CS256217B1 - Fluidický snímač časového průběhu rychlosti útkové nitě během prohozu v bezčlunkovém tkalcovském stavu - Google Patents

Abstract

Fluidický snímač časového průběhu rychlosti útkové nitě během prohozu v bezčlunkovém tkalcovském stavu je určen pro generaci elektrického výstupního signálu a je opatřen dvěma tryskami, první řídicí tryskou a druhou řídicí tryskou, orientovanými navzájem ústími proti sobě a napojenými na napájecí přívody pracovní tekutiny a spojené s přívody útku do těchto dvou trysek. Do interakční zóny mezi ústím první řídicí trysky a druhé řídicí trysky vyústuje napájecí tryska, rovněž napojená na přívod pracovní tekutiny. Proti napájecí trysce je umístěn dělič klínového tvaru, kde na bocích sbíhajících se do klínu je umístěno první čidlo a druhé čidlo, tvořené zejména termistorem nebo napařeným kovovým filmem na elektricky nevodivé podložce. Každé z čidel je umístěno na jiném boku děliče a je zapojeno jako jeden z odporů Wheatstoneova můstku, do jehož diagonály je zapojen polovodičový zesilovač. Fluidický snímač časového průběhu rychlosti útkové nitě během prohozu v bezčlunkovém tkalcovském stavu je využitelný v podnicích vyrábějících tyto bezčlunkové tkalcovské stavy, v širším pohledu tedy v podnicích vyrábějících stroje pro textilní průmysl.

Description

Předmět vynálezu, fluidický snímač časového průběhu rychlosti útkové nitě během prohozu ' v bezčlunkovém tkalcovském stavu, určený pro generaci elektrického výstupního signálu, je zařízení pro montování na bezčlunkové, tryskové tkalcovské stavy. Jeho úlohou je sledování časového průběhu rychlosti, s jakou je do prošlupu v osnově zanášena útková nit. Ve snímači je generován elektrický signál, ze kterého je možné okamžitou velikost rychlosti zjistit.

Předpokládá se, že tento elektrický výstupní signál bude zaváděn do diagnostického systému sledování změn funkčních parametrů stavu během provozu. Hlavním úkolem tohoto systému je zjistit velikost odchylek, které by mohly ovlivnit kvalitu zhotovované tkaniny a provést bud korekční zásah potlačující odchylku nebo informovat obsluhu stroje.

Časový průběh rychlosti zanášení útkové niti může podat celou řadu diagnosticky významných informací. Vzhledem k této důležitosti byla vyvinuta již v minulosti celá řada metod ke snímání tohoto časového průběhu. Metody lze rozdělit na mechanické, optické a fluidické.

Mechanické a optické byly sice laboratorně zkoušeny, mají však řadu nevýhod pro které se neuvažuje s jejich praktickým použitím v sériově vyráběných diagnostických systémech. Jako nejslibnější se v současné době jeví řešení fluidické, založené na využiti strhávání tekutiny pohybem útkové niti a využití aerodynamických, respektive hydrodynamických, efektů v tekutině touto cestou vyvozených. U dnes zkoušených uspořádání je tímto aerodynamickým efektem tlakový rozdíl. Je nutné vidět, že strhávací účinek na tekutinu není velký a tomu odpovídají i celkem malé a tím obtížně měřitelné tlakové efekty. K jejich měření jsou nezbytné přesné elektronické mikromanometry. Ty sice je možné v zahraničí zakoupit, nebot jsou vyráběny pro účely měření v aerodynamických laboratořích, ale jejich použití na sériově vyráběných tkalcovských stavech je nevýhodné. Jde o choulostivé a citlivé přístroje. Zejména provedení s polovodičovými membránami je také značně drahé.

Problém je řešen fluidickým snímačem časového průběhu rychlosti útkové niti během provozu v bezčlunkovém tkalcovském stavu, určeným pro generaci elektrického výstupního signálu, který má jako u dosud známých snímačů dvě trysky, první řídicí trysku a druhou řídicí trysku, které jsou orientovány navzájem svými ústími proti sobě a jsou napojeny na napájecí přívody pracovní tekutiny a spojeny s přívody útkové niti do těchto dvou trysek, kde do interakční zóny mezi ústím první řídicí trysky a druhé řídicí trysky vyústuje rovněž hlavní tryska, také napojená na přívod pracovní tekutiny podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že proti napájecí trysce je umístěn dělič klínového tvaru, na jehož bocích sbíhajících se do klínu je umístěna dvojice elektrických odporových čidel, tedy prvni čidlo a druhé čidlo, tvořená zejména termistorem nebo napařeným kovovým filmem na elektricky nevodivé podložce, přičemž každé z těchto čidel je umístěno na jiném boku děliče a je zapojeno jako jeden z odporů Wheatstoneova můstku, do jehož diagonály je zapojen polovodičový zesilovač.

Namísto drahého, chloulostivého a málo odolného elektronického mikromanometru jsou tedy u snímače podle vynálezu použita dvě levná odporová čidla. Ta mohou být tvořena zejména miniaturními termistory mající hodnotu několika desítek haléřů, anebo mohou být ještě levněji vytvořena jako nanesený kovový film, provedený jako jediná čára štětcem namočeným do vodivého laku. Kromě nízké ceny a snadné dostupnosti je výhodou i vynikající odolnost proti vibracím a podobným mechanickým vlivům za provozu stroje.

Funkce je založena na rozdílech v ochlazováni obou čidel, ohřívaných průchodem elektrického proudu. Ochlazování se děje proudem pracovní tekutiny, který směřuje proti děliči a účinkem strhávání vyvolaným pohybem útkové niti je vychylován tak,,že se na jeden bok děliče dostává část s vyšší rychlostí než na druhý bok, kde se nachází druhé čidlo. Využívá se známé skutečnosti, že intenzita ochlazování proudící tekutinou se zvětšuje s rychlostí proudění tekutiny.

Vynález a jeho účinky jsou blíže objasněny v popise příkladu jeho provedení podle připojených dvou obrázků, v nichž je na obr. 1 nakrešlen perspektivní pohled na tělísko fluidického snímače podle vynálezu s termistorovými čidly, kde tento perspektivní pohled je doplněn schématem elektrického zapojení čidel, zatímco na obr. 2'je provedení s čidly tvořenými kovovým filmem. Na obr. 2 je zakreslena v detailu pouze část děliče s oběma čidly a je zde alternativní schéma elektrického zapojení umožňující dosažení většího frekvenčního-rozsahu.

Provedení znázorněné na obr. 1 je montováno na tkalcovský stav mezi odměřovací ústrojí stavu a prohozní trysku a je napájeno tlakovým vzduchem přiváděným hadičkou do tělíska snímače. Na obr. 1 je znázorněna v perspektivním pohledu nejdůležitější část v celém tělísku snímače, a sice destička 100. Touto destičkou 100 prochází útková nit 1^ směrem zleva doprava, šipkou A je zachycen směr pohybu útkové niti 1. při prohozu. V tělísku snímače je destička 100 překryta kryci destičkou, na obrázku nekreslenou, ve které jsou provedeny otvory pro přívod a vývod vzduchu. Je to jednak přívod £> vzduchu, vedeného na obr. 1 do destičky 100 shora, a dva ventilační vývody vzduchu, který z tělíska snímače vychází do atmosféry, a sice první ventilační vývod Va a druhý ventilační vývod Vb. Destička 100 je zhotovena z fotosenzitivního keramického materiálu.

Výhodou je, že v něm lze snadno zhotovovat složité zahloubené dutiny leptáním. Připravené polotovary destiček 100 jsou osvětleny na své horní ploše ultrafialovým světlem přes masku, mající tvar potřebných dutin. Po osvětlení získají osvětlená místa odolnost proti leptadlu, a vyleptají se tedy jen ta místa, která byla maskou zakryta. Výhodou keramického materiálu je navíc to, že má vysokou odolnost proti otěru a není tedy vydřen při opakovaných náhodných dotecích pohybující se útkové niti j_, jejíž příčné pohyby při nestacionárních dějích nelze nikdy vyloučit. Jinak ovšem snímač podle vynálezu pracuje v podstatě bezkontaktním způsobem, bez záměrného trvalého dotyku s útkovou nití K Další výhodou keramického materiálu je i to, že je elektricky nevodivý. To se využívá v provedení podle obr. 1 k tomu, že do fotochemicky zahloubených drážek mohou být přímo bez izolace ukládány kovové vodiče elektrických přívodů k čidlům a v provedení z obr. 2 k přímému nanesení kovového filmu.

V místech pod otvorem, jimž prochází přívod S vzduchu v krycí destičce, je v destičce 100 napájecí dutina 20. Z ní je tlakový vzduch vyváděn třemi cestami. Nejvíce jej vytéká napájecí tryskou 22 do interakční zóny, kam vyústují též svými ústími proti sobě orientované řídicí trysky, první řidiči tryska 31 a druhá řídicí tryska 32. Do první řídicí trysky 31 je veden vzduch z napájecí dutiny 20 prvním spojovacím kanálkem 241 přes prvni rozváděči komůrku 231. První řídicí tryskou 31 prochází také útková nit _1, která je přiváděna prvním přívodem 211. Zcela symetricky je na protilehlé straně destičky 100 veden vzduch do druhé řidiči trysky 32 z napájecí dutiny 20 druhým spojovacím kanálkem 242 přes druhou rozváděči komůrku 232, ze které útková nit J. vychází druhým přívodem 212.

Proti ústí napájecí trysky 22 jsou v destičce 100 vyleptány dutiny tak, že se rozvětvují do první ventilační komůrky 121 na jedné straně, z niž vychází první ventilační vývod Va otvorem v krycí destičce směrem vzhůru, a na druhé straně do druhé ventilační komůrky 122, z níž obdobným otvorem v krycí destičce vychází druhý ventilační vývod Vb. V místě rozvětvení je proti napájecí trysce 22 mezi vyleptanými dutinami dělič 44 klínovitého tvaru se zaobleným vrcholem klínu. V děliči 44 jsou vyleptány tří paralelní úzké drážky: prvni drážka 561 vlevo, druhá drážka 562 vpravo a společná drážka 563 uprostřed. Společná drážka 563 se těsně před vrcholem děliče 44 větví.

Jako odporová čidla jsou u tohoto přikladu provedení použity termistory, v provedení s volnými kovovými přívody. První čidlo 51 je termistor vložený do destičky 100 tak, že jeho jeden přívod leží v prvni drážce 561 a druhý přívod ve společné drážce 563 Druhé čidlo 52 je obdobně tvořeno termistorem, jehož jeden přívod je založen do druhé drážky 562 a druhý přívod prochází společnou drážkou 563. Přívody mohou být v drážkách zality epoxydovou pryskyřicí, není to však nutné. Obě čidla, první čidlo 51 i druhé čidlo 52, jsou zapojena do Wheatstoneova odporového můstku společně s prvnim odporem 53 a druhým odporem 54 Vrchol můstku 65 je připojen na stejnosměrné napájecí napětí +U, zatímco protilehlý vrchol 66, vyvedený ze společné drážky 563, je uzemněn. Do diagonály můstku je zapojen polovodičový zesilovač 7_; je použit standardní operační zesilovač v integrovaném provedení. Mezi jeho výstupní svorkou 79 a uzeměním je k dispozici elektrický výstupní signál Y úměrný rozvážení můstku.

Předpokládá se, že v základním stavu ze klidu útkové niti 1. je Wheatstoneův můstek vyvážen vhodnou volbou nebo úpravou jak prvního čidla 51 a druhého čidla 52, tak prvního odporu 53 a druhého odporu 54. Například první odpor 53 může být za tímto účelem tvořen potenciometriokým trimrem. Není to ovšem nijak nutné, nulová úroveň výstupního signálu Y může být i při nevyváženém Wheatstoneově můstku ustavena nastavovacími prvky polovodičového zesilovače ]_, které jsou k němu běžně zapojovány podle předpisu katalogu výrobce. Nakonec ani tato nulová úroveň výstupního signálu Y za klidu útkové niti 2 není nějak bezpodmínečně nutná. Vzhledem k symetrickému tvaru dutin v destičce 100 zůstává Wheatstoneův můstek vyvážen i při přívodu S vzduchu do napájecí dutiny 20, nebot vzduch se symetricky rozděluje kolem děliče 44 tak, že první čidlo 51 a druhé čidlo 52 jsou ochlazovány stejně.

Poměry však se změní, začne-li se útková nit 2 pohybovat ve směru šipky A. Jde o pohyb proti směru výtoku vzduchu z první rozváděči komůrky 231 prvním přívodem 211. Strhávání vzduchu útkovou nití 2 způsobí, že tento únik vzduchu se zmenší a dokonce při určité úrovni rychlosti útkové niti 1 může dojit až k tomu, že prvním přívodem 211 může být vzduch z atmosféry Strháván do první rozváděči komůrky 231. Ještě závažnější je, že takovým strháváním se urychlí výtok první řídicí tryskou 32· Naproti tomu na protilehlé straně destičky 100 dochází k tomu, že se zvětšuje únik druhým přívodem 212 a zpomaluje se nebo až skoro úplně zastavuje výtok druhou řídicí tryskou 32, směřující proti pohybu útkové niti 2 ve směru šipky A. Působí-li tak na proud vzduchu, který vytéká z napájecí trysky 22, z obou stran různě intenzivní výtoky z řídicích trysek, a sice výtok o větší hybnosti z první řídicí, trysky 31 zleva a o menší hybnosti ze druhé řídicí trysky 32 zprava, dojde k tomu, že se proud vytékající z napájecí trysky 22 ohne ze svého původního směru proti vrcholu děliče 44 a to doprava. Středová část tohoto proudu s vyšší rychlostí nyní zasáhne druhé čidlo 52, které tak je více ochlazováno.

Naproti tomu první čidlo 51 je pak vystaveno jen vnější části proudu o nižší rychlosti, oddělené děličem 44, ^a 3^e tedy ochlazováno méně. Budou-li použity termistory s negativním sklonem závislosti odporu na teplotě, znamená to, že se zvětši odpor druhého čidla 52 a zmenší elektrický odpor prvního čidla 51. Dojde tak k rozvážení můstku a rozdílové napětí na vstupech polovodičového zesilovače 2 je jím zesíleno na elektrický výstupní signál Y. Protože jsou vybrány termistory o malé velikosti a tedy malé hmotnosti, je jejich reakce na vychýleni proudu vzduchu, vytékajícího z napájecí trysky 22, velmi rychlá. Elektrický výstupní signál Y tak velmi rychle sleduje změny rychlosti pohybu útkové niti 2·

Alternativní příklad uspořádání na obr. 2 ukazuje provedení, u něhož byla věnována snaha dosažení ještě rychlejší odezvy na rychlostní změny pohybu útkové niti 2» aby tak mohly být detailně sledovány i jednotlivé podrobnosti časového průběhu útkové niti 2 během prohozu i při daleko vyšší opakoavcí frekvenci prohozů, než je dnes obvyklá. Zvýšení rychlosti tkaní je totiž nejpřímější cestou k dosažení co nejvyšší produktivity tkaní a očekává se, že v blízké budoucnosti se bude pracovat s vyšší opakovači frekvencí prohozů než je dnes obvyklá hodnota okolo 10 Hz. Pro dosažení maximální šířky frekvenčního pásma jsou u provedení z obr. 2 volena dvě opatření. V prvé řadě je namísto termistoru, jehož tělisko má z hlediska rychlosti přestupu tepla do okolí nevýhodný přibližně kulový tvar s malým povrchem vzhledem k objemu, voleno čidlo provedené jako velmi tenký vodivý film.

Čidla s ohřívaným vakuově napařeným kovovým filmem jsou běžně používána v aerodynamických laboratořích k vyšetřování nestacionárního proudění s frekvenčním rozsahem změn až do několika kilohertzů, nebot mají nepatrnou hmotnost ve srovnání s objemem. TlouŠtky takových kovových filmů bývají běžně i submikronové, tedy menši než tisícina milimetru. Druhým opatřením je uspořádání, kde Wheatstoneův můstek, do něhož jsou čidla zapojena jako odpory respektive rezistory spolu s několika přídavnými odpory, respektive rezistory obvyklého tvaru, je zapojen se servokompenzačním zesilovačem tak, že čidla jsou udržována na stálé teplotě. Tím se zejména odstraní časová zpoždění způsobená šířením tepla do podložky, na které je film nánesen.

Na obr. 2 je v levé dolní části znázorněn dělič 44 snímače provedeného jinak obdobně, jako na. obr. 1. Dělič 44 je zde opět z keramického, tedy elektricky nevodivého materiálu a jsou v něm vytvořeny tři paralelní úzké drážky: první drážka 561 vlevo, druhá drážka 562 vpravo a společná drážka 563 uprostřed, která se v tomto případě nevětví a zasahuje až do vrcholu děliče 44. v tomto případě jsou do všech drážek zalisovány měděné pásky, sloužící jako elektrické přívody. Na povrch děliče 44 mezi dvojicí takových přívodů jsou pak naneseny tenké kovové vrstvy. Na obrázku obr. 2 je dobře patrné druhé čidlo 52, takto zhotovené nanese ním kovové vrstvy. Protože při výrobě ověřovacího vzorku nebyla k dispozici vakuová napařovací aparatura, byla tenká kovová vrstva vytvořena nanesením vodivého laku na povrch děliče 44 mezi zalisovanými přívody. Tato daleko levnější technologie výroby vodivého filmu se ukázala jako dostatečně uspokojivá. V tomto případě je každé z obou čidel 51, 52 zapojeno do svého samostatného Wheatstoneova můstku. Například dobře patrné druhé čidlo 52 je zapojeno do můstku spolu s prvním mústkovým odporem 523, druhým můstkovým odporem 524 a můstkovým potencíometrickým trimrem 525, jímž lze tento můstek vyvážit. Obdobně je na'obr. 2 jen svojí hranou patrné druhé čidlo 52., na obr. 2 proto neoznačené, je však zřejmé, že se nachází na boku děliče 44 mezi první drážkou 561 a společnou drážkou 563 a je zapojeno do můstku s prvním protilehlým můstkovým odporem 513, druhým protilehlým můstkovým odporem 514 a protilehlým můstkovým potencíometrickým trimrem 515. Do diagonál obou můstků jsou opět zapojeny polovodičové operační zesilovače v integrovaném provedení, tak u můstku s druhým čidlem 52 je to druhý polovodičový zesilovač 72, u protilehlého můstku je to první polovodičový zesilovač 71.

Odchylkou oproti obr. 1 je, že jak první polovodičový zesilovač 71, tak druhý polovodičový zesilovač 72 jsou svými výstupy připojeny na vrcholy příslušných můstků'. Můstkyi.tedy nejsou napájeny stálým napětím, ale napětím závislým na napěťovém rozdílu zjišťovaném na diagonále můstku. Bude-li například druhé čidlo 52 více ochlazováno vzduchovým proudem, projeví se odpovídající snaha o rozvážení můstku jako vstupní napětový rozdíl druhého polovodičového zesilovače 72, který je jím zesílen a zaveden do vrcholu můstku. Druhý polovodičový zesilovač napájí tedy svůj můstek právě tak velkým proudem, aby byl můstek opět vyvážen.

Vyvážení můstku změnou napájecího napětí můstku znamená, že více ochlazovaným druhým čidlem bude protékat větší proud, jenž jej udrží na původní hodnotě elektrického odporu a tedy i na původní úrovni teploty. Na vrcholech obou můstků bude pak napětí úměrné teplotní disipaci energie v příslušném čidle 51, 52 a jako výstupní signál snímače je v tomto případě vyváděn a zesilován právě rozdíl mezí oběma napětími. Významné je, že parazitní vlivy, jako jsou změny teploty napájecího vzduchu v přívodu S vzduchu, v zásadě ovlivní obě čidla stejným způsobem - a protože dále zpracováván je rozdíl mezi oběma napětími na vrcholech můstku, neprojeví se takový parasitní vliv ve výstupním signálu.

Na obr. 2 je patrné, že výstupy z obou mústkových zesilovačů, prvého polovodičového zesilovače 71 a druhého polovodičového zesilovače 72, jsou zavedeny na vstupy třetího operačního zesilovače, který má v podstatě stejnou úlohu jako polovodičový zesilovač 7_ z obr. 1. Zesiluje pouze rozdíl mezi přiváděnými hodnotami napětí na svých vstupech. Požadavkem pak ovšem je, aby zesílení pro oba vstupy bylo stejně velké v absolutní hodnotě, ovšem pozitivní pro jeden vstup a negativní pro druhý z nich. Napětový zisk pozitivního vstupu polovodičového zesilovače T_ 3^e roven poměru odporů zpětnovazebního rezistoru 85 a vstupního rezistoru 84. Zisk druhého, negativního vstupu má vždy tendenci být o něco větší a tomu zabraňuje zapojení bočníkového rezistoru 87, zvoleného tak, aby oba zmíněné zisky byly právě v absolutní hodnotě stejné. Protože není prakticky možné dosáhnout dokonalé identity hodnot u obou můstků, je k vyvážení vyloučením této diference vhodné použít nastavený můstkový trimr 83 spolu se sčítacím rezistorem 84. Výstupním elektrickým signálem je rozdíl mezi první hodnotou Yj na první výstupní svorce 79 a druhou hodnotou Y₂ na druhé výstupní svorce 75.

Ovšemže je také možné použít elektrické zapojení z obr. 2 také s termistory v roli prvního čidla 51 a druhého čidla 52, jako na obr. 1. Dosáhne se tím i u nich zlepšení frekven· čního rozsahu snímače. S neustále klesajícími cenami polovodičových zesilovačů T_ přestává být jejich větší počet v zapojení podle obr. 2 závažným cenovým faktorem.

Předpokládá se využití snímače podle vynálezu zejména v podnicích vyrábějících bezčlunkové tkalcovské stavy a v širším pohledu tedy v podnicích vyrábějících stroje pro textilní průmysl jako snímače rychlosti pohybu nití, vláken, příze a dalších textilních polotovarů.

Ve vhodné úpravě je ovšem snímačem podle vynálezu možné měřit i rychlosti pohybu drátů, stuh, papírových, textilních i magnetických pásek a podobných podélných polotovarů či výrobků jak při jejich zpracování, tak i při jejich používání třeba jako záznamového média ve strojích na zpracování informací. V takovém případě je možné využít vynálezu i v podnicích elektrotechnického a jiného průmyslu.

Claims (1)

1. Fluidický snímač časového průběhu rychlosti útkové nitě během prohozu v bezčlunkovém tkalcovském stavu, určený pro generaci elektrického výstupního signálu, opatřený dvěma tryskami, první řídicí tryskou a druhourřídicí tryskou, orientovanými navzájem svými ústími proti sobě a napojenými na napájecí přívody pracovní tekutiny a spojené s přívody útku do těchto dvou trysek, kde do interakční zóny mezi ústím první řídicí trysky a druhé řídicí trysky vyústuje napájecí tryska, rovněž napojená na přívod pracovní tekutiny, vyznačující se tím, že proti napájecí trysce (22) je umístěn dělič (44) klínového tvaru, kde na bocích sbíhajících se do klínu je umístěno první čidlo (51) a druhé čidlo (52), tvořená například termistorem nebo napařeným kovovým filmem na elektricky nevodivé podložce, přičemž každé z těchto čidel (51, 52) je umístěno na jiném boku děliče (44) a je zapojeno jako jeden z odporů· Wheatstoneova můstku, do jehož diagonály je zapojen polovodičový zesilovač (7).