Устройство для измерения линейной плотности волокнистой ленты Советский патент 1992 года по МПК D01H5/38 

Изобретение относится к автоматическим устройствам для измерения и неразрушающего контроля линейной плотности или номера волокнистых продуктов (полуфабрикатов) текстильной промышленности, в основном волокнистой ленты, и предназначено для использования на ленточных, штапелирующих, гребнечесальных, кардо- чесальных и аналогичных им машинах.

Наиболее близким является устройство для измерения линейной плотности волокнистой ленты, в котором содержится пара чувствительных элементов, выполненных в форме упругих пластин, жестко закрепленных одноименными концами на неподвижном основании, соединенном с корпусом машины. На свободном конце одного из этой пары элементов установлена уп/ютни- тельная воронка. Оба элемента выполнены с одинаковыми упругоинерционными параметрами, для чего второй чувствительный элемент размещен в непосредственной

близости от первого, в параллельной плоскости. Оба чувствительных элемента имеют независимое крепление к основанию и размещены один относительно другого с равномерным зазором. На плоских поверхностях чувствительных элементов размещены неподвижно тензорезисторные датчики изгибных деформаций, соединенные в тен- зометрический мост. Одно плечо тензомо- ста подключено к источнику напряжения, а другое через усилитель, низкочастотный фильтр, инвертор и блок смещения нуля подключено к исполнительному механизму авторегулятора или к регистру напряжения (тока).

Недостатками известного устройства являются большая температурная погрешность, недостаточная надежность и малые функциональные возможности.

Большая температурная погрешность обусловлена следующими явлениями. При движении ленты з канале воронки (до 400Ё

VI

CJ

ел

00

600 м/мин) за счет трения о ленту воронка разогревается до 40-45°С. Теплопроводность чувствительного элемента обеспечивает постепенный разогрев зоны размещения тензорезисторов. В процессе разогрева сопротивление тензорезисторов постоянно меняется до установившейся температуры (в течение 20-35 мин). В течение этого времени показания датчика постоянно плывут. Кроме этого, тепло от воронки распространяется через элементы крепления обоих чувствительных элементов и в тело компенсирующего чувствительного элемента, постепенно разогревая еготензо- сопротивления. Причем часть энергии теп- левого потока поглощается неподвижным корпусом, к которому присоединены оба чувствительных элемента. Вследствие этого второй компенсирующий чувствительный элемент нагревается медленнее по времени и до температуры на 12-15°С меньше первого. Из- за этого возникает дополнительный температурный разбаланс между плечами тензомоста и дополнительно возрастает температурная погрешность.

Недостаточная надежность работы датчика обусловлена отсутствием помехозащищенности его от электрических (электромагнитных) полей, а также от влияния окружающей среды: температуры окру- жающего воздуха, влажности и паров. Электрические и магнитные поля (от электроприводов и электропроводки) наводят в тензорезисторах дополнительные токи, вносящие искажение в сигнал измерения, а воздействие окружающей среды приводят в тензорезисторах дополнительные токи, вносящие искажение в сигнал измерения, а воздействие окружающей среды приводит к разрушению покрытий тензорезисторов и клеевого соединения.

Малые функциональные возможности обусловлены тем, что устройство не позволяет визуально оценить пределы отклонений линейной плотности или номера волокнистого продукта.

Целью изобретения является устранение температурной погрешности, повышение точности и надежности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем уплотнительную воронку, закрепленную на корпусе посредством упругого звена, снабженного чувстви- тельными элементами, электрически соединенными по мостовой схеме, выход которой связан с усилителем, и регистратор, имеется также последовательно соединенные электрический фильтр и блок смещения нулевого потенциала, а упругое звено выполнено в виде охватывающего воронку элемента крепления, по периметру которого установлены в одной плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга четное количество лепестков, но не менее четырех, на которых размещены чувствительные элементы на равном расстоянии от центра воронки, четные лепестки свободными концами закреплены на корпусе, причем выход усилителя связан с входом электрического фильтра, а выход блока смещения нулевого потенциала соединен с регистратором. Элемент крепления упругого звена к воронке выполнен в виде шайбы. Упругое звено выполнено из пьезокерамики. Упругое звено заключено в электропроводящий корпус, выполненный, например, в виде радиатора.

В устройстве дополнительно содержится блок сигнализации, выполненной в виде последовательно соединенных компаратора, дешифратора и сигнализатора, причем компаратор входом связан с выходом фильтра.

На фиг.1 показана воронка преобразователя, осевой разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - воронка преобразователя с корпусом, осевой разрез;на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - воронка преобразователя с крышкой; на фиг.6 - то же, вид сверху; на фиг.7 - электрическая блок-схема преобразователя.

Устройство для измерения линейной плотности волокнистой ленты в электрический сигнал имеет уплотнительную воронку 1, взаимодействующую с волокнистой лентой, транспортируемой в ее сужающемся канале посредством трения Воронка 1 снабжена четным количеством плоских упругих лепестков 2 и 3, расположенных в одной плоскости и жестко соединенных с воронкой 1 радиально. Лепестки 2 и 3 расположены на одинаковом расстоянии один от другого и черэдуются между собой на длинные (лепестки 2) и короткие (лепестки 3). Свободными концами лепестков 2 воронка 1 оперта на неподвижную поверхность остова машины. На лепестки 2 и 3 воронки 1 наклеены тензорезисторы 4 и 5, причем плоскость лепестков перпендикулярна коси воронки 1, а тензорезисторы 4 и 5 расположены на одинаковом расстоянии от этой оси. На фиг.1 и 2 число лепестков равно шести.

Кроме того, воронка 1 соединена с плоской упругой шайбой 6 (фиг.З), охватывающей воронку 1 центральным сквозным отверстием или резьбой, соосными воронке 1.

Шайба 6 выполнена в форме многолучевой звезды с четным числом лучей лепестков 7 и 8, не менее четырех. Длинные лепестки 7 оперты на неподвижную поверхность остова машины. На длинных 7 и коротких 8 лепестках наклеены тензорезисторы 4 и 5 соответственно.

Кроме того, шайба 6 выполнена, например, из пьезокерамики без тензорезисто- ров 4 и 5. К противоположным торцам плоских лепестков 7 и 8 подсоединены электрические контакты 7А, 7Б и 5В, 5Г соответственно.

Кроме этого, воронка 1 оперта длинными лепестками 2 или длинными лепестками 7 шайбы б на плоскую поверхность кольцевой проточки во втулке 9, которая соосна воронке 1. Причем лучи размещены во втулке 9 заподлицо или ниже торца. Втулка 9 над лучами 2,3 или 7,8 снабжена крышкой 10, выполненной в форме плоского диска со сквозным центральным отверстием 11 соос- ным центральному отверстию воронки 1. Крышка 10 закреплена винтами 12 (фиг.5 и 6) к торцу втулки 9. Втулка 9 и крышка 10 выполнены из теплопроводного и электропроводного материала, например из меди и медных сплавов.

Тензорезисторы 4 и 5 соединены в тен- зомост (фиг.7), одно плечо которого запита- но электрическим напряжением, а другое - через усилитель 13 сигнала низкого уровня, через фильтр среза высокочастотной составляющей 14, инвертор 15 и блок 16 смещения нуля подключено к регистратору 17, например к вольтметру или к исполнительному механизму ИМ-авторегулятора. К выходу фильтра 14 или к выходу инвертора 15 подключены также, последовательно, компаратор 18, дешифратор 19 и блок 20 сигнализации. Последний выполнен, например, с возможностью цветовой сигнализации и включает в себя, например, светодиоды трех цветов: желтый Ж, зеленый 3 и красный К (фиг.7).

Аналогично в электрическую мостовую схему соединены электрические контакты 7АБ и 5В Г пьезокерамической шайбы 6. При этом одно плечо моста составлено из последовательно соединенных контактов 7А и 7Б, а другое из последовательно соединенных контактов 5В и 5Г без подключения внешнего источника электрического тока. Точки X и Z соединения этих плеч электрически подключены к входу усилителя 13.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении волокнистой ленты через уплотнительную воронку 1 сила трения ленты о воронку 1 эквивалентна линейной плотности (толщине или количеству волокон в сечении). Вследствие трения движущейся ленты усилие ее волочения через сужающийся канал воронки деформирует длинные лепестки 2 (фиг.1 и 2) или лепестки 7 (фиг.З и 4) многолучевой шайбы 6 таким

образом, что эти лепестки, на участке между воронкой 1 и неподвижной поверхностью остова машины, прогнуты. Деформация изгиба длинных лепестков 2 (7) преобразуется тензорезисторами 4 в изменение напряже0 ния электрического тока. Изгибные деформации лепестков 7 пьезокерамической шайбы (фиг.З и 4) вызывают электрическую разность потенциалов на торцах этих лепестков 7, перпендикулярных к плоскости из5 гиба.

Короткие лепестки 3 (фиг.1 и 2)-или 8 (фиг.З и 4) не подвергаются силовому воздействию, поскольку неоперты. Основания лепестков 2 и 3 (фиг.1 и 2) или 7 и 8 (фиг.З и

0 4) расположены на одинаковом расстоянии от оси воронки 1 и находятся в идеально одинаковых условиях, поскольку расположены в одной плоскости и на одинаковом расстоянии один от другого. Тепло, выделя5 емое в канале воронки 1 в процессе трения движущейся ленты о неподвижную поверхность канала воронки 1, равномерно распределяется между лепестками 2 и 3 (фиг.1 и 2) и с одинаковой скоростью. В этом случае

0 температурные деформации тензорезисто- ров 4 и 5 одинаковы. В тензомосте (фиг.7) происходит вычитание напряжения, обусловленного температурными деформациями, а также изгибными деформациями от

5 колебаний лепестков 3 (8) из электрического напряжения, обусловленного одновременным воздействием деформаций изгиба от усилия волочения в воронке 1, от механических колебаний машины и оттемпературных

0 деформаций лепестков 2 (7). В результате электрическое напряжение в плече X, Z тен- зомоста является разностью электрических напряжений, величина которой соответствует только усилию волочения ВЛ в воронке

5 1, т.е. линейной плотности.

Такое же вычитание электрических напряжений с лепестков 8 пьезокерамической шайбы 6, контакты 7АБ которых последовательно соединены в одно плечо (фиг.7) из

0 напряжений с лепестков 4 шайбы 6, контакты 5ВГ которых составляют другое плечо, происходит в электрической мостовой схеме при деформациях лепестков пьезокерамической шайбы 6.

5Таким образом, на вход усилителя 13

подается электрическое напряжение, пропорциональное линейной плотности волокнистой ленты. После усиления фильтром 14 срезается высокочастотная составляющая напряжения, обусловленная аппаратурными помехами фильтра 14. Далее напряжение подается на вход инвертора 15 в том случае, если необходимо получить электрическое напряжение, пропорциональное номеру ленты (поскольку линейная плотность и номер являются обратными величинами). Инвертированный сигнал, эквивалентный текущему значению номера ленты, сравнивается с заданным значением и отклонения напряжения от заданного управляют испол- нительным механизмом ИМ-регулятора номера (не показан) или регистрируются регистратором 17, например цифровым вольтметром, или, одновременно, и регистрируются регистратором 17 и управляют ис- полнительным механизмом ИМ-регулятора.

В случае, когда необходимо получить электрическое напряжение, пропорциональное линейной плотности, и инвертирование сигнала не требуется, выход фильтра 14 подключается к входу блока 16 непосредственно, минуя инвертор 15. В этом случае, в блоке 16 смещения нуля (фиг.7) также происходит сравнение текущего значения линейной плотности (в виде напряжения электрическоготока)с заданным и напряжения от заданного являются или регистрируемыми, или управляющими, или и регистрируемыми 17 и управляющими (ИМ).

Параллельно блокам 15 и 16 электриче- ское напряжение, пропорциональное текущему значению линейной плотности, подается на вход компаратора 18, посредством которого задан порог допустимого верхнего и нижнего уровней напряжения, т.е. значений линейной плотности или номера. Выход компаратора 18 через дешифратор 19 подключен к блоку 20 сигнализации, выполненному, например, на светодиодах Ж, 3, К, Поэтому в случае когда линейная плот- ность или номер находится в заданных пределах, горит зеленый светодиод 3. При уменьшении линейной плотности за допустимое граничное значение дешифратор 9 включает в блок 20 желтый Ж светодиод, а при увеличении ее за верхние пределы - красный К фотодиод. Поэтому работа данного средства преобразования линейной ллот- ности позволяет не только измерять ее отклонения от номинала или управлять вы- тяжкой, но и визуально наблюдать за изменением линейной плотности.

При контроле за изменением номера ленты (величина номера и линейной плотности обратным) блоки 18-20 (Ж, 3, К)подклю- чены параллельно блоку 16, а сигнал на вход компаратора поступает с выхода инвертора 15(фиг.7).

Втулка 9 из электро- и теплопроводного материала, с крышкой 10 из такого же материала, защищает лепестки 2 (7) или 3 (8) с тензорезисторами 4 и 5 от электромагнитных полей в окружающем пространстве. Возникающие при этом токи отводятся на остов машины. Таким же образом на остов отводится через детали и тепло от окружающего воздуха. Являясь корпусом преобразователя, детали ослабляют воздействие на чувствительные элементы 2 (3), 7 (8), 4,5 изменения влажности окружающего воздуха, появления паров и так далее, поэтому корпус можно считать радиатором.

Таким образом достигаются наличие у воронки четного количества, не менее четырех, плоских упругих лепестков, расположенных в одной плоскости, на одинаковом расстоянии один от другого и чередующихся на короткие и длинные, из которых длинные являются опорными, а также размещение тензорезисторов на одинаковом расстоянии от оси воронки позволяет полностью устранить температурную погрешность средства преобразования. То же достигается и при соединении воронки с многолучевой шайбой, в том числе и с шайбой, выполненной из пьезокерамики. Температурная погрешность уменьшается выполнением корпуса из теплопроводного материала.

Соединение шайбы 6с воронкой 1,в том числе и резьбовое, позволяет легко заменять воронку 1 по мере износа внутреннего канала воронки 1. Поэтому легко устраняются искажения сигнала, связанного с постепенным разрушением канала воронки 1. Кроме того, наличие электропроводного корпуса, защищающего лепестки с тензорезисторами от электромагнитных полей и окружающей среды, уменьшает темпера- турно-влажностное разрушение чувствительных элементов и устраняет электрические помехи. Тем самым существенно повышается надежность работы предлагаемого устройства.

Наличие в электрической схеме дополнительно компаратора с дешифратором и блоком сигнализации обеспечивает световую сигнализацию за изменением линейной плотности или номера волокнистой ленты.

Формула изобретения 1.Устройство для измерения линейной плотности волокнистой ленты, содержащее уплотнительную воронку, закрепленную на корпусе посредством упругого звена, снабженного чувствительными элементами, электрически соединенными по мостовой схеме, выход которой связан с усилителем, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности

измерения, оно имеет последовательно соединенные электрический фильтр и блок смещения нулевого потенциала, а упругое звено выполнено в виде охватывающего воронку элемента крепления, по периметру которого установлены в одной плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга четное количество лепестков, но не менее четырех, на которых размещены чувствительные элементы на равном расстоянии от центра воронки, а четные лепестки свободными концами закреплены на корпусе, причем выход усилителя связан с входом электрического фильтра, а выход блока смещения нулевого потенциала соединен с регистратором.

0

2.Устройство по п. 1, о т л ичающее- с я тем, что элемент крепления упругого звена к воронке выполнен в виде шайбы.

З.Устройство по пп.1 и 2, отличающее с я тем, что упругое звено выполнено из пьезокерамики.

4.Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что упругое звено заключено в электропроводящий корпус, выполненный в виде радиатора.

5.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что оно дополнительно содержит блок сигнализации, выполненный в виде последовательно соединенных компаратора, дешифратора и сигнализатора, причем компаратор входом связан с выходом фильтра.

Изобретение может быть использовано на ленточных, штапелирующих и им подобных машинах. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения. Для этого используется воронка, снабженная плоскими упругими лепестками, часть из которых жестко закреплена на корпусе. На лепестках установлены тен- зорезисторы, причем тензорезисторы лепестков, закрепленных на корпусе, включены в одну диагональ моста, а в другую диагональ включены тензорезисторы лепестков, свободно установленных на воронке. Такое включение позволяет уменьшить температурную погрешность. Кроме того, предусмотрена защита измерительных элементов от электрических помех и влияния внешних температурных и атмосферных условий. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

3

3

г

Фиг. 2

1

Sfo

Ш/Я/71/J)

«, 1 lfl/ / l(fl

l/si/flnj/ i «

DO

ut.S

г ч

йщНй

.YCf UWa/ Д Ч.ИШГввВ-ИИ

40

J