CN205826020U - 热压板坯内部温度与压力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了热压板坯内部温度与压力检测装置，热压板坯内部温度与压力检测装置由探针部件、信号处理部件、外部时间发送部件和上位机四部分组成。探针部件与信号处理部件通过固定支架和螺钉连接；外部时间发送部件在测量开始、结束以及测量的特定时刻发出红外信号，信号处理部件通过红外接收元件与红外信号解码芯片向混合信号处理器发出时间标记；上位机采用通用微机系统，信号处理部件发出的数据信号通过微机串行接口上传至微机，经微机计算处理在显示屏上显示热压板坯内部温度与压力的时间序列或者相对压机框架的位置序列曲线图表。
Description
技术领域
本实用新型应用于人造板的生产与研发监测技术领域，是一种用于检测人造板热压过程中热压板坯内部温度与压力的测量装置。该装置不仅可用于连续平压机而且也可用于单层及多层热压机。
背景技术
随着木材加工行业中刨花板与纤维板产量的大幅提升，社会对其产品的质量要求越来越严格，因此生产原料的多变性与产品质量稳定性之间的矛盾日益突出。检测热压过程中板坯内部温度与蒸汽压力的变化，以此指导热压工艺参数的调整是解决这一矛盾的一种有效技术手段。近年来生产能力巨大的连续平压机逐步普及，热压板坯随压板移动以及压机结构紧凑的特点阻碍了原先采用线缆传送信号的检测装置的使用；同时为满足连续压机按照框架柱分区控制的生产特点，检测结果也需要由原先温度压力的时间序列输出形式调整为温度压力的位置序列输出形式。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于人造板热压板坯内部温度与压力的检测装置，该装置结构紧凑并可在外部环境200℃高温下持续正常工作半小时，不仅可用于连续平压机而且也可用于单层及多层压机的板坯内部温度压力检测，检测数据可实现在时间序列与位置距离序列之间的转换。
本实用新型采用的技术方案是在被测热压板坯厚度方向的垂直面外侧放置检测装置，板坯内部被测点的气体通过管道引导送入检测装置中的压力传感器，进而感知出相应的电信号，被测点的温度通过此管道内放置的接触式感温元件转变为相应的电信号。这些压力与温度传感器信号经过装置内部的信号调理以及混合信号处理器定时采样与模数转换处理后，得到数字化的温度压力数据。此外测量开始、结束的时刻以及检测装置通过压机特定框架柱位置的时刻，均由外部发送电磁信号并经检测装置接收形成时间标记信号送入混合信号处理器，并在此与温度压力数据实现匹配，构成一条完整的采样数据记录，保存在检测装置的内部数据存贮空间里。检测结束后该检测装置从压机中取出，通过数据通信接口，检测装置内部保存的全部记录数据一次性上传至上位机中，经软件处理输出显示随压机框架柱位置变化或热压时间变化的热压板坯内部温度与蒸汽压力变化曲线图表。
实现上述技术方案的热压板坯内部温度与压力检测装置由探针部件、信号处理部件、外部时间发送部件和上位机四部分组成。
探针部件与信号处理部件通过固定支架和螺钉连接；外部时间发送部件在测量开始、结束以及测量的特定时刻发出红外信号，信号处理部件通过红外接收元件与红外信号解码芯片向混合信号处理器发出时间标记；上位机采用通用微机系统，信号处理部件发出的数据信号通过微机串行接口上传至微机，经微机计算处理在显示屏上显示热压板坯内部温度与压力的时间序列或者相对压机框架的位置序列曲线图表。
探针部件与信号处理部件通过部件固定支架4连接，以消除探针部件与信号处理部件的连接对双卡套气密连接件22与感温元件3产生的附加力影响。空心探针组件中插入板坯内部空心探针2的顶端密封，顶端下面留有一个豁口1，以便被测的热压板坯内部产生的气体由此豁口1导入；空心探针2另一端连接气密连接件22，以便与信号处理部件相连。接触式感温组件中的感温元件3穿插于空心探针2中，感温元件3的感温部分经过空心探针2顶端附近的豁口1处，以检测被测热压板坯内部的温度；接触式感温组件通过接插件与信号处理部件相连。
感温元件3通过插接件5与信号处理部件相应的插接口相连。
信号处理部件由机壳组件6、电池组件11以及信号接口组件组成。
信号接口组件中连接探针组件双卡套管接头的是铜制导气管21，该铜制导气管21与气体压力传感器9进气导管的连接采用耐高温聚四氟乙烯塑料套管紧密配合，铜制导气管21固定于机壳组件6上。用于数据信号传输的接插件13、用于显示控制信号的第一LED灯16、第二LED灯17、第三LED灯18、用于接收红外信号的红外线接收管15以及电池拨动开关19和检测采样拨动开关20均固定在信号处理电路板上，信号处理电路板安装在机壳组件6上，机壳组件6的框架对应位置留有安装的孔洞。
信号处理组件中的压力传感器9采用耐高温片上硅基压阻式压力变送器，变送器输出信号送至混合信号处理器10中。
被测热压板坯内部温度、机壳组件内部温度7以及电池本体温度12均采用热电偶感温元件连接至温度信号调理芯片8，温度信号调理芯片8输出信号送至混合信号处理器10进行处理。
红外线接收管接收外部时间发送部件发出的红外线信号，经红外信号解码芯片14处理后送至混合信号处理器进行处理。
探针部件的整体高度不超过热压板坯成型后厚度。空心探针2伸出的长度取决于热压板坯内部被测点距离板坯厚度侧外缘的深度。
外部时间发送部件独立于其它部件，它在测量开始、结束以及测量过程的特定时刻，发出电磁信号以便在混合信号处理器中形成时间标记。
上位机独立于其它部件，它具备接收信号处理部件上传的数据信号的能力，具备数据处理与保存、数据可视化显示与输出功能。
机壳组件6采用轻型铝合金异型材为框架。
电池组件11内安装有耐高温纽扣型一次性锂电池，输出电压3.6V。
附图说明
图1为检测装置中探针部件与信号处理部件连接在一起的组成示意图。
图2为检测装置中信号处理流程图。
具体实施方式
结合图1装置组成以及图2测量处理流程对本实用新型作进一步说明。
本实施例热压板坯内部温度压力检测装置由探针部件、信号处理部件、时间发送部件和上位机四部分组成。探针部件与信号处理部件通过固定支架和螺钉连接；外部时间发送部件在测量开始、结束以及测量的特定时刻发出红外信号，信号处理部件通过红外接收元件与红外信号解码芯片向混合信号处理器发出时间标记；上位机采用通用微机系统，信号处理部件发出的数据信号通过微机串行接口上传至微机，经微机计算处理在显示屏上显示热压板坯内部温度与压力的时间序列或者相对压机框架的位置序列曲线图表。
各部件的详细结构如下：
如图1所示，探针部件由空心探针组件、部件固定支架以及接触式感温元件及其接插件组成。探针部件的整体高度不能超过10mm。空心探针2及感温元件3的长度按照热压板坯内部被测点的深度不同形成350mm、500mm及750mm等多个长度系列规格。
空心探针2采用外径2mm、内径1mm的304不锈钢毛细管，空心探针2的测量顶端加工成封闭结构，在距离顶端5mm附近加工出一个长约3mm的豁口1，以便被测热压板坯内部气体从豁口1处导入，空心探针2的另一端连接双卡套气密连接件22，以便与信号处理部件相应的导气管21相连。
探针部件与信号处理部件通过部件固定支架4连接，消除探针部件与信号处理部件的连接对双卡套气密连接件22与感温元件3产生的附加力影响。
感温元件3采用外径0.5mm的微细铠装K型接触式热电偶，热电偶测量端采用微型K型热电偶插接件5与信号处理部件相应的K型热电偶插接口相连。
如图1所示信号处理部件由机壳组件6、电池组件11以及信号接口组件组成。
机壳组件6采用轻型铝合金异型材为框架，镶嵌耐温200℃的电绝缘薄板将信号处理部件包围在一个有限的空间里并提供与探针部件的可靠连接。框架厚度在10mm以内，宽度在50mm以内，长度随电路板尺寸形成一个扁平体，以便其能放置在连续压机上下压板与机架框架柱之间的狭小空间内随压板一起平移。
电池组件11内安装有耐高温纽扣型一次性锂电池，输出电压3.6V。
信号接口组件中连接探针组件双卡套管接头的是铜制导气管21，该铜制导气管21与气体压力传感器9进气导管的连接采用耐高温聚四氟乙烯塑料套管紧密配合，铜制导气管21固定于机壳组件6上。K型热电偶插接件固定于机壳组件6上。用于数据信号传输的接插件13、用于显示控制信号的第一LED灯16、第二LED灯17、第三LED灯18、用于接收红外信号的红外线接收管15以及电池拨动开关19和检测采样拨动开关20均固定在信号处理电路板上，在机壳组件6的框架对应位置留出适合尺寸的孔洞。
信号处理组件中的压力传感器9采用耐高温片上硅基压阻式压力变送器，变送器输出信号送至混合信号处理器10中，变送器装配至电路板后的整体厚度小于7mm，有效信号输出范围对应的压力检测范围在0-1MPa之间，能够在150℃环境中正常工作半小时以上。
被测热压板坯内部温度、机壳组件内部温度7以及电池本体温度12均采用热电偶感温元件连接至温度信号调理芯片8，温度信号调理芯片8输出信号送至混合信号处理器10进行处理；采用K型热电偶，有效信号输出范围对应的温度检测范围在0-300℃之间。
红外线接收管接收外部时间发送部件发出的红外线信号，经红外信号解码芯片14处理后送至混合信号处理器进行处理。
电池供电电路向各电路提供稳定的直流电压。电池电压检测电路向混合信号处理器提供电池状态的模拟量信号，以便在电池电压或容量不足的情况下发出报警信号，及时更换电池。
混合信号处理器采用低功耗、内建大容量Flash存贮空间的MSP430耐高温系列微处理器，采用耐高温8MHz外置晶振及电容组成时钟电路，采用BSL接口方式的调试电路，采用TTL输出与外置PL2303转换芯片组成数据信号通信接口。
混合信号处理器输出三种数字信号至三个LED指示灯，装置未启动时三个LED灯处于熄灭状态。
当电池拨动开关置于开启状态后，混合信号处理器进入初始化与自检过程，当系统正常时第一LED灯16变为常绿，当系统不正常时第一LED灯16变为常红，此时其它两个LED灯仍然处于熄灭状态。系统不正常的原因主要有电池电压或容量不足、程序异常以及处理器自身异常。当电池拨动开关置于关闭状态后，三个LED灯均处于熄灭状态。
当信号处理部件通过通信线缆与上位机实现信号连接后，第二LED灯17点亮处于常绿状态，当上下位机进行数据通信时第二个LED灯变为绿色快闪状态，通信结束LED灯恢复处于常绿状态，断开上下位机通信连接LED灯处于熄灭状态。
当检测采样拨动开关置于开启状态后，第三LED灯18点亮处于常绿状态，当混合信号处理器接到采样开始信号进入采样记录过程后，此LED灯处于常绿慢闪状态，每隔1秒钟闪动一次；当混合信号处理器接到定位时间标记的红外信号时，此LED灯快速闪动五次，持续一秒钟；当混合信号处理器接到采样结束信号退出采样记录，此LED灯恢复处于常绿状态；当检测采样拨动开关置于关闭状态后，此LED灯点亮处于熄灭状态。
混合信号处理器记录一条检测采样数据的格式依次是：数据序列编号2字节，板坯温度2字节，板坯压力2字节，组件温度1字节，电池温度1字节，电池电压1字节，状态标记1字节，保留2字节；合计一条完整的检测采样数据记录长度为12字节。每个记录段均由低位向高位方向记录。混合信号处理器与上位机通信时将上述检测采样数据依照数据序列编号顺序整合在一起，并在其头部加入采样时间信息和采样间隔信息，形成一次完整的检测采样数据记录，一次性上传至上位机中。
本实施例的工作方式：
首先将检测装置机壳上的电池拨动开关置于开启状态，装置内部的混合信号处理器上电进入自检程序，一旦工作正常，机壳上的第一个LED灯即点亮处于常绿状态。此后可使用串口通信线缆将上下位机的数据接口连接起来，当信号连接正常后，机壳上的第二个LED灯又会点亮处于常绿状态，这时可以从上位机向下位机发送一个数据上传指令，下位机收到该指令后将内部Flash储存空间的数据上传至上位机的指定文件方便下一步的处理，这一操作也可再次备份下位机内部Flash储存空间的数据。在数据传输过程中，第二个LED灯变为绿色快闪状态，通信结束后LED灯恢复处于常绿状态。此时将检测装置机壳上的采样拨动开关置于开启状态，混合信号处理器将擦除并初始化用于记录采样数据的Flash储存空间，进入准备数据采样状态，第三个LED灯点亮处于常绿状态。将此状态下将检测装置的探针小心并且快速地插入连续压机进料口前端半米处的热压板坯内，检测装置随板坯向连续压机方向平移，此时需即刻由外部的红外信号发送部件发出开始检测的红外信号，当混合信号处理器接到此信号后即可进入采样记录程序，同时第三个LED灯处于常绿慢闪状态，每隔1秒钟闪动一次，向外指示检测装置已经开始采样。当检测装置正好经过第一个压机框架柱时，需即刻由外部的红外信号发送部件发出位置时间标记红外信号，该信号被混合信号处理器收到后第三个LED灯快速闪动五次，持续1秒钟。此时检测装置已经处于上下压板与压机框架形成的窄小空间内，它随上下压板及热压板坯一起向前移动。此后当检测装置正好经过第十个以及第二十个压机框架柱时，同样即刻由外部的红外信号发送部件发出位置时间标记红外信号，该信号被混合信号处理器收到后第三个LED灯快速闪动五次，持续1秒钟。当检测装置离开连续压机，通过外部的红外信号发送部件发出结束检测的红外信号，当混合信号处理器接到此信号后即可退出采样记录程序，同时第三个LED灯恢复处于常绿状态。在检测装置随板坯移动到板坯齐边锯前，必须人工将检测装置从板坯中拔出，以免损坏后续加工设备。取出的检测装置可以依次关闭采样开关以及电池开关，检测采样记录的数据已经保存在混合信号处理器内部的Flash储存空间中。这样就完成了一次完整的热压板坯内部温度与压力的检测记录工作。本装置的工作原理：
人造板在热压过程中热压板坯内部的温度和蒸汽压力会发生变化，间接反映了热压工艺状态，也会直接导致人造板鼓泡、“放炮”。本检测装置将蒸汽压力通过空心探针导入压力变送器，变送器产生相应的压力电信号；装置通过空心探针豁口处的热电偶产生该处板坯的温度电信号；装置还采用热电偶获取机壳组件内部以及电池本体工作时的温度电信号；装置还通过电池电压检测电路获取电池的输出电压信号。上述信号均接至装置内的混合信号处理器中，一旦到达采样周期定时，这五路信号经采样保持、模数转化得到一组采样数据；在规定采样周期内的多组采样数据经筛选平均计算处理，得到一组规定时间内的稳定采样数据，经过整合采样序列号字节、在此期间有无接收到红外信号的时间标记状态位字节以及保留字节，形成一条完整的长度为12字节的检测采样数据记录。在记录了数条这样的采样数据记录后，混合信号处理器将这些记录转移到片内的Flash储存空间长期保存。如此往复直至采样结束。当上下位机通信连接后，这批完整的采样数据记录就通过串行接口从Flash储存空间直接上传到微机中形成数据记录文件。该文件通过图形化输出软件直接显示温度压力的时间序列曲线，也可结合预先获取的压机框架柱位置距离表，根据红外时间标记，计算出板坯的运动速度，从而将每条记录的序列编号转换为位置距离编号，即经过第一个压机框架柱的数据记录编号转变为位置距离为0的数据记录，此后递增的序列编号就转换为递增的位置距离，此外也可在每个框架柱位置距离处标识出框架柱的编号，这样就可以输出温度压力的位置距离序列曲线和温度压力的框架柱序列曲线，满足连续压机按照框架柱划分控制区域的控制要求。
Claims (5)
1.热压板坯内部温度与压力检测装置，其特征在于：该装置由探针部件、信号处理部件、外部时间发送部件和上位机四部分组成；
探针部件与信号处理部件通过固定支架和螺钉连接；外部时间发送部件在测量开始、结束以及测量的特定时刻发出红外信号，信号处理部件通过红外接收元件与红外信号解码芯片向混合信号处理器发出时间标记；上位机采用通用微机系统，信号处理部件发出的数据信号通过微机串行接口上传至微机，经微机计算处理在显示屏上显示热压板坯内部温度与压力的时间序列或者相对压机框架的位置序列曲线图表；
探针部件与信号处理部件通过部件固定支架(4)连接，以消除探针部件与信号处理部件的连接对双卡套气密连接件(22)与感温元件(3)产生的附加力影响；空心探针组件中插入板坯内部空心探针(2)的顶端密封，顶端下面留有一个豁口(1)，以便被测的热压板坯内部产生的气体由此豁口(1)导入；空心探针(2)另一端连接气密连接件(22)，以便与信号处理部件相连；接触式感温组件中的感温元件(3)穿插于空心探针(2)中，感温元件(3)的感温部分经过空心探针(2)顶端附近的豁口(1)处，以检测被测热压板坯内部的温度；接触式感温组件通过接插件与信号处理部件相连；
感温元件(3)通过插接件(5)与信号处理部件相应的插接口相连；
信号处理部件由机壳组件(6)、电池组件(11)以及信号接口组件组成；
信号接口组件中连接探针组件双卡套管接头的是铜制导气管(21)，该铜制导气管(21)与气体压力传感器(9)进气导管的连接采用耐高温聚四氟乙烯塑料套管紧密配合，铜制导气管(21)固定于机壳组件(6)上；用于数据信号传输的接插件(13)、用于显示控制信号的第一LED灯(16)、第二LED灯(17)、第三LED灯(18)、用于接收红外信号的红外线接收管(15)以及电池拨动开关(19)和检测采样拨动开关(20)均固定在信号处理电路板上，信号处理电路板安装在机壳组件(6)上，机壳组件(6)的框架对应位置留有安装的孔洞；
信号处理组件中的压力传感器(9)采用耐高温片上硅基压阻式压力变送器，变送器输出信号送至混合信号处理器(10)中；
被测热压板坯内部温度、机壳组件内部温度(7)以及电池本体温度(12)均采用热电偶感温元件连接至温度信号调理芯片(8)，温度信号调理芯片(8)的输出信号送至混合信号处理器(10)进行处理；
红外线接收管接收外部时间发送部件发出的红外线信号，经红外信号解码芯片(14)处理后送至混合信号处理器进行处理。
2.根据权利要求1所述的热压板坯内部温度与压力检测装置，其特征在于：探针部件的整体高度不超过热压板坯成型后厚度；空心探针(2)伸出的长度取决于热压板坯内部被测点距离板坯厚度侧外缘的深度。
3.根据权利要求1所述的热压板坯内部温度与压力检测装置，其特征在于：外部时间发送部件独立于其它部件，它在测量开始、结束以及测量过程的特定时刻，发出电磁信号以便在混合信号处理器中形成时间标记。
4.根据权利要求1所述的热压板坯内部温度与压力检测装置，其特征在于：机壳组件(6)采用轻型铝合金异型材为框架。
5.根据权利要求1所述的热压板坯内部温度与压力检测装置，其特征在于：电池组件(11)内安装有耐高温纽扣型一次性锂电池，输出电压3.6V。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112433166A (zh) * | 2020-11-22 | 2021-03-02 | 同济大学 | 一种锂离子动力电池内部失效反应多维度检测方法与结构 |
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