книги из ГПНТБ / Любутин О.С. Автоматизация производства стеклянного волокна

метрического номера стеклонити. Таким образом, на ленте регистрирующего вторичного прибора фиксируют­ ся изменения сечения нити. Измерительный канал дат­ чика сделан разъемным для облегчения заправки нити. Форма измерительного канала такова, что нет необхо-

метр; 4— вторичный прибор

Воздух

димости в каких-либо направляющих при заправке. На­ личие регулируемого противодавления позволяет с од­ ним датчиком вести контроль нити от 22-го до 85-го мет­

метрического номера для стеклонити с метрическим но­

60

мера непосредственно в технологическом процессе. При­ менение такого датчика для приемочного контроля тре­

в ГДР. Таким методом исследована неровнота первич­ ной нити [43]. Метод заключается в следующем: струя воздуха вырывается из сопла и оказывает давление на специальный приемник; в зависимости от толщины про­

материал (в некоторых случаях его можно совсем ис­ ключить), малая инерционность, высокая стабильность характеристик при изменении внешних условий, возмож­ ность измерения толщины как многофиламентных нитей, так и элементарных волокон со сложным профилем попе­

и эксплуатации, малые габаритные размеры и вес дат­ чика.

В настоящее время в СССР и других странах выпус­ кается ряд приборов для измерения толщины и неровноты по толщине текстильных материалов по этому мето­ ду [44—46]: «Устер» (Швейцария) [45], «Фем» (Вен­ грия), «Сигма» (Канада) [46].

Барнаульским филиалом ОКБА разработан прибор для контроля толщины капроновых нитей [47], который

61

лег в основу прибора для автоматического контроля метрического номера стеклонити. Блок-схема прибора приведена на рис. 21. Изменение толщины нити 2 вызы­ вает изменение емкости измерительного конденсатора

6 4- п

Рис. 21. Блок-схема емкостного прибора для измерения метрического номера нити

/, которое в свою очередь измерительным генератором 3 преобразуется в изменение частоты. Напряжение высо­

напряжение промежуточной частоты поступает на усили­ тель 8, ограничитель 9, преобразуется дискриминато­ ром 10 в постоянное напряжение, проходит через интег­

стороны, необходимо выбирать наибольшим, поскольку это увеличивает его перегрузочную способность, умень­ шает погрешности от изменения формы контролируемой

62

/

г

ров датчика необходимо учитывать, что уменьшение его

Конструктивно датчик представляет собой две кера­ мические пластины, на которые наклеены серебряные электроды. Каркас катушки индуктивности выполнен из ситалла ІѴ-23, который имеет наименьшие диэлектри­ ческую проницаемость и температурный коэффициент емкости (ТКЕ). Измерительный генератор датчика со­ бран по трехточечной схеме с емкостной связью. Девиа­ ция частоты А/ от внесения в датчик стеклонити толщи­ ной 13,5 текс (УѴ М =75) составляет 150 кгц.

Испытания прибора, проведенные со стеклонитью толщиной 11,5—17,5 и 15,5—23 текс из алюмоборосиликатного стекла на 200-фильерном сосуде (показания прибора сравнивались с данными, полученными весо­ вым методом), показали следующее. Основная абсо­

На показания прибора существенное влияние ока­ зывают влажность нити и тип замасливателя. Влияние влажности значительно уменьшается предварительной выдержкой бобины со стеклонитью при комнатной тем­ пературе в течение 1—2 суток, влияние замасливателя устраняют корректировкой показаний прибора по весо­ вому методу.

Резонансный метод

Сущность метода заключается в том, что движущая­ ся стеклонить на контролируемом участке рассматрива­ ется как натянутая струна, резонансная частота кото­ рой определяется средней массой на единицу длины /,

63

силой натяжения F и линейной скоростью ѵ0. Поскольку линейная скорость величина постоянная для данного ассортимента нити, а натяжение нити является функци­ ей ее толщины Т:

где а = I / —- — скорость распространения волны.

Выражение для частоты собственных колебаний движущейся нити [48] имеет вид:

ний будет характеризовать линейную массу, а следова­ тельно, и толщину движущейся нити.

Как видно из выражения (15), увеличение линейной скорости несколько снижает частоту собственных коле­

дать на 4—9%.

Выражение (15) описывает колебания нити без учета сопротивления среды. В действительности свобод­ ные колебания носят затухающий характер, а резо­ нансная частота колебаний несколько ниже частоты собственных колебаний за счет демпфирующего дейст­ вия среды. Это снижение для колебательных, систем, обладающих высоким коэффициентом добротности, не-

64

значительно. Практически считают, что резонансная частота равна частоте собственных колебаний.

Незатухающие резонансные колебания получают при автоматической компенсации сил трения. В измери­ тельной схеме датчика толщины стеклонити такая ком-

L

Рис. 22. Блок-схема резонансного прибора

пенсация достигается за счет ненулевых граничных ус­

Принцип действия автогенератора состоит в следую­ щем. Под действием каких-либо возмущений нить Я на участке А—В всегда совершает незначительные колеба­ ния. Эти колебания преобразуются фотодатчиком 1 в электрический сигнал, который после усиления (усили­ тель 2) подается на обмотку вибратора 3 с установлен­ ной на нем опорой В. При соответствующих амплитудных и фазовых соотношениях в схеме нить на участке Л—В на­

(электроакустический преобразователь). Все узлы бло­ ка размещены на общей пластине, которая крепится

кпоперечной стойке нитесборника. Корпус фотодатчика

иосветителя выполнены с учетом полной герметизации всех элементов. Линзы объектива и осветителя защи­ щены стеклами, что исключает попадание замаслива-

тированному в крышку корпуса. В качестве фотоприем­ ников использованы фотосопротивленпя типа ФСК-ІІ специального изготовления. Особенностью фотосопро­ тивлений является то, что их светочувствительные по­ верхности выполнены в виде трапеций, что позволило снизить требования к точности юстировки. Вибратором служит телефон типа ТА-56М, мембрана которого жест­ ко крепится к корпусу. Вибрирующая опора, изготов­ ленная из самшита, вставляется в пружинящие зажи­ мы, закрепленные на мембране. На основании вибрато­ ра закреплены направляющие усы для удобства заправки нити с вибрирующей опорой. Неподвижной опорой является нитесборпик.

Второй блок содержит транзисторный усилитель 2, частотомер 4 и блок питания 5. Все узлы блока выпол­ нены в виде печатных плат и размещены на шасси регу­ лятора тока АРТ-1. Связь между платами и внешними цепями первого блока выполнена с помощью штепсель­ ных разъемов.

Датчик испытывали на заводе стекловолокна на пе­ чи с 200-фильерным сосудом. Печь была оборудована существующей в настоящее время аппаратурой автома­ тического регулирования температуры и уровня. Изме­ рения проводились для нити толщиной 9,5—17 текс. В установившемся режиме измеряли резонансную час­

Коэффициент корреляции г=0,94. Среднеквадратическая ошибка оценки составляет 0,0092, что при 95%-ных доверительных интервалах соответствует по­ грешности порядка ± 4 % .

66

Фотоэлектрический метод

Для контроля одиночного стеклянного волокна, ког­ да понятие диаметр имеет реальный смысл, может быть успешно применен фотоэлектрический метод. Извест­ ные в настоящее время приборы для измерения диамет­ ра волокон, основанные на фотоэлектрическом теневом методе, состоят из осветителя, оптической системы для

Рис. 23. Схема фотомнкрометра

светового потока осветителя вследствие нестабильности питающего напряжения. При контроле волоком диамет­ ром порядка десятков микрон начинают вносить суще­ ственные помехи также тепловые шумы фотоэлемента.

Для устранения влияния нестабильности светового потока на точность измерения в большинстве случаев применяются обтюраторы или качающиеся оптические детали, осуществляющие модуляцию светового потока или развертку изображения объекта измерения во вре­ мени. Однако применение подобных элементов в при­ боре накладывает ограничения на частотный диапазон регистрируемого сигнала, что не позволяет получать полную информацию об изменении диаметра движуще­ гося волокна.

Во ВНИИСПВ разработан прибор для автоматиче­ ского контроля диаметра стеклянного волокна, схема которого представлена на рис. 23. Для устранения вли­ яния нестабильности светового потока на точность из^ мерения применен высококачественный стабилизатор

напряжения, который питает осветительную систему прибора. Это позволило снизить уровень флюктуации светового потока, повысить точность измерений и осу­ ществить передачу в измерительную часть схемы

Рис. 24. Оптическая схема фотомикрометра

прибора сигнала с широким спектром частот. Примене­

приемник и подвижные направляющие, осуществляю­ щие ввод волокна в световой поток и фиксацию поло­ жения его изображения в пределах фотоприемной пло­ щадки фотодиода.

На рис. 24 показана оптическая схема прибора, со­ стоящая из трех частей: осветительной, включающей конденсор 1 и систему Кеплера 2 и 3, формирующую параллельный пучок лучей большой интенсивности; проекционной, состоящей из линз 4 и 5, проектирующей

менный блок 10. В качестве источника света применена лампа ММ-25, установленная в фокальной плоскости конденсора 1. В передней фокальной плоскости про­ екционного объектива 4 установлена щелевая диафраг-

68

Измерительная схема прибора состоит из двух по­ следовательно включенных каналов измерения. Посто­ янная составляющая сигнала измеряется микроампер­ метром Н-373/2 без предварительного усиления. Переменная составляющая сигнала снимается с сопро­ тивления нагрузки фотодиода, усиливается транзистор­ ным широкополосным измерительным усилителем в диапазоне частот от 0,05 до десятков килогерц и пода­ ется на осциллограф с механической разверткой.

Измеряют диаметр волокна следующим образом. Оптико-механическую часть прибора располагают меж­ ду фильерой стеклоплавильного сосуда и лотком с замасливателем (см. рис. 22). Вытягиваемое волокно про­ ходит по направляющим, изготовленным из графита. Графитовые вкладыши покрыты слоем ткани с графито­ вой пропиткой, что необходимо для гашения вибраций объекта измерения. С помощью визуальной системы контроля и винтов для перемещения направляющих во­ локно устанавливают таким образом, чтобы его изобра­

светочувствительной площадке. Так как движущееся через прибор волокно освещается стабилизированным световым потоком, то переменная составляющая фото­ тока обусловлена только характером изменения диамет­ ра волокна и скоростью его движения.

метод измерения не накладывает ограничений на хими­ ческий состав волокон; при необходимости пределы измерения прибора могут быть расширены.

69