CH621199A5

CH621199A5 -

Info

Publication number: CH621199A5
Application number: CH585578A
Authority: CH
Inventors: Norbert Coster
Original assignee: Sofisa Societe Financiere Sa
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FR2427581A1; FR2427581B1; FI791659A; GB2021786A; DE2921082A1

Description

La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de l'isolation d'un conducteur électrique, destiné à être placé sur une ligne d'extrusion et comportant, d'une part, un capteur équipé d'une ou de plusieurs électrodes et de moyens de guidage du conducteur qui lui font suivre un chemin déterminé par rapport à la ou aux électrodes et, d'autre part, un circuit de mesure connecté à la ou aux électrodes. The present invention relates to a device for controlling the insulation of an electrical conductor, intended to be placed on an extrusion line and comprising, on the one hand, a sensor equipped with one or more electrodes and means for guiding the conductor which make it follow a determined path relative to the electrode (s) and, on the other hand, a measurement circuit connected to the electrode (s).

On sait que, dans bien des cas, au cours de la fabrication des conducteurs électriques isolés avec de la matière plastique dans une ligne d'extrusion, il est nécessaire de contrôler en permanence les qualités géométriques et physiques de la couche isolante formée sur l'âme du fil conducteur. Dans l'isolation du fil téléphonique, il est essentiel que l'âme soit concentrique à la surface extérieure de l'isolant. En effet, les déséquilibres de capacité, des quartes et des paires dépendent directement de la concentricité de l'isolation des fils individuels. It is known that, in many cases, during the production of electrical conductors insulated with plastic in an extrusion line, it is necessary to constantly check the geometric and physical qualities of the insulating layer formed on the core of the thread. In insulating the telephone wire, it is essential that the core is concentric with the outer surface of the insulation. Indeed, the capacity imbalances, of the quads and of the pairs depend directly on the concentricity of the insulation of the individual wires.

On connaît déjà des dispositifs de contrôle qui donnent une valeur moyenne de l'épaisseur de l'isolant en mesurant la capacité Control devices are already known which give an average value of the thickness of the insulation by measuring the capacity.

de l'âme du fil par rapport à une électrode extérieure. Dans des réalisations pratiques connues, l'électrode extérieure est constituée par l'eau du bac de refroidissement que le conducteur traverse en sortant de la tête d'extrusion. Ces dispositifs de contrôle ne permettent de vérifier la concentricité de l'âme que d'une manière indirecte si, par exemple, on effectue en même temps une mesure directe du diamètre de la couche isolante. of the core of the wire with respect to an external electrode. In known practical embodiments, the external electrode is formed by the water from the cooling tank which the conductor passes through while leaving the extrusion head. These control devices make it possible to check the concentricity of the core only indirectly if, for example, a direct measurement is made of the diameter of the insulating layer.

Certains dispositifs de contrôle qui ont été proposés récemment permettent de mesurer l'épaisseur de l'isolant dans différentes directions radiales par rapport au fil. Ainsi, selon le brevet US N° 3923439, le fil isolé traverse un appareillage qui comprend des sondes ultra-sonores et des capteurs détectant les deux échos formés respectivement par la surface extérieure de l'isolation et la surface de l'âme du fil. Certain control devices which have been proposed recently make it possible to measure the thickness of the insulation in different radial directions relative to the wire. Thus, according to US Patent No. 3923439, the insulated wire passes through an apparatus which includes ultrasonic probes and sensors detecting the two echoes formed respectively by the external surface of the insulation and the surface of the core of the wire.

Le brevet US N° 3748577, antérieur au précédent, proposait de conduire le fil dans un tube constitué de quatre segments de couronne cylindriques et de mesurer les capacités des quatre condensateurs formés respectivement par chaque couronne et l'âme du fil. US Patent No. 3748577, prior to the previous one, proposed to conduct the wire in a tube consisting of four cylindrical ring segments and to measure the capacities of the four capacitors formed respectively by each ring and the core of the wire.

Il est apparu toutefois à l'expérience que ces dispositifs de contrôle exigeaient un appareillage coûteux, délicat, difficile à régler et que, d'autre part, ils ne permettaient pas d'atteindre une précision suffisante. En effet, les vibrations du fil sur le trajet de mesure peuvent fausser les résultats d'une façon relativement importante. However, experience has shown that these control devices require expensive, delicate equipment which is difficult to adjust and that, on the other hand, they do not make it possible to achieve sufficient precision. Indeed, the vibrations of the wire on the measurement path can distort the results in a relatively significant way.

Les appareils qui comportent des éléments capteurs fixes maintenus au contact du fil sont également sujets à des inconvénients du fait des frottements entre le fil et les capteurs, frottements qui peuvent détériorer l'isolation ou soumettre les organes sensibles à l'usure tout en induisant encore des vibrations. Devices which include fixed sensor elements held in contact with the wire are also subject to drawbacks due to friction between the wire and the sensors, friction which can deteriorate the insulation or subject the sensitive members to wear while still inducing vibrations.

Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif du genre mentionné au début, de construction simple et qui remédie aux inconvénients des dispositifs connus, en évitant notamment toute vibration du fil le long du trajet de mesure. The object of the present invention is to produce a device of the kind mentioned at the start, of simple construction and which overcomes the drawbacks of known devices, in particular by avoiding any vibration of the wire along the measurement path.

Dans ce but, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins une électrode est constituée par une couronne en matériau conducteur faisant partie de la gorge d'une poulie, en ce que les moyens de guidage sont agencés de manière à conduire le conducteur dans la gorge de la poulie le long d'un arc de longueur déterminée et en ce que la poulie tourne à la même vitesse linéaire que le conducteur. For this purpose, the device according to the invention is characterized in that at least one electrode is constituted by a crown of conductive material forming part of the groove of a pulley, in that the guide means are arranged so as to lead the conductor in the groove of the pulley along an arc of determined length and in that the pulley rotates at the same linear speed as the conductor.

On va décrire ci-après, à titre d'exemple, une forme d'exécution et quelques variantes du dispositif selon l'invention en se référant au dessin annexé dont: An embodiment and some variants of the device according to the invention will be described below, by way of example, with reference to the attached drawing, in which:

la fig. 1 est une vue schématique d'une ligne d'extrusion équipée du dispositif de contrôle selon l'invention, fig. 1 is a schematic view of an extrusion line equipped with the control device according to the invention,

la fig. 2 est une vue en coupe à échelle agrandie d'une poulie faisant partie du capteur du dispositif de la fig. 1, fig. 2 is a sectional view on an enlarged scale of a pulley forming part of the sensor of the device of FIG. 1,

la fig. 3 est une vue schématique montrant le fonctionnement du capteur et de l'appareil d'élaboration du signal de mesure, fig. 3 is a schematic view showing the operation of the sensor and of the apparatus for processing the measurement signal,

la fig. 4 est une autre vue schématique montrant la disposition des points de mesure dans le dispositif de la fig. 3, fig. 4 is another schematic view showing the arrangement of the measurement points in the device of FIG. 3,

la fig. 5 est une vue schématique analogue à la fig. 1, montrant une variante du dispositif de contrôle, et la fig. 6 est une vue schématique partielle montrant une autre variante du dispositif de contrôle. fig. 5 is a schematic view similar to FIG. 1, showing a variant of the control device, and FIG. 6 is a partial schematic view showing another variant of the control device.

A la fig. 1 est représentée schématiquement une ligne d'extru- • sion pour la fabrication d'un fil électrique isolé, par exemple un conducteur téléphonique. Cette ligne comporte un dévidoir 1, une extrudeuse 2, dont on voit la tête 3 qui est traversée par le fil 4 provenant du dévidoir 1. Dans la tête 3, le fil 4 est revêtu d'une couche d'isolant plastique. Il traverse ensuite un bac de refroidissement 5, puis est repris par un retireur 6, qui règle et maintient constante la vitesse de passage dans l'extrudeuse. Le fil traverse ensuite le dispositif de contrôle désigné de façon générale par 7 et parvient enfin sur le bobinoir 8. In fig. 1 is a schematic representation of an extrusion line for the manufacture of an insulated electrical wire, for example a telephone conductor. This line comprises a reel 1, an extruder 2, the head 3 of which is seen to be crossed by the wire 4 coming from the reel 1. In the head 3, the wire 4 is coated with a layer of plastic insulation. It then passes through a cooling tank 5, then is taken up by a withdrawer 6, which regulates and maintains constant the speed of passage through the extruder. The wire then passes through the control device generally designated by 7 and finally reaches the winder 8.

Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, le dispositif de contrôle comporte d'abord des moyens pour injecter dans In the embodiment shown in FIG. 1, the control device first comprises means for injecting into

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

'30 '30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

621 199 621,199

l'âme du fil une tension haute fréquence HF. Ces moyens, désignés par 9 et représentés plus en détail à la fig. 3, comportent un tore magnétique 10 fixe, traversé par le fil, un générateur HF 11 et une spire 12 qui passe aussi dans le tore 10, de façon à constituer le primaire d'un transformateur. Par induction, une différence de potentiel est ainsi créée dans l'âme du fil entre un point B situé à l'aval du tore 10 et un point A situé à l'amont de ce tore. Pratiquement, le segment de fil qui se trouve en amont du tore magnétique est mis à la terre, car le fil touche la tête d'extrusion et les organes du dévidoir qui sont eux-mêmes mis à la terre. Par contre, la partie aval du fil est isolée, puisqu'elle est entièrement recouverte de la couche de matière plastique. D'autre part, la bobine réceptrice 8 constitue une bobine de self qui s'oppose au courant HF. Ainsi, le segment de fil qui est compris dans le dispositif 7 à l'aval du tore 9 est le siège d'une tension électrique qui varie à la fréquence du générateur 11. the wire core a high frequency HF voltage. These means, designated by 9 and shown in more detail in FIG. 3, comprise a fixed magnetic toroid 10, crossed by the wire, an HF generator 11 and a turn 12 which also passes through the torus 10, so as to constitute the primary of a transformer. By induction, a potential difference is thus created in the core of the wire between a point B located downstream of the torus 10 and a point A located upstream of this torus. In practice, the segment of wire which is upstream of the magnetic core is earthed, since the wire touches the extrusion head and the organs of the reel which are themselves earthed. On the other hand, the downstream part of the wire is insulated, since it is entirely covered with the layer of plastic material. On the other hand, the receiving coil 8 constitutes a self coil which opposes the HF current. Thus, the segment of wire which is included in the device 7 downstream of the torus 9 is the seat of an electric voltage which varies at the frequency of the generator 11.

Le capteur de mesure est constitué, dans la forme d'exécution décrite, par quatre poulies de mêmes dimensions 13, 14,15, 16 (fig. 1 et 3) qui sont montées folles sur leurs axes et dont la disposition géométrique est celle que l'on voit à la fig. 3. Le fil isolé 4 passe successivement sur chacune de ces poulies dans l'ordre 14, 13,16,15 et on remarque qu'il entoure chaque poulie selon un même arc. Comme les quatre poulies sont de même diamètre, les segments de fil au contact de chaque poulie sont de même longueur. The measurement sensor is constituted, in the embodiment described, by four pulleys of the same dimensions 13, 14, 15, 16 (fig. 1 and 3) which are mounted idly on their axes and whose geometric arrangement is that which we see in fig. 3. The insulated wire 4 passes successively over each of these pulleys in the order 14, 13, 16, 15 and it is noted that it surrounds each pulley according to the same arc. As the four pulleys are of the same diameter, the segments of wire in contact with each pulley are of the same length.

La fig. 2 représente en coupe axiale une des poulies 13, 14, 15 ou 16. On voit qu'elle comporte deux flasques, l'un en une matière isolante 17 et l'autre en métal, de préférence en cuivre, 18. Ces deux flasques sont montés sur un moyeu commun isolant 19, qui tourne sur l'arbre fixe 20. Le flasque 18 présente au niveau du moyeu un prolongement tubulaire 21 avec un rebord extérieur 22 qui constitue un collecteur contre lequel appuie un balai 23 connecté par un conducteur 24 à un amplificateur 25. La gorge de la poulie représentée à la fig. 2 est constituée par les parties périphériques, de forme tronconique 17a et 18a des flasques 17 et 18. Ces parties périphériques s'étendent à 45° de part et d'autre du plan médian perpendiculaire à l'axe. Ainsi, chaque poulie comporte une électrode de mesure qui est constituée par la surface tronconique en forme de couronne qui limite intérieurement une des moitiés de la gorge de la poulie. On se rend compte que la portion de l'âme du fil 4, qui est logée dans la gorge de la poulie, constitue, avec le flanc conducteur de la gorge qui est connecté au circuit 25, un condensateur dont la capacité peut facilement être mesurée puisque l'âme du fil est le siège d'une tension périodique variant à haute fréquence. Le potentiel, induit dans la partie conductrice 18 de la poulie par le fil 4, est amplifié dans l'amplificateur 25 et donne une image de la capacité du condensateur, Fig. 2 shows in axial section one of the pulleys 13, 14, 15 or 16. It can be seen that it has two flanges, one made of an insulating material 17 and the other of metal, preferably copper, 18. These two flanges are mounted on a common insulating hub 19, which rotates on the fixed shaft 20. The flange 18 has at the hub a tubular extension 21 with an outer flange 22 which constitutes a collector against which a brush 23 is connected by a conductor 24 to an amplifier 25. The groove of the pulley shown in FIG. 2 is constituted by the peripheral parts, of frustoconical shape 17a and 18a of the flanges 17 and 18. These peripheral parts extend at 45 ° on either side of the median plane perpendicular to the axis. Thus, each pulley has a measuring electrode which is constituted by the frustoconical surface in the form of a crown which internally limits one of the halves of the groove of the pulley. We realize that the portion of the core of the wire 4, which is housed in the groove of the pulley, constitutes, with the conducting flank of the groove which is connected to the circuit 25, a capacitor whose capacity can easily be measured since the core of the wire is the seat of a periodic tension varying at high frequency. The potential, induced in the conductive part 18 of the pulley by the wire 4, is amplified in the amplifier 25 and gives an image of the capacitance of the capacitor,

donc de la distance entre l'âme du fil et l'électrode que forme la surface interne de la partie périphérique 18a de la poulie. C'est donc une mesure de l'épaisseur de l'isolant dans la direction perpendiculaire au flanc conducteur de la gorge. therefore the distance between the core of the wire and the electrode formed by the internal surface of the peripheral part 18a of the pulley. It is therefore a measure of the thickness of the insulation in the direction perpendicular to the conductive flank of the groove.

Comme on le voit à la fig. 4, chaque poulie 13, 14, 15 ou 16 mesure l'épaisseur de l'isolation dans une direction déterminée par rapport à l'axe du fil. Bien entendu, on pourrait également prévoir des mesures selon trois directions radiales seulement ou au contraire, selon plus de quatre directions. Dans ce cas, seul le nombre des poulies et la conformation géométrique de leur gorge seraient différents. As seen in fig. 4, each pulley 13, 14, 15 or 16 measures the thickness of the insulation in a direction determined relative to the axis of the wire. Of course, one could also provide for measurements in only three radial directions or, on the contrary, in more than four directions. In this case, only the number of pulleys and the geometric conformation of their groove would be different.

Dans l'exemple selon la fig. 3, les signaux captés par les circuits 25 associés aux quatre poulies sont soustraits deux à deux et conduits à des appareils indicateurs 26 et 27 qui indiquent l'excentricité dans un premier sens (X) et dans le sens perpendiculaire (Y). En même temps, un circuit de calcul 28 peut élaborer la valeur moyenne de l'excentricité selon la formule : In the example according to fig. 3, the signals picked up by the circuits 25 associated with the four pulleys are subtracted two by two and led to indicating devices 26 and 27 which indicate the eccentricity in a first direction (X) and in the perpendicular direction (Y). At the same time, a calculation circuit 28 can develop the average value of the eccentricity according to the formula:

yx2+Y2 yx2 + Y2

Bien entendu, la construction des poulies pourrait également être différente de ce qui a été décrit ci-dessus. Les surfaces conductrices qui forment les électrodes pourraient être soit les fonds des gorges, soit les flancs d'une gorge en U ou toute autre disposition géométrique. On pourrait également envisager de construire des poulies dont les deux flasques seraient conducteurs et séparés par une couche isolante, de façon à mesurer l'épaisseur d'isolation en même temps dans deux directions différentes. Of course, the construction of the pulleys could also be different from what has been described above. The conductive surfaces which form the electrodes could be either the bottoms of the grooves, or the sides of a U-shaped groove or any other geometric arrangement. One could also consider building pulleys whose two flanges are conductive and separated by an insulating layer, so as to measure the thickness of insulation at the same time in two different directions.

En ce qui concerne l'injection de la tension HF, on pourrait également procéder non pas par induction au moyen du tore 10, mais par champ électrique. Ainsi, la fig. 5 représente une disposition de ce genre. On y retrouve le dévidoir 1, l'extrudeuse 2, avec sa tête 3, le bac 5 et le retireur 6. L'appareil de contrôle 7 comporte ici, au lieu du tore 10, une électrode formée, par exemple, par un tube coaxial au fil ou par une plaque incurvée. Cette électrode est désignée par 29 à la fig. 5 et elle est alimentée par une tension alternative à haute fréquence à partir du générateur 60. La tension HF est transmise au conducteur 4 par champ électrique. Cette électrode d'injection de l'énergie HF pourrait d'ailleurs également être réalisée sous la forme d'une poulie, comme les poulies 13 à 16. On pourrait également prévoir plusieurs poulies, chacune d'elles étant soumise à un potentiel HF déphasé. En mesurant la tension résultante dans le fil par le capteur constitué par les quatre poulies 13, 14, 15 et 16, on obtient une mesure des épaisseurs d'isolation selon les directions radiales correspondant aux poulies. As regards the injection of the HF voltage, one could also proceed not by induction by means of the torus 10, but by electric field. Thus, fig. 5 shows a provision of this kind. There is the reel 1, the extruder 2, with its head 3, the tank 5 and the withdrawer 6. The control device 7 here comprises, instead of the torus 10, an electrode formed, for example, by a tube coaxial with the wire or by a curved plate. This electrode is designated by 29 in FIG. 5 and it is supplied by a high frequency alternating voltage from the generator 60. The HF voltage is transmitted to the conductor 4 by electric field. This HF energy injection electrode could also also be produced in the form of a pulley, like the pulleys 13 to 16. One could also provide several pulleys, each of them being subjected to a phase-shifted HF potential. . By measuring the resulting tension in the wire by the sensor constituted by the four pulleys 13, 14, 15 and 16, a measurement of the insulation thicknesses is obtained according to the radial directions corresponding to the pulleys.

Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 5, il est évidemment nécessaire que le dévidoir et l'extrudeuse soient isolés de la masse. Les supports isolants 31 et 32 représentés sous le dévidoir et sous l'extrudeuse illustrent la nécessité de prendre cette précaution. In the embodiment shown in FIG. 5, it is obviously necessary that the reel and the extruder are isolated from the mass. The insulating supports 31 and 32 shown under the reel and under the extruder illustrate the need to take this precaution.

La fig. 6 représente un autre montage possible pour le capteur du dispositif de contrôle, objet de l'invention. Une poulie 33 est disposée de façon analogue à l'une quelconque des poulies 13 à 16. Le fil isolé 4, qui passe dans la gorge de la poulie 33, est mis à la masse par l'intermédiaire, par exemple, du dévidoir, comme dans la première forme d'exécution. Le balai 34, analogue au balai 23, est connecté à un conducteur 35 qui fait partie d'un pont de mesure. Ce dernier comporte un condensateur de référence Cl dont une électrode est mise à la masse et qui se trouve en parallèle avec le condensateur que forment la poulie 33 et le fil 4. Le conducteur 35 et l'autre électrode du condensateur Cl sont reliés en parallèle à un générateur HF 36 par des résistances 37 et 38. Un voltmètre 39, branché selon la diagonale du pont, permet de mesurer les variations de la capacité du condensateur formé par la poulie 33 et le segment de fil en contact avec sa gorge. Fig. 6 shows another possible assembly for the sensor of the control device, object of the invention. A pulley 33 is arranged analogously to any of the pulleys 13 to 16. The insulated wire 4, which passes through the groove of the pulley 33, is grounded via, for example, the reel, as in the first embodiment. The brush 34, similar to the brush 23, is connected to a conductor 35 which is part of a measuring bridge. The latter comprises a reference capacitor C1 of which an electrode is grounded and which is located in parallel with the capacitor formed by the pulley 33 and the wire 4. The conductor 35 and the other electrode of the capacitor Cl are connected in parallel to an HF generator 36 by resistors 37 and 38. A voltmeter 39, connected along the diagonal of the bridge, makes it possible to measure the variations in the capacity of the capacitor formed by the pulley 33 and the segment of wire in contact with its groove.

Le principal avantage du dispositif décrit est qu'il permet des mesures fiables et exactes. Grâce au fait que la surface de l'isolant est directement en contact avec l'électrode de mesure, le fil est empêché de vibrer, de sorte que la mesure de la capacité donne des valeurs très précises. D'autre part, comme les poulies tournent avec le fil, il n'y a aucun frottement, donc aucun risque de détérioration de l'enrobage de l'isolant. Finalement, l'ensemble du dispositif est de construction simple et en particulier l'appareillage électronique nécessaire pour élaborer un signal indiquant l'excentricité dans une direction donnée ou sa valeur moyenne ne présente aucune difficulté de réalisation, même dans le cas où la mesure de la capacité se fait selon un grand nombre d'orientations autour de l'axe du fil. The main advantage of the device described is that it allows reliable and exact measurements. Thanks to the fact that the surface of the insulation is directly in contact with the measuring electrode, the wire is prevented from vibrating, so that the measurement of the capacity gives very precise values. On the other hand, as the pulleys rotate with the wire, there is no friction, therefore no risk of deterioration of the coating of the insulation. Finally, the entire device is of simple construction and in particular the electronic equipment necessary to develop a signal indicating the eccentricity in a given direction or its average value does not present any difficulty of realization, even in the case where the measurement of the capacity is made according to a large number of orientations around the axis of the wire.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

R R

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

621,199

1. Device for controlling the insulation of an electrical conductor, intended to be placed on an extrusion line and comprising, on the one hand, a sensor equipped with one or more electrodes and means for guiding the conductor which make it follow a determined path with respect to the electrode (s) and,

on the other hand, a measurement circuit connected to the electrode (s), characterized in that at least one electrode is constituted by a crown of conductive material forming part of the groove of a pulley, in that the guide means are arranged so as to lead the conductor into the groove of the pulley along an arc of determined length and in that the pulley rotates at the same linear speed as the conductor.

2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor comprises a series of pulleys on which the conductor follows a determined path by being in contact with each pulley along the same arc, the groove of each pulley having a crown of conductive material oriented differently with respect to the conductor, connected to the measurement circuit and playing the role of measurement electrode.

2

3. Device according to claim 2, characterized in that the conductive rings are frustoconical surfaces limiting one of the sides of the groove of each pulley.

4. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises an HF generator arranged so as to transmit an HF voltage to the core of the conductor upstream of the sensor, the measurement circuit being arranged so as to measure the HF voltages which appear in the electrodes by the effect of the electric field through the insulation.

5. Device according to claim 4, characterized in that the HF voltage is transmitted to the core of the conductor by induction by means of a fixed magnetic toroid surrounding the conductor.

6. Device according to claim 4, characterized in that the HF voltage is transmitted to the core of the conductor by capacitive means comprising a curved metal segment coaxial with the conductor and connected to the HF generator.

7. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the measurement circuit comprises for each electrode a measurement bridge comprising a reference capacitor and the capacitor formed by the electrode and the core of the conductor.

8. Device according to claim 7, characterized in that the core of the conductor and one of the electrodes of the reference capacitor are grounded, while the measurement electrode and the other electrode of the reference capacitor are each connected through a resistor to an HF voltage source.