CN110606399A - 宽幅面张力传感器和张力检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽幅面张力传感器，包括轴承座和轴承座下方的压力传感器，所述轴承座的轴承内孔与辊轮轴的末端连接，所述轴承座的底部与所述压力传感器的顶部通过螺栓连接，所述压力传感器通过安装孔固定在生产设备的支撑架上，所述压力传感器内部加工有弹性体，所述弹性体上粘贴有金属箔式电阻应变片。本发明还公开了所述宽幅面张力传感器的张力检测方法，生产设备的辊轮轴的左右两端通过2只所述张力传感器支撑，并使张紧的物料在通过辊轮时在辊轮的前后两侧呈一定夹角，此时张紧的物料会对辊轮、辊轮轴、支撑辊轮的轴承座和轴承座下方的压力传感器产生压力，压力传感器检测到此压力后，再通过三角函数关系就可以换算出此压力和物料张力之间的关系，并准确得出张力的数值，从而实现了对宽幅面生产设备的张力的准确测量，并且安装方便、成本低，适合大型纺织和造纸设备进行升级改造。

Description

宽幅面张力传感器和张力检测方法
技术领域
本发明属于张力检测领域，特别涉及一种宽幅面张力传感器和张力检测方法。
背景技术
在大型纺织和造纸生产设备中，为了保证宽幅面成品物料卷的规格一致性和平整度，对辊轮在卷绕物料时的张力控制有较高的要求，即要求物料在卷绕时的张紧程度要保持一致，太紧容易造成物料断裂和勒陷，太松容易使物料产生褶皱和层叠。
目前，窄幅面的张力测量技术比较成熟，一般采用单端悬臂式、单滑轮式或三滑轮式张力传感器，广泛应用于各类丝线、细钢丝、窄带等物料的张力测量中。但是对于1米以上宽幅面的纺织和造纸设备，目前还没有实用的张力检测传感器，实际生产中只能依靠操作工人的经验控制张力大小，因此设备的自动化程度不高，而且成品物料卷的规格一致性也很难保证，目前国内很多大型纺织厂和造纸厂都在寻求设备升级改造措施，因此亟需提供一种新型的宽幅面张力传感器和张力检测方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽幅面张力传感器和张力检测方法，能够精确检测宽幅面的纺织及造纸设备卷绕物料时的张力，用于对上述设备进行升级改造。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种宽幅面张力传感器，包括轴承座和轴承座下方的压力传感器，所述轴承座的轴承内孔与辊轮轴的末端连接，所述的压力传感器顶部左右两侧各有一个顶部安装孔，所述轴承座的底部与所述压力传感器的顶部通过螺栓连接，所述压力传感器底部左右两侧各有一个底部安装孔，用于将所述压力传感器固定在生产设备的支撑架上，所述压力传感器内部加工有弹性体，所述弹性体上粘贴有金属箔式电阻应变片，所述金属箔式电阻应变片组成惠斯通电桥结构，所述金属箔式应变片通过导线与所述压力传感器外壁上的航空插座连接；
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供所述宽幅面张力传感器的张力检测方法，包括以下步骤：
A、选取生产设备中某个合适位置的过渡辊轮9，选取的原则是：宽幅面物料在通过此辊轮时，会产生120度左右的夹角θ，根据实际情况，夹角在100～150度范围均可。如果原设备没有合适的过渡辊轮，可以在原设备的适当位置增加一个新的过渡辊轮9，达到上述目的。
B、将选取的过渡辊轮9的辊轮轴10的左右两端分别装入2只张力传感器的轴承座内孔2，然后将2只张力传感器分别固定在生产设备左右两端的支撑架16上，然后调节2只张力传感器的安装位置，使得宽幅面物料14在通过辊轮9时，会产生120度左右的夹角θ。
C、张紧的宽幅面物料14在通过过渡辊轮9时，由于产生了一个夹角θ，因此物料14会对辊轮9产生压力f，此压力f实际上是物料张力F的一个分力，与物料的张力F之间满足三角函数关系，此压力f通过辊轮轴10传递到轴承座1和轴承座下方的压力传感器3，压力传感器内部的弹性体4产生形变，粘贴在弹性体4上的金属箔式电阻应变片5组成的惠斯通电桥的输出电压发生变化，此电压的变化与压力的变化呈线性关系，接入电桥式压力显示仪表就可以准确的测量出物料对辊轮的压力f，再经过三角函数换算，就可以得到准确的张力F数据。
本发明的有益效果为：通过宽幅面张力传感器和张力检测方法，可以准确测量宽幅面物料在卷绕过程中的实时张力，避免了人工凭经验判断带来的不确定性和误差，极大的提高了生产设备的自动化程度，保证了成品物料卷的规格一致性和平整度。
附图说明
图1为宽幅面张力传感器的立体图；
图2为宽幅面张力传感器的正面图；
图3为传感器的安装图；
图4为张力检测方法原理图。
具体实施方式
结合附图1～4对本发明做出进一步的说明：
一种宽幅面张力传感器，其外形如图1和图2所示，包括轴承座1和轴承座1下方的压力传感器3，轴承座1的轴承内孔2用于与辊轮轴的末端连接，并对过渡辊轮起支撑作用；压力传感器3的顶部左右两侧各有一个顶部安装孔，轴承座1的底部与压力传感器3的顶部通过螺栓8连接；压力传感器3的底部左右两侧各有一个底部安装孔7，用于将压力传感器3固定在生产设备的支撑架上；压力传感器3内部加工有弹性体4，弹性体4内部的上下表面各粘贴了2片金属箔式电阻应变片5，一共4片金属箔式电阻应变片5组成了惠斯通电桥结构，金属箔式应变片5通过导线与所述压力传感器外壁上的航空插座6连接，航空插座6的作用是外接供电和信号传输电缆。
在本发明的一个较佳实施例中，传感器的安装方式如图3所示：过渡辊轮9的辊轮轴10的左右两端分别安装在2只张力传感器的轴承座1的轴承座内孔2中，2只张力传感器共同支撑过渡辊轮9，2只传感器共同通过线缆11与显示仪表12连接，显示仪表12为2只传感器提供电源并且分析处理传感器返回的压力信号，并显示在屏幕上。
在本发明的一个较佳实施例中，张力检测方法的原理如图4所示：过渡辊轮9位于布料卷绕轮13和另一个过渡辊轮15之间，布料14在过渡辊轮9的左右两侧形成了夹角θ，布料卷绕轮的旋转方向为顺时针方向，此时布料14的沿箭头17的方向运动，压力传感器3固定在设备的支撑架16上；由于布料14在卷绕过程中处于张紧状态，因此在过渡辊轮9的两侧张力大小相等且方向相反，设此张力大小为F，此张力会对过渡辊轮9产生一个向下的压力f，且f的大小等于辊轮9两侧张力F共同作用产生的合力，根据力学原理可知张力F与压力f的关系为：
此压力f通过辊轮轴10传递到轴承座1和轴承座下方的压力传感器3，压力传感器3内部的弹性体4产生形变，粘贴在弹性体4上的金属箔式电阻应变片5组成的惠斯通电桥的输出电压发生变化，此电压的变化与压力f的变化呈线性关系，通过线缆11传输到电桥式压力显示仪表12就可以准确的测量出布料14对辊轮9的压力f，显示仪表12内部经过信号处理和三角函数换算以后，就可以把张力F的数值显示出来，从而准确的测量出张力的大小。
综上所述，本发明可以有效的实现准确测量宽幅面物料在卷绕过程中的实时张力，避免了人工凭经验判断带来的不确定性和误差，极大的提高了生产设备的自动化程度，保证了成品物料卷的规格一致性和平整度，解决了幅面在1米以上的物料在卷绕过程中的张力检测问题，由于将传感器分为轴承座和压力传感器两部分，将物料的张力检测巧妙的转换为压力检测，然后通过三角函数运算将压力数据重新转换为张力数据，解决了宽幅面张力不易直接测量的问题；同时，采用2只传感器共同支撑过渡辊轮的方式，解决了普通张力传感器只适合细线和窄带张力测量的问题，并且安装方便、成本低，适合大型纺织和造纸设备进行升级改造。

Claims (3)

1.一种宽幅面张力传感器，包括轴承座(1)和轴承座下方的压力传感器(3)，所述轴承座(1)的轴承内孔(2)与辊轮轴的末端连接，所述的压力传感器(3)顶部左右两侧各有一个顶部安装孔，所述轴承座(1)的底部与所述压力传感器(3)的顶部通过螺栓(8)连接，所述压力传感器(3)底部左右两侧各有一个底部安装孔(7)，用于将所述压力传感器(3)固定在生产设备的支撑架(16)上，所述压力传感器(3)内部加工有弹性体(4)，所述弹性体(4)上粘贴有金属箔式电阻应变片(5)，所述金属箔式电阻应变片(5)组成惠斯通电桥结构，所述金属箔式应变片(5)通过导线与所述压力传感器(3)外壁上的航空插座(6)连接。
2.根据权利要求1所述的宽幅面张力传感器，其特征在于：所述轴承座(1)的轴承内孔(2)与辊轮轴的末端连接，所述的压力传感器(3)顶部左右两侧各有一个顶部安装孔，所述轴承座(1)的底部与所述压力传感器(3)的顶部通过螺栓(8)连接，所述压力传感器(3)底部左右两侧各有一个底部安装孔(7)，用于将所述压力传感器(3)固定在生产设备的支撑架(16)上；所述的压力传感器(3)内部加工有弹性体(4)，弹性体(4)内部的上下表面各粘贴了2片金属箔式电阻应变片(5)，一共4片金属箔式电阻应变片(5)组成了惠斯通电桥结构，金属箔式应变片(5)通过导线与所述压力传感器(3)外壁上的航空插座(6)连接，航空插座(6)的作用是外接电缆。
3.一种如权利要求1所述的宽幅面张力传感器的张力检测方法，包括如下步骤：
A、选取生产设备中某个合适位置的过渡辊轮(9)，选取的原则是：宽幅面物料在通过此辊轮时，会产生120度左右的夹角9，根据实际情况，夹角在100～150度范围均可；如果原设备没有合适的过渡辊轮，可以在原设备的适当位置增加一个新的过渡辊轮(9)，达到上述目的。
B、将选取的过渡辊轮(9)的辊轮轴(10)的左右两端分别装入2只张力传感器的轴承座内孔(2)，然后将2只张力传感器分别固定在生产设备左右两端的支撑架(16)上，然后调节2只张力传感器的安装位置，使得宽幅面物料(14)在通过辊轮(9)时，会产生120度左右的夹角θ。
C、张紧的宽幅面物料(14)在通过过渡辊轮(9)时，由于产生了一个夹角θ，因此物料(14)会对辊轮(9)产生压力f，此压力f实际上是物料张力F的一个分力，与物料的张力F之间满足三角函数关系，此压力f通过辊轮轴(10)传递到轴承座(1)和轴承座下方的压力传感器(3)，压力传感器(3)内部的弹性体(4)产生形变，粘贴在弹性体(4)上的金属箔式电阻应变片(5)组成的惠斯通电桥的输出电压发生变化，此电压的变化与压力的变化呈线性关系，接入电桥式压力显示仪表就可以准确的测量出物料对辊轮的压力f，再经过三角函数换算，就可以得到准确的张力F数据。
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