CZ35271U1 - Snímač pro měření příčných geometrických parametrů textilních vlákenných útvarů tvaru plochého pásku - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká snímače pro měření příčných geometrických parametrů textilních vlákenných útvarů tvaru plochého pásku obsahujícího deskový kondenzátor, v němž je vytvořena měřicí štěrbina pro průchod textilního vlákenného útvaru, přičemž za prvním deskovým kondenzátorem je ve směru pohybu textilního vlákenného útvaru uspořádán druhý deskový kondenzátor, jehož měřicí štěrbina navazuje na měřicí štěrbinu prvního kondenzátoru.

Dosavadní stav techniky

Textilní příze se při výrobě kontrolují tzv. čističi příze, které odstraňují z příze její nekvalitní části. Statické vzorky přízí se kontrolují detailněji laboratorními přístroji, kdy je výstupem měřicí protokol s uvedenými charakteristickými nedostatky a vadami příze.

Aby bylo možné měřit délkovou hmotnost nebo průměr příze a vyhodnocovat vady příze, převádí se délková hmotnost nebo průměr příze na elektrický signál. Pro převod na elektrický signál se používají dva základní principy měření, optický a kapacitní.

Základem optického senzoru je zdroj světla, přijímač světla a difúzér pro rozptýlení světla. Část světla ze zdroje světla je absorbována přízí uvnitř měřicí zóny, čímž dopadá méně světla na přijímač světla, množství světla zachyceného na přijímači je úměrný velikosti průměru příze. Nevýhodou optického senzoru je např. vliv okolního osvětlení na přesnost měření, opotřebování součástek nebo nepříznivý vliv nečistot na přesnost měření. Pomocí optického senzoru je obtížné měřit velmi malé tloušťky plochého textilního vlákna.

Základem kapacitního senzoru je např. dvouelektrodový vzduchový deskový kondenzátor. V prostoru mezi dvěma paralelními kovovými elektrodami se působením střídavého napětí vytváří elektrické pole. Jestliže se v tomto poli pohybuje příze s proměnlivou tloušťkou, mění se tím i kapacita deskového kondenzátoru. Změna kapacity je závislá na množství vláken v přízi, na dielektrické konstantě materiálu, ale také např. na obsahu vlhkosti v přízi, které mají vliv na výsledky měření. Z toho důvodu je nutné provádět měření za standardních, předem definovaných podmínek. Nevýhodou kapacitního senzoru je nemožnost určení příčných geometrických parametrů textilních vlákenných útvarů jako je tloušťka a výška plochého textilního vlákna, kdy výška významně převyšuje tloušťku.

Cílem technického řešení je navrhnout snímač pro měření příčných geometrických parametrů textilních vlákenných útvarů, které odstraní nevýhody současného stavu techniky.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení se dosáhne snímačem pro měření příčných geometrických parametrů textilních vlákenných útvarů tvaru plochého pásku, jehož podstata spočívá v tom, že kondenzátory mají rozdílnou kapacitu a výstup každého deskového kondenzátoru je přes RC obvod přiveden na vstup příslušného rozdílového obvodu, na jehož druhý vstup je připojen výstup příslušného kompenzačního generátoru, přičemž výstup rozdílového obvodu je přiveden do příslušného čítače, na jehož druhý vstup je připojen výstup pomocného oscilátoru, přičemž výstupy čítačů jsou přivedeny na vstup společného vyhodnocovacího obvodu. Uvedeným uspořádáním lze určit výšku plochého textilního vlákna a fimkční vztah jeho tloušťky a relativní permitivity.

- 1 CZ 35271 UI

Ve výhodné variantě provedení je vzdálenost elektrod prvního deskového kondenzátoru jiná než vzdálenost elektrod druhého deskového kondenzátoru. Velikost elektrod deskového kondenzátoru je stejná.

Pro kalibraci snímače je s výhodou alespoň jedna elektroda každého deskového kondenzátoru uložena posuvně směrem ke druhé z elektrod, a to buď manuálně nebo strojově.

Pro stanovení relativní permitivity textilního vlákenného útvaru obsahuje snímač s výhodou třetí kondenzátor, který je uložený otočený o 90° vůči podélné ose textilního vlákenného útvaru.

Objasnění výkresů

Technické řešení je zobrazeno na přiložených výkresech, kde zobrazuje obr. 1 deskový kondenzátor v bočním a podélném pohledu a na obr. 2 schematické blokové schéma kapacitního senzoru.

Příklady uskutečnění technického řešení

Snímač obsahuje dvojici deskových kondenzátorů, které jsou uloženy za sebou. Každý deskový kondenzátor obsahuje dvě vodivé elektrody oddělené dielektrikem s relativní permitivitou s_r,d. V nejjednodušší variantě je dielektrikum tvořeno vzduchovou mezerou, ve které se pohybuje měřený textilní vlákenný útvar.

Uložením textilního vlákenného útvaru mezi elektrody deskového kondenzátoru se změní kapacita C deskového kondenzátoru vůči původní hodnotě kapacity Co bez vloženého vlákenného útvaru. Velikost změny kapacity JC je závislá na výšce vlákenného útvaru h, tloušťce vlákenného útvaru t, parametru relativní permitivity s_r,_v vlákenného útvaru a na vzdálenosti di, d-, vodivých elektrod kondenzátoru. Jednotlivé parametry deskového kondenzátoru jsou zobrazeny na Obr. 1. Velikost kapacity každého z obou deskových kondenzátorů jsou odeslány přes výpočetní obvody do vyhodnocovacího obvodu pro určení geometrických parametrů textilního vlákenného materiálu.

Deskové kondenzátory jsou uloženy za sebou, kdy textilní vlákenný útvar ve formě pásku prochází nejprve dielektrikem v prvním deskovém kondenzátoru a následně dielektrikem v druhém deskovém kondenzátoru. V jedné výhodné variantě provedení mají elektrody prvního a druhého deskového kondenzátoru stejnou velikost, přičemž vzdálenost di elektrod prvního deskového kondenzátoru je jiná než vzdálenost dd elektrod druhého deskového kondenzátoru. Aby byla relativní měřená změna kapacity co největší, kvůli chybě měření, musí být kapacita deskového kondenzátoru, a tím i jeho rozměry elektrod deskových kondenzátorů co nejmenší, ale tak velká, aby bylo kapacitu možno měřit. Hodnota kapacit je řádově v pikofaradech se změnami řádově v desítkách femtofaradů. Pro kalibraci deskových kondenzátorů je pak alespoň jedna elektroda každého deskového kondenzátoru uložena posuvně vratně směrem k druhé elektrodě, a to buď manuálně, nebo strojově. V alternativní méně výhodné variantě mají elektrody prvního deskového kondenzátoru různou velikost než elektrody druhého deskového kondenzátoru.

Pro měření hodnoty relativní permeability textilního vlákenného útvaru s_r,_v je v jedné variantě kapacitní senzor opatřen třetím kondenzátorem, jehož elektrody jsou otočeny o 90° vůči podélné ose nepootočeného textilního vlákenného útvaru.

Ve variantě sestavené podle blokového schéma na obr. 1 je výstup každého deskového kondenzátoru přiveden na vstup RC obvodu, jímž je naměřená hodnota kapacity C převedena na impuls šířky έ_μ, který je přímo úměrný naměřené kapacitě C. Pro měření změny kapacity AC obsahuje kapacitní senzor kompenzační generátor, který vytváří impulsy šířky ηκ odpovídající šířce impulsů generovaných deskovým kondenzátorem bez textilního vlákenného útvaru. Výstupy

-2 CZ 35271 UI

RC obvodu a kompenzačního generátoru jsou přivedeny na vstup rozdílového obvodu, kde je z impulsů vytvářených deskovým kondenzátorem a kompenzačním generátorem získán časový rozdíl impulsů šířky Δυ. který lze známým způsobem převést na změnu kapacity AC. V alternativní variantě je deskový kondenzátor zapojen do rezonančního obvodu s indukčností a je měřen rezonanční kmitočet.

Výstup rozdílového obvodu je přiveden na vstup čítače, který čítá počet impulsů T pomocného oscilátoru během časového rozdílu impulsů šířky Δη a převádí tento interval na počet impulsů p.

Pro přesnější výpočet rozměrových parametrů vlákenného materiálu je nutno provést kalibraci každého deskového kondenzátoru a výsledky kalibrace jsou zahrnuty do výpočtu rozměrových parametrů textilního vlákenného útvaru. Pro kalibraci kapacitního senzoru jsou elektrody deskového kondenzátoru přesunuty na vhodnou vzájemnou kalibrační vzdálenost do a kompenzační generátor je nastaven tak, aby časový rozdíl impulsů šířky Am byl nula, čímž je nastaven počet impulsů p také nula. Následně se elektrody deskového kondenzátoru přesunou do měřící vzdálenosti d, změří se počet impulzů po a impuls šířky mk generovaný kompenzačním generátorem se nastaví tak, aby ukazatel impulsů p indikoval opět nulu. Kalibrační vzdálenost do a počet impulzů po se posléze vloží do kalibrace vyhodnocovacích obvodů, kde se vytvoří kalibrační konstanty ki a k2.

Měření geometrických parametrů textilního vlákenného útvaru procházejícího přes první deskový kondenzátor do druhého deskového kondenzátoru probíhá následujícím způsobem.

V prvním deskovém kondenzátoru se naměří kapacita Cm.i mezi jeho elektrodami s uloženým textilním vlákenným útvarem. K prvnímu deskovému kondenzátoru připojený první RC obvod převede naměřenou kapacitu Cm.i prvního deskového kondenzátoru s textilním vlákenným útvarem na impuls šířky mm.i. První kompenzační generátor vytváří impuls šířky odpovídající šířce impulsu generovaného prvním RC obvodem prvního deskového kondenzátoru bez textilního vlákenného útvaru. Rozdíl mezi impulsem šířky mm,i prvního deskového kondenzátoru a impulsem šířky kompenzačního generátoru udává časový rozdíl impulsů šířky Jt>7. První čítač počítá počet impulzů pi spřaženého pomocného oscilátoru generujícího vysokorychlostní impulsy šířky T za interval odpovídající časovému rozdílu impulsů šířky Jt>7.

Ve druhém deskovém kondenzátoru s uloženým textilním vlákenným útvarem se naměří kapacita Cm,2, přičemž vzdálenost d2 elektrod druhého deskového kondenzátoru je jiná než vzdálenost di elektrod prvního deskového kondenzátoru. K druhému deskovému kondenzátoru připojený druhý RC obvod převede naměřenou kapacitu Cm,2 druhého deskového kondenzátoru na impuls šířky w,2 a druhým kompenzačním generátorem je vytvořen impuls šířky mk,2 odpovídající šířce impulsu generovaného druhým RC obvodem druhého deskového kondenzátoru bez textilního vlákenného útvaru. Rozdíl mezi impulsem šířky mm,2 druhého deskového kondenzátoru a impulsem šířky mk,2 kompenzačního generátoru udává časový rozdíl impulsů šířky Am 2. Druhý čítač počítá počet impulzů P2 spřaženého pomocného oscilátoru generujícího vysokorychlostní impulsy šířky T za interval odpovídající časovému rozdílu impulsů šířky Am2.

Informace o vzdálenostech di, d2 elektrod deskových kondenzátorů, délce Ιι,Ρζ šířce si, S2 elektrod deskových kondenzátorů, počtu impulzůpi,p2 zachycených čítači a velikosti kalibračních konstant ki, k2 pro každý deskový kondenzátor jsou odeslány do vyhodnocovací jednotky pro výpočet výšky h textilního vlákenného útvaru a součinu a. t, který je úměrný tloušťce textilního vlákenného útvaru. Pro výpočet tloušťky t textilního vlákenného útvaru je nutné znát ještě parametr a, který je závislý na relativní permitivitě s_r,_v textilního vlákenného útvaru.

Při výpočtu tloušťky t textilního vlákenného útvaru, pokud není použit třetí kondenzátor, je třeba znát hodnotu relativní permitivity íy_vtextilního vlákenného útvaru.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Snímač pro měření příčných geometrických parametrů textilních vlákenných útvarů tvaru plochého pásku obsahující deskový kondenzátor, v němž je vytvořena měřicí štěrbina pro průchod textilního vlákenného útvaru, přičemž za prvním deskovým kondenzátorem je ve směru pohybu textilního vlákenného útvaru uspořádán druhý deskový kondenzátor, jehož měřicí štěrbina navazuje na měřicí štěrbinu prvního kondenzátoru, vyznačující se tím, že kondenzátory mají rozdílnou kapacitu a výstup každého deskového kondenzátoru je přes spřažený RC obvod přiveden na vstup příslušného rozdílového obvodu, na jehož druhý vstup je připojen výstup příslušného kompenzačního generátoru, přičemž výstup rozdílového obvodu je přiveden do příslušného čítače, na jehož druhý vstup je připojen výstup pomocného oscilátoru, přičemž výstupy čítačů jsou přivedeny na vstup společného vyhodnocovacího obvodu.
2. 2. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že první a druhý kondenzátor mají rozdílnou vzdálenost elektrod.
3. 3. Snímač podle kteréhokoli z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jedna deska každého deskového kondenzátoru je uložena posuvně vratně ke druhé z desek.
4. 4. Snímač podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje třetí kondenzátor, který je uložený otočený o 90° vůči podélné ose vlákenného materiálu.