CN106716119A - 用于织物测试设备的电容性传感器组件 - Google Patents

Abstract

用于测试伸长织物测试材料的测试设备(1)的电容性传感器组件(2)包括作为用于对测试材料进行电容性测试的测量电容器的一部分的至少一个测量电极，以及电连接到至少一个测量电极的电子电路。电容性传感器组件(2)还包括用于测量至少一部分(4)电容性传感器组件(2)的温度的至少一个温度传感器，以及热连接到电容性传感器组件(2)的至少一部分(4)的可控电热转换器(5)。这样，可以将电容性传感器组件(2)的至少一部分(4)调节到温度设定点，以便电容性传感器组件(2)以基本上稳定的方式测量并且没有温度漂移。

Description

用于织物测试设备的电容性传感器组件

技术领域

本发明在于织物质量控制的领域，如第一项权利要求的前序部分所述，涉及一种用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备的电容性传感器组件。本发明还根据其他权利要求的前序部分所述，涉及一种借由电容性传感器组件测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备。本发明还涉及测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备上可控电热转换器作为致动器的应用，其用于控制电容性传感器至少一部分组件的温度。

背景技术

用于织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的电容性检查的装置是已知的。它们包含测量材料沿着纵向方向移动通过其的测量狭缝。测量狭缝由两个表面形成，它们平行于测试材料并且设置在测试材料的任意一侧上，并且测量电容器的电极与其关联。在电容器的电容测量基础上可以作出关于设置在电容器上的测试材料的质量和/或材料的陈述。

US-6,072,319A公开了一种在测量狭缝中的电容性装置，将织物产品插入在其中可以测量织物产品特性。该装置包括测量电路和补偿电路。后者可以使用来补偿干扰影响，如测量狭缝中的空气湿度的变化或在测量狭缝宽度方面的无意的机械变化。测量电路包含测量电容器，它的平面电极形成用于容纳测试材料的测量狭缝，并且连线到电极。补偿电路包含相似构造补偿电容器和相应线路。US-6,072,319A还示出不同宽度的多个测量狭缝的布置，这些间隙联结地布置在单个元件中。测量狭缝具有不同宽度，以便可以测量具有不同直径的产品。

GB-1’476’203A涉及会使织物测试设备的测量结果失真的环境影响的问题。其确定织物测量电容器对在测试设备内部和外部中的不稳定温度情况异常敏感。温度梯度使测量电容器的部件变形。此外，在测量电容器上的沉积物也使测量结果失真。GB-1’476’203A提供气流用于提高测试设备的长期稳定性，气流冷却测量电容器的电容器板并且防止沉积。

US-3,879,660A提出在标称周围温度以上加热整个电容测量传感器头，以便于实现涉及温度和湿度变化的更大稳定性。

在温度方面的不稳定性带来的织物测量结果的失真的问题在现代织物测试设备中已经变得更加严重。现代测试设备的电容性传感器组件包含用于控制测量电容器和用于估算其输出信号的复杂电子电路。这些电子电路装备有多个电子部件例如半导体放大器，其联结地产生大量热损失。当激活测试设备，这些热损失导致慢慢加热传感器组件并随之导致使测量结果失真的热漂移，直到到达热平衡状态。给电容性传感器组件通风仅能带来局部性改善，因为用来通风的外部空气也经受温度变化，其在它们这部分也使测量结果失真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于织物测试材料的电容性传感器组件，其基本稳定并且测量时没有温度漂移或者仅有微小漂移。本发明的目的还在于提供一种用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备，其也以基本上稳定的方式进行测量并且没有温度漂移。本发明的另一个目的在于提供一种借由电容性传感器组件测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的方法，其没有漂移地产生基本上稳定的测量结果。

如在第一权利要求中限定的，以上和其他发明目的可以根据本发明的电容性传感器组件实现。其他权利要求提供一种用于测试伸长织物测试材料的测试设备和一种用于测试伸长织物测试材料的方法。有利实施例体现在从属权利要求中。

本发明基于的构思是提供用于至少一部分的电容性传感器组件的温度传感器和温度致动器。这样一方面可以测量至少一部分的温度，另一方面如有必要还可以冷却或加热至少该部分。还允许主动控制至少该部分的温度。其对于稳定电容性传感器组件的热敏感部件的温度是特别有利的。电容性传感器组件的部件的热损失的耗散也可以产生益处。

根据本发明的电容性传感器组件设计用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备。它包含作为用于对测试材料进行电容性测试的测量电容器的一部分的至少一个测量电极，以及电连接到至少一个测量电极的电子电路。电容性传感器组件包括用于测量至少一部分的电容性传感器组件的温度的至少一个温度传感器，以及热连接到至少一部分的电容性传感器组件的可控电热转换器。

“热连接”在本说明书中意为在热连接元件之间应该能够实现良好的导热性。为此，元件直接互相接触或者经由允许良好热转移的介质或多个媒介互相连接，即它们不绝热。在两个元件之间的热转移系数应该大约200W/(m²·K)并且优选地大于1000W/(m²·K)。

在一个实施例中，电热转换器热连接到电子电路。电热转换器优选地热连接到电子电路的下列类型部件：

●强烈影响电子电路的输出信号的温度稳定性的部件。这在本说明书中应该优选地意为这些部件每1℃的温度变化产生至少3mV电子电路的输出信号变化并且优选地至少10mV。本领域的技术人员至少能够凭经验确定这些部件，因为所述人员局部地加热一个接一个的部件，测量部件的温度变化，并且同步测量电子电路的输出信号的变化。

●在操作中大量放射热损失的部件。这在本说明书中应该优选地意味着这些部件在操作中放射至少10mW的热损失，并且优选地至少100mW。电子部件的热损失通常设置在相应数据表格中。

电子电路可以设置在印刷电路板上。

电热转换器形成为平坦珀而帖元件。

在一个实施例中，电子电路设置在印刷电路板上，并且热连接由其一方面与珀而帖元件的表面并且另一方面与印刷电路板的表面在较大面积上接触的导热平坦填充层产生。“在较大面积上接触”在本文中应该意为接触不仅是点状的，而且是在珀而帖元件的表面和印刷电路板的表面的显著一部分例如至少一半上产生的。

在一个实施例中，至少一个温度传感器是电子电路的一部分。它优选地设置为靠近电子电路的下面类型部件：

●强烈影响电子电路的输出信号的温度敏感性的部件。这应该优选地意为这些部件每1℃的温度变化产生至少3mV电子电路的输出信号变化并且优选地至少10mV。

●在操作中放射大量热损失的部件。这应该优选地意为在本说明书中的这些部件其在操作中放射至少10mW的热损失，并且优选地至少100mW。

“布置为靠近”在本文件中应该意味着以这样的方式布置，温度传感器尽可能地测量相应部件的温度。温度传感器优选地布置在直接相邻于相应部件的印刷电路板上。

在一个实施例中，电容性传感器组件包含多个测量电极，它们形成为平板电极并且每个成对形成作为测量电容器的板电容器。

根据本发明的测试设备使用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条。它包括根据本发明的电容性传感器组件，以及用于控制至少一部分的电容性传感器组件的温度到温度设定点的控制电路。该控制电路包括可给其确定温度设定点作为参考值的控制器；它的输出信号可作为控制参数供应到控制器的至少一个温度传感器，以及作为可给其供应由控制器输出的致动信号的致动器的电热转换器。

在用于借由电容性传感器组件测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的方法中，要有测量一个参考温度。依赖于所测量参考温度确定温度设定点。然后当借由电容性传感器组件发生伸长织物测试材料的测试时，持续测量至少一部分的电容性传感器组件的温度并且依赖于温度设定点和所测量温度由致动信号控制到温度设定点。

在一个实施例中，持续将致动信号与预定极限值进行比较，以及在致动信号超过极限值时，依赖于所测量参考温度重新确定温度设定点。

在根据本发明的方法的一个实施例中，电容性传感器组件是根据本发明的测试设备的一部分。所测量参考温度是主要在测试设备中的内部温度和/或主要在测试设备的周围环境中的外部温度。

本发明还涉及作为用于控制用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备的至少一部分的电容性传感器组件的温度的致动器的可控电热转换器的使用。

本发明的有益效果是，电容性传感器组件的温度基本稳定，与是否在电容性传感器组件本身中或在电容性传感器组件的周围环境中产生或耗散的热量无关。这样测量可以在恒定温度条件下进行，不会有温度漂移。

附图说明

下面将参考附图所示的实施例更详细地解释本发明，其中

图1在立体图中表示根据本发明的测试设备；

图2在分解图中表示根据本发明的电容传感器组件；

图3表示图2的传感器组件的一部分，即(a)在分解图中以及(b)在立体图中；

图4表示根据本发明用于测试伸长织物测试材料的方法的流程图；

图5表示随着时间流逝(a)测量电容器的所测量输出信号和(b)在用于根据本发明的传感器组件的测试设备环境中的所测量温度；

图6表示随着时间流逝(a)测量电容器的所测量输出信号和(b)在用于根据现有技术的传感器组件的测试设备环境中的所测量温度。

具体实施方式

图1借由示例在从前左侧的视图中表示根据本发明的测试设备1的实施例。测试设备1具有前部11，纱线通道12沿着其延伸用于要测试的织物测试材料(未示出)。用于将测试材料插入纱线通道12中的自动插入设备13附接到测试设备1的不同于前部11的一侧。为了插入纱线通道12，测试材料由插入设备13的可位移和可旋转抓握器14抓握，并且由抓握器14的相应构件引导。

在测试过程期间，测试材料通过自动纱线变换设备15进入纱线路径纱线通道12。测试材料经过在纱线路径纱线通道12中的各个传感器。测试材料由传送设备16沿着它的纵向方向传送通过纱线路径纱线通道12。传送设备16的形式可以例如为具有两个相互作用传送辊的辊式喂给机构，两个辊的其中至少一个被驱动旋转。传送设备16可以形成为例如具有其中至少一个被驱动用于旋转的两个相互作用传送罗拉的罗拉输送机构。测试材料最后通过抽吸开口17离开测试材料通道纱线路径12。

测试设备1具有塔状机构。塔状机构可以包括各种功能模块。在当前示例中第一功能模块18包含传送设备16和抽吸开口17。第二功能模块19包含用于测试纱线的均匀性的电容传感器组件2。设置在第二功能模块19上方的其他功能模块可以包含其他(例如，光学)传感器，但在图1中由于前盖看不到。

图2以在分解图中表示根据本发明的电容传感器组件2，并且图3(a)以在分解图中以及(b)以在立体图中表示其一部分，但是没有印刷电路板。

在这里讨论的示例性实施例中，传感器组件2包括五个平坦刚性基底31－35。基底31－35相对于彼此平行地布置并且因此形成四个插入通道开口或测量狭缝。伸长织物测试材料(未示出)例如纱线、粗纱、棉条可以被引导通过其中一个测量狭缝并且可以被沿着它的纵向轴向移动通过所述间隙。测量狭缝具有不同的宽度，以便测试材料可以根据其剖面在宽度合适的测量狭缝中被测量。测量狭缝的宽度范围可以为例如在0.1mm到10mm之间。

两个相邻基底31、32在它们相对的侧壁中或侧壁外承载至少一个测量电极(在图中未示出)。两个相对设置测量电极联结地形成用于连同插入测量狭缝一起对测试材料进行电容性测试的测量电容器。除了测量电极之外，基底31－35可以承载其他电子部件(在图中未示出)，特别是补偿电容器的补偿电极和用于将测量电极和补偿电极连接到电子电路的电导体。基底31－35和位于其上的电子部件的可能配置的细节公开在US-6,072,319A中。

至少一个测量电极电连接到电子电路(在图中未示出)，其在本实施例中设置在印刷电路板4上。在印刷电路板4上的电子电路主要具有两个任务。首先，它控制测量电容器，从而使它们具有相应交流电压。其次，它估算测量电容的输出信号。它装配有多个电子部件例如半导体放大器，其联结地产生大热量损失。

中间印刷电路板41可以附接在印刷电路板4和基底31－35之间，其可以包含用于预处理测量信号的电子部件(在图中未示出)，例如前置放大器。中间印刷电路板41一方面电连接到在基底31－35的电子部件并且另一方面连接到印刷电路板4。印刷电路板4和中间印刷电路板41的平面为相对于彼此平行，并且基底31－35的平面垂直于其地竖立。基底31－35包括具有设置在那里的电连接插入插头36，该插头插入在中间印刷电路板41上的相应插座46。

为了防止由于温度漂移导致的测量结果失真，印刷电路板4的温度是被控制的。为此，印刷电路板4经由导热平坦填充层54热连接到电热转换器5。在这里讨论的实施例中，电热转换器5形成为平坦珀而帖元件。可以使用TEC1-12712T125型珀而帖元件，其例如由(中国)北京的北京惠茂制冷设备有限公司生产，其具有尺寸62mm×62mm×4.3mm。珀而帖元件5可以经由电线51、52控制。

导热平坦填充层54确保在印刷电路板4和珀而帖元件5之间的良好热连接。它一方面覆盖印刷电路板4朝向珀而帖元件5的表面的最大可能部分，并且有利地覆盖电子电路的特别具有温度敏感性和/或在操作中尤其会放射高热损失的部件。这些部件例如是操作性放大器，特别是在前置放大器级中的和功率放大器级中的，以及用于信号处理的MOSFET晶体管。另一方面，填充层54覆盖珀而帖元件5朝向所述填充层的冷却表面的最大可能部分。填充层54例如由玻璃纤维增强聚合物组成。可以使用Gap5000S35型的填充层，其由MN(USA)Chanhassen的Bergquist公司生产。它具有尺寸62mm×62mm×2mm和导热系数λ＝5.0W/(m·K)。不考虑传热系数，该填充层具有k≈λ/d＝2500W/(m2·K)的热转移系数。

珀而帖元件5远离印刷电路板4的朝向的其中一个表面借由导热双面胶带56固定到金属散热片6。图3表示在散热片6中的用于双面胶带56的凹部61和用于将印刷电路板4与测试设备1的其他元件电连接的线缆(未示出)的通道开口62。散热片6包括在远离珀而帖元件5朝向的一侧上的冷却鳍状物63。它们由风扇7通风。珀而帖元件5远离印刷电路板4朝向的热表面因此用空气冷却。电路板产生的热被有效地从传感器组件2去除，因而传感器组件2在操作中基本上不发热。

基底31－35朝向中间印刷电路板41的端部、中间印刷电路板41、印刷电路板5、充层54、珀而帖元件5和双面胶带56优选地容纳在金属第一壳体部件8中。它首先用来紧固基底31－35，其次作为免于受外界影响的机械保护。第三，第一壳体部件8作为法拉第笼保护敏感电子部件和在其中处理的信号免于受到外部电磁干扰。冷却鳍状物63和风扇7可以容纳在第二壳体部件9中。散热片6以及固定到散热片6的第一壳体部件8和第二壳体部件9联结地形成传感器组件2的壳体。

在控制电路中根据下面讨论的控制方法控制印刷电路板4的温度。

根据本发明的测试设备1包括参考温度传感器(在图中未示出)，其测量主要在测试设备1中的内部温度和主要在测试设备1的周围环境中的外部温度。测试设备1还包括控制器(在图中未示出)。

根据本发明的传感器组件2包括温度传感器(在图中未示出)，它的输出信号可以作为控制信号供应到控制器用于控制印刷电路板4的温度。温度传感器优选地形成为在印刷电路板4上的电子电路的一部分，例如作为表面安装部件(表面安装设备，SMD)。将温度传感器布置为靠近电子电路的具有高温度敏感性的这种部件例如功率级放大器是特别有利的。

在本示例中在如上讨论的测试设备1的基础上实施的根据本发明的方法的实施例的流程图示出在图4中。在相应命令之后，例如紧接在致动测试设备1之后，参考温度传感器测量101即参考温度。参考温度可以是例如主要在测试设备1中的内部温度和/或主要在测试设备1的周围环境中的外部温度。从所测量参考温度，测试设备1自动确定102即用于印刷电路板4或电容性传感器组件2的另一个部件的温度设定点。温度设定点优选地为比所测量参考温度稍微高，例如高1℃。它作为用于控制电路的参考变量使用并且优选地存储在控制器中。

在印刷电路板4上的温度传感器持续测量104即印刷电路板4的温度。控制器持续比较105即由温度传感器测量的温度与温度设定点。如果两个温度值互相匹配，不需要控制干预。然而如果它们互相不同，控制器计算致动信号并且将它提供给珀而帖元件5以便对其重新调节106。珀而帖元件5作为控制电路的致动器使用。作为从控制器接收的致动信号的结果，它控制107印刷电路板4的温度。

具有控制机构来防止控制电路过载。它持续控制108即控制器的负载并且当负载变得很高时调节温度设定点。这是当由控制器提供到珀而帖元件5的致动信号超过预定极限值时的情况。然后测量101新的参考温度并且使用测量值来确定102新的温度设定点。然后控制器将在更优化的操作点和新的温度设定点运行。

单独的命令如停止测试设备1会让该方法(的过程)得以终止103。

图5和图6提供在根据本发明的电容性传感器组件2(图5)与根据现有技术的电容性传感器组件(图6)之间的比较。涉及真实测试的测量结果，其中检查在约2又3/4小时周期上无测试材料(的条件下)测量电容器的输出信号如何根据周围温度变化。测试设备1的周围温度T(t)的时间进展相应记录在附图的下部(b)中。温度T(t)随着时间t改变。测量电容器的信号U(t)的时间进展在附图的上部(a)中。测量电容器的信号U(t)在两个测试中以不利方式受到周围温度T(t)影响，并且因此失真，但是程度不同。下面表格列出测量最大信号偏差ΔU和最大温度偏差ΔT，以及从其计算的温度敏感度ΔU/ΔT：

比较显示在根据本发明的电容性传感器组件2(图5)中的温度敏感度ΔU/ΔT比在根据现有技术的电容性传感器组件(图6)中小大约3倍。这些测试结果证实本发明的效果和作用。

可以理解本发明不限于上述讨论的实施例。本发明领域的技术人员将能够推出其他变形，它们也属于本发明的主题。

参考编号列表

1 测试设备

11 前部

12 纱线通道

13 插入设备

14 抓握器

15 纱线变换设备

16 传送设备

17 抽吸开口

18 第一功能模块

19 第二功能模块

2 电容性传感器组件

31－35 基底

4 印刷电路板

41 中间印刷电路板

46 插座

5 电热转换器

51，52 电线

54 导热平坦填充层

56 导热双面胶带

6 散热片

61 凹部

62 通道开口

63 冷却鳍状物

7 风扇

8 第一壳体部件

9 第二壳体部件

Claims (17)

1.一种用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备(1)的电容性传感器组件(2)，包括：

作为用于对测试材料进行电容性测试的测量电容器的一部分的至少一个测量电极，以及

电连接到至少一个测量电极的电子电路，

其特征还在于包括：

用于测量至少一部分(4)电容性传感器组件(2)的温度的至少一个温度传感器，以及

热连接到至少一部分(4)电容性传感器组件(2)的可控电热转换器(5)。

2.根据权利要求1所述的电容性传感器组件(2)，其中电热转换器(5)热连接到电子电路。

3.根据权利要求2所述的电容性传感器组件(2)，其中电热转换器(5)热连接到电子电路的至少一个组件，所述组件温度变化1℃产生电子电路的输出信号变化至少3mV并且优选地至少10mV。

4.根据权利要求2或3所述的电容性传感器组件(2)，其中电热转换器(5)热连接到电子电路的至少一个组件，所述组件在操作中放射至少10mW的热损失，并且优选地至少100mW。

5.根据前述权利要求其中一项所述的电容性传感器组件(2)，其中电热转换器(5)形成为平坦珀而帖元件。

6.根据权利要求5所述的电容性传感器组件(2)，其中电子电路设置在印刷电路板(4)上，并且热连接由其一方面与珀而帖元件(5)的表面并且另一方面与印刷电路板(4)的表面在较大面积上接触的导热平坦填充层(54)产生。

7.根据权利要求6所述的电容性传感器组件(2)，其中填充层(54)由玻璃纤维增强聚合物组成。

8.根据权利要求6或7所述的电容性传感器组件(2)，其中珀而帖元件(5)的远离印刷电路板(4)朝向的表面可直接用空气或经由散热片(6)冷却。

9.根据前述权利要求其中一项所述的电容性传感器组件(2)，其中至少一个温度传感器是电子电路的一部分。

10.根据权利要求9所述的电容性传感器组件(2)，其中至少一个温度传感器布置为靠近电子电路的组件，所述组件的温度变化1℃产生电子电路的输出信号变化至少3mV并且优选地至少10mV、和/或其在操作中放射至少10mW的热损失，并且优选地至少100mW。

11.根据前述权利要求其中一项所述的电容性传感器组件(2)，其中电容性传感器组件(2)包含多个测量电极，它们形成为平板电极并且每个成对形成作为测量电容器的板电容器。

12.一种用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备(1)，

其特征还在于包括：

根据前述权利要求其中一项所述的电容性传感器组件(2)，以及

用于控制至少一部分(4)电容性传感器组件(2)的温度到温度设定点的控制电路，该控制电路包括：

可给其确定温度设定点作为参考值的控制器；

它的输出信号可作为控制参数提供给控制器的至少一个温度传感器，以及

作为可给其提供由控制器输出的致动信号的致动器的电热转换器(5)。

13.一种用于借由电容性传感器组件(2)测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的方法，

其特征还在于

测量参考温度(101)；

依赖于所测量参考温度确定温度设定点(102)；以及

当借由电容性传感器组件(2)发生伸长织物测试材料的测试时，持续测量(104)至少一部分(4)电容性传感器组件(2)的温度并且依赖于温度设定点和所测量温度由致动信号控制(107)到温度设定点。

14.根据权利要求13所述的方法，其中

持续将致动信号与预定极限值进行比较(108)，以及

在致动信号超过极限值时，依赖于所测量(101)参考温度重新确定温度设定点(102)。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中电容性传感器组件(2)是根据权利要求12所述的测试设备(1)的一部分。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所测量参考温度是主要在测试设备(1)中的内部温度和/或主要在测试设备(1)的周围环境中的外部温度。

17.作为用于控制用于测试伸长织物测试材料例如纱线、粗纱、棉条的测试设备(1)的至少一部分(4)电容性传感器组件(2)的温度的致动器的可控电热转换器(5)的用途。