Устройство для измерения силы трения нитей Советский патент 1993 года по МПК G01N19/02 

линдрических стержней 13, 14 основания датчика в вершинах равностороннего треугольника и установка отражающей пластинки 12 на основании датчика так, что ее край,

расположенный со стороны обегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов 15, 16. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения характеристик трения нитей, которые могут использоваться в текстильном материаловедении и отраслях текстильной промышленности, в технологиях которых необходимо учитывать силы трения нитей. Цель изобретения - повышение точ: ности измерения, Устройство для измерения силы трения нитей содержит подвижный элемент с контактной цилиндрической поверхностью, предназначенной для схватывания испытуемой нитью 2, узел транспортировки с направляющими роликами 7, узел стабилизации скорости движения и натяжения набегающей ветви испытуемой нити 2 и измерительный блок, Новым в заявляемом устройстве являются выполнение измерительного блока в виде дифференциального волоконно-оптического датчика 10 установка направляющих роликов 5, 6 и ци

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения характеристик трения нитей, .которые могут использоваться в текстильном материаловедении и отраслях текстиль- ной промышленности, в технологиях которых необходимо учитывать силы трения нитей.

Цель изобретения - создание устройства для измерения силы трения нитей на базе волоконно-оптических элементов, способного работать в условиях колебания температуры и влажности окружающей среды.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения силы трения нитей.

Устройство содержит паковку 1 с испытуемой нитью 2, узел 3 транспортировки ис- пытуемой нити в виде элемента 4 стабилизации натяжения набегающей ветви нити, двух пар направляющих роликов 5, 6, одной пары транспортирующих роликов 7 и электропривода 8 со стабилизацией скорости вращения, контактную поверхность в виде неподвижного цилиндра 9, измерительный блок в виде дифференциального рефлектометрического волоконно-оптического датчика 10 силы трения, включающего основание 11 с отражающей пластинкой 12 и двумя жесткими цилиндрическими стержнями 13, 14, два совмещенных волоконных световода 15,16 и измеритель отраженного светового потока 17, бобину 18 для наматывания испытуемой нити,

Испытуемая нить 2 с паковки 1 пропу- .скаетея через натяжной элемент 4, через пару направляющих роликов 5 набегающая ветвь нити соединяется с основанием 11 датчика 10, огибая его стержень 13, затем обхватывает неподвижный цилиндр 9, а сбегающая с него ветвь через пару направляющих роликов 6 соединяется с противоположной стороной основания 11, огибая стержень 14,

Стержни 13, 14 снабжены канавками для исключения перемещения нити по их поверхности и установлены на основании 11 диаметрально,

Транспортировка нити 2 через датчик 10 осуществляется парой транспортирующих роликов, которые приводятся в движение 5 электроприводом 8, содержащим стабилизатор скорости вращения двигателя, что обеспечивает стабилизацию скорости ее транспортировки через устройство, а подмотка нити 2 осуществляется на бобину 18.

5 Волоконные световоды 15, 16 установлены вплотную друг к другу перпендикулярно отражающей пластинки 12. Торцы световодов имеют прямоугольную форму и отшлифованы, а установлены узкой сторо5 ной вдоль перемещения отражающей пластинки 12. Расстояние между торцами световодов 15, 16 и пластинкой 12 выставляется таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность датчика 10

0 и его точность при работе на линейном участке характеристики преобразования. Величина этого расстояния зависит от размеров торца световодов и их угловой апертуры. Противоположные концы световодов 15, 16

5 оптически соединены с измерителем 17 так, что по световоду 15 на датчик 10 поступает падающий на отражающую пластинку 12 поток света, а по световоду 16 поступает отраженный поток для измерения.

0 Основание 11 датчика 10 установлено с возможностью перемещения в плоскости параллельной торцам световодов 15,16 под воздействием сил натяжения набегающей и сбегающей ветвей нити 2, с которыми оно

5 связано с помощью стержней 13, 14. В нашем случае перемещение осуществляется вдоль паза, которым снабжен корпус датчика 10.

Отражающая пластинка 12 установлена

0 на основании 11 так, что в исходном состоянии ее край, расположенный со стороны сбегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов 15, 16.

5 Измеритель отраженного потока 17 включает в себя источник светового излучения в виде светодиода АЛ-167Б, преобразователь светового излучения в виде .фотодиода ФД-256, АЦП с цифровым измерителем на микросхеме 48МФ900 и б-ти разрядный индикатор.

Пара направляющих роликов 5 установ- лена в набегающей ветви нити 2, а б в ее сбегающей ветви так, что ролики и стержни 13, 14 расположены в вершинах равностороннего .треугольника, причем его высота Минимум на два порядка должна превы- щатьмаксимальное перемещение стержней 13,14, вызываемое изменением сил натяжения в ветвях, т.к. при этом можно пренебречь изменениями углов входа и выхода нити у стержней, т.е. считать угол / входа и выхода нити неизменным в установленном диапазоне измерений. При такой уста- нрвке роликов в парах 5, 6 угол входа и выхода / нити 2 у стержней 13,14 равен 60°, что позволяет измерять сразу истинное значение сил трения, т.е. полностью исключить перерасчеты,

Это можно доказать следующим образом.

Известно, что сила трения нити 2 о контактную поверхность цилиндра 9 равна

Т Рн - Рс,

(1)

где Рн - сила натяжения набегающей ветви, Рс - сила натяжения сбегающей ветви, Но так как датчик 10 измеряет разность сил Ра и PI, которая перемещает его основание 11 и вычисляется по известным формулам.

Pi 2-PHsln уЗ/2; P2 2-Pcsln р/2.

Из этих выражений видно, что при /, равном 60° sin Ј /2 0,5, PI Рн, а г Рс и, подставив эти значения в выражение (1), получаем, что силы трения равны

Т Р2-Р1.

(2)

Выражение (2) подтверждает, что при / равном 60°, заявляемое устройство измеряет истинное значение силы трения, но при этом его чувствительность становится в два раза выше, чем у прототипа.

Исключение из измерений погрешностей, вносимых измерениями углов fi и расчетами, а также увеличение чувствительности существенно повышает точность измерений силы, трения при ее малых значениях.

В качестве испытуемой нити 2 использовалась хлопчатобумажная пряжа с номинальной линейной плотностью 25 текс, скорость ее транспортировки через датчик

10 устанавливалась 0,2 м/с при предварительном натяжении нити 2, обеспечивающим силу ее прижима к цилиндру 9 в 20 сН. В качестве элемента 4 стабилизации на- 5 тяжения набегающей ветви использовался нитенатяжитель с пружинным компенсатором для перематывания с. конических бобин от автомата УА-300-6СБ.

В качестве электропривода 8 использо0 вался регулируемый привод, обеспечивающийся транспортировку нити 2 со скоростью 0,01 -до 1 м/с, при стабилизации частоты вращения двигателя ±0,01%.

Цилиндр 9 изготовлен в виде стакана из

5 стали и имеет наружный диаметр 50 мм.

Основание 11 и стержни 13, 14 изготовлены из высокопрочного алюминиевого сплава В95, а поверхность со стороны световодов 15, 16 почернена для лучшего по0 глощения световых лучей, попадающих на отражающую пластинку 12, которая изготовлена из этого же материала размером 4x6x1 мм, отполирована и установлена узкой стороной вдоль оси перемещения на

5 основании 11 с помощью клея ВК9.

В качестве волоконных световодов 15, 16 использовался волоконно-оптический жгут из полимерных волокон диаметром 40 мкм и полимерной защитной оболочкой.

0 Торцы световодов имеют размер 1 х 4 мм при угловой апертуре 30°. При этом расстояние от торцов световодов 15, 16 доотража ющей пластинки 12 выставлено исходя из параметров используемых световодов и

5 равно 1,6 мм, что обеспечивает не только максимальную чувствительность, но и работу датчика 10 на линейном участке характеристики преобразования, что снижает, погрешности измерений и повышает их точ0 ность.

Заявляемое устройство для измерения силы трения нитей работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. при выклю5 ченном электроприводе 8 и включенном измерителе 17, когда не происходит транспортировки нити 2 через датчик 10 и контактную поверхность цилиндра 9, то натяжения набегающей и сбегающей ветвей

0 равны, поэтому отражающая пластинка 12 расположена только под торцом световода 16, так, что ее край со стороны сбегающей ветви находится на линии раздела торцов световодов 15, 16, поэтому основной поток

5 свет.а, излучаемый световодом 15 не попадает на пластинку 12, а поглощается черненной поверхностью основания 11. На отражающую пластинку 12 попадает только незначительная часть светового потока световода 15, обусловленная его апертурой,

причем этот незначительный поток, попадающий в торец световода 16, поступая в измеритель 17 преобразуется в нулевой электрический сигнал и отображается на индикаторе как О силы трения испытуемой нити 2.

При включении электропривода 8 происходит транспортировка испытуемой нити 2 через датчик 10 и контактную поверхность цилиндра 9. В результате возникающей си- лы трения при прохождении нити 2 по поверхности цилиндра 9 возрастает сила натяжения сбегающей ветви, но т.к. набегающая и сбегающая ветви связаны через стержни 13,14с основанием 11, то разность смл натяжения сбегающей и набегающей .ветви воздействует на стержень 14 и вызы- . вает перемещение основания 11 в сторону сбегающей ветви. В результате перемещения основания 11, установленная на нем отражающая пластинка 12 пересекает линию раздела световодов 15, 16 и переходит в область взаимодействия со световым потоком от торца световода 15, в результате чего происходитувеличениесветовогопото- ка отраженного в торец световода 16.

Чем больше силы трения, тем больше перемещение отражающей пластинки 12, но т.к. это перемещение пропорционально силе трения нити 2, то и глубина модуляции отраженного светового потока в световоде 16 также пропорциональна силе трения, которая измеряется и отображается на индикаторе измерителя 17. В нашем случае для испытуемой нити 2 при силе прижима 20 сН и скорости скольжения 0,2 м/с сила трения нити по цилиндру 9 составила 5,587 сН.

При чувствительности датчика 10 равной 8,2 мВ/мкм погрешность измерений не превышала ±0,01%, что подтверждает достижение заявляемым изобретением указанного технического результата.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что отражающая пластинкаустанов- лена таким образом, что ее край, расположенный со стороны сбегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов,