CN1057958C - 一种自动控制热塑性物件之间熔合过程的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动控制热塑性树脂物件熔合过程的方法是逐步地完成的。为把树脂相对的表面熔合在一起，响应于起始信号，把电流供给电阻器。当功率增加到给定电平时，计算电阻器的电特性，并由对电阻器的通-断控制，来计算树脂的比热。再根据电特性和比热，逐步增加功率，并由进一步的通-断控制，确定每一阶段内的电特性和比热的变化系数。最后，当比热的变化系数达到或小于给定值时，就停止增加功率，但仍继续通-断控制，直到比热等于或小于预定值时，才停止供给功率，从而为把包括任何类型的热塑性树脂的任何物件准确熔合在一起，建立一个最佳的工作条件。

Description

一种自动控制热塑性物件之间熔合过程的方法

本发明涉及一种自动控制热塑性物件之间熔合过程的方法。

所谓电熔合接头(electro-fusion joint)(以下称为‘EF接头’)可以并且已经用于把一个物件与另一个物件作固定连接。用热塑性树脂制成的那些物件的例子包括水管、排水管以及煤气管。每个EF接头包括一个壳体以及嵌于其中的加热电线，该壳体也是用合适的热塑性树脂做成的。把电流供给加热电线，用来对热塑性接头和管子加热并使它们部分熔化，从而使它们互相连成一个整体。

现有技术的电熔合控制器(下面称为‘EF’控制器’)有一些适于对加热电线供电的控制方式。那些与EF接头的类型有关的控制方式存储在EF控制器的存储装置中。为自动控制熔合过程的电功率，将针对所用的EF接头选用最合适的控制方式。

然而，在加热电线(即电阻器)的电阻和温度系数方面，不同制造商的EF接头的电特性是互不相同的。一台EF控制器只能与一种类型的EF接头相匹配，因此，管道工由于必须备全各种各样的EF接头而受到经济损失。

因此，本发明的一个目的是对所有类型和每种类型中的各种热塑性管子和接头提供一种自动控制熔合过程的方法。

这里提供的方法包括如下的步骤：(1)响应于指示熔合过程开始的起始信号，把电流供给电阻器，该电阻器用作把热塑性树脂的相对并且互相紧密接触的表面层熔合在一起的加热器，当电功率增加到预定电平时，计算电阻器的电特性，还通过对电阻器作通-断控制，计算树脂的比热；(2)接着在一些相继的阶段内逐步地增加电功率，并且根据已在步骤(1)中测得的电特性和比热，而在每一阶段检测电特性的变化系数，并且对电阻器作进一步的通-断控制，在每一阶段检测比热的变化系数；以及(3)最后，当在步骤(2)中测得的比热的变化系数达到或小于一个预定值时，就停止增加电功率，但仍然继续通-断控制，直到比热本身等于或小于一个预定值时，才停止供给电功率。

步骤(3)可以这样来改变，当从所述步骤(3)的通-断控制开始经过一段时间后，就停止供给电功率，这里，这段时间是用在步骤(2)中测得的比热值计算得的。

按照本发明，根据在熔合过程的同时测得的电阻器的电特性以及树脂的物理性质，将为加热和部分熔化树脂物件的电功率确定一个最佳电平。这样，用包括任何种类树脂做的物件可以成功地和准确地熔合在一起。

在下述图中示出了本发明的一些实施例：

图1是对在实施例中把热塑性物件熔合在一起的熔合过程进行自动控制的控制图；

图2是实施例中的EF接头和EF控制器的前透视图；

图3是EF接头管套部分的剖面图；

图4是另一种EF接头的剖面图；

图5是可熔带子的前视图；以及

图6是另一种可熔带子的前视图。

把示于图2的EF接头和EF控制器用作自动控制热塑性物件熔合过程的实施例，并按示于图1的控制图来控制其熔合过程。T形EF接头1有三个管套部分3，热塑性树脂管子2的端部将在这些部分被固定地连接起来。从每个管套部分的端面向外伸出一对端部引线脚4。用参照号码5概括地表示的EF控制器有一块用来自动控制熔合过程的内置的CPU(即中央处理器)。由控制器伸出的控制电线7在其末端有一接头6与端部引线脚4紧配。由控制器引出的电缆9在其自由端有一个用以插入电源插座的插头8。控制器5进一步包括起动开关10、停止开关11和指示器12。

能把管子2固定在各自的管套部分3。EF接头1的每个管套3具有在其内嵌入了独立加热电线13的内表面。如图3所示，作为前面已经提到过的电阻器，每根加热电线13是由芯线和复以与EF接头1相同的热塑性材料的包层构成的。把加热电线13加以弯折，形成U形的端部并从该端部延伸出一对平行的脚。把弯折的导线13加以盘绕，嵌在管套部分3的内表面之内，并使脚的自由端固定于端部引线脚4。

EF控制器5的两个接头6与各自的端部引线脚4紧配。

在工作时，把EF控制器5的插头8插入电源插座，并把管子2的端部插入EF接头1的管套部分3。在把接头6接至由管套部分3伸出的端部引线脚4之后，就接通起动开关10以对EF接头1开始实施熔合过程的自动控制。

如图1所示，当起动按钮10接通后，就有一起始信号送至CPU，以开始控制过程。说得详细些，就是把某个起始强度的功率供给加热电线13，使它的温度由环境温度T1开始上升。CPU连续不断地检测电压和电流(即安培)并且计时。

自动控制方法的第一个步骤如下所述。在电功率已经到达预定电平的一点上，作为电特性来计算电阻的变化系数。然后，在一段给定的时间内，按固定的时间间隔，继续对加热电线作通-断控制，从而通过例如所谓的PID(即，比例-积分-微分，proportional-integral-differential)计算来确定有关树脂的比热。在这一级，将粗略地估计出加热电线的与温度有关的电阻系数和树脂的比热。在所描述的实施例中，加热电线的通-断进行了三次，所述导线的温度由此在T2和T3之间(更准确些说，由于系统存在一些延迟，在一稍高于T2的温度和另一稍低于T3的温度之间)反复地升降。从图1可见，这样的通-断操作是当电线13的温度升至T2时开始的，而这个温度足够低，树脂是不会熔化的。(参照符号P1、△I1以及△T1-△T5分别表示电功率的一个峰值、该最高点和最低点之间的差值以及每个最高点和接于其后的最低点之间的时间间隔。)

自动控制方法的第二个步骤如下所述。这里，将根据已经在第一个步骤中测得的比热以及电阻的变化系数，接着在一些相继的阶段内逐步地增加供给加热电线的电功率。在这一步骤中，在每一阶段进一步计算电阻的变化系数。在每一阶段，通过对加热电线进一步实施通-断操作，还定出比热的变化系数。因而对在第一个步骤中得到的加热电线与温度有关的电阻系数和树脂比热的粗略估算值加以判断，看它们是否准确。如果判断为不准确，则这些值可以在本步骤中校正。在本步骤中，将为树脂建立一个最合适的加热条件。在所描述的实施例中，把电功率升高了四次而达到越来越高的电平，并在每个阶段进行一次通-断操作。更详细些说，加热电线13的温度从T2升至T4，接着降至T5。然后，控制温度再次从T5升至T6，并随后暂时降至T7。温度进一步从T7升至T8再降至T9，接着升至T10再降至T11。再最后收敛于目标温度T10。最后一阶段，即，本例中的第四阶段，对于确定最合适的加热条件来说是重要的。有这样一些情形，它们只要一个第一阶段就足以建立起熔合过程中最合适的加热条件，然而也有为此目的而需要五个阶段或更多阶段的情形。最好将反复升降的阶段的最大数目，例如，限制为10。电源供给应在最后一阶段(即第10阶段)结束时停止，并发出报警。无论如何，所描述的间歇地增加加热电线13的功率供给，对于防止树脂被加热到可造成它热变质的温度而言是有效的。(符号P2-P5，△I2-△I4，以及△T6-△T8中的每一个表示电功率在相邻的最大值之间的差值、一个最大值和下一个最小值之间的差值以及相邻最小值之间的时间间隔。)

本方法的第三个步骤如下所述。当在第二个步骤中测得的比热的变化系数(更确切些说，在本发明书中是指其倒数)正好达到或变得比预定值小的时候，就停止增加提供的功率。通-断控制将继续，直至比热本身达到或变得比预定值小的时候，就停止供给电功率。在所描述的实施例中，当逐渐增加的功率把电线13加热至最佳温度T10时，比热变化系数将小于预定值。此后，停止增加功率而通-断仍将继续一段时间以保持加热电线13的温度处于其最佳值T10处。在这样一个达到平衡的操作中，当树脂温度趋向电线温度时，在通-断操作一个循环中观察到电动率差值将逐渐小。这意味着被电线13加热的树脂的比热朝几乎为零的方向逐渐减小，表明树脂在熔化。树脂物件必需的表面部分将以这种方式熔化，而电源供给将被切断以结束熔合过程。

可以这样来改变第三个步骤，从通-断控制开始，经过一段时间后就停止提供电功率，而这段时间是用在第二个步骤中测得的比热值计算得的。

图4是可以运用这种方法的另一种类型的EF接头1a的剖面图。作为一个整体而言，这个接头1a是管套形的，它有两个相对的端部来容纳要连接于它的管子2a的端部。本情形中的加热电线13a是这样的，它使电两根管子的端部同时熔化，以与这个接头变为一个整体。电线13a是螺旋状嵌在接头1a中的裸电线，它在中间区域绕得较稀而在端部区域绕得较密。由接头1a的侧面向外伸出的端部引线脚4a与电线13a的端部相接。EF控制器5的接头6同样与端部引线脚4a紧配，而电功率也如同上面所描述的那样以相同的方式提供。

图5示出由热塑性树脂做的可熔带子14。这种带子由前基层和后基层15a和15b，以及夹在两层之间的两根加热电线16构成。电线16曲折地横过带子并在其整个长度内延伸。在使用时，从很长的带子上取用一段长度合适的带子，把从所截长度一端伸出的电线16的两个端子在电气上互相连接。然后把所截的这段带子附着在或者以其它方式固定在热塑性物件的一部分或者要熔合在一起的那些部分上。而在带子所截长度另一头处，使电线16的另外两个端子与EF控制器5的接头6紧配，为实现熔合过程，接着要对控制器加以激励。这种带子14对于熔合任何在其内部没有嵌入加热电线的热塑性物件是有用的，并且可用于所述物件的任何表面形状。在一特殊应用中，为提供大尺寸的结实的不渗透的薄片来复盖地下的垃圾坑，可以采用数条这样的带子14，把具有给定宽度的单张热塑性树脂薄片沿它们的平行边熔合在一起。这样的大张薄片可以有效地防止各种有害物质透入泥土。即使由于所述单张薄片的形状和尺寸多种多样而使可熔带子14的长度显著变化，仍可成功地和准确地使用这里提供的自动控制方法。

图6示出另一种可熔带子14a。这种带子包括作为基层17的碳纤维编织物。用作阴极和阳极的一对电线18附在或固定于基层的纵向边上。把电线18的端子接至EF控制器5的接头6以对基层17加热。也可以取与所描述的第一种带子14相同的方式，即熔化基层的方式，来使用这种带子14a。

总起来说，本发明提供了一种自动控制熔合过程的方法，根据在熔合过程中同时测得的电线的电特性以及树脂的物理性质，对于加热和部分熔化树脂物件用的电线建立起最佳的工作条件。这样，用包括任何类型树脂做成的物件都能成功地和准确地熔合在一起。

在这里提出的方法中，不再需要已嵌入EF接头内的，各种电阻值的，对它先作检测以明确接头所属类型的任何附加电阻器。这样，现在生产EF接头就可以更加省钱，而且EF控制器对于其接头而言的结构也可以简单。

再者，曾经是造成熔合不良的一个消极因素的，在现有技术的EF接头与管子之间存在有可变缝隙的缺点如今也不复存在，由于在熔合的过程中测量树脂的比热，因而任何缝隙或间隙将不再以无法预知的方式对熔合过程产生有害的影响。

Claims (2)

1.一种自动控制热塑性物件熔合过程的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)响应于指示熔合过程开始的起始信号，把电流供给电阻器，该电阻器用作把热塑性树脂的相对并互相紧密接触的表面层熔合在一起的加热器，在电功率增加到预定电平时，计算电阻器的电特性，并通过对电阻器作通-断控制，来计算树脂的比热；

(2)接着在一些相继的阶段内逐步地增加电功率，并且根据已在步骤(1)中测得的电特性和比热，而在每一阶段检测电特性的变化系数，并且对电阻器作进一步的通-断控制，而在每一阶段检测比热的变化系数；以及

(3)最后，当在步骤(2)中测得的比热的变化系数达到或小于一个预定值时，就停止增加电功率，但仍然继续通-断控制，直到比热本身等于或小于一个预定值时，停止供给电功率。

2.一种自动控制热塑性物件熔合过程的方法，该方法包括下述步骤：

(1)响应于指示熔合过程开始的起始信号，把电流供给电阻器，该电阻器用作把热塑性树脂的相对并互相紧密接触的表面层熔合在一起的加热器，当电功率增加到预定电平时，计算电阻器的电特性，并通过对电阻器作通-断控制，来计算树脂的比热；

(2)接着在一些相继的阶段逐步地增加电功率，并且根据已在步骤(1)中测得的电特性和比热，而在每一阶段检测电特性的变化系数，并且对电阻器作进一步的通-断控制，而在每一阶段检测比热的变化系数；以及

(3)最后，当在步骤(2)中测得的比热的变化系数达到或小于一个预定值时，就停止增加电功率，但仍然继续通-断控制，直到从本步骤(3)的通-断控制开始经过一段时间后，就停止供给电功率，而这段时间是用在步骤(2)中测得的比热值计算得的。

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