Устройство для определения разрывной нагрузки волокнистых материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в лубяной и текстильной промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на

фиг.2 - структурная схема вычислительного блока; на фиг.З - структурная схема блока управления; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 электрических колебаний, выход которого через ключ 2 подключен к вход

излучателя 3 звуковых колебаний (динамика), установленного на входе камеры 4 для образца волокон , приемник 5 звуковых колебаний (микрофон), установленный на выходе камеры, преобразователь 6, вход которого подключен к выходу приемника 5 звуковых колебаний, вычислительный блок 7, приемник 8 звуковых колебаний мик- рофон),установленный в дополнительной камере 9, связанной через звуко- вод 10 с основной камерой, преобразователь 11, вход которого подключен к выходу приемника 8 звуковых колеба- ний, блок 12 индикации и блок 13 управления, механизмы 14 и 15 уплотнения, связанные с поршнями 16 и 17. В устройстве каждый преобразователь выполнен в виде последовательно соеди ненных усилителя 18 и выпрямителя 19 Блоки 7 и 13 образуют блок вычисления разрывной нагрузкив

В устройстве вычислительный блок содержит компараторы 20 и 21, первые входы которых связаны с преобразователями 6 и Ир вторые входы объединены и подключены к выходу генератора 22 экспоненциального напряжения (ГЭН), стробирующие входы объедине- ны, а выходы через элементы И-НЕ 23 подключены к управляющему входу регистра 24 памяти и входу Разрешение счета (CI) счетчика 25, информационный вход (вход D параллельной записи информации) которого подключен к выходу задатчика 26 кода, счетный вход (С) - к выходу генератора 27 импульсов, вход Разрешение записи (РЕ) - к входу ГЭН 22, вход задания режима счета (±1) к установочному входу Знак 28, а выход через регистр 24 памяти - к блоку 12 индикации,

В устройстве блок 13 управления содержит блок 29 запуска, выкод которого подключен к входу триггера 30 непосредственно, а к входу триггера 31 - через последовательно соединенные элемент ИЛИ 32 и элемент 33 задержки, формирователь 34 импульса сброса, выход которого через элемент ИЛИ 35 подключен к входу триггера 30 прямой выход этого триггера связан с ключом 2, а через элемент ИЛИ 36 - подключен к входу триггера 31, прямой и инверсный выходы которого соединены со стробирующими входами компраторов 20, 21 и входом генератора 22

Q

,.

5

0

5

и одновибратор 37, вход которого под ключей к выходу элемента И-НЕ 23, а выход - к входу элемента ИЛИ 36 и к входам двух элементов И 38 и 39, другие входы которых соединены соответственно с установочными входами задатчика 40 режимов Периодические измерения и Разрывные измерения), а выходы - с входами элементов ИЛИ 32 и 35.

Устройство работает следующим образ ом „

Образец волокон кенафа постоянной массой помещают в камеру 4 и с помощью механизмов 14 и 15 уплотнения сжимают его поршнями 16 и 17 до определенной объемной плотности (порядка 300-400 кГ/м ). Схема устройства приводится в исходное состояние импульсов Сброс с выхода формирователя 34, выполненного с возможностью запуска соответствующей кнопкой, Этот импульс, пройдя через элементы ИЛИ 35 и 36 блока управления, устанавливает триггеры 30 и 31 в исходное положение О, при котором на единичном выходе обоих триггеров - потенциал низкого уровня, соответствующего уровню логического О (в дальнейшем - потенциал О), на нулевом выходе триггера 31 - потенциал высокого уровня, соответствующего уровня логической 1 (в дальнейшем - потенциал 1).

Исходное положение других элементов схемы характеризуется следующим. Ключ 2 разомкнут (так как на его управляющем входе присутствует запрещающий потенциал О с единичного выхода триггера 30 блока 13), и электрические колебания генератора 1 не могут пр ойти на вход - излучателя 3, Компараторы 20 и 21 вычислительного блока 7 заблокированы (так как на их стробирующих входах присутствует потенциал О с единичного выхода триггера 31 блока 13). Ключ ГЭН 22 блока 7 замкнут (так как на его управляющем входе - потенциал 1 с нулевого выхода триггера 31), и конденсатор этого генератора через замкнутый ключ заряжен до величины опорного напряжения U0 (фиг,4з). Потенциал 1 с нулевого выхода триггера 31 блока 13, кроме того, подается на вход РЕ (Разрешение чаписи) счетчика 25 блока 7, разрешая занесение в него с задатчиьл 26 кода М0,

пропорционального коэффициенту ав в формуле для вычисления разрывной нагрузки F волокон. На выходе элемента И-НЕ 23 блока 7, объединяющего выходы компараторов 20 и 21, - потенциал 1 (фиг,4л), который подается на вход CI (Разрешение счета) счетчика.25, запрещая подсчет им счетных импульсов генератора 27. На установочном входе Знак 28 блока 7 - потенциал О (или 1), соответствующий виду выполняемой операции (потенциал О задает режим Вычитание, а потенциал 1 - Сложение, соответственно в формуле для вычисления F имеют - или +). Путем изменения емкости конденсатора или сопротивления резистора ГЭН 22 (для чего один из указанных элементов достаточно выполнить подстроечным) устанавливают на требуемую постоянную времени разряда ( Г RC) экспоненциального напряжения U9, отображающую значение второго коэффициента а, в упомянутой формуле для вычисления F. Устройство готово к работе

Начало цикла измерений задается импульсом Пуск (фиг.4а) формирова-

запуска соответствующей кнопкой. Этот импульс перебрасывает триггер 30 в положение 1, и на его единичном вы5

Ю

т 538121

го блока 7. Потенциап I с единичного выхода триггера 31 снимает блокировку компараторов 21 и 20 (фиг.4и,к), которые включаются в режим сравнения соответствующих напряжений. Потенциал О с нулевого выхода этого же триггера, во-первых, запрещает запись в счетчик 25 кода N0 с задатчика 26 (таким образом, счетчик с этого момента готов к подсчету.счетных импульсов генератора 27, поступающих на его счетный вход С), во-вторых устанавливаетключ ГЭН 22 в разомкну15 тоё положение (таким образом, конденсатор ГЭН с этого момента оказывается отключенным от источника опорного напрядения U0 и поэтому начинает разряжаться через резистор по экспонен-

20 циальному закону). Напряжение иэ с выхода ГЭН подается на компараторы 21 и 20 (фиг.Аа).

Звуковые колебания излучателя 3, пройдя через звуковод 10, преобразу25 ются приемником 8, установленным в дополнительной камере 9, в электрические колебания, которые в свою очередь преобразуются - после усиления и выпрямления в измерительном преобразователе 11 - в напряжение U постоянного тока. Аналогично преобразуются звуковые колебания, проходящие через образец волокон ч кенафа в камере 4 (приемником 5 - в электрические

30

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в лубяной и текстильной промышленности. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит генератор электрических колебаний, связанный через ключ с излучателем звуковых колебаний. Излучатель и приемник звуковых колебаний установлены соответственно на входе и выходе камеры для образца волокон кенафа, который уплотняют механизмами, сжимая поршнями до определенной объемной плотности. В дополнительной камере, связанной через звуковод с основной камерой, установлен второй приемник звуковых колебаний. Принцип действия устройства заключается в пропускании через исследуемый образец звковых колебаний частотой 100-175 Гц, измерении их ослабления и определении вычислительным блоком разрывной нагрузки F волокон по формуле F= A₀+A₁LNV₁ / V₂, где A₀ и A₁ - постоянные коэффициенты, определяемые при градуировке устройства

V₁, V₂ - сигналы с выходов приемников, прошедшие через измерительные преобразователи. Блок управления управляет ключом, установленным в цепи запуска излучателя звуковых колебаний, и вычислительным блоком, задавая треуемые режимы работы и последовательность выполняемых операций. Искомый результат с вычислительного блока пост

ходе появляется потенциал 1 (фиг.4б),, колебания, а измерительным преобразоустанавливающий ключ 2 в замкнутое положение, при этом электрические - колебания генератора 1 через замкнутый ключ подаются на излучатель 3, который начинает возбуждать звуковые 40 колебания в камере 4 частотой 100- 165 Гц, Пройдя через элемент ИЛИ 32 (фиг.4г) и элемент 33 задержки (фиг.4д), указанный импульс перебрасывает в положение 1 триггер 31. Д5 На единичном выходе последнего - потенциал 1 (фиг.4ж), а на нулевом выходе потенциал О (фиг,4е) , Задержка импульса Пуск на время At элементом 33 (т,е., задержка начала 50 цикла измерений относительно- момента t0 возбуждения звуковых колебаний) необходима для того, чтобы учесть переходные процессы и инерционность соответствующих элементов 55 (в частности, приемников 5 и 8, измерительных преобразователей 6 и 11) в цепях прохождения звуковых колебаний от излучателя 3 до вычислительнователем 6 после усиления усилителем 18 и выпрямления выпрямителем 19 - в напряжение Ц. постоянного тока). Напряжения U2 подключаются к вычислительному блоку 8, причем Uj-cUj из-за ослабления колебаний при прохождении исследуемого образца.

Посредством компараторов 21 и 20 вычислительного блока 7 указанные напряжения сравниваются с развертывающим (экспоненциальным) напряжением Ug (фиг,4з). В момент времени t,, соответствующий равенству U.

«,

(фиг,4з), срабатывает компаратор 21, потенциал на выходе которого скачком изменяется до уровня логической 1 (фиг.4и), а так как на выходе компаратора 20 по прежнему потенциал I (фиг.4к), на выходе элемента И-НЕ 23 появляется потенциал О (фиг.4л), который разрешает подсчет счетчиком 25 счетных импульсов генератора 27 (фиг.4м) в режиме, зависящем от уровня потенциала на входе Знак 28

колебания, а измерительным преобразователем 6 после усиления усилителем 18 и выпрямления выпрямителем 19 в напряжение Ц. постоянного тока). Напряжения U2 подключаются к вычислительному блоку 8, причем Uj-cUj из-за ослабления колебаний при прохождении исследуемого образца.

Посредством компараторов 21 и 20 вычислительного блока 7 указанные напряжения сравниваются с развертывающим (экспоненциальным) напряжением U (фиг,4з). В момент времени t,, соответствующий равенству U.

«,

(фиг,4з), срабатывает компаратор 21, потенциал на выходе которого скачком изменяется до уровня логической 1 (фиг.4и), а так как на выходе компаратора 20 по прежнему потенциал I (фиг.4к), на выходе элемента И-НЕ 23 появляется потенциал О (фиг.4л), который разрешает подсчет счетчиком 25 счетных импульсов генератора 27 (фиг.4м) в режиме, зависящем от уровня потенциала на входе Знак 28

715

например, в режиме Сложение, если на этом входе потенциал IV. Так как в счетчик предварительно занесен код NQ с задатчика 26, каждый счетный импульс увеличивает в указанном режиме его содержимое, начиная с Ne), В момент времени tt, соответствующий равенству U9 Уг (фигй4з), срабатывает другой компаратор 20, потенциал на выходе которого скачком изменяется до уровня логического О (фиг„4к) вызывая изменение потенциала на выходе элемента И-НЕ 23 до уровня логической 1 (Фиг,Ал) и прекращение подсчета импульсов счетчиком 25 (фнгв4м)-.

По перепаду потенциала на выходе элемента И-НЕ 23, во-пер- вых, содержимое N счетчика 25 в момент времени t4, соответствующий формированию искомого результата (N NQ+ N4, где N| - число импульсов, подсчитанное счетчиком -в интервале

t (т t и пропорциональное Ј In -U,2

переносится в регистр 24, выводится с него на блок 12 индикации и отображается на цифровом табло, во-вто- рых, срабатывает одновибратор 37 блока 13 управления, который формирует короткий импульс (фиге4н), проходящий через элемент ИЛИ 36 и сбрасывающий в исходное положение О триг- гер 31 в При этом потенциалом 1 с нулевого выхода триггера (фиг„4е) вновь устанавливается в замкнутое положение ключ ГЭН 22 и начинается заряд конденсатора до уровня опорного напрядения U0 (фиг.4з), а также разрешается запись в счетчик 25 кода N0 с задатчика 26 (при этом содержимое счетчика стирается, но это уже не имеет значения, так как код N, ото- бражающий результат измерения, предварительно переписан в регистр 24). Потенциалом О с единичного выхода триггера (фиге4ж) вновь блокируются компараторы 21 и 20 (фиг,), что- бы предотвратить их возможное сра- бытывание при возрастании напряжения U9. .

Дальнейшая последовательность опера ций зависит от установленного режима работы устройства, В режиме Разовые, (однократные) измерения, задаваемом путем подачи потенциала 1 на установочный вход элемента 39, импульс с

18

выхода одновибратора 37 (фиг,4н) проходит через открытый элемент И 39 и элемент ИЛИ 35 и возвращает триггер 30 в исходное положение О,при котором на единичном выходе триггера потенциал О (фиг.46), разрешающий (высокий) потенциал с управляющего входа ключа 2 снимается и он размыкается, отключая генератор 1 от излучателя 3, В результате генерапия звуковых колебаний в камере 4 прекращается, схема устройства находится в исходном состоянии до прихода следующего импульса Пуск с формирователя 29. В режиме Периодические измерения, задаваемом путем подачи потенциала 1 на установочный вход элемента 38, импульс с выхода одно- вибратора 37 (фиг.4н) проходит по другой цепи - через открытый элемент И 38, элемент ИЛИ 32 (фиг.4г) и элемент 33 задержки (фиг,4д) - на триггер 31, вновь устанавливая его в положение 1 (фиг.4е,ж) и задавая тем самым начало нового цикла измерений, который осуществляется аналогично предыдущему, при этом триггер 30 остается в прежнем положении 1 (фиг«4в) и генерация звуковых колебаний в камере 4 продолжается. После проведения требуемого числа циклов, подсчет которых можно выполнить дополнительным счетчиком (не показан), подключенным к одно- вибратору 37, схема устройства принудительно возвращается в исходное состояние путем подачи потенциала 1 на установочный вход элемента 39 (при этом потенциал 1 с установочного входа элемента 38 снимается) или формирования импульса Сброс формирователем 34 (первый путь предпочтительнее) .

i

Таким образом, устройство формирует в требуемом режиме и индицирует искомый результат измерения разрывно йагрузки F волокон кенафа согласно модулируемой формуле

F - а0+ a,In - ,

где а0, a - постоянные коэффициенты определяемые при градуировке устройства, например, методом наименьших квадратов (в проводимых экспериментах выбирались и использовались следующие значения этих коэффициентов: а0 267,7, а, 76,9).

915

Формула изобретения

Устройство для определения разрывной нагрузки волокнистых материалов, преимущественно волокон кенафа, содежащее механизм уплотнения, связанный с поршнем, установленные соответственно на входе и выходе камеры для образца материала, излучатель звуковых колебаний, подключенный к выходу генератора электрических колебаний, и первый приемник звуковых колебаний, подключенный через преобразователь к блоку вычисления разрывной нагрузки, выход которого подключен к блоку индикации, второй приемник звуковых колебаний с преобразователем, размещенный в дополнительной камере, связанной через звуковод с камерой для образца, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено задатчиком режима измерений, а блок вычисления разрывной нагрузки состоит из компарторов, генераторов импульсов и экспо- ненциального напряжения, счетчика, регистра памяти, элементов ИЛИ, И, И-НЕ, задатчика кода, триггеров,блока запуска, одновибратора, формирователя импульса сброса и элемента задержки, при этом первые входы компараторов являются выходами преобразователей, вторые входы компараторов объединены и подключены к выходу ге

10

нератора экспоненциального напряже-4 ния, стробируюиие входы объединены и подключены к прямому выходу первого триггера, а выходы через элемент ИНЕ связаны с входом одновибратора, с управляющим входом регистра памяти и с входом Разрешение счета, информационный вход которого подключен к задатчику кода, счетный вход - к выходу генератора игпульсов, вход Разрешение записи - к инверсному выходу первого триггера и входу генератора экспоненциального напряжения f а выход - к регистру памяти, выход которого является входом блока индикации, причем блок запуска соединен с S-бходами второго и через последовательно связанные первый элемент ИЛИ и элемент задержки первого триггеров, выход формирователя импульса сброса связан соответственно через второй и третий элементы ИЛИ с Rвходами второго и первого триггеров,- выход одновибратора подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и первым входам элементов И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами задатчика режима измерения, а их выходы - с вторыми входами соответствующих элементов ИЛИ, при этом прямой выход второго триггера связан с управляющим входом генератора электрических колебаний.

Ш8«1

фигЛ