RU2342650C1

RU2342650C1 - Device for monitoring of moving canvas material humidity

Info

Publication number: RU2342650C1
Application number: RU2007117390/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Ефремович Савченко (RU); Виктор Ефремович Савченко; Григорий Ильич Чистобородов (RU); Григорий Ильич Чистобородов; Людмила Ксенофонтовна Грибова (RU); Людмила Ксенофонтовна Грибова
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: physics; measurement.

SUBSTANCE: device for monitoring of moving canvas material humidity contains roller detector, which is connected serially to vacuum quartz resonator switched into metering arm of metering bridge, potential output of which is connected to potential inlet of detector, detector outlets are connected to inlets of compensation element and, through DC amplifier, to indicator and controller of humidity. At that output of metering bridge is connected to its own inputs through operational amplifier, compensation element with parallel connected capacitor is switched into comparison arm of metering bridge. Roller detector is arranged in the form of two coaxially installed hollow cylinders, at the ends of which bearings are provided, being separated from external cylinder with fluoroplastic rings, at that external cylinder of detector contacts with monitored material, and internal cylinder of detector is immovable and connected to quartz resonator and capacitor, distance between cylinders is selected as not more than 1.0 mm. Suggested device will make it possible to increase reliability of monitoring accuracy and control of moving canvas material humidity.

EFFECT: increase of reliability of monitoring accuracy and control of moving canvas material humidity.

2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности плоских движущихся материалов, например ткани, ткацких основ, бумаги и др.The invention relates to measuring equipment and can be used to control the humidity of flat moving materials, for example, fabric, weaving, paper, etc.

Известно устройство для определения влажности движущихся плоских текстильных материалов фирмы «МААЛО», реализующее кондуктометрический метод измерения, основанный на измерении электрического сопротивления контролируемого материала на постоянном токе. Устройство содержит контактный кондуктометрический датчик, образованный перекатным роликом машины и роликом датчика, катящимся по движущемуся контролируемому материалу [1].A device for determining the moisture content of moving flat textile materials of the company "MAALO", which implements the conductometric measurement method based on measuring the electrical resistance of the controlled material in direct current. The device comprises a contact conductometric sensor formed by the roll roller of the machine and the sensor roller rolling along the moving controlled material [1].

Однако точность контроля электрического сопротивления контролируемого материала на постоянном токе уменьшена из-за явления поляризации диэлектрических материалов на постоянном токе. Диапазон применения влагомера ограничен в сторону высоких сопротивлений, что делает невозможным использование его для контроля малых влажностей материалов из синтетических волокон, имеющих малую проводимость. Другим недостатком известного устройства является наличие угольной щетки, трущейся по внутренней поверхности ролика для обеспечения контакта катящегося ролика со схемой прибора. Эта система передачи сигнала от кондуктометрического датчика к схеме прибора уменьшает надежность и точность контроля влажности контролируемого материала из-за того, что угольная щетка со временем истирается, сопротивление контакта может меняться и даже исчезать.However, the accuracy of the control of the electrical resistance of the controlled material in direct current is reduced due to the phenomenon of polarization of dielectric materials in direct current. The range of application of the moisture meter is limited in the direction of high resistances, which makes it impossible to use it to control the low humidity of materials made of synthetic fibers having low conductivity. Another disadvantage of the known device is the presence of a carbon brush rubbing along the inner surface of the roller to ensure contact of the rolling roller with the circuit of the device. This system of signal transmission from the conductivity sensor to the circuitry of the device reduces the reliability and accuracy of the humidity control of the material being monitored due to the fact that the carbon brush wears out over time, the contact resistance can change and even disappear.

За прототип принята влагометрическая система для плоских движущихся материалов, работающая на высокой частоте и содержащая три устройства для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, состоящих из роликового датчика, соединенного последовательно с вакуумным кварцевым резонатором, включенным в измерительное плечо измерительного моста последовательно с компенсационным элементом [2]. Плечо сравнения измерительного моста состоит из параллельно включенных резистора и конденсатора. Выходы измерительного моста соединены с его же входами через усилитель и колебательный контур, образованный фазирующим трансформатором с конденсатором, выходы усилителя соединены с входами детектора, выходы детектора соединены с входами компенсационного элемента в измерительном мосте и через усилитель по постоянному току с указателем и регулятором влажности.A moisture meter system for flat moving materials, operating at a high frequency and containing three devices for controlling the humidity of moving web-like materials, consisting of a roller sensor connected in series with a vacuum quartz resonator connected in series with a compensation element in the measuring arm of the measuring bridge, was adopted as a prototype [2] . The measuring bridge comparison arm consists of a parallel connected resistor and capacitor. The outputs of the measuring bridge are connected to its inputs through an amplifier and an oscillating circuit formed by a phasing transformer with a capacitor, the outputs of the amplifier are connected to the inputs of the detector, the outputs of the detector are connected to the inputs of the compensation element in the measuring bridge and through the DC amplifier with a pointer and a humidity controller.

Применение в устройстве колебательного контура из фазирующего трансформатора и конденсатора для возбуждения автогенерации на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора требует настройки частоты колебательного контура на определенную частоту, что повышает трудоемкость изготовления устройства, кроме этого, надежность устройства уменьшена из-за возможного изменения резонансной частоты колебательного контура при изменении внешних факторов и с течением времени. Компенсационный элемент в измерительном плече моста вносит нелинейность в характеристику преобразования устройства, что понижает точность контроля и регулирования влажности материала. Примененный в устройстве роликовый датчик не обладает достаточной надежностью.The use of an oscillating circuit from a phasing transformer and a capacitor in a device to excite self-oscillation at a frequency of a series resonance of a quartz resonator requires tuning the frequency of the oscillating circuit to a certain frequency, which increases the complexity of manufacturing the device, in addition, the reliability of the device is reduced due to a possible change in the resonant frequency of the oscillating circuit when changes in external factors and over time. The compensation element in the measuring arm of the bridge introduces nonlinearity in the conversion characteristic of the device, which reduces the accuracy of control and regulation of the moisture content of the material. The roller sensor used in the device does not have sufficient reliability.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности контроля и регулирования влажности движущихся полотнообразных материалов.The technical result of the invention is to increase the reliability and accuracy of control and regulation of humidity of moving web-like materials.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, содержащем роликовый датчик, соединенный последовательно с вакуумным кварцевым резонатором, включенным в измерительное плечо измерительного моста, потенциальный выход которого соединен с потенциальным входом детектора, выходы которого соединены с входами компенсационного элемента и через усилитель по постоянному току с указателем и регулятором влажности, согласно изобретению выход измерительного моста соединен с его же входом через операционный усилитель, компенсационный элемент с параллельно подключенным конденсатором включен в плечо сравнения измерительного моста, ролик датчика выполнен в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров, на торцах которых размещены подшипники, отделенные от внешнего цилиндра фторопластовыми кольцами, при этом внешний цилиндр датчика контактирует с контролируемым материалом, а внутренний цилиндр датчика неподвижен и соединен с кварцевым резонатором и конденсатором, расстояние между цилиндрами выбирают не более 1,0 мм.This technical result is achieved in that in a device for controlling the humidity of moving web-like materials containing a roller sensor connected in series with a vacuum quartz resonator included in the measuring arm of the measuring bridge, the potential output of which is connected to a potential input of the detector, the outputs of which are connected to the inputs of the compensation element and through the DC amplifier with a pointer and humidity controller, according to the invention, the output of the measuring bridge It is connected to its input through an operational amplifier, a compensation element with a parallel-connected capacitor is included in the measuring bridge comparison arm, the sensor roller is made in the form of two coaxially arranged hollow cylinders, at the ends of which are bearings separated from the outer cylinder by fluoroplastic rings, while the outer cylinder the sensor is in contact with the material being monitored, and the sensor’s inner cylinder is stationary and connected to the quartz resonator and capacitor, the distance between the cylinder we choose no more than 1.0 mm.

Технический результат изобретения достигается по следующим причинам.The technical result of the invention is achieved for the following reasons.

1. В качестве усилителя переменного тока в устройстве применен операционный усилитель, позволивший исключить из схемы устройства фазирующий трансформатор, вносивший в работу устройства ненадежность.1. An operational amplifier was used as an alternating current amplifier in the device, which made it possible to exclude a phasing transformer from the device circuit, which introduced unreliability into the device.

2. Компенсационный элемент в предлагаемом устройстве включен в плечо сравнения, что позволило повысить линейность характеристики преобразования устройства, а значит, и точность регулирования влажности материала.2. The compensation element in the proposed device is included in the shoulder of comparison, which allowed to increase the linearity of the conversion characteristics of the device, and hence the accuracy of controlling the moisture content of the material.

3. В роликовом датчике исключен щеточный контакт между роликом, катящимся по контролируемому материалу, и внутренним неподвижным цилиндром, соединенным со схемой устройства. Контакт между подвижным и неподвижным элементами в роликовом датчике заменен конденсатором емкости (С) не менее 120 пФ, которая обеспечивается зазором между внешним и внутренним цилиндром в датчике не более 1,0 мм при длине роликового датчика 9,0 см. На рабочей частоте (f=100 кГц) емкостное сопротивление

такого конденсатора не более 13,3 кОм, поэтому включенное последовательно с контролируемым сопротивлением материала (более 60 кОм) не будет оказывать влияния на выходные характеристики устройства.3. In the roller sensor, brush contact between the roller rolling along the controlled material and the internal stationary cylinder connected to the circuit of the device is excluded. The contact between the movable and stationary elements in the roller sensor is replaced by a capacitor (C) of at least 120 pF, which is ensured by the gap between the outer and inner cylinders in the sensor of not more than 1.0 mm with a roller sensor length of 9.0 cm. At the operating frequency (f = 100 kHz) capacitance

such a capacitor is not more than 13.3 kΩ, therefore, connected in series with a controlled resistance of the material (more than 60 kΩ) will not affect the output characteristics of the device.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для контроля влажности движущихся полотнообразных материалов, на фиг.2 показана конструкция роликового датчика.Figure 1 shows a block diagram of a device for controlling the humidity of moving web-like materials, figure 2 shows the design of a roller sensor.

Устройство содержит роликовый датчик 1 (фиг.1, 2), содержащий внешний 2 (фиг.2) и внутренний 3 цилиндры, на торцах которых размещены подшипники 4, отделенные от внешнего цилиндра 2 изолированными фторопластовыми кольцами 5. Внешний цилиндр 2 контактирует с движущимся контролируемым материалом 6 (фиг.1), расположенным на заземленном перекатном ролике 7 технологической машины. Внутренний неподвижный цилиндр 3 (фиг.2) ролика 1, расположенный на расстоянии 0,5...1,0 мм от внутренней поверхности внешнего цилиндра 2, соединен с вакуумным кварцевым резонатором 8 (фиг.1), включенным в измерительное плечо измерительного моста 9. Потенциальный выход (а) измерительного моста 9 соединен с потенциальным входом детектора 10, а через операционный усилитель 11 с входами (в, с) измерительного моста 9. Выходы детектора 10 соединены с входами компенсационного элемента 12, связанного с параллельно включенным конденсатором 13, а через усилитель 14 по постоянному току соединены с указателем 15 и регулятором 16. Конденсатор 17 включен параллельно измерительному конденсатору, содержащему электроды в виде заземленного перекатного ролика 7 технологической машины и внутреннего цилиндра 3 (фиг.2) роликового датчика 1.The device contains a roller sensor 1 (Fig. 1, 2), containing an external 2 (Fig. 2) and an internal 3 cylinder, at the ends of which bearings 4 are located, separated from the external cylinder 2 by insulated fluoroplastic rings 5. The external cylinder 2 is in contact with a moving controlled material 6 (figure 1) located on a grounded roll-over roller 7 of the technological machine. The inner stationary cylinder 3 (FIG. 2) of the roller 1, located at a distance of 0.5 ... 1.0 mm from the inner surface of the outer cylinder 2, is connected to a vacuum quartz resonator 8 (FIG. 1) included in the measuring arm of the measuring bridge 9. The potential output (a) of the measuring bridge 9 is connected to the potential input of the detector 10, and through the operational amplifier 11 with the inputs (b, c) of the measuring bridge 9. The outputs of the detector 10 are connected to the inputs of the compensation element 12 connected to the parallel connected capacitor 13, and through amplifier 1 4 by direct current are connected to the pointer 15 and the regulator 16. The capacitor 17 is connected in parallel with the measuring capacitor, containing electrodes in the form of a grounded rolling roller 7 of the technological machine and the inner cylinder 3 (figure 2) of the roller sensor 1.

Устройство работает следующим образом. При изменении влажности контролируемого материала 6 (фиг.1) изменяются его диэлектрические характеристики, а значит, и параметры (емкость, сопротивление) измерительного конденсатора, образованного электродами в виде внутреннего цилиндра 3 (фиг.2) роликового датчика 1 и заземленного перекатного ролика 7 (фиг.1) технологической машины, что приводит к изменению активного сопротивления цепи кварцевый резонатор - измерительный конденсатор. Внутренний конденсатор роликового датчика, образованный внешней поверхностью внутреннего цилиндра 3 (фиг.2) и внутренней поверхностью внешнего цилиндра 2 ролика 1, при расстоянии между цилиндрами не более 1,0 мм имеет емкость не менее 120 пФ, что обеспечивает ему на резонансной частоте (100 кГц) кварцевого резонатора 8 (фиг.1) емкостное сопротивление не более 13 кОм, которое не препятствует передаче сигнала к кварцевому резонатору 8. При сопротивлении измерительного плеча моста 9, меньшем, чем сопротивление плеча сравнения, и благодаря подаче на входы «в» и «с» моста 9 его же выходного напряжения с потенциального выхода «а» через операционный усилитель 11 возникает автогенерация колебаний на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора 8. Так как схема работает на частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора 8, реактивные сопротивления измерительной системы компенсируются реактивностью кварцевого резонатора 8, благодаря чему высокоомное сопротивление измерительного конденсатора с контролируемым материалом преобразуется в низкоомное, что упрощает его преобразование в электрический сигнал.The device operates as follows. When the humidity of the controlled material 6 (Fig. 1) changes, its dielectric characteristics change, and hence the parameters (capacitance, resistance) of the measuring capacitor formed by the electrodes in the form of an inner cylinder 3 (Fig. 2) of the roller sensor 1 and the grounded roll roller 7 ( figure 1) of the technological machine, which leads to a change in the active resistance of the circuit quartz resonator - measuring capacitor. The inner capacitor of the roller sensor formed by the outer surface of the inner cylinder 3 (Fig. 2) and the inner surface of the outer cylinder 2 of the roller 1, with a distance between the cylinders of not more than 1.0 mm, has a capacitance of at least 120 pF, which ensures it at the resonant frequency (100 kHz) of a quartz resonator 8 (Fig. 1), the capacitance is not more than 13 kΩ, which does not prevent the signal from being transmitted to the quartz resonator 8. When the resistance of the measuring arm of the bridge 9 is less than the resistance of the comparison arm, and due to the input When the “V” and “C” bridge 9 of its output voltage from the potential output “a” through the operational amplifier 11, self-oscillation occurs at the frequency of the serial resonance of the quartz resonator 8. Since the circuit operates at the frequency of the serial resonance of the quartz resonator 8, the reactance the systems are compensated by the reactivity of the quartz resonator 8, due to which the high resistance of the measuring capacitor with the controlled material is converted to low resistance, which simplifies it conversion to electrical signal.

В результате изменения влажности контролируемого материала 6 изменяющееся выходное напряжение измерительного моста 8 после усиления операционным усилителем 11 и детектирования детектором 10 подается на управляющие входы компенсационного элемента 12, изменяющего свое сопротивление так, чтобы восстановить разбаланс моста 9 и амплитуду колебаний. Усиленные по постоянному току усилителем 14 сигналы регистрируются указателем 15 и поступают на регулятор 16 для регулирования влажности материала.As a result of changes in the humidity of the controlled material 6, the changing output voltage of the measuring bridge 8 after amplification by the operational amplifier 11 and detection by the detector 10 is supplied to the control inputs of the compensation element 12, which changes its resistance so as to restore the imbalance of the bridge 9 and the amplitude of the oscillations. Amplified by direct current amplifier 14, the signals are recorded by the pointer 15 and fed to the controller 16 to control the moisture content of the material.

Источники информацииInformation sources

1. Беленький Л.И., Швырев С.С., Омельянчук Л.А. Автоматический контроль и регулирование технологических процессов отделочного производства. - М.: Легкая индустрия, 1978. - 261 с.1. Belenky L.I., Shvyrev S.S., Omelyanchuk L.A. Automatic control and regulation of technological processes of finishing production. - M.: Light Industry, 1978. - 261 p.

2. А.с. 1520430 (СССР) G01N 27/22. Влагометрическая система для плоских движущихся материалов. 1989.2. A.S. 1520430 (USSR) G01N 27/22. Moisture metering system for flat moving materials. 1989.

Claims

A device for controlling the humidity of moving web-like materials, comprising a roller sensor connected in series with a vacuum quartz resonator connected to the measuring arm of the measuring bridge, the potential output of which is connected to a potential input of the detector, the outputs of which are connected to the inputs of the compensation element and through the DC amplifier with a pointer and a humidity regulator, characterized in that the output of the measuring bridge is connected to its input through an operational amplifier, to A compensating element with a parallel-connected capacitor is included in the measuring bridge comparison arm, the roller sensor is made in the form of two coaxially arranged hollow cylinders, at the ends of which there are bearings separated from the outer cylinder by fluoroplastic rings, while the outer cylinder of the sensor is in contact with the controlled material, and the inner cylinder the sensor is stationary and connected to a quartz resonator and a capacitor, the distance between the cylinders is chosen no more than 1.0 mm.