HU183638B - Method and apparatus for touchless measuring surfacial temperature of the moving bodies, favourably for taking a temperature of fibrous products, in particular, wires during production - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és készülék mozgó tárgyak felületi hőmérsékletének érintésmentes mérésére, előnyösen szálas ti tmék, különösen huzal gyártásközi hőmérsékletmérésére. A találmány szerinti eljárásban a mérendő tárgyhoz mérőfejet illesztünk, míg a készülék hőmérséklettől függő jelet szolgáltató egységgel van ellátva. A találmány szerinti eljárás és készülék mozgó tárgyak felületi hőmérsékletének nagy pontosságú mérésére alkalmas, s különösen huzalgyártásban alkalmazható előnyösen, ahol a huzaltovábbítás széles sebességtartományában (65 m/s sebességig) a mozgó huzal felületi hőmérsékletének pontos mérését biztosítja.

A nagy mennyiségben előállított szálas termékek, közöttük huzalok gyártása általában folyamatos kibocsátású technológiákkal történik. A termékek minőségét jelentős mértékben befolyásolja a gyártás folyamán kialakuló hőmérséklet, amelyet éppen ezért egy meghatározott értéktartcanányban kell tartani. Ugyanez a feladat jelentkezhet például forgókemencés berendezéseknél is, tehát nagy méretekben, amikor szintén szükség van a felületi hőmérséklet pontos ismeretére. A feladatot nehezíti, hogy a vizsgálandó tárgyak átmérője és/vagy vastagsága, haladásának, mozgásának (forgásának) sebessége széles értékhatárok között változhat. A kijelölt értéktartományban a hőmérsékletet csak akkor lehet tartani, ha a hőmérsékletet mérő készülék képes megfelelő rugalmassággal követni a változó paramétereket és változó feltételek között is biztosítja a mérés pontosságát.

A mozgó tárgyak felületi hőmérsékletének mérésére alkalmazott eszközök két alaptípusát a mérendő tárggyal érintkező, illetve az azzal nem érintkező hőmérsékletmérő eszközök alkotják.

A mérendő tárggyal érintkező hőmérsékletmérő eszközök álló tárgyak esetében viszonylag jó pontosságot biztosítanak. Ha azonban mozgó tárgyak felületével érintkező és ennek megfelelően mozgó hőátvevő elemet alkalmaznak bennük, pontosságuk alacsony, a mérési hiba sok esetben a 25%-ot is elérheti. A mozgó felület koptató hatása, különösen a huzalgyártásban, rendkívül jelentős lehet.

Mozgó huzalok, szálak felületi hőmérsékletének mérésére dolgozták ki az NCT-4500 típusú (WIRETEMP márkanevű) készüléket. Ennek lényege, hogy a mérendő tárgyat a készülék megfelelő elemére ráfeszítik, majd a mérés megkezdése előtt a tárgy átmérőjétől, anyagminőségétől, sebességétől és várható hőmérséklettartományától függően a készüléket kalibrálják. Ez a készülék használatát nehézkessé teszi.

Az érintésmentes hőmérsékletmérés eljárásai ismert alapelvek szerint sugárzásmérésre épülnek. Ezek alapvető problémája az, hogy gyártás közben rendkívül egyenetlen felületű és ezért változó emissziós tényezőjű anyagot kell vizsgálni, és ez a változás nem látható előre. Ennek megfelelően a mérési eredményt jelentős hiba terhelheti. A mérési eredményt a mérés közegének tisztasága is erőteljesen befolyásolja.

Találmányunk célja a fenti hátrányos jellemzők kiküszöbölésével olyan érintésmentesen megvalósítható eljárás, illetve megfelelő készülék kidolgozása, amellyel a különböző sebességgel mozgó tárgyak, elsősorban különböző anyagú, méretű, felületi minőségű és hőmérsékletű szálas termékek, huzalok felületi hőmérsékletének pontos mérése lehetővé válik.

Találmányunk alapja az a felismerés, hogy a mérendő tárgyat a mérőeszközzel termikus egyensúlyba hozva a hőtranszport alapján lehetséges a megkívánt pontosságú mérés kényelmes végrehajtása.

Felismerésünk alapján célunk elérésére eljárást és készüléket dolgoztunk ki mozgó tárgyak felületi hőmérsékletének érintésmentes mérésére, előnyösen szálas termék, különösen huzal gyártásközi hőmérsékletmérésére. Az eljárásban a mérendő tárgyhoz mérőfejet illesztünk, és a találmány szerint a mérőfejet két koncentrikus, a tárgyhoz illeszkedő, a tárgy és egymás felületétől elválasztott héjként alakítjuk ki, a mérőfej belső héjának két végpontján és a külső héj középponti tartományában a hőmérsékletet érzékeljük, a belső héj két végpontján és a külső héj középponti tartományában a hőmérsékletet hőelvezetéssel (hűtéssel) vagy melegítéssel a belső héj középponti tartományát jellemző értékkel azonossá tesszük, majd a belső héj középponti tartományában a hőmérsékletet megméijük. A találmány szerinti készüléknek a mérendő tárgy hőmérsékletét követő, alakban hozzá illeszkedő, tőle elválasztottan elhelyezett érzékelő héja, az érzékelő héjtól elválasztott, vele koncentrikus kompenzáló héja van, ahol az érzékelő héj két vége és a kompenzáló héj fűtő felülettel, illetve hőelvezető elemmel van ellátva.

A találmány szerinti eljárás és készülék segítségével különböző geometriájú és méretű mozgó testek felületi hőmérséklete szennyezett közegben is jó pontossággal mérhető.

A találmány szerinti készüléket előnyösen úgy hozzuk létre, hogy érzékelő héja és kompenzáló héja kétkét, a készülék hossztengelye mentén egymásba illeszkedő részből áll. Ezzel a megoldással biztosítható a készülék nyitható és lezárható kialakítása.

Az érzékelő héjat és szükség szerint a kompenzáló héjat előnyösen körhenger alakban hozzuk létre. Különösen nagy sebességgel mozgó huzalok, szálak méréséhez, tehát kis méretű készülékek esetében előnyös, ha az érzékelő héj két szélső hőmérőjét, illetve a megfelelő fűtőfelületeket külön-külön egy-egy közös kivezetésre csatlakoztatjuk. Az érzékelő és a kompenzáló héjhoz csatlakozó hőelvezető elemeket célszerűen olyan anyagból és olyan méretekkel készíljük el, illetve szereljük fel, hogy a készülékre a melegedés és a hűlés időállandója azonos legyen.

A találmány tárgyát a továbbiakban foganatosítási példa, illetve példakénti kiviteli alak kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti készülék vázlata, míg a

2. ábra a találmány szerinti készülék és a hozzá kapcsolódó elektronikus kapcsolás vázlata.

A találmány szerinti eljárás foganatosításakor a mérendő tárgyhoz hossztengelye mellett mérési középpontot jelölünk ki. A hossztengelyre merőlegesen egy, míg azzal párhuzamosan, a mérési középponthoz viszonyítva szimmetrikusan két mérési pontot határozunk meg. Ez utóbbi két mérési pontot a mérési középponttal együtt a belső héjon, míg a fennmaradó egy mérési pontot a mérendő tárggyal és a belső héjjal nem érintkező, ez utóbbival koncentrikus héjakon alakítjuk ki és hőmérséklet változásával változó jelet biztosító egységgel, például hőmérővel látjuk el. A mérési pontokban a hőmérsékletértékeket érzékeljük és ha eltérnek a mérési középpontban mért értéktől, akkor a mérési pontokban szükség szerint alkalmazott hőelvezetéssel, vagy fűtéssel biztosítjuk az azonosságukat. Amikor a három mérési pontban a hőmérséklet azonos, a mérési középpont hő-21

183 638 mérsékletét megméqük és ez lesz a keresett felületi hőmérséklet. Kis átmérőjű termékek esetében előnyösen a belső héj kétvégpontjának átlaghőmérsékletét érzékeljük.

A találmány szerinti készülék (1. ábra) a mérendő tárgy felületi hőmérsékletét 2 érzékelő héjon méri. A 2 érzékelő héj belső felülete a mérendő tárgy külső felületével nem érintkezik. Szükség esetén 1 vezető elemek biztosítják, hogy a tárgy rezgése (ami a gyártástechnológia nem megfelelő voltára utal) lecsillapodjon, megvezetése egyenletes legyen. Az 1 vezető elem ismert egységekkel látható el annak jelzésére, hogy vele a mérendő tárgy érintkezik. Belső, átmérője (belmérete) kisebb, mint a 2 érzékelő héjé. így biztosítható, hogy a mérendő tárgy pontosan a 2 érzékelő héj középvonalában helyezkedjen el, az általa sodort légtömegek ne juthassanak be a készülékbe. A 2 érzékelő héjat tőle elválasztott, vele koncentrikus 3 kompenzáló héj veszi körül. A 3 kompenzáló héj a 2 érzékelő héjhoz viszonyítva hosszirányban szimmetrikusan helyezkedik el, annál általában rövidebb. Mind a 2 érzékelő, mind a 3 kompenzáló héj az ábrán nem bemutatott hőelvezető elemekkel van kapcsolatban. Ezek előnyösen a 2 érzékelő héj végpontjainak közelében, illetve a 3 kompenzáló héj középponti tartományában vannak felerősítve, és általában támaszként is szolgálnak. A 2 érzékelő héj középponti tartományában 6 hőmérő vagy megfelelő elektromos kimenetű hőmérsékletérzékelő van elhelyezve a mérendő tárgy hőmérsékletének megállapítására, mindkét végpontjának közelében hőmérséklet megállapítására alkalmas 5 érzékelő hőmérő és 4 fűtőfelület van kialakítva. A 2 érzékelő héjat például konstantánból kialakítva a keresett hőmérséklet egyszerű ellenállásméréssel is megállapítható. A 3 kompenzáló héj középponti tartományában 8 érzékelő és 7 fűtőfelület van kialakítva. A 4 és 7 fűtőfeiület lehet például hőelvezetésre, hűtésre alkalmasan is kialakítva.

A készülék elektronikus egységre (2. ábra) csatlakozik. A huzal- és szálgyártás feltételei között a 2 érzékelő héj két végén kialakított két 4 fűtőfelület táplálása, illetve a két 5 érzékelő kivezetése egy-egy közös vezetékkel biztosított. Az 5 érzékelők kivezetéséről az 5 érzékelők hőmérsékletének megfelelő jel 13 szabályozóba jut, onnan pedig 14 teljesítményerősítőre, amely a 4 fűtőfelületek tápellátását vezérli. A 3 kompenzáló héj 8 érzékelőjének jele hasonló módon megfelelő kivezetésen át 11 szabályzóba jut, onnan 12 teljesítményerősítőbe, amely a 7 fűtőfelület tápellátását vezérli. A 6 hőmérő 9 erősítővel kapcsolódik, amelynek kimenő jele 15 analóg kijelzőre, s onnan 16 analóg-digitális átalakítóra jut. Itt a mért érték leolvasható. Az 5, 8 érzékelők és a óhőmérő termőelemes kivitele esetében a 9 erősítőhöz kapcsolódó 10 hidegpont-kompenzáló biztosítja a 6 hőmérő megfelelő pontosságát, a környezeti hőmérséklettől való függetlenségét. Az elektronikus egység oly módon is kialakítható, hogy a termoelemek a 11 és 13 szabályzó bemenetére különbségi jelet juttassanak és így a szabályozás differenciális elven valósuljon meg.

A 11 és 13 szabályzók megfelelő összehangolásával, azaz időállandóik, erősítésük, érzékenységük megfelelő választása révén, továbbá a 4 és 7 fűtőfelületek fűtésével, vagy a fűtés kikapcsolása után hőelvezetéssel biztosítható, hogy a mérendő tárgy a 6 hőmérővel mérhető hőmérséklettel azonos hőmérsékletű legyen. Ekkor a 2 érzékelő héj és a 3 kompenzáló héj minden pontja azonos hőmérsékletű, és így a 6 hőmérő a keresett hőmérsékletértéket mutatja. Előnyös, ha a hőelvezető elemeket olyan anyagból készítjük és rendezzük el, hogy az adott 4, 7 fűtőfelületek mellett a melegedés és hűlés időállandója azonos legyen.

A 3 kompenzáló héj és a 2 érzékelő héj két egymásba illeszthető féldarabból is összetehető. Ekkor például a huzalgyártás feltételei között a készülék könnyen áthelyezhető. A 3 kompenzáló és a 2 érzékelő héj keresztmetszetét olyan alakúra kell megválasztani, ami az adott mérési feladatnak megfelelő, vagyis például szalagszerű anyagok esetében ellipszisszerű keresztmetszetet alkalmazunk. Ha haladó mozgást nem végző tárgyakat kell mérni, akkor a 2 érzékelő és a 3 kompenzáló héj alakja követheti a mérendő tárgy alakját, a 2 érzékelő héj végpontjait külön szabályzókra vezetjük és a megfelelő 4 és 7 fűtőfelületek tápellátását külön egységekről biztosítjuk.

A találmány szerinti eljárás és készülék segítségével mozgó tárgyak felületi hőmérséklete nagy pontossággal mérhető, anyagminőségtől, mozgási (forgási) sebességtől, méretektől, felületi állapottól, a környezet szennyezettségétől, a környezeti termikus hatásoktól, a külső légmozgásoktól függetlenül. Különösen a viszonylag alacsony hőmérsékletek tartományában használható, ahol a hőmérsékleti sugárzás intenzitása kicsi, mérése nehézkes. A készülék az ismerteknél kevésbé érzékeny mechanikai hatásokra.

Claims (8)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás mozgó tárgyak felületi hőmérsékletének érintésmentes mérésére, előnyösen szálas termék, különösen huzal gyártásközi hőmérsékletmérésére, amikoris a mérendő tárgyhoz mérőfejet illesztünk, azzal jellemezve, hogy a mérőfejet két koncentrikus, a tárgyhoz illeszkedő, a tárgy és egymás felületétől elválasztott héjként alakítjuk ki, a mérőfej belső héjának két végpontján és a két héjon, azok középponti tartományában a hőmérsékletet érzékeljük, a belső héj két végpontján és a külső héj középponti tartományában a hőmérsékletet a belső héj középponti tartományát jellemző értékkel azonossá tesszük, majd a belső héj középponti tartományában a hőmérsékletet megmérjük.
2. 2. Készülék mozgó tárgyak felületi hőmérsékletének érintésmentes mérésére, előnyösen szálas termék, különösen huzal gyártásközi hőmérséldetmérésére, amely hőmérséklettől függő jelet szolgáltató érzékelőegységgel és mérő egységgel van ellátva, azzal jellemezve, hogy az érzékelőegység a mérendő tárgy hőmérsékletét követő alaktan a tárgyhoz illeszkedő, tőle elvál ászt ottan elhelyezett érzékelő héjat (2), az érzékelő héjtól (2) elválasztott, vele koncentrikus kompenzáló héjat (3) tartalmaz, ahol az érzékelő héj (2) két vége és a kompenzáló héj (3) középső tartománya fűtőfelülettel (4, 7) illetve hőelvezető elemmel, továbbá hőmérsékletet követő érzékelőkkel (5, 8) van ellátva.
3. 3. A 2. igénypont szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az érzékelő héj (2) körhenger.
4. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az érzékelő héj (2) nyílásához csatomaszerű, az érzékelő héjnál (2) kisebb belső méretű vezető elem (1) illeszkedik.
5. 5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az érzékelő héj (2) és a kompenzáló héj (3) két-két, hossztengelye mentén egymásba illeszkedő részből áll.

   183 538
6. 6. A 2-5. igénypontok bármelyike szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az érzékelő héj (2) két fűtőfelülete (4) közös kivezetésre csatlakozik.
7. 7. A 2-6. igénypontok bármelyike szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az érzékelő héj (2) középpontjában hőmérő (6) van.
8. 8. A 2—7. igénypontok bármelyike szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a hőelvezető elemek anyaga és mérete olyan, hogy a melegedés és hűlés időállandója azonos.