CN2112642U - 智能式轧余率测控仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的智能式轧余率测控仪涉及一 种微机化的核辐射式仪器。其特征是探测器中装有 高稳定度的微电流放大器；单片机测控装置中固化有 三类织物的刻度曲线，织物本身的单位面积质量值用 键盘输入；设计了简单可靠的步进电机式执行器。本 实用新型可在轧染生产线上应用，能够连续检测运行 中的轧后带液织物，数字显示其幅向三点的轧余率， 并可自动调节均匀轧车的三点轧压力，以提高产品的 一级品率。

Description

本实用新型所述的智能式轧余率测控仪涉及一种带有微计算机的核辐射式仪器。具体说是应用β射吸收原理，由传感器、单片机测控装置、步进电机式执行器相连接而构成的一种可以在轧染生产线上连续检测与调节轧余率的仪器。

在轧染生产工艺中，织物经过染液及均匀轧车轧液后，其幅向左、中、右三点的轧余率调节得是否恰当，是影响染色质量（边、中色差）的重要因素。对于这样一个重要的工艺参数、目前国内尚没有实现仪表检测与自动调节。各印染厂家采用的方法是“目观色差推测调节法”。即操作者用眼睛观察轧染落布处织物的边中色差，仔细比较深浅后、凭经验调节均匀轧车操作台上的气压调节伐手轮、再目观色差、再调节。织物运行从均匀轧车出来到烘燥后落布处需经过2分钟左右，观察比较色差及辅助操作约需2分钟，这样，一个调节周期约需4分钟左右，由于人眼观察颜色的不准确性及因人因时而异性、又由于均匀轧车三点轧压力相互影响，往往需要反复调节及试探性地逐步调节，故调节时间很长，（根据操作者经验的多少所需时间从0.5到几个小时不等）以上所述的调节又必需在生产过程中进行，织物运行的速度是40米／分钟左右、从而造成大量的次品（二级品甚至等外品）。在整个轧染生产过程中，需要经常地目观色差及手动调节、也增加了工人的劳动强度。针对上述存在问题、设计一种智能式轧余率测控仪以适应轧染生产的要求是十分必要的。

本实用新型的目的是设计一种先进而廉价的轧余率测控仪表，它可以方便地安装在印染厂普遍使用的均匀轧车上。对运行中的轧后带液织物进行准确而及时地连续检测。以数字形式，清晰地显示出其幅向左、中、右三点的轧余率。并可自动调节三点轧余率符合给定值。使现有均匀轧车实现轧压力调节自动化。以提高轧染织物的一级品率。本实用新型在均匀轧车轧辊出布处、用传感器无接触地、连续监测着运行中轧后织物的轧余率，克服了操作者用眼睛观察色差间接推测轧余率的不准确性和大滞后性。本实用新型用清晰的数字、及时而准确地显示出轧余率、克服了操作者对轧余率没有数量概念的缺点。本实用新型以微型计算机控制的步进电机式执行器来自动调节均匀轧车的三点轧压力、迅速而可靠、克服了操作者手动调节的反复性和长时间性。

本实用新型所述的智能式轧余率测控仪，其结构如附图所示，由放射源容器、核辐射探测器、单片机测控装置、步进电机式执行器组成。放射源容器和核辐射探测器互相对应地安装在测量支架上，并且被测带液织物可在其中间通过。主信号电缆将主机和核辐射探测器连接起来。通过步进电机控制电缆同步进电机式执行器相连接的步进电机驱动器由主机控制。伐位信号电缆将主机同步进电机式执行器相连接。本实用新型所述在其放射源容器内装有β放射源。本实用新型所述其核辐射探测器由β射线电离室、微电流放大器、恒温控制器所组成。温敏元件装在恒温槽内壳中，在恒温槽内壳的外部装有恒温槽加热器及恒温槽保温外壳。微电流放大器由运算放大器、调零电位器、电阻、电容所组成。并将组成微电流放大器的全部器件都按装在恒温槽内壳中。本实用新型所述的单片机测控装置由主机；声光报警器、数码管显示器、微型打印机、键盘、织物类型选择开关、自动／手动选择开关及步进电机驱动器所组成。本实用新型所述的步进电机式执行器由步进电机、齿轮、输出轴、气压调节伐、伐位指示电位器所组成。步进电机的上端输出轴（与下端输出轴同轴）装有手轮、步进电机的下端输出轴上的主动齿轮与从动齿轮相配合。伐位指示电位器的旋转轴与固装在从动齿轮内的输出轴相固连接。气压调节伐的螺杆与固装在从动齿轮内的输出轴活动连接，气压调节伐的螺杆的上部轴套上带有滑动槽，固装在从动齿轮内的输出轴的下部装有销钉，该输出轴插入螺杆上部的轴套、其销钉在滑动槽中可上下滑动、当输出轴转动时即可带动螺杆转动、并且不防碍螺杆由于转动而引起的上下位置移动。

本实用新型所述的核辐射探测器中的微电流放大器的结构有如下改进。通常的技术是只将该放大器的反馈电阻置于恒温槽中。这样的设计在一般的环境条件下是可以的、但在恶劣的现场环境中，还会出现不允许有的零点漂移。比如在国内检测轧余率的现场环境中、按装在探测器中的微电流放大器所处的位置、其上方有红外线烘燥设备，其下方有染液槽和经常积水的下水池。在停车时，红外线烘燥设备不工作温度较低而湿度很高。开车后，红外线烘燥设备点火工作，温度升高而湿度下降。相对湿度的变化辐度在40％左右。通常的设计无法消除湿度大辐度变化对测量稳定性的影响。因为与反馈电阻并联的还有反馈电容的绝缘电阻及线路板的绝缘电阻、这些绝缘电阻的数值随湿度而变化、当湿度变化较大时就不容忽视。

本实用新型是将微电流放大器中的全部器件都按装在恒温槽中，在仪表工作时都处于较高的恒温温度中（比如60°±0.2℃），这样的结构保证了微电流放大器在温度、湿度变化都很大的环境中能够稳定的工作。

通过以上结构改进、用国产元器件即可组装成高稳定度的微电流放大器。从而满足了在环境恶劣条件下，也能稳定地测量轧余率的要求。

本实用新型的单片机测控装置上按装有织物类型选择开关。相应地在主机里有固化的三类国产织物（C、T／C、T／R）的刻度曲线。轧染不同的织物可以方便地按键选择。

本实用新型在单片机测控装置的主机中计算轧余率值。轧余率＝［（轧染后带液织物的单位面积质量值）／（轧染前织物本身的单位面积质量值）－1］×100％。

在通常的技术中、轧染前织物本身的单位面积质量值是用三套传感器（包括放射源和核辐射探测器）在线检测的，其信号送入计算机参加运算。

在本实用新型的组合中、不设置检测轧染前织物本身单位面积质量的传感器。织物本身的单位面积质量值由键盘人工输入。从而大幅度地降低了造价而性能基本不变。

实践证明：同一种织物，在绝大多数情况下其单位面积质量是相同的，事先可通过天平称量成为已知数。在极少数情况下，由于织物本身的质地太差（在灯光下能看出疏密不同）或者前处理工艺有毛病，其单位面积质量很不均匀。这样的织物经本实用新型检测，轧余率的显示值会出现大的波动、这时本实用新型的报警器会发出声光信号以引起操作人员的注意。遇到这种情况、既使设置了织物本身单位面积质量传感器、也照样会出现不稳定显示。遇到这种情况，调节均匀轧车往往解决不了问题。只能从问题的根源上去解决。

本实用新型设计了简单、可靠的步进电机式执行器。

这种执行器体积小、可以方便地在原有的均匀轧车操作台中按装。这种执行器中的步进电机上端输出轴上固装有手轮，其下端输出轴则通过齿轮传动等另件与均匀轧车操作台中原有的气压调节伐结合起来。这样，原有的均匀轧车气路系统一慨不必改动就使得原来的手动调节系统变成了自动调节系统。而自动调节与手动调节的转换也非常简便。将“自动／手动选择开关”扳列“手动”一边，操作者即可根据本实用新型显示的轧余率值、用步进电机上端输出轴上的手轮进行手动调节。与原来的手动调节没什么两样。将自动／手动选择开关扳到“自动”一边、单片微机测控装置中的主机即可根据偏差量的大小、通过PID运算、输出一定的脉冲数、再通过步进电机驱动器、驱动步进电机旋转一角度，带动气压调节伐、达到自动调节的目的。

本实用新型采用三套传感器，沿幅向左、中、右三点排列、其左右两套可依照织物幅宽而改变位置。

本实用新型集测量与控制功能于一身。主机的输入、输出全部光电隔离、具有很强的抗干扰能力。

本实用新型具有结构简单、工作可靠，显示及调节准确、按装及使用方便、以及在恶劣环境条件下长期工作稳定性高等特点。

在国内印染厂中，一级品率一般在70～80％左右，而使用本实用新型进行测控后，一级品率可提高10％以上。以橄榄绿平纹呢为例，一级品与二级品的差价是0.48元／米、均匀轧车的设计生产能力是1000万米／年，如果以满负荷计算、每年可增加经济收入48万元。如果再加上减少了二级品库存积压损失以及次品返染造成的能源和染化料损失。其经济效益就更可观。所以本实用新型的广泛应用必将产生显著的经济效益和积极的社会效益。

本实用新型共有三张附图，其中：附图1是智能式轧余率测控仪结构示意图。附图2是核辐射探测器结构示意图。附图3是步进电机式执行器结构示意图。

图中：1、放射源容器    2、3放射源    3、测量支架    4、核辐射探测器    5、声光报警器    6、数码管显示器    7、主机    8、单片机测控装置    9、微型打印机    10、键盘    11、步进电机驱动器    12、步进电机式执行器    13、织物类型选择开关    14、自动／手动选择开关    15、主信号电缆    16、步进电机控制电缆    17、伐位信号电缆    18、被测带液织物    19、气压调节伐    20、伐位指示电位器    21、β射线电离室    22、恒温槽保温外壳    23、恒温槽加热器    24、恒温槽内壳    25、微电流放大器（虚线框内）    26、恒温控制器    27、支架组合件    28、滑动槽    29、从动齿轮输出轴    30、轴套    31、手轮    32、步进电机    33、主动齿轮    34、从动齿轮    35、从动齿轮    36、从动齿轮输出轴    37、销钉    38、螺杆

本实用新型的具体实施例如附图所示，其结构由传感器、单片机测控装置（8）及步进电机式执行器（12）三大部分组成。传感器由放射源容器（1）和核辐射探测器（4）两部分组成。放射源容器（1）中按装有氪一85β放射源（2），与放射源容器（1）相距50mm处、按装有核辐射探测器（4）。由放射源容器（1）和核辐射探测器（4）组成一套传感器。共设置三套这样的传感器。它们按织物幅向的左、中、右三点位置固定在测量支架（3）上。其中左、右两套传感器可根据不同织物的宽度在测重支架（3）上改变其测量位置。

不断运行的被测带液织物（18）在传感器中间通过、由β放射源（2）发出的β射线。一部分被带液织物（18）吸收、其余部分射入核辐射探测器（4）被其检测、产生电信号（0～2V），通过主信号电缆（15）进入主机（7）、经信号转换、处理、计算得到被测带液织物（18）的轧余率值、送数码管显示器（6）显示，显示器（6）设有三组数码管、分别显示左、中、右三点的轧余率值。

本实用新型设计的主机（7）中，固化有三类国产织物（涤棉、棉、涤粘）的刻度曲线，需要轧染什么类型的织物、只要按下织物类型选择开关（13）相应的按键即可、使用很方便。

键盘（10）有录入日期、时间及给定值等多种功能，另外一个重要的功能是录入被测带液织物（18）在进入染液之前（即织物本身）的单位面积质量值（g／m），这就使本实用新型省去了三套检测织物本身单位面积质量的传感器，大幅度降低了造价，而性能基本不变。

本实用新型设有微型打印机（9）、可定时打印日期、时间及需要记录的各种工艺参数。

本实用新型集测量功能与控制功能于一身。三点轧余率的给定值由键盘（10）录入主机（7）根据实际测量值与给定值计算出偏差。按照偏差的数值和符号，给出控制信号，通过步进电机驱动器（11），控制电缆（16）、驱动步进电机（32）顺向或逆向旋转一角度、带动气压调节伐（19）上的螺杆（38）旋转一定角度、改变了施加在均匀轧车轧辊相应位置上的压力、从而使轧余率符合给定值。步进电机（11）同时带动伐位指示电位器（20）的轴旋转产生的伐位信号，通过伐位信号电缆（17）将信号反馈到主机（7）中。

本实用新型设有自动／手动选择开关（14），只需扳动一下，就可以无扰动地进行自动调节和手动调节的切换。根据图2核辐射探测器结构示意图可知，核辐射探测器（4）由β射线电离室（21）和微电流放大器（25）（图2虚线框内部分）及恒温控制器（26）等组成。

β射线电离室（21）的外壳接有负直流高压Vh。由β放射源（2）发出的β射线穿过被测带液织物（18）、射入电离室（21）中、产生的微弱电流由微电流放大器（25）处理。微电流放大器（25）由运算放大器A1、输入电阻Ri、反馈电阻Rf、反馈电容Cf及A1的调零电位器W组成。

微电流放大器（25）的全部器件置于一只特制的恒温槽中，恒温槽由内壳（24）、加热器（23）、保温外壳（22）组成。温敏元件（t）置于恒温槽内壳（24）之中，检测到的温度信号由恒温控制器（26）处理。恒温控制器（26）控制恒温槽加热器（23）电源的通断、从而使恒温槽内壳（24）内的温度为60℃±0.2℃。通常的核辐射探测器中的微电流放大器是只将反馈电阻（Rf）置于恒温槽中，其他器件（A1、Cf、Ri、W）则置于恒温槽之外。这种结构的微电流放大器在环境温、湿度变化很大的场合中工作其稳定性很差。

本实用新型的微电流放大器（25）是将全部器件（A1、Ri、Rf、Cf、W）全部置于恒温槽内壳（24）之中。从而基本上消除了环境温度、湿度变化对电路的不良影响，大幅度地提高了微电流放大器（25）的稳定性。由于微电流放大器（25）的稳定性决定整个仪器的稳定性，所以这种结构会使本实用新型的稳定性指标大幅度提高。

根据图3步进电机式执行器结构示意图可知，步进电机式执行器（12）由手轮（31）、步进电机（32）、主动齿轮（33）、1号从动齿轮（34）、2号从动齿轮（35）、气压调节伐（19）、伐位指示电位器（20）及支架组合件（27）等组成。

气压调节伐（19）是轧染设备－均匀轧车操作台中原有的，本来只能作手动调节用。本实用新型将此气压调节伐的原有手轮连螺杆拆去不用、而换上带有滑动槽（28）的螺杆（38），该螺杆由1号从动齿轮（34）的输出轴（36）带动旋转、输出轴（36）上装有销钉（37）、它可以在滑动槽（28）中上下滑动，所以，螺杆（38）可以在旋转的同时上下移动。2号从动齿轮（35）的输出轴（29）与伐位指示电位器（20）的轴用轴套（30）连接。

当气压调节代（19）由步进电机（32）带动旋转（自动调节方式）；或者由转动手轮（31）带动旋转（手动调节方式）也同时带动了伐位指示电位器（20）的轴旋转、起到了指示气压调节伐（19）伐门位置的作用。该伐位信号由伐位信号电缆（17）输入到主机（7）中，使主机（7）能及时了解左、中、右三路气压调节伐（19）的位置。如果伐位超限，即由声光报警器（5）发出报警信号。

本步进电机式执行器（12）的体积很小，可以按装在原有的均匀轧车操作台的空余空间中，而不必另搞操作台。本步进电机式执行器（12）可实现自动→手动或手动→自动的无扰动切换。当自动／手动选择开关（14）打到自动时，由单片机测控装置的主机（7）通过步进电机驱动器（11），步进电机控制电缆（16）控制步进电机（32）旋转某一角度，其下端输出轴上的主动齿轮（33）带动两个从动齿轮（34、35）也旋转相应的角度、达到自动调节轧余率的目的。

当自动／手动选择开关（14）打到手动位置时步进电机（32）断电、这时以转动装在步进电机（32）上端输出轴上的手轮（31）、手动调节轧余率。

Claims (4)

1、一种智能式轧余率测控仪，其特征在于由传感器、单片机测控装置(8)、步进电机式执行器(12)三大部分组成，传感器由放射源容器(1)、核辐射探测器(4)两部分组成，放射源容器(1)与核辐射探测器(4)互相对应的按装在测量支架(3)上，被测带液织物(18)可在其中间运行，在结构中不设置检测织物本身单位面积质量的传感器，织物本身的单位面积质量值由单片机测控装置(8)中的键盘(10)人工输入。

2、根据权利要求1所述的智能式轧余率测控仪，其特征在于核辐射探测器（4）中的微电流放大器（25）的全部器件，包括运算放大器A1，调零电位器W，输入电阻Ri、反馈电阻Rf、反馈电容Cf，以及线路板都按装在恒温槽内壳（24）之中。

3、根据权利要求1所述的智能式轧余率测控仪、其特征在于单片机测控装置（8）由主机（7）、声光报警器（5）、数码管显示器（6）、微型打印机（9）、键盘（10）、织物类型选择开关（14），自动／手动选择开关（14）及步进电机驱动器（11）所组成；在主机（7）中固化有三大类型国产织物的仪表刻度曲线。

4、根据权利要求1所述的智能式轧余率测控仪，其特征在于步进电机式执行器（12）由步进电机（32）、齿轮（33、34、35）输出轴（36、29）气压调节伐（19）、伐位指示电位器（20）所组成，步进电机（32）上面的输出轴固装有手轮（31），步进电机（32）的下面的输出轴上固装的主动齿轮（33）与从动齿轮（34、35）相配合，伐位指示电位器（20）的旋转轴与固装在从动齿轮（35）内的输出轴（29）相固连接；气压调节伐（19）的螺杆（38）的上部轴套上带有滑动槽（28），固装在从动齿轮（34）内的输出轴（36）的下部固装有销钉（37），输出轴（36）插入在螺杆（38）上部轴套中，销钉（37）的端部伸入滑动槽（28）中，与其滑动连接。

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