравнения текущего сигнала и напряжения на выходе усили

3 3246

теля 2Ц, пропорционального напряжению при пустом датчике.

Сигнал с усилителя 25 поступает t- на вход преобразователя напряжение- частота, который преобразует аналоговый сигнал в последовательность импульсов. Он выполнен на двух операционных усилителях 26 и 29 и транзисто- Ю ре 30. Усилитель 26 с конденсатором Z7 представляет собой аналоговый интегратор. Скорость заряда конденсатора является функцией напряжения, поступающего на вход преобразователя. На15 пряжение с выхода интегратора поступает на вход усилителя 29, где сравнивается с пороговым напряжением. В момент равенства этих напряжений усилитель 29 переключается в состояние по- 2о ложительного насыщения и начинает протекать ток базы транзистора 30, транзистор открывается, конденсатор разряжается, и усилитель переключается в положение отрицательного насыщения. 25 Начинается новый заряд конденсатора. Сигнал с усилителя 29, который представляет собой последовательность импульсов, частота которых пропорциональна массе, поступает на вход бло0 ка 6 индикации.

Формула изобретения

Устройство для измерения весового расхода волокнистого материала в пневмопроводе, содержащее две линейки оптически согласованных источников, света и фотоприемников, а также усилитель и блок индикации, о т л и Q ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник тока, парафазный генератор, две пары ключей, фильтр нижних частот, амплитудный детектор, неинвер5 тирующий усилитель, дифференциальный усилитель и преобразователь напряжение - частота, при этом усилитель выполнен инвертирующим,- каждая линейка источников света и фотоприемников выполнена с последовательно установленными чередующимися источниками света и фотоприемниками, каждая группа источников света подключена через первую пару ключей к источнику тока,

5 каждая группа фотоприемников через вторую пару ключей соединена с входом инвертирующего усилителя, соединенного выходом через фильтр нижних частот с амплитудным детектором, выход

которого подключен к неинвертирующему входу неинвертирующего усилителя, инвертирующий вход которого и выход соединены с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к

входу амплитудного детектора, выход дифференциального усилителя через преобразователь напряжение - частота соединен с блоком индикации, причем выходы коммутатора подключены к управляющим входам ключей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения весового расхода волокнистого материала в текстильной промышленности. Целью изобретения является повышение точности измерения. На пневмопроводе закрепляют рамку 3, на которой в свою очередь устанавливают две линейки источников 4, 5 света и фотоприемников 6, 7. Источники света и фотоприемники чередуются в каждой из линеек. Движущийся в пневмопроводе волокнистый материал изменяет величину фототока, поступающего с фотоприемников 6, 7, за счет изменения оптической плотности освещаемой среды. По величине фототока судят о весовом расходе волокнистого материала в пневмопроводе. Вычислительный блок позволяет учитывать смещение нуля, происходящее при запыленности стенок пневмопровода. 2 ил.

Фиг. 2