CS536482A2 - Method for determining density of a fiber bundle when defining cross section and apparatus for making the same - Google Patents

Description

A'// v textilním průmyslu je velice důležité určování látkového množství vláken, zejména látkového průřezu vláknitých pásů. Látkový průřez pásů vláken má velký význam pro další zpracování, protože přímo ovlivňuje jemnost přízí a stejnoměrnost jejich průřezu.

Primárně jde o to, jak určit látkové množství vlá-kenného množství bez ohledu na to, zda je v klidu nebose pohybuje. Průběžné měření vláknitých pásů se v prin-cipu neodlišuje, pouze je třeba vhodně vytvořit ústrojík přivádění a omezení vláknitých pásů.

Určování hmotnosti, zejména pohybujících se vlákni-tých pásů, je však přímo prakticky neproveditelné. Bylyjiž proto navrženy četné způsoby, jak spolehlivě nepřímoměřit látkový průřez. Jako příklad lze uvést Čistě mecha-nické měření pomocí drážkového válce a snímacího válečku,při kterém se pás vláken vede drážkovým válcem a mezeramezi drážkovým válcem a snímacím válečkem se vyhodnocujejako míra látkového průřezu. Toto zařízení je v důsled-kvi velké mechanické náročnosti a následkem frekvence ome-zené velkými mechanicky se pohybujícími masami rozšířenépouze nepatrně. ..... Rovněž známé jsou uíptiché měřicí orgány, které vy------ užívájí absorpční nebo odrazivou schopnost vlákenných pásůI tyto měřicí soustavy vyžadují velice složité elektric-ké a optické prostředky, a mimo to spolehlivost těchto soustav je omezena tím, že absorpce nebo odraz světlazávisí na barvě vláknitého materiálu.

Akustické měřici orgány jsou rovněž známé; přitomto způsobu se využívá a měří tlumení vzduchovýchakustických vln, které procházejí pásem vláken. Přesnosttakového měření však není uspokojivá.

Další z řady měřicích zařízení pro měření látkovéhoprůřezu vláknitých pásů je tzv. aktivně pneumatický mě-řicí člen. Takový člen sestává v podstatě z trychtýře,k němuž je ze strany připojeno tlakoměrné zařízení. Při průchodu vlákenného pásu trychtýřem vznikají na boč-ní přípojce tlakové výkyvy, které odpovídají okamžitémuprůřezu a nřeměnují se ve vhodných měničích na ekvivalent-ní signály. Takový aktivně pneumatický měřicí člen jesám o sobě konstrukčně jednoduchý. Naměřená hodnota jevšak závislá jednak na jemnosti vláken a jednak na rych-losti jejich průchodu.

Nevýhody známých měřicích soustav odstraňuje způsobpodle vynálezu, který spočívá v tom , že v prostoru de-finovaném co do objemu nebo v průřezu definovaném co doplochý se určuje elastické a/nebo dynamické chování vlá-kenného množství. Předmětem vynálezu je rovněž zařízení k prováděnítohoto způsobu, jehož podstata spočívá v tom, že jeupraven definovaný prostoi' nebo definovaný průřez, zejmé-na přesně definované vedení na způsob trubky, trychtýře nebo trumpety, ve kterém se dá měřit elastické a/nebodynamické chování vlákenného pásu.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s výkresem,kde značí obr. 1 schematicky bázi základní myšlenky mě-řicího způsobu, obr. 2 závislost síly na prodloužení,obr. 3 kmitavou soustavu z hmoty a pružiny, obr. 4 mě-řicí zařízení k určování přenosové funkce v měřeném ma-teriálu, obr. 5 impulsový diagram, obr. 6 první variantuměřicího způsobu podle obr. 4, obr. 7 další variantu mě-řicího způsobu podle obr. 4, obr. 8 průřez prvním tvarempřesně definovaného prostoru, obr. 9 podélný řez prosto-ru z obr. 8, obr. 10 průřez jiným tvarem přesně defino-vaného prostoru, obr. 11 konstrukční provedení měřicíhozařízení v podélném řezu a obr. 12 konstrukční detail vy-sílače nebo přijímače v podélném řezu.

Vynález je založen na následujícím pozorování: Textilní vláknitá množství jsou tvořena z pravidla útvaremz vláken s velice velkými vzduchovými mezerami. I ’přiznačném stlačení je čistý materiálový podíl neboli lát-kové množství vláken poměrně malé. Například na mykacíchstrojích představuje pouze 10 až 20 %. Když se stlačí volné vlákenné množství (obr, 1) ,—vznikne křivka závis---- losti síly a protažení s určitým průběhem, jak ukazujeobr. 2. Protože na vláknité množství nesmějí působit ta-hové síly, nýbrž pouze síly tlakové (stlačování), odpo- vídá protažení v tomto případě stlačení, a to naroz-díl od běžných závislostí síly a protažení pro pevnátělesa. V grafickém znázornění na obr. 2 je na ose úse-ček vyneseno prodloužení £ (stlačení) a na ose pořadnicsíla P, čímž vzniká křivka 1. Modul pružnosti E lze vy-jádřit v každém bodě této křivky 1 tangentou úhlu ,který svírá tečna 2 ke křivce 1 s horizontálou 3: E = tgo</ (1)

Pozorování ukázala, že určité hustotě vláknitého množ-ství odpovídá určitá síla a tedy určitý modul pružnosti.Pod pojmem vlákenné množství se v tomto textu rozumístřední hodnota ze směsi vlákenného materiálu a vzduchuv mezerách vlákenného materiálu. Následkem toho platí,že látkový průřez Qq vlákenného pásu se rovná průřezu Qvlákenného pásu, násobenému činitelem plnění F.

Změna síly případně modulu pružnosti v závislostina hustotě je velice vyjádřená. Z toho vyplývá myšlenkavynálezu, že totiž v libovolném místě, ve kterém celko-vé vlákenné množství zaujímá definovaný prostor nebodefinovaný průřez, lze určit přesně a přímo stlačovacísílu případně modul pružnosti a z toho usuzovat na husto-tu, Z hustoty a z definovaného prostoru nebo průřezu lzepak určit čisté množství materiálu.

Je ovšem třeba poukázat na to, že síla případněmodul pružnosti v závislosti na stlačení při větším 6 počtu.měření stejného vlákenného množství dává zpravidlanestejné výsledky. Zejména při prvním stlačování volnéhovlákenného množství je potřebí větší síla než při násle-dujících stlačovacích pochodech. Pro určování látkovéhomnožství podle vynálezu je tedy výhodné vyhodnocovatpouze výsledky prvního stlačování nebo pouze výsledky v opakovaného stlačení. Obzvlášt výhodné je při tom určo-vat stlačování v trubkách nebo u trychtýřů kardovacíchstrojů, dloužících strojů nebo podobně, poněvadž tam sevláknitá množství zpravidla vedou spojitě z volné polohydo zúženého místa a dochází tedy vždycky k prvnímu stla-čení. Další výhodou takových měřicích míst je skutečnost,že lze přesně definovat vnější průřez vlákenného pásu.Protože tento případ použití představuje pravděpodobněnejčastější aplikaci měřicího členu podle vynálezu, bu-de v následujícím textu pojednáváno především o měřeník určování látkového množství vlákenných pásů, kteréjsou vedeny určitým průřezem. V základě platí stejnéúvahy i pro měření materiálu v klidu v přesně definovanémprostoru. Přímé určování síly pro stlačování běžícího vláken-ného pásuje z praktických důvodů obtížné. Z tohoto dů-vodu je výhodnější určovat modul pružnosti, ze kteréholze usuzovat na hustotu. Realizace myšlenky vynálezumůže probíhat v několika variantách. Podle první varianty 7 může být vlákenné množství považováno za pružinu»

Je známé, že jednoduchá kmitavá soustava sestáváz hmoty a pružiny. Z této hmoty a konstanty pružinylze určit rezonanční frekvenci. Když se podle vynálezu,jak ukazuje obr. 3, těleso 4 s předem stanovenou hmot-ností přitiskne na vlákenný pás 5 tvořící pružinu,vznikne rovněž kmitavá soustava. Vlastní frekvence seurčuje z hmotnosti tělesa 4 a z konstant (modulu pruž-nosti E) vlákenného pásu 5, Případně je ještě třebarespektovat pružící konstanty a hmoty upevňovacích prv-ků tělesa 4. Vlákenný pás 5 se může rovněž pohybovatv trubce nebo trychtýři 6, přičemž klouže pod tělesem 4.Když se přitom změní hustota vlákenného pásu 5, změníse i modul pružnosti E a následkem toho i rezonančnífrekvence. Z toho lze určit hustotu vlákenného pásu.Buzení kmitavé soustavy, která sestává ze hmoty a pruži-ny, představuje známé opatření a není třeba je blíževysvětlovat.

Další možnost realizace způsobu podle vynálezupředstavuje určování přenosových vlastností. Každé pev-né, kapalné nebo plynné médium má určitou rychlost ší-ře ní c 11aku nebo výchylky s_j i s tým tlumením Dnebo1i přenosovou funkci. Rychlost šíření se často označujejako rychlost zvuku. Rychlost šíření c lze vypočítatz rovnice

kde E je modul pružnosti aD je hustota.

Tyto zákonitosti jsou známé z obecné fyziky.

Podle vynálezu se vychází z toho, že u vlákennýchmpožství existuje určitá analogie s přenosovým chovánímv homogenních pevných, kapalných nebo plynných tělesech.Zatímco přenos v homogenních tělesech nastává v moleku-lárním oboru, to znamená od molekuly k molekule, nastáváu vlákenných množství v makroskopickém oboru, to znamenáod vlákna k vláknu. Další odchylka od analogie s homogen-ními tělesy spočívá v tom, že u nich je přenosové chová-ní určeno prakticky neměnnými materiálovými konstantami. V případě vlákenných útvarů je však hustota a zejménamodul pružnosti stejně závislá na stlačení, a naopak.

Toho se využívá podle vynálezu tím, že se z určení pře-nosové funkce, s výhodou z rychlosti šíření, dá určithustota vlákenného množství a tedy například látkovýprůřez.

Obr. 4 ukazuje princip způsobu určování rychlostišíření a/nebo tlumení v nepohyblivém nebo probíhajícímvlákenném pásu. Zařízení sestává z trubky nebo trychtýře 6znázorněného v podélném řezu, a z vysílače 7, který jeschopen vytvářet mechanické deformace a přenášet je navlákenný pás. K tomuto účelu jsou obzvlášt vhodné piezo-elektrické krystaly, když se přenáší například impuls 9 z vysílače 7 na vlákenný pás, šíří se rychlostí šíření cΊ a s určitým tlumením d a po určitém intervalu t je zachy- cen přijímačem 8. Přijímač 8 může být rovněž tvořenpiezoelektrickým krystalem.

Intervalu^ (obr. 5) odpovídá přesně určená hustota Dvlákenného pásu 5. Když je svazek vláken volný, je rych-lost šíření malá a tlumení velké. Když se svazek zhustí,zvyšuje se rychlost šíření a tlumení se zmenšuje, V důsled-ku toho lze tedy z rychlosti šíření a/nebo z tlumeníurčit hustotu D vláken a tedy čistý látkový průřez vlá-kenného pásu (obr, 5), Přijatý impuls 10 je zpožděn odimpulsu z vysílače 9 o intervalů.

Variantu zařízení podle obr, 4 může tvořit zaříze-ní z obr, 6, Podle obr. 6 je měnič 11 vytvořen současnějako vysílač a přijímač, a trychtýř působí jako reflek-tor 12. Impuls probíhá tedy ^Lákenným svazkem 5 dvakrát,to znamená tam a zpět, a přichází se zpožděním 2~ jakopřijímaný signál do měniče 11, a to opět s určitýmtlumením.

Ekvivalentní měření intervalu^ je také využitírezonanční frekvence f kmitavé soustavy tvořené zpět-nou vazbou (obr. 7).

Protože rezonanční frekvence je nepřímo úměrnáintervalu·^ lze i tímto způsobem zjištovat hustotu Dvlákenného pásu 5. Kmitavá soustava se budí vhodnouzpětnou vazbou 14 mezi vysílačem 7 a přijímačem 8 10 v rezonanční oblasti* Přijímaný signál se například pro zpětnou vazbu zavádí db tzv, fázově blokované smyčky,která z fázové polohy na přijímači 8 řídí frekvenci vy-sílače 7. Přitom vzniká rezonanční systém nejen zpětnou vaz-bou, nýbrž i uvnitř vlákenného množství. Tam totiž exis-tují již rezonance, které se ještě přídavně vybuzujízpětnou vazbou. Jejich rezonanční frekvence jsou nepřímoúměrně dvojnásobku intervalu^.

Tento zpťísob je obzvlášt vhodný k měření pohybují-cích se svazků vláken, které vytvářejí svým pohybemv přijímači silný šum jako rušivý signál. Pomocí rezo-nančních soustav lze tyto rušivé signály prakticky úplněeliminovat.

Další rezonanční frekvence odpovídají také harmo-nickým základního kmitání. Měřicí člery k prováděrií způsobu podle vynálezu sepoužívají s výhodou na textilních strojích, kde průchodmateriálu je víceméně spojitý a vlákenné množství prochá-zí přesně definovaným průřezem, například trychtýři myka-cích strojů apod. Tyto Členy lze tedy použít k určování čistého látkového průřezu a tedy jako sledovací členy,___________ nebo mohou sloužit k řízení a/nebo regulaci vlákennéhomnožství.

Obr. 8 až 10 ukazují příklady vodicích členů svaz- 11 ku, například trychtýřů. Na obr. 8 je průřez v podstatěkruhový. Vysílač 7 a přijímač 8 jsou vsazeny ze strandp stěny trychtýře 6 naplněného vlákenným pásem δ. 8 výhodou nejsou přizpůsobeny kruhovému tvaru, nýbržjsou planparalelní, aby vzdálenosti mezi aktivními plo-chami 19 byly stejně dlouhé.

Obr. 9 ukazuje příslušný podélný řez. Vysílač 7a přijímač 8 vyčnívají nepatrně do prostoru. Zešikmení 13na vysílači 7 a přijímači 8, která jsou umístěna vesměru 20 průchodu vlákenného pásu 5, usnadňují jeho prů-chod trychtýřem 6.

Obr. 10 ukazuje čtvercový průřez trychtýře 6 s vysíla-čem 7 a přijímačem 8. Možné jsou ovšem i jiné tvary prů-řezu, například oválný nebo mnohoúhelníkový.

Obr. 11 ukazuje příklad konstrukce trychtýře, použí-vaného například na mykacíra stroji. Nepřihlížíme-li kevsazenému vysílači 7 a přijímači 8, je trychtýř konstrukčněpřesně stejný jako většinou používané trychtýře mykadel.Trychtýřem 6 prochází vlákenný pás 5. V takovém trychtýři 6mohou podle vynálezu procházet impulsy X z vysílače 7přes vlákenný- pás 5 do přijímače 8, Protože vnější prů-řez vlákenného pásu 5 je přesně definován, je dána i husto-ta a tedy modul pružnosti. Z přenosového chování lze tedyodvodit čistý látkový průřez vlákenného pásu 5,

Obr. 12 ukazuje jako příklad vysílač 7 v řezu. 12

Vnější těleso 11, které je vidět na obr, 11, je vy-tvořeno tak, aby k uchycení a ochraně piezoelektrickéhokrystalu 15, 16 oproti vlákennému pásu 5 vznikla membrá-na 12. Zešikmení 13 usnadňuje průchod vlákenného pásu 5ve směru šipky, Razník 14 koncentruje sílu piezoelektric-kého krystalu 15, 16 na střed membrány 12, K oběma piezo-elektrickým krystalům 15, 16 lze přivádět vedením 17elektrické napětí a tím vyvolávat jejich deformaci. Šroub18 slouží k lehkému přitisknutí piezoelektrických krysta-lů 15, 16. Z elektrického hlediska je třeba dbát na to,aby polarita piezoelektrických krystalů 15, 16 jednakvůči vedení 17 a jednak vůči mase byla stejná. Napětíje přiloženo mezi vedením 17 a hmotou, přičemž hmota se-stává z vnějšího tělesa 11, šroubu 18 a razníku 14, Tatokonstrukce s razníkem 14 a membránou 12 je výhodnějšínež konstrukce, kde se vlákenný pás 5 dotýká přímo piezo-elektrického krystalu. Naprosto stejné konstrukce lze po-užít i jako přijímače 8. Mezi hmotou a vedením 17 lzepak odebírat signál.

Způsob podle vynálezu a zařízení k jeho prováděnímá, jak ukazuje zejména příklad na obr. 11, tu velkou vý- hodu, že existující strojní součást, totiž trych-týř -6,------ lze upravit na měřicí člen. Při montáži takového měřicíhočlenu k určování látkového průřezu vlákenných pásů nevznikají. tedy (vůbec problémy. 13

Ve spojitosti s problémem využívání modulu pruž-nosti k určování hustoty vlákenného množství je třebapodotknout, že modul pružnosti při statickém měřenínemusí být nezbytně stejně velký jako při měření dynamickém. Pro princip určování hustoty vlákenných množ-ství je však tento rozdíl bez významu.

Claims (8)

1. patentové NÁROKY rcní sva.zkem se vypočte Cp r = ίΠί' přičemž modul 1 υ lne závislý na hustotě, uz

   1. Způsca určováníhustoty .svazku vlákenv a.ei ííiov cnn o m ρ ru r e u , ry z na. c eny l t , ze w vč e ? 1 {114 s t o t y; n }se provádí prostřednictvím modulu (E) pružnosti a nasvazek vláken se působí změnami mechanického t laiku,z jejichž rychlosti (c) šíření svazkem se hustota. (D) na základe vzorce c = / — ' př pružnosti je nadproporcionálně závislý na.vzrůstá při rostoucí rychlosti (c) síření. o. Způsob podle bodu I, vyznačený tím, že se měřídoba průchodu ( Z) změn tlaku ve svazku vláken arychlost (o) šíření se ureí ze vzorci a je vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem změn tlaku.
2. 3. Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že ve svazku vl á.ken se vy 7- Z ' ' *1 , λ ·» ~r -í — i\ v G C L' 3 £ ρ G Ca t G V ώ u G i lakových změti . 'ypocí-0 aoaa pruc~íoa.u
3. 4. Způsob podle bodu 3, vyznačený tím, že budicífrekvence pro resonanční frekvenci se nastaví napřevratnou hodnotu doby průchodu nebo na. přcvra.tnouhodnotu celistvého násobku dvojnásobné doby průchodu,přičemž frekvence vysílače tlakových zwšk se řídína základě fázové polohy na př ij ímači .____

   2
4. 5. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, obsa-hující vodicí ústrojí svazku vláken, vysílač a přijímač me-chanických kmitů a měřici ústrojí, vyznačené tím, že vodicíústrojí (6) sestává ze skříně, v níž je ve směru pohybusvazku (5) vláken uspořádán k^nál s měřicím pásmem o kon-stantním průřezu, v jehož stěnách je uložen vysílač (7) apřijímač (8) mechanických kmitů, přičemž měřicí ústrojí jevytvořeno jako měřič fáze (14), jehož vstup je spojen s vý-stupem přijímače (8) a výstup se vstupem vysílače (7).
5. 6. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že vysí-lač (7) a přijímač (8) mechanických kmitů jsou umístěny naprotilehlých stranách měřicího pásma vzhledem ke směru po-hybu svazku (5) vláken.
6. 7. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že najedné straně měřicího pásma vodícího ústrojí (6) vzhledemke směru pohybu svazku (5) vláken je uložen reflektor (12) a na druhé straně je uložen měnič (11) pro vysílání a přijímání mechanických kmitů.
7. 8. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že stěnaměřicího pásma kanálu je tvořena membránou (21), pevně spo-jenou s piezoelektrickými krystaly (15, 16).
8. 9. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že k soběpřivrácené plochy vysílače (7) a přijímače (8) mechanickýchkmitů mají ve směru průchodu svazku (5) vláken zešikmení (22)