CN105325053B - 用于确定感应加热的辊壳的表面温度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定感应加热的辊壳的表面温度的方法和设备。通过感应线圈在辊壳中感应出电流。通过所存储的数据，从感应线圈的电路的至少一个测量参数确定表面温度的实际值。根据本发明，为了能够确定尽可能精确而没有大离差的辊壳的壳温度，感应线圈被连接到电路中的电容器以形成振荡电路，其中，该振荡电路以在3000Hz到30000Hz范围内的交变电压频率操作。

Description

用于确定感应加热的辊壳的表面温度的方法和设备

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于确定感应加热的辊壳的表面温度的方法，并且涉及根据权利要求7的前序部分的用于确定感应加热的辊壳的表面温度的设备。

从EP 0 892 585 A2知道一般方法和一般设备。

在生产纤维或丝线期间，为了引导并且特别是为了丝线的热处理，通常知道使用具有经加热的辊壳的辊或导丝辊(godet)，在经加热的辊壳的表面上引导纤维或丝线。在这样的生产工艺期间，为了获得关于纤维和丝线的期望物理特性，在辊壳上维持预定表面温度是特别重要的。在这个意义上，还知道监控辊壳的表面温度。此处，优选通过温度传感器实现监控。然而，用于确定表面温度的这样的方法和设备基本上都具有在旋转辊壳与固定装置之间必然发生的信号传输的缺点。因此，这样的方法和设备不是本发明的主题。

EP 0 892 585 A2公开了一种用于确定感应加热的辊壳的表面温度的方法和设备，其中，在不使用传感器的情况下确定表面温度。为此目的，使用在辊壳中感应短路电流的感应线圈。因为由金属材料形成的辊壳具有依赖于温度的电导率，线圈的电流和电压的测量值允许确定辊壳的相关温度。

在已知方法和已知设备中，通过电源电压操作感应线圈。在这种情况下，感应线圈生成在所有方向上传播的磁场。在这个意义上，还包括辊壳的周围区域(诸如，特别是辊支座、端壁或驱动轴)，使得在周围环境中感应的电流同样导致对这些部件加热。此外，邻近装置的这些温度影响线圈绕组中的电流和电压。这样的继发效应导致辊壳的表面温度仅以较低准确度被确定。

于是，本发明的目的是开发一种方法和设备，该方法和设备用于以能够在不接触的情况下以最高可能准确度确定普通类型的感应加热的辊壳的表面温度的方式，确定辊壳的表面温度。

根据本发明，实现该目标的一种方法在于，将电路中的线圈连接到电容器以形成振荡电路，并且使振荡电路利用在3000Hz到30000Hz范围内的交变电压频率操作。

对于设备，本发明的解决方案在于，电路中的感应线圈被连接到电容器以形成振荡电路，并且用于给该电路供电的电压源具有电压模块，该电压模块生成具有在3000Hz到30000Hz范围内的频率的交变电压。

本发明的有利开发通过各个从属权利要求的特征和特征组合来限定。

本发明通过在振荡电路中连接的感应线圈能够产生集中在辊壳上的磁场的事实被区分。在3000Hz到30000Hz范围内的交变电压频率提升了电流位移(currentdisplacement)的效果，使得磁场的场线直接集中在包围感应线圈的辊壳的壳区域中。由此可以避免加热周围区域。在这个意义上，能够在感应线圈上测量的参数仅受辊壳的壳温度影响。因此，仅从振荡电路的温度依赖参数的特征测量值就能够以非常高的精确度确定辊壳的表面温度。

在加热辊壳期间，辊壳的电导率改变。在温度升高的情况下，辊壳的电导率降低。因此，辊壳的有效电阻增加。从而，原理上，可以使用受辊壳的电导率和有效电阻影响的感应线圈的磁参数和电参数。所以，根据本发明的有利开发，能够测量的参数是在振荡电路的操作阶段或者振荡电路的静止(quiescent)阶段中的感应线圈的电感。因为取决于有效电阻和电导率的穿透深度对磁电路的电感有关键影响，所以关于相应表面温度的结论能够直接从电感的测量值获得。电感的测量能够在振荡电路的操作阶段或在振荡电路的静止阶段两者期间实现。振荡电路的操作阶段是电压源被激活的状态。另一方面，在振荡电路的静止阶段中，电压源被切断。根据该状态，必须选择用于测量感应线圈的电感的合适测量手段。

原理上，一系列物理参数适于从电路的参数的测量和所存储的数据确定表面温度的实际值。例如，可以测量的参数是在振荡电路中的电流和电压之间的相位角。同样，不仅激励电压和电容器电压的幅值之间的比率，而且激励电压和线圈电压的幅值之间的比率也受温度影响，使得这些幅值比率也允许关于表面温度的结论。而且，关于激励电压确定气隙中的场强也允许温度确定。

然而，特别优选的变型例由本发明的开发表示，其中，被测量的参数是振荡电路的操作阶段中的振荡电路的电流和电压。

为此目的，根据本发明的设备具有分配给振荡电路的用于测量电流的电流测量装置和用于测量电压的电压测量装置。因此，表明振荡电路的电压和电流之间的比率呈现出相对高的温度依赖性。

为了获得指示振荡电路的操作阶段内的表面温度的明确测量结果，根据优选方法变型例，在振荡电路的过渡阶段终止之后测量振荡电路的电流和电压，其中，在测量阶段期间确定电流的有效值和电压的有效值。测量阶段通常以在开始和结束时其都与所定义的电压的过零点相关的方式被确定。

为了建立振荡电路的操作阶段和静止阶段，按照根据本发明的设备的开发，用于激活和去激活振荡电路的电压模块被耦接到控制装置。因此，操作阶段和测量阶段能够彼此协调。

已经证明，被提供用于温度测量的感应线圈有利地同时加热辊壳的相关区域是特别有利的。在这个意义上，感应线圈被用作用于加热辊壳的加热线圈的方法变型例是特别有利的。

为此目的，根据本发明的设备将感应线圈形成为加热线圈，该加热线圈在离辊壳短距离处被保持在线圈座上。

因此，根据本发明的开发，加热线圈的控制能够与表面温度的实际值的确定有利地结合。

按照根据本发明的设备的有利开发，控制装置被连接到评估装置，其中，控制装置或评估装置具有用于比较辊壳的表面温度的比较器。因此，表面温度的实际值与表面温度的预期值之间的连续比较是可能的，使得如果出现不允许的偏差，能够实现电压模块的激活或去激活。

为了在振荡电路中实现在3000Hz到30000Hz范围内的期望频率，感应线圈优选具有在10个至50个范围内的多个绕组。因此，场线的集中仍然能够被进一步改善。

为了进一步解释用于确定感应加热的辊壳的表面温度的根据本发明的方法和根据本发明的设备，根据本发明的设备的一些示例性实施方式将通过使用附图更详细地解释，其中：

图1示意性地示出用于确定感应加热的辊壳的表面温度的根据本发明的设备的第一示例性实施方式；

图2示意性地示出用于确定感应加热的辊壳的表面温度的根据本发明的设备的又一示例性实施方式；

图3示意性地示出根据图1或图2的示例性实施方式的电压模块的电压曲线；

图4示意性地示出集成在导丝辊中的用于确定感应加热的辊壳的表面温度的根据本发明的设备。

在图1中，示意性地示出用于确定感应加热的辊壳的表面温度的根据本发明的设备的第一示例实施方式。辊壳6被部分地示出，并且辊壳6包围在短距离处同心分配给辊壳6的感应线圈1。在该示例性实施方式中的感应线圈1通过线圈架8和相对大数量的绕组7示意性地示出。

感应线圈1连接到电路2中的电容器3和电压源4以形成振荡电路5。电压源4耦接到控制设备11，通过控制设备11激活或去激活电压源4的电压模块4.1。

振荡电路5被分配有具有测量装置9.1的测量设备9。在振荡电路5中，振荡电路5的参数通过测量装置9.1测量，并且被馈送到连接至测量装置9.1的评估装置10。在该示例性实施方式中，测量装置9.1以测量感应线圈1的电感的方式形成。

在可以经由控制设备11在电压模块4.1上建立的操作阶段中，经由电压模块4.1生成具有在3000Hz到30000Hz范围内的电压频率的交变电压。结果，在振荡电路5中发生电容器3的连续重复充电和放电，其通过感应线圈1实现辊壳6的重复磁化并且感应出电流。

在该操作阶段中，感应线圈1的电感通过测量装置9.1被测量并且被馈送到评估装置10。为了获得辊壳6的表面温度的实际值，在评估装置10内依照预定义算法并且结合所存储的数据评估所测量的信号。为此目的，评估装置10优选具有可视化设备或输出单元。在实现测量之后，电压源4的电压模块4.1能够经由评估装置10和控制设备11被去激活，使得振荡电路5转换到静止阶段。

根据测量设备9的选择，另选地还存在在振荡电路5的静止阶段期间测量感应线圈1的电感的可能性。在该情况下，为了获得电感的相应温度依赖测量值，使用测量电流。

原理上，为了确定辊壳中的温度，还可以测量振荡电路的其他参数。此处，在辊壳与振荡电路中连接的感应线圈之间存在耦合(couple)是非常重要的。特别是受辊壳的温度依赖电导率或受辊壳的温度依赖磁导率影响的参数特别适于确定辊壳的相应温度。除了电感之外，振荡电路中的电流和电压之间的相位角、激励电压与电容器电压之间的幅值比率、激励电压与线圈电压之间的幅值比率、或者另外关于激励电压的气隙中的场强也适于作为参数。

不论选择哪些参数作为用于确定温度的测量值，都要求给振荡电路馈送在3000Hz到30000Hz范围内的电压频率。此处，电压频率的等级直接作用于辊壳中的磁场的场线的集中。在这个意义上，高压频率特别适于获得电流扩展(extension)的明显效果，使得磁场线直接集中在辊壳的壳区域中。因此，能够有利地避免磁场散射和对振荡电路的外部影响。

为了如果可能的话，通过使用简单算法获得辊壳的表面温度的实际值，在图2中示意性地示出根据本发明的设备的又一示例性实施方式。根据图2的示例性实施方式与根据图1的示例性实施方式基本相同；在该示例实施方式中，测量设备9具有电流测量装置12和电压测量装置13。为了获得电路2中的电流的有效值和电压的有效值，电流测量装置12和电压测量装置13被分配给振荡电路5。电流测量装置12和电压测量装置13连接到评估装置10。在评估装置10内，由有效电压和有效电流形成商数(quotient)。借助于所存储的校准曲线，辊壳的表面温度的相应实际值能够从该商数的值直接确定。该类型的校准曲线通常被预先确定并且存储在评估装置10中。在振荡电路5的操作阶段中实现振荡电路5中的电流和电压的测量。在该阶段，电压模块4经由控制设备11被激活。

图3示意性地示出由电压模块4生成的电压的曲线。此处，在横坐标上示出用于实现测量的两个连续操作阶段。操作阶段由代码字母B标识，并且普遍存在于操作阶段之间的静止阶段由代码字母R标识。为了在振荡电路5中实现测量，首先，等待在操作阶段开始时的过渡阶段。在这个意义上，测量阶段与操作阶段的时间周期不相同。在图3中，过渡阶段由代码字母E标识，并且测量阶段由代码字母M标识。此处重要的是，测量阶段的开始和测量阶段的结束均与电压的过零点相关联，这特别利于有效值确定。

在图1和图2中所示的示例性实施方式中，振荡电路5中的感应线圈1被单独用于确定辊壳6的表面温度。为此目的，感应线圈1具有最少10个到最多50个绕组7。因此，可以实现感应线圈1的场线的有利集中。

然而，原理上，还存在将感应线圈1直接形成为加热线圈并且因此同时并行加热辊壳6的可能性。图4示出具有旋转辊壳6的导丝辊的示例性实施方式。根据本发明的设备被集成在导丝辊23中。为此目的，在图4中示意性地示出导丝辊23的横截面。

导丝辊23具有承载构件(bearing carrier)14，承载构件14具有突出线圈座15。承载构件14和线圈座15以空心圆柱方式形成。在承载构件14和线圈座15内，经由多个轴承22可旋转地安装驱动轴17。驱动轴17穿过承载构件14和线圈座15，并且在驱动端处连接到电动机19。在相反端处，驱动轴17耦接到壶形辊壳6。

加热线圈18被保持在突出线圈座15的圆周上。加热线圈18相对于辊壳6同心布置，辊壳6被引导在离加热线圈18短距离处。加热线圈18由线圈架8和多个绕组7形成。加热线圈18的绕组7耦接到导丝辊23外部的加热控制单元20。加热控制单元20具有连接到加热线圈18以形成振荡电路5的电容器3、以及电压模块4.1。加热线圈18和电容器3被连接以形成串联振荡电路5。电流测量装置12被集成在电路2中，电流测量装置12连接到评估装置10。同样，串联振荡电路5被分配有电压测量装置13，电压测量装置13同样耦接到评估装置10。评估装置10连接到控制装置21，控制装置21耦接到电压源4的电压模块4.1。

在图4中所示的示例性实施方式中，电压模块4.1经由控制装置21被激活，使得经由串联振荡电路5和加热线圈18在旋转辊壳6中感应出电流。在辊壳6中感应的电流致使辊壳6的加热。

串联振荡电路5的电流和电压经由电流测量装置12并且经由电压测量装置13被连续地并行测量并且被馈送到评估装置10。在评估装置10内，在电压的有效值和电流的有效值之间形成商数，并且将商数转换成导丝辊壳的实际温度。为此目的，通常存储一个或更多个校准曲线。随后，将所确定的辊壳6的表面温度的实际值与表面温度的预期值进行比较。为此目的，提供比较器(此处未示出)，并且可将比较器集成在评估装置10或控制装置21中。

对于表面温度的实际值仍然低于辊壳6的表面温度的预期值的情况，经由控制装置21的评估装置10输出合适信号，使得控制装置21保持电压模块4.1进一步被激活。对于比较器被集成在控制装置21内的情况，在控制装置21中直接生成控制信号。

一旦辊壳的表面温度的实际值达到或超过辊壳的表面温度的期望值，就经由控制装置21去激活电压模块4.1。然后，不发生通过加热线圈18对辊壳6的主动加热。

为了能够实现辊壳的连续温度监控，经由所存储的控制程序在预定时间间隔之后产生短测量阶段。为此目的，经由控制装置21激活电压模块4.1，使得振荡电路5的电流和电压能够被测量。对于辊壳6的表面温度冷却到不允许的值的情况，启动加热线圈18的加热阶段。

在图4中所示的导丝辊23中，仅一个加热线圈18被分配给辊壳6。原理上，还存通过并列放置的多个加热线圈加热跨长距离规划(project)的多个辊壳6的可能性。在该情况下，存在根据本发明的每个加热线圈也用于温度确定的可能性。然而，另选地，测量和评估可以仅借助于多个加热线圈中的一个加热线圈来实现。

参考标号的列表

1 感应线圈

2 电路

3 电容器

4 电压源

4.1 电压模块

5 振荡电路

6 辊壳

7 绕组

8 线圈架

9 测量设备

9.1 测量装置

10 评估装置

11 控制设备

12 电流测量装置

13 电压测量装置

14 承载构件

15 线圈座

17 驱动轴

18 加热线圈

19 电动机

20 加热控制单元

21 控制装置

22 轴承

23 导丝辊

Claims (13)

1.一种用于确定感应加热的辊壳的表面温度的方法，其中，至少一个感应线圈在所述辊壳中感应出电流，其中，测量所述感应线圈的电路的至少一个参数，并且其中，从所述电路的测量参数并且从所存储的数据确定所述表面温度的实际值，

其特征在于，将所述电路中的所述感应线圈连接到电容器以形成振荡电路，并且使所述振荡电路以在3000Hz到30000Hz范围内的交变电压频率操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被测量的参数是在所述振荡电路的操作阶段中或者在所述振荡电路的静止阶段中的所述感应线圈的电感。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被测量的参数是在所述振荡电路的操作阶段中的所述振荡电路的电流和电压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述振荡电路的过渡阶段终止之后，测量所述振荡电路的所述电流和所述电压，其中，在测量阶段期间确定所述电流的有效值和所述电压的有效值。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述感应线圈用作用于加热所述辊壳的加热线圈。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述表面温度的所述实际值被用于控制所述加热线圈。

7.一种用于确定感应加热的辊壳(6)的表面温度的设备，所述设备具有至少一个感应线圈(1)，所述至少一个感应线圈(1)与电压源(4)形成电路(2)并且在所述辊壳(6)中感应出电流，所述设备具有用于测量所述电路(2)的参数的测量设备(9)并且具有从所述电路(2)的测量参数和所存储的数据确定所述表面温度的实际值的评估装置(10)，其特征在于，所述电路(2)中的所述感应线圈(1)被连接到电容器(3)以形成振荡电路(5)，并且用于给所述电路供电的所述电压源(4)具有电压模块(4.1)，所述电压模块(4.1)生成具有在3000Hz到30000Hz范围内的频率的交变电压。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述测量设备(9)具有用于测量所述感应线圈的电感的测量装置(9.1)。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述测量设备(9)具有用于测量电流的电流测量装置(12)和用于测量电压的电压测量装置(13)，所述电流测量装置(12)和所述电压测量装置(13)被分配给所述振荡电路(5)。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的设备，其特征在于，用于激活和去激活所述振荡电路(5)的所述电压模块(4.1)被耦接到控制装置(21)。

11.根据权利要求7至9中的任一项所述的设备，其特征在于，所述感应线圈(1)被形成为加热线圈(18)，所述加热线圈(18)在离导丝辊(23)的所述辊壳(6)短距离处被保持在线圈座(15)上。

12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述控制装置(21)被连接到所述评估装置(10)，并且比较器被提供用于所述辊壳(6)的表面温度的实际-预期比较。

13.根据权利要求7、8、9、12中的任一项所述的设备，其特征在于，所述感应线圈(1)具有在10个到50个范围内的多个绕组(7)。