Устройство для измерения натяжения в месте изгиба движущегося листового материала Советский патент 1977 года по МПК G01L5/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ В МЕСТЕ ИЗГИБА ДВИЖУЩЕГОСЯ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА

Целью изобретения является повышение точности измерений натяже1шя в месте изгиба движущегося листового материала.

Это достигается тем, что в устройстве измерения натяжения в месте изгиба движущегося листового материала, содержащем излучатель ультразвуковых колебаний, два приемника ультразвуковых колебаний и блок измерения, последний содержит два детектора, блок вычитания и преобразователь, при этом приемники излучения при помощи детекторов связаны с блоком вычитания, выход которого соединен с преобразователем, и расположены симметрично относительно излучателя ультразвуковых колебаний

Ввиду наличия сухого трения между неподвижной рейкой и движущимся листовым материалом в последнем генерируется интенсивный акустический сигнал в широкой полосе частот и этот сигнал используется для прозвучивания полотна. Позтому передающая часть устройства весьма упрощается. Кроме того, прием ультразвуковых колебаний осуществляют путем бесконтактного снятия сигнала, поэтому условия приема не- зависят от скорости движения материала.

На фиг. 1 показана функщюнально-структурная схема устройства, при помоищ которой осуществяяетсй измерение натяжения в месте изгиба движущегося листового материала; на фиг. 2 - распределение натяжения по длине в движущемся листе,, где ffy - натяжение от центробежных сил листа; 2. - натяжение в ведомой ветви листа; Кп - удельное окружное натяжение в ведущей ветви листа, u-t г-натяжение изгиба, возникающее njpH огибании валов; на фиг. 3 представлен экспериментально полученный график зависимости амплитуды принятых акустических сигналов, излучаемых движущейся бумажной лентой в продольном направленш на расстоянии от неподвижной рейки до опорного валика; на фиг 4-экспериМентально полученная зависимость сигнала Umax, излучаемого лентой в зоне изгиба (см. фиг. 1 и фиг. 3), от нормированного натяжения изгиба.

Устройство содержит неподвижную рейку 1, которая находится в непосредственном акустическом контакте с листовым материалом 2. Материал протягивается ведущими валиками 3 и 4. На некотором расстоянии от него симметрично относительно неподвижной рейки установлены первый 5 и втор.ой 6 приемники акустических колебаний. Схема измерения содержит схему вьпштания,. к одному входу которой посредством первого избирательного усилителя-детектора 8 подключен выход первого приемника 5, а к второму входу через второй избирательный усилите ль-детектор 9 подключен выход второго Т1риеМ1-тка 6.;

Выход схемы вычитания 7 последовательно соединен с входом функдионального преобразователя 10.

Устройство работает следующим образом.

При движении листового материала между неподвижной рейкой 1 и движущимся листом 2 су: ществует сухое трение, вследствие чего в материале. генерируются интенсивные щирокополосные акустические колебания, которые распространяются по плоскости полотна и частично излучаются в воздух. В плоской части листа амплитуда излучаемых лентой колебаний относительно мала, но зона изгиба материала, находящаяся у валика 3 значительно возрастает (см. фиг. 3).

Физически объяснить явление увеличения амплитуды излучаемого сигнала над зоной изгиба материала можно следующим образом. Во-первых, полимерные. материалы (типабумаги) являются негомоЛнными средами Поэтому без заметного поглощения через такой материал будут распространяться только ультразвуковые волны, длина которых больще размеров негомогенностей. Это ограничивает диапазон применяемых частот до 100-150 кГц. Толщина типографской бумаги находится в пределах d 0,09-0,11 мм. При зтом соотнoщeш e2d/X-0,005-0,006 1, где X - длина возбуждаемых ультразвуковых волн в бумаге. Вследствие этого, при указанном частотном диапазоне в полотне могут существовать только две 1у1одь волн Лэмба - симметричная SQ и асимметричная До. Однако,y штьшaя особенности распространения указанных волн при 2d/X 1, практически в полотне возбуждается только симметричная волна SQ.

Во-вторых, групповая скорость симметричной нулевой моды волнь Лзмба приближенно выражается :

4

Е

ft-i-jf гдеj3-плотность материала; . - - коэффициент Пуансона; Е - модуль Юнга.

Натяжение в месте изгаба листового материала (, Е, где f 1 - относительное удлинение волокон на выпуклой стороне листа гфи изгибе. Учитывая, что

4

U-1

f.pc-i-f)

Из этого следует, что в зоне изгиба листа получается скачок скорости (см.фиг 2) моды волны типа SQ. Следовательно в зоне изгиба скачком меняется акустическое сопротивление листа, что вызывает отражение акустической волны от зоны изгаба. Из-за этого увеличивается нормальная составляющая Колебательного смещения листа и следовательно повышается амплитуда излучаемого в окружающую среду сигнала (см. фиг 3). Между сигналом Umax, излученным листовь м материалом в зоне изгиба, и натяжением изгиба материала существует тесная связь с коэффициентом линейной корреляции 0,98 (см. фиг. 4).

Ультразвуковая волна, излученная лентой, в зоне изгиба принимается вторым приемником 6, который находится на расстоянии fi от неподвижной рейки (см. фиг 1). На расстоянии fj от неподвижной рейки симметрично второму приемнику

ус аповлен первый приемник 5, который аналогично принимает акустическую волну, излучаемую движущимся полотном. Первый приемник 5 принимает акустический сигнал в плоской части листа, кроме того, первый 5 и второй б приемники установлены на одинаковом расстоянии 2 от листового материала. Поэтому ультразвуковая волна в зазорах листовой материал - первый приемник и листовой материал-второй приемник поглощается одинаково и не влияет на результаты измерения.

При этом щирокополосовые электрические сигналы с выходов приемника 5 и 6 подаются соответственно на входы избирательных усилителей-детекторов 8 и 9.4

Необходимо отметить, что интенсивные низкочастотные акустические колебания генерируются также и при вибраииях посторонних окружающих предметов. Поэтому, чтобы избежать ложных показаний измерений натяжения в вместе изги5а,избирательные усилители-детекторы 8 и 9 принимают излученный сигнал в ограниченном частотном даапазоне от 20 до 150 кГц.

Кроме того, избирательные усилители снабженьг интеграторами. Следовательно сигналы, которые подаются на входы избирательных усилителей, ограничиваются по частоте, детектируются и интегрируются. На выходе избирательных усилителей получаются два сигнала в виде постоянного напряжения, которые соответственно пропорциональны линейному натяжению в плоской части листа и максимальному натяжению в зоне изгиба материала. Эти сигналы соответственно подаются на первый и второй входы схемы вычитания 7. На выходе схемы вычитания снимается электрический сигнал Ди, равный разнице амплитуд сигналов, принятых первым и вторым приемниками, пропорциональный натяжению в месте изгиба листа.

,

где К - коэффициент пропорциональности, который устанавливается эмпирическим путем.

Электрический сигнал Ди с выхода схемы вычитания подается на вход функдаонального преобразователя, который сигнал Ди умножает на козе}) фициент К. Исходный результат приводится на таи ло функционального преобразователя в цифровой форме.

Описанное устройство обеспечивает непрерывное измерение напряжения в месте изгиба движуилегося листоЬого материала. Испытания показали надежность и большую точность устройства при измерении натяжения в месте изгиба в листовых материалах, движущихся со скоростью до 20 м/сек.

Применение данного устройства позволяет контролировать механические нагрузки в изготавливаемом движущемся листовом материале при огибании им ведущих валов.

Это позволяет уменьшить частоту разрыва производимого материала, до минимума сократить время испытаний и регулирования технологического оборудования.

Формула изобретения

2Г) Устройство для измерения натяжения в месте изгиба движущегося листового материала, содержащее излучатель ультразвуковых колебаний, два приемника ультразвуковых колебаний и блок измерения, отличающееся тем, что, с целью

30 повьпления точности измерения, блок измерения содержит два детектора, блок вычитания и преобразователь, при этом приемники излучения посредством детекторов связаны с блоком вычитания, выход которого соединен с преобразователем, и

35 расположены симметрично относительно излучателя ультражукрвых колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 457902, 40 кл. G.01 L 5/06,1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 427248 кл.СО 15/04,1972.

2J

1A

WO

50

A , nB

man

X,w;w

SOO

00-

300

200