CN101400593B - 用于对行进的网的拉伸应力进行测量的方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于对行进的网的拉伸应力进行检测的方法中，将测力元件(7)连接为惠斯登电桥(11)的形式。放大器(18)放大惠斯登电桥(11)的对角电压(17)。为了能够检测到是否至少一个测力元件(7)发生故障，使用至少一个驱动开关(24、25)在惠斯登电桥(11)上加载至少一个电阻器(26)。将加载时的测量值与空载时的测量值进行比较，测定惠斯登电桥(11)的测力元件(7)是否正常工作。另外，输出一个有效的报错信号(28)。

Description

用于对行进的网的拉伸应力进行测量的方法 

技术领域

本发明涉及一种用于对行进的网的拉伸应力进行测量的方法。 

背景技术

DE 101 18 887 C1公开了一种用于对行进的材料网的拉伸应力进行检测的设备，所述设备对使网转向的辊上的支承力进行检测。为此，该装置具有两个双曲杆，其上装有应变计形式的测力元件。所述应变计以惠斯登电桥的形式进行连接，从而尽可能减小传感器的温度影响和漂移。该传感器已经在实践中得到很好的验证，并且构成了本发明的出发点。已知传感器的缺陷在于，如果应变计出现故障，例如发生损坏或者短路，整个传感器就会提供一个无意义的值，继而由下游元件以相应的方式对该值进行解释。如果例如将该传感器设置于网的拉伸调节装置的控制回路中，那么取决于故障的类型，调节操作就可能彻底停止对网的拉伸或者对网进行严重的过度拉伸。最简单的情况下，如果网不能继续承受施加的拉伸力，或者由于在机器的某些部位中失去拉伸力而卡住，就会导致网撕裂。尤其是在纸品机械中调节循环带时，这甚至可能导致辊从轴承上扯落，从而给人和机械都带来很大的危险。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对上述类型的行进的网的拉伸应力进行测量的方法，该方法也可以检测到电子元件的故障并且可以对其做出适当的反应。 

根据本发明，使用传感器来测量行进的网的拉伸应力。在这种情况下，所述网本身为封闭形式或连续形式并不重要。使用这种方法时，所述行进的网的材料也不重要。传感器具有惠斯登电桥，该惠斯登电桥中包括至少一个测力元件。各种不同工作原理的传感器，只要能够将力或者机械变形转换为电信号，都适用于作为测力元件。优选将设置于机械元件上的应变计用作力感应器，所述机械元件例如为双曲杆，其在待测力的作用下变形。原则上，仅用惠斯登电桥中的一个电阻器作为测力元件就足够了。然而，最好将惠斯登电桥上的所有电阻器用做测力元件，从而使传感器的温度影响和漂移尽可能小。惠斯登电桥上的对角电压表示作用力的大小。对角电压被放大器放大，该放大器的主要任务为使对测量结果产生干扰的电阻负载远离惠斯登电桥。此外，放大器也可以放大电压，从而使测量信号处于易于处理的电压范围内。然而，这并不是必需的，尤其取决于具体选择的测力元件。该放大器在其输出端输出一个信号，除了一个需要考虑到的偏移量之外，该信号与被测拉伸应力成比例，并在下文中称作拉伸应力信号。如果测力元件之一发生了故障，那么根据故障原因，会导致惠斯登电桥内部的短路或者断路。无论如何，这样都会极大地干扰拉伸应力信号，从而导致该信号无法用于显示或调节。为了可以检测到传感器的内部故障并且对其做出适当的反应，除拉伸应力信号之外还输出一个报错信号。在正常操作中，该报错信号是无效的，而当检测到传感器内产生错误时，该信号就转变为有效状态。为了能够检测到传感器内部的错误，在行进的网的拉伸应力加载的过程中，利用至少一个间歇驱动开关在惠斯登电桥上周期性地加载至少一个电阻器。该负载电阻器以特定方式使惠斯登电桥失谐，可以通过对带有电阻负载的拉伸应力信号和不带有电阻负载的拉伸应力信号进行比较而直接得出负载的影响。在由网加载的传感器的操作过程中执行该测试，从而实时地检测所述传感器的功能。如果负载分压器的测力元件之一发生内部短路，便可确定拉伸应力信号没有由加载分压器的加载而改变。这 同样适用于与负载电阻器串联的测力元件发生断路的情况。如果与负载电阻器并联的测力元件出现断路，则拉伸应力信号必定与负载相关，而该相关性要比正常运作的传感器高两倍。因而，可以用负载与拉伸应力信号的相关性来明确地检测传感器是否仍起作用。同样可以在一定限度内检测测力元件的漂移。继而根据测试的结果激活或不激活报错信号。可以通过另外输出报错信号而告知下游元件测量信号错误，所述下游元件例如为显示器或者调节器。当收到有效的报错信号时，将要对拉伸应力信号进行计算的下游元件随即转换到不再对拉伸应力信号进行计算的模式，从而避免对人和机器造成损害。 

只对一个分压器进行负载测试以判断传感器的功能性是不够的，尤其是在惠斯登电桥的两个分压器支路都具有至少一个测力元件的情况下。此时，惠斯登电桥的两输出线路都借助于至少一个开关加载了至少一个电阻器。这样就可以检测惠斯登电桥的所有有效元件的阻值。如果惠斯登电桥内的任何有效元件发生故障，优选输出一个有效的报错信号。 

为了能够可靠地检测传感器内部的所有故障，惠斯登电桥的两输出线路变化地加载至少一个电阻器。因此，即使出现两个测力元件同时故障的情况，也可以通过执行两个负载测试而可靠地检测出来。 

为了完成尽可能有意义的错误分析，计算得出在惠斯登电桥负载和空载时的拉伸应力信号之间的差值并与一个下限值进行比较。此时，当未达到下限值时输出报错信号。这样可以检测到传感器内大多数错误的起因，并且做出适当的反应。尤其是，如果惠斯登电桥内的测力元件发生短路，无论对角电压中具不具有负载，都不会发生改变。这样就可以极其可靠地检测测力元件的短路。如果测力元件与负载电阻串联，这样也可以可靠地检测测力元件中的断路。此时，与空载的情况相比，惠斯登电桥的加载同样不会导致对角电压产生任何变化。反之，如果惠斯登电桥满载运作，当电桥受到加载时其对称性被破坏，这导致对角电压的变化。该变化仅取决于惠斯登电桥与负载电阻的阻值比，因而是一个已知大小。 

已经证明，在任何情况下都不能超过该取值范围的上限，否则认为一个正常工作的惠斯登电桥发生故障。下限值仅由于实用性的原因而特别用于使惠斯登电桥对角电压的信噪比符合要求。否则，就会有仅基于噪声而误认为故障的惠斯登电桥工作正常。 

为了能够可靠地检测惠斯登电桥的所有可能的故障，在惠斯登电桥负载和空载时的拉伸应力信号之间的差值也要与上限值进行比较。当超过上限值时也同样输出一个有效的报错信号，从而可以检测到由于对角电压与负载的相关性极大而显示出来的其它错误。例如，以这种方式可以检测到直接加载的测力元件中的断路。该断路使对角电压对负载的相关性加倍，可以通过将其与相应的极限值进行比较而非常简单地检测出来。此外，以这种方式能可靠地检测出发生几率非常小的故障，例如两个测力元件同时发生故障。当两个测力元件都短路时，由于在这种情况下惠斯登电桥的电源电压击穿，因此对角电压为零。然而，如果两个测力元件都为断路，则在没有负载的情况下确定了一个输入电压，该输入电压仅由放大器决定，并通常约为操作电压的一半。然而，加载电阻器会将电压接地，从而导致摆幅为半个操作电压的电压摆动。也可以通过将负载和空载时的拉伸应力信号同上限值进行比较来测定该性能。 

已经证明，不超过该上限值，从而能够可靠地检测惠斯登电桥内所有可能的故障。 

给惠斯登电桥加载故意地使其失谐，导致测量结果受到相应的干扰。为了避免将失谐的惠斯登电桥的测量结果传递给下游元件，传感器仅在开关断开的测量周期输出拉伸应力的测量值。当使用多个开关时，必须确保所有的开关为断开状态。这样保证了测量结果只在惠斯登电桥确实为空载时传递给下游元件。因此，当惠斯登电桥负载时，只在内部处理测量结果从而测定报错信号。 

为了避免错误的测量，使开关位置与传感器的测量周期同步。这样确保了开关位置在整个测量周期中不会改变，从而各个测量周期基于一个确定的开关位置。 

已经证明适于使用修正周期操作传感器。该修正周期包括多个传感器的测量周期，并且周期性地重复。在这样的情况下，在每个修正周期中具有至少一个开关闭合的测量周期和至少一个开关断开的测量周期。由此周期性地输出测量值并且周期性地测试整个传感器。 

当测试惠斯登电桥的两个分压器时，优选每个修正周期具有至少一个惠斯登电桥的第一输出线路的开关闭合的测量周期，和至少一个惠斯登电桥的第二输出线路的开关断开的测量周期。这样确保了惠斯登电桥在每个修正周期内都会被彻底地测试，而且当惠斯登电桥空载时，也会产生至少一个拉伸应力的测量值。 

传感器的反应时间短是很重要的，特别是在传感器的控制工程应用中。在这种情况下，仅针对各第三个测量周期输出一个测量值，常常不再足以保证良好的调节。在这种情况下，优选地在每个修正周期中，开关断开的测量周期多于开关闭合的测量周期。因此，传感器基本在其周期的时间间隔内产生可用的测量结果，在特定的间隔内对传感器进行内部测试，从而省略了用来产生拉伸应力信号的单个测量周期。不言而喻，最后生成的测量值可被储存，也可以提供给下游元件从而跨过上述省略的周期。 

为了调节网的拉伸力，优选地在调节过程中将传感器输出的拉伸应力信号用作实际值。与此相反，当遇到有效的报错信号时，则调节操作被锁定，以防止调节操作做出不定的或者甚至是破坏性的反应。 

为惠斯登电桥加载会造成对角电压中的额外电压波动，必须由下游放大器且必要时由模数转换器对其进行控制。原则上来说，这会导致模数转换器将其部分位宽用于负载测试。通常来说，当惠斯登电桥略微加载时，这并不重要。然而，这导致惠斯登电桥的功能性测试很容易被干扰。如果期望将放大器和模数转换器的整个动态范围用于非常有意义的功能性测试，优选当惠斯登电桥负载时其电源电压也发生 改变。此时，通常以这样一种方式对电源电压的改变进行选择，即，其能够抵消负载的影响。通常在负载和空载的情况下这样选择电源电压，即，当惠斯登电桥正常工作时，产生与对角电压大致相同的电压。由此，放大器和模数转换器的整个动态范围都可以用于测试。在这种情况下，惠斯登电桥的故障会导致对角电压的变化，模数转换器可以检测到该变化。因此，后者可能变为溢出状态，这很容易被检测出来。在这种情况下，由于为达到目的只需要关于功能性的“是/否”的决定，因此无需精确测量电压波动。 

为了使系统十分可靠，适宜设置至少两个惠斯登电桥。这些惠斯登电桥分别提供对角电压，使用放大器和模数转换器求出该对角电压。此时，以上述方式对两个惠斯登电桥进行监测。当惠斯登电桥之一产生了报错信号时，另一惠斯登电桥产生拉伸应力信号。同样的原理可以使用于两个以上的惠斯登电桥。此时，优选使单个的惠斯登电桥，或者对拉伸应力信号进行平均，从而达到更高的精确度。在这种情况下，显示有效报错信号的惠斯登电桥被从计算中排除。 

通过使用附图的实例对本发明的发明主题进行说明，而不对保护范围做出限定。 

附图说明

下面参照附图详细说明本发明的进一步的优势和特点，所述附图中包括本发明的示范性实施方式。然而应该理解的是，附图仅用于阐明本发明用而并不限制本发明的保护范围。 

在附图中： 

图1为行进的材料网的测力辊的剖面图； 

图2为传感器的示意图；以及 

图3为根据图2的传感器的操作流程图。 

具体实施方式

图1示出了测力辊1的剖面图，材料网2围绕该测力辊1。此时，材料网2在测力辊1上施加一个力3，该力仅由材料网2上的拉伸应力和材料网2在测力辊1上的包角决定。因此，要测量材料网2中的拉伸应力，只要测量包角已知的测力辊1上的支承力足矣。 

测力辊1具有一个固定体4，该固定体4借助于双曲杆5与机载轴6相连。取决于施加在测力辊1上的力3力的大小，双曲杆5或多或少地变为S形。优选由应变计构成的测力元件7安装于双曲杆5上。这些测力元件基本上是欧姆电阻器，这些电阻器在弯曲时阻值发生变化。此时，将测力元件7安装在双曲杆5曲率最大的端部区域上。固定体4通过滚动轴承8与壳体9相连，该壳体9构成测力辊1的外轮廓。材料网2直接包着所述壳体9。 

图2示出了传感器10的基本电路图，所述传感器10采集测力辊1的支承力，并由此间接地采集材料网2的拉伸应力。传感器10具有由两个分压器12、13构成的惠斯登电桥11。此时，分压器12、13由安装在双曲杆5上的测力元件7构成。使用四个测力元件7连接形成惠斯登电桥11，能够形成对测力元件7有益的温度补偿。另外，这基本上消除了测力元件7的漂移。 

借助于转换开关14’选择性地通过稳定且低噪音的电源电压14向惠斯登电桥11供电。从惠斯登电桥11引出两条输出线路15、16，对角电压17在所述两条输出线路15、16之间有压降。该对角电压17是由测力元件7得到的实际测量信号。输出线路15、16接至差异放大器形式的放大器18。该放大器18具有高阻抗输入，从而尽可能避免对惠斯登电桥11加载。另外，放大器18可以通过增益系数对对角电压17进行放大，这样就可以求出对角电压17的简单值。 

放大器18的输出与模数转换器19有效地连接，该模数转换器19利用放大器18的输出信号生成数字指令，该数字指令与所述输出信号成比例。通过总线20将数字指令传送至处理器21，在该处理器21中对所述数字指令进行处理。处理器21可以通过控制线路22在模数 转换器19中触发一个测量周期。作为响应，处理器21经由信号线路23接受数模转换器19的测量周期得出的信息，并由此在总线20中引进一个新的数据指令。 

为了能够测定出测力元件7是否仍正常工作，进而确定惠斯登电桥11是否发送有意义的值，可以通过开关24、25给两输出线路15、16加载负载电阻器26。该负载电阻器确保惠斯登电桥11的一侧失谐，从而可以在对角电压17中产生确定的变化。使用总线20，将该对角电压17中的变化经由放大器18和模数转换器19传送至处理器21，该处理器21对该数据指令实施适当的数学运算。此时，除拉伸应力信号27外还输出一个报错信号28，当惠斯登电桥11空载时，所述拉伸应力信号27与总线20上的值基本对应。在有效的状态下，该报错信号28表明惠斯登电桥11有故障，从而输出的拉伸应力信号27不可用。另外，处理器21将一个同步交换信号29传送给下游元件，以使其与处理器21的数据输出同步。 

为了控制两个开关24、25，处理器21具有两个控制输出30、31，所述两个控制输出30、31可以保证开关24、25只在一个测量周期中闭合，并且仅变换地闭合而非同时闭合。两个开关24、25在确定新的拉伸应力信号27的正常测量操作中是断开的。 

此外，处理器21可以在测量周期的持续时间内转换惠斯登电桥11的电源电压14。这种转换使得对角电压17成比例地变化，从而使由于负载导致的电压波动变小。可以想到，以这样一种方式改变惠斯登电桥11的电源电压，即，使其恰好抵消负载的作用。在这种情况下，如果惠斯登电桥11工作正常，在对角电压17中就没有与负载相关的电压变化。但是，如果惠斯登电桥11出现故障，就会导致电源电压17的特性电压波动。 

图3示出了处理器21的操作流程图。在初始化阶段32，两个开关24、25断开，而且报错信号28被激活。这可以防止偶然施加在输出28上的数值被解释成测量值。 

在初始化阶段32之后是定义了修正周期33的回路。因此该修正 周期33以期望的频率在初始化阶段32之后周期性地重复。 

在修正周期33中，开关25起初是完全断开的，而测量周期34开始。在这种情况下，在惠斯登电桥11空载时执行测量。从测量周期获得的数据值存储在变量Z₀中。作为图3中实施方式的另一种选择，可以接连启动多个测量周期34，并且可以在报错信号28无效的情况下输出测量结果。 

继而开关24闭合，这导致在惠斯登电桥11的输出线路15上加载负载电阻器26。新的测量周期35随即开始，并且将处理过程中测定的模数转换器19的测量值储存在变量Z₁中。随后，计算Z₀和Z₁的差值的绝对值并储存在变量F₁中。作为图3中实施方式的另一种选择，可以在断开开关24、25情况下实行的多个测量周期34，并且仅当报错信号无效时输出测量结果。 

在后续步骤中，两个开关24、25的位置互换，从而在惠斯登电桥11的输出线路16上加载负载电阻器26。然后，另一测量周期36开始。由模数转换器19测定的测量值再次储存在变量Z₁中。此时，再次测出Z₀和Z₁之间差值的绝对值并储存在变量F₂中。由此变量F₁和F₂包含了惠斯登电桥11受到两种负载影响的测量范围。 

在后续比较步骤37中，将变量F₁和F₂与预定的低阈值U和高阈值O进行比较。仅当变量F₁和F₂均处于由阈值U和O定义的区间内时，传感器10才被解释成为正常工作并且输出Z₀值。Z₀值包含惠斯登电桥空载时的测量值。此外，在此情况下使报错信号28复位，以便指示下游元件当前输出的测量值是可靠的。 

由于本发明的若干示例性实施方式并未在此展示或描述，应当理解的是，可以对此处描述的示例性实施方式做出多种变化和修改，而不偏离本发明的基本构思和权利要求所限定的保护范围。

Claims (12)

1.一种利用至少一个传感器(10)检测行进网(2)的拉伸应力的方法，所述传感器(10)包括至少一个惠斯登电桥(11)，该惠斯登电桥(11)具有至少一个测力元件(7)，该测力元件(7)受到行进的网(2)的拉伸应力的作用，所述的至少一个惠斯登电桥(11)的对角电压(17)被放大器(18)放大，该放大器(18)输出拉伸应力信号(Z₀)，其特征在于，在行进网(2)的拉伸应力加载过程中，至少一个惠斯登电桥(11)的两输出线路(15、16)借助于至少一个间歇性驱动开关(24、25)而周期性地加载至少一个电阻器(26)，通过所述至少一个电阻器的加载由拉伸应力信号(Z₁)所受影响的程度测定至少一个传感器(10)的功能，并且以报错信号(28)的形式输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，惠斯登电桥(11)的两输出线路(15、16)变换加载至少一个电阻器(26)。

3.根据权利要求1至2中至少之一所述的方法，其特征在于，计算惠斯登电桥(11)在加载和空载时的拉伸应力信号(Z₁、Z₀)之间的差值(F₁、F₂)，并与下限值(U)比较，当未达到下限值时输出一个有效的报错信号(28)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将差值(F₁、F₂)与上限值(O)进行比较，当超过该上限值时输出一个有效的报错信号(28)。

5.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，传感器(10)仅在至少一个开关(24、25)断开的测量周期(34)内输出拉伸应力信号(Z0)。

6.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，至少一个开关(24、25)的位置与传感器(10)的测量周期(34、35、36)同步。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用修正周期(33)，该修正周期(33)包括多个传感器(10)的测量周期(34、35、36)，在每个修正周期(33)中具有至少一个开关(24、25)闭合的测量周 期(35、36)和至少一个开关(24、25)断开的测量周期(34)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在每个修正周期(33)中具有至少一个惠斯登电桥(11)的第一输出线路(15)的开关(24)为闭合的测量周期(35)，和至少一个惠斯登电桥(11)的第二输出线路(16)的开关(25)为闭合的测量周期(36)。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在每个修正周期(33)中，开关(24、25)断开的测量周期(34)多于开关(24、25)闭合的测量周期。

10.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，调节网的拉伸力，将传感器(10)输出的拉伸应力信号用作实际值，当报错信号(28)有效时，则调节操作被锁定。

11.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，当惠斯登电桥(11)负载时其电源电压(14)也发生改变。

12.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，设置至少两个惠斯登电桥(11)，在该情况下，当惠斯登电桥(11)之一产生了报错信号(28)时，另外至少一个惠斯登电桥(11)产生空载时的拉伸应力信号(Z₀)。 

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