NO172526B - Fremgangsmaate og innretning for maaling av avstanden mellom skivene i en prosessmaskin, saerlig en skivemoelle eller raffinoer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og innretning

for måling av avstanden mellom skivene i en prosessmaskin, særlig en skivemølle eller raffinør (refiner), og fremgangsmåten bygger på at et magnetfelt genereres i en spole eller en vikling anordnet i maskinens ene skive og slik at magnetfeltet i det minste delvis også passerer maskinens andre, motstående skive.

Avstandsmåling mellom for eksempel skivene i en slik prosessmaskin av mølletypen har hovedsakelig to formål. Først og fremst gjelder det å hindre at skivene utilsiktet kommer for nær hverandre og eventuelt støter sammen, hvilket kan skje som følge av maskinens bruk, slitasje og andre faktorer, idet de kostbare skiver da vil slites hurtigere og dessuten lett kan ødelegges fullstendig. For det annet gir avstandsmåling mellom skivene verdifull informasjon om selve den prosess som maskinen inngår i,idet det ved sammenligning av den målte skive-avstand med den optimale for det aktuelle prosessresultat legges til rette for innstilling av avstanden i samsvar med den ønskede kvalitet på sluttproduktet allerede ved prosessens begynnelse. På denne måte unngås kostbare eksperimenter.

I alle tilfeller må det utstyr som skal måle avstanden mellom skivene møte strenge spesifikasjoner siden det må arbeide under stort trykk og pålitelig måle avstander som ikke er større enn brøkdeler av en millimeter i en vibrerende maskin. Kjente innretninger for slik avstandsmåling mellom skiver er enten basert på indirekte måling eller bruken av sensorer for registrering av skiveavstanden, eventuelt kan kapasitiv måling benyttes.

Ett eksempel på indirekte måling er målingen av den aksiale bevegelse av skivene. Disses aksiale bevegelse er

>o i en skiveprosessmaskin prinsipielt proporsjonal med avstands-endringen mellom skivene, og det samme gjelder for en konisk slik maskin. Påkjenningene i maskinen fra de ulike krefter og trykk den utsettes for, og slitasjen av samtlige elementer mellom skivene og målepunktet for den indirekte måling vil imidlertid gjøre disse målinger relativt upålitelige. Dessuten gir ikke denne måletype noen informasjon om slitasjen av skiveoverflaten, med andre ord skivenes tilstand.

En annen måte å måle avstanden mellom skivene på er ved å benytte innebyggede avstandssensorer som, når de anordnes i den ene skive, måler avstanden til den motsatt liggende skive slik som f.eks. beskrevet i Fl-patentsøknad nr. 801748. Både i den måleutrustning som beskrives i denne finske søknad og i beskrivelsen av teknikkens stilling er utgangspunktet avstandsmåling mellom glatte flater, hvilket er problematisk, I den finske søknad har man heller ikke løst problemene med skivenes slitasje og den påfølgende endring av skiveavstanden . Siden sensorene ikke slites i samme takt som skivematerialet, hvis de slites i det hele tatt, vil de ikke være i stand til å ta hensyn til slitasjen av den skive de er plassert i.

En tredje kjent måte er å måle den elektriske kapasitet mellom skivene, hvorved endringer i avstanden kan bestemmes på grunnlag av f.eks. den gjennomsnittlige avstand mellom en skiveprosessmaskins rotorskive og statorskive. Imidlertid påvirkes skivekapasiteten av en rekke andre faktorer, såsom de kjemiske egenskaper av den tremasse som skal knuses eller males og oppslemmingsvannet. Resultatene blir således lett forstyrret, og som en følge av dette er ingen kjente anvendelser bygget på kapasitetsmåling tilgjengelige på markedet. Endelig er det ikke mulig å måle vinkelen mellom skivene bare ved enkel måling av kapasitet.

I tillegg til de nå belyste problemer vil samtlige omtalte metoder være beheftet med kalibreringsvanskeligheter siden absolutt posisjon av de målepunkter som trengs for kalibreringen eller deres relative plassering i forhold til skivene hele tiden vil endres over tid.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og en innretning for måling av avstanden mellom skivene i en prosessmaskin og uten de nevnte ulemper, slik det nærmere fremgår av innledningen av de etter-følgende patentkrav 1 og 11. For å kunne oppnå dette har man kommet frem til den fremgangsmåte hhv. innretning som er kjennetegnet ved trekkene i karakteristikken i krav 1 og 11. Målingen utføres altså ved at den virkelige avstand mellom maskinens skiver tjener som måleobjekt, idet den magnetiske fluks mellom skivene, forårsaket av en første vikling anordnet på minst én tann eller et liknende element på skiven, måles ved å detektere fluksen i skivemellomrommet mellom to motstående tenner ved hjelp av en andre vikling som er anordnet på minst én av disse tenner, hvoretter det signal som induseres i den andre vikling blir omvandlet til en størrelse som angir avstanden mellom tennene.

Hovedfordelene med oppfinnelsen er:

- De aktuelle kritiske elementer på skivene benyttes for målingen av skiveavstanden, hvilket gir den korrekte verdi uavhengig av skivenes slitasje og maskinens driftsparametere. Denne nøyaktige målemetode gir også muligheter for en gunstig flerpunktsmåling med hvilken vinkelverdien mellom forskjellige punkter på skivene kan bestemmes, og - det er et viktig trekk at målingen utføres på grunnlag av magnetisk feltstyrkemåling slik at det materiale som måtte befinne seg mellom skivene (vann, tremasse, fliser) og som ikke er magnetisk ledende, følgelig ikke påvirker måle-resultatene.

I en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen påtrykkes en trefaset spenning den vikling som frembringer det magnetiske felt.

Ut fra amplituden av et på denne måte lett modifiser-bart signal er det mulig å få et mål for skiveavstanden som en størrelse som er omvendt proporsjonal med denne amplitude.

Nok et fordelaktig trekk ved oppfinnelsen går ut på at kalibreringen av måleinnretningen utføres ved å måle sam-svarende signalnivåer med skivene i ytterstilling i forhold til hverandre og ved å oppta disse signalnivåer i et lager.

Kalibreringsvanskeligheten som innretninger innenfor teknikkens stilling er beheftet med elimineres således i den løsning som den foreliggende oppfinnelse presenterer, delvis ved målingens absolutt-karakter og delvis ved å gjøre bruk av elektronikkutrustning som naturlig inngår i en anvendelse som antydet ovenfor.

Ytterligere fordelaktige anvendelser av oppfinnelsen er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av de etterfølgende uselvstendige patentkrav.

I det følgende skal oppfinnelsen forklares i nærmere detalj ved hjelp av et utførelseseksempel som støtter seg til de ledsagende tegninger, hvor fig. 1 viser en fordelaktig anvendelse av oppfinnelsen, fig. 2 viser magnetiske feltlinjer for hoveddelen av den magnetiske fluks i en utførelse såsom den vist på fig. 1, fig. 3 viser en ytterligere fordelaktig anvendelse av oppfinnelsen, fig. 4 viser et blokkdiagram over styreelektronikken i en innretning i samsvar med oppfinnelsen, og fig. 5 viser anordningen av en vikling i samsvar med oppfinnelsen, plassert på skiven i en skiveprosessmaskin.

Fig. 1 viser et tverrsnitt ute ved omkretsen av en skiveprosessmaskins skiver. I en utførelsesform som her vist befinner skivenes respektive tenner seg rett overfor hverandre. Maskinens rotor og stator har henholdsvis basisplater 1 og 2. Maskinens rotorskive har henvisningstallet 3, og dens statorskive 4. I den ene skive, i dette tilfelle statorskiven 4, er det maskinert ut hulrom 7a og 7b rundt én 7 av skivens tenner, og rundt denne tann 7 er det likeledes anordnet en vikling 5 over hvilken det påtrykkes trefaset spenning. Viklingen gene-rerer en magnetisk fluks 0 som hovedsakelig følger den magnetiske vei som dannes av tannen 7 og de omliggende skivepartier av magnetisk materiale.

Hvis slitasjeegenskapene av basisplatene 1, 2 på hhv. rotoren og statoren ligger tilstrekkelig nære tilsvarende sli-tas jeegenskaper for materialet i skivene, kan viklinger i stedet anordnes ved punktene A og B på basisplatene ved ytterkanten av skivene. Dette vil ha den fordel at viklingene er lett tilgjengelige f.eks. for vedlikehold.

På fig. 2 og med stiplede linjer er antydet hvordan den magnetiske fluks går i en utførelsesform som den på fig. 1. Det fremgår at det ved hver tann dannes et lukket magnetisk kretsløp som to ganger må passere et luftgap som representerer skiveavstanden eller avstanden mellom de motstående tenner. Praktisk talt hele totalfluksen går gjennom den tann som er om-viklet med viklingen, og kretsløpet lukkes ved at returfluksen i varierende grad passerer skivenes øvrige tenner som kan ha et stort antall. Viklingen 5 tilsvarer primærviklingen i en transformator med jernkjerne, og den magnetiske fluks som viklingen omslutter kan på samme måte som i en transformator sette opp en indusert spenning i en andre vikling 6 som da tilsvarer trans-formatorens sekundærvikling. På fig. 1 er vist to viklinger 5, 6 rundt samme tann 7, men av grunner som skal forklares senere virker disse viklinger ikke riktig på samme måte som i en transformator. Viklingene 5, 6 behøver ikke være adskilte, men kan danne én vikling.

Den magnetiske fluks 0 vil være proporsjonal med det magnetiske kretsløps permeans ifølge formelen:

hvor:

N = "primær"-viklingens tørnantall

i = strømmen i viklingen

\ iQ = permeabiliteten

A = tverrsnittsarealet for det materiale som fluksen passerer S = avstanden mellom skivene (i dette tilfellet)

P = den magnetiske permeans eller lednignsevne.

I et magnetisk kretsløp som det som vil dannes ved konfigurasjonen vist på fig. 1, kan den samlede permeans deles opp i to komponenter:

hvor A^ er tverrsnittsarealet av hver av skivens tenner og n er antallet ikke beviklede tenner i en av skivene. Permeansbidraget fra jernet i kretsløpet er her ikke tatt med. De to komponenter i ligning (2) angir følgelig den magnetiske ledningsevne i henholdsvis luftspalten utenfor tannen 7 og som passeres av hovedpulsen, og den resulterende permeans av samtlige øvrige luftspalter for returfluksen, mellom de øvrige n tenner. Siden den magnetiske permeans er den inverse av reluktansen i et kretsløp, fåes:

fra hvilken følger at P + ^ når n °°

Når antallet tenner er stort blir således bidraget fra de øvrige tenner ganske lite, og luftspalten rett utenfor den beviklede tann 7 blir bestemmende.

Den induserte fluks i den andre vikling 6 vil ifølge dette være omvendt proporsjonal med avstanden 5 mellom den beviklede tann 7 og den motstående tann 8 siden en økning av avstanden også betyr en økning av den magnetiske reluktans, med andre ord den magnetiske motstand i den lukkede krets som den magnetiske fluks følger. Oppfinnelsen er basert på den idé at det anvendes en tann i skiveprosessmaskinen for gene-rering av et magnetisk felt og detektering i den samme tann 7 av fluksendringene i den magnetiske krets som dannes, idet feltstyrke kan måles med stor nøyaiktighet uten ulempene som ellers ville være tilstede når avstandsmåling mellom plane flater skal utføres. I tillegg er den avstand som hele tiden måles den virkelige avstand mellom skivene, siden endringer i avstanden mellom skivenes motstående tenner direkte inngår i målingene, uavhengig av hvordan disse endringer oppstår (defor-masjon, forskyvninger, slitasje etc.).

Når maskinens rotor dreies i forhold til statoren endres naturligvis den magnetiske fluks periodisk siden den magnetiske motstand mellom tennene i motstående skiver vil være lavest når tennene står rett overfor hverandre, slik at feltstyrken og den magnetiske fluks da er størst. Denne mak-simale verdi er det aktuelle resultat av målingene og den kan lett utskilles for eksempel ved filtrering eller med en spiss-verdidetektor.

Fig. 3 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor en vikling 9 er anordnet på langs i et spor mellom to tenner i maskinen. Viklingen tilveiebringer et tilsvarende magnetisk kretsløp som i det foregående utførelseseksempel,

og fluksens feltlinjer er her illustrert med én lukket linje 10. Den magnetiske fluks kan detekteres og måles på samme måte som i eksempelet vist på fig. 1. Et nytt trekk som er kommet med på fig. 3 er imidlertid en kortslutningsvikling 11 som hindrer fluksen i å spres utenfor det område hvor den genereres, ved at det i denne vikling 11 induseres en strøm som motvirker det magnetiske felt som går gjennom viklingen. På fig. 3 fremgår videre at skivene kan bestå av en rekke separate skive-seksjoner 12, 13, idet de enkelte seksjoner for eksempel kan byttes ut én etter én.

Fig. 4 viser styreelektronikken i et system ifølge oppfinnelsen, for måling av avstanden mellom maskinens skiver. Som allerede nevnt ovenfor påtrykkes f .eks. en tref asespenning over viklingene 5, 6. En slik spenning er valgt fordi skivematerialet ikke er et spesielt godt magnetisk ledende ferromagnetisk materiale, blant annet fordi det ikke kan ha den best egnede krystallorientering som f.eks. i en transformator hvor det benyttes kaldvalsede transformatorblikk. Grunnet denne faktor og ved at en passende rotasjonshastighet i maskinen i praksis vil forårsake metning eller praktiske hysteresetap i skivematerialet, gjør at viklingene 5 og 6 og skiven 4 heller virker som en derivator enn en transformator. Hvis derfor den påtryk-te spenning er en trefasespenning vil den genererte "sekundær-spenning" i viklingen 6 nærmest bli en firkantspenning som egner seg godt for videre prosessering og hvis amplitude er omvendt proporsjonal med avstanden 5 mellom skivene. Som antydet tidligere vil det samtidig være mulig å generere og detektere det magnetiske felt i én og samme spole 5, hvorved en andre spole 6 ikke behøver være anordnet. Elektronikkanord-ningen skissert på fig. 4 behøver ikke av denne grunn å være annerledes.

På fig. 4 er således skissert en trefasegenerator 14 som påtrykker en trefaset spenning over viklingen 5. Utgangssignalet fra den sekundære vikling 6 i denne transformator eller derivator får tilnærmet firkantbølgeform og føres til en likeretter 15 som gir et likerettet signal på sin utgang. Dette signal føres fra likeretteren til en subtraksjonskrets 16 hvor et signal U~ som representerer magnetfeltets sprede-fluks og bakgrunnsstøyen i den øvrige del av kretsløpet,

trekkes fra signalet U1 slik at differansen U 3 dannes. Dette signal korrigeres så i en skaleringskrets 17 med en faktor som er avhengig av skivematerialet og konstruksjonsgeometrien, slik at utgangen fra denne skaleringskrets 17 gir et direkte mål for avstanden S mellom skivene. Skaleringen i denne krets tar også hensyn til ulineariteter i relasjonen mellom avstanden 8 og amplituden av den inngående firkantbølge, slik at den genererte 6-verdi står i direkte og lineær avhengighet av skiveavstanden, hvilket gjør eventuell senere signalprosesse-

ring enklest mulig. Utgangssignalet kan være binært eller analogt. I praksis omfatter gjerne skaleringskretsen 17 en mikroprosessor hvilket gir fordelen av at modifikasjoner lett kan innføres for korreksjonsfaktorene samt et stort omfang av ytterligere prosesseringsmulAgheter.

Bestemmelsen av bakgrunnsstøyen U- og kalibrering av denne måleinnretning vil kunne skje automatisk (ingen skale-

ring eller oppsøking av referansepunkter) ved at skivene først beveges fra hverandre, f.eks. til en vedlikeholdsstilling hvoretter innretningen utfører en måling som tilsvarer denne "referanseavstand" mellom skivene. Det resulterende signal,

dvs. den spenning som tilsvarer bakgrunnsstøyen og som hovedsakelig fremkommer fra de magnetiske spredefélter, registreres i en holdekrets 18 slik at denne spenning kan trekkes fra det målte signal i en aktuell måling. Endelig kan kalibreringen omfatte at skivene beveges til de blir liggende an mot hverandre slik at det kan etableres et kalibreringssignal for avstanden 5=0 for den aktuelle skivetype, og ut fra dette er det mulig å tilveiebringe og kontrollere korrosjons-faktorene som skal lagres i skaleringskretsen 17.

På denne måte kan en innretning i samsvar med oppfinnelsen skaleres og kalibreres på en fordelaktig måte, og siden målefremgangsmåten vil være uavhengig av de forskjellige årsaker for endring i avstanden mellom skivene, av den type og mengde materiale som er mellom skivene, behøver kalibreringen ikke utføres mer enn :én gang, nemlig når skivene monteres.

Til slutt viser fig. 5 en virkelig situasjon hvor en basisplateseksjon 19 har en skive med separate tenner 22 rundt hvilke det er maskinert spor 20 og hvor det er anordnet festepunkter 21 for viklingene. Disse er festet med skruer som går gjennom skiven i punktene 21, hvoretter viklingene dekkes med en inn-støping av et kraftig plastsjikt.

Det vil være åpenbart for en fagutdannet innen dette område at oppfinnelsen ikke vil være begrenset til de utførel-seseksempler som er beskrevet ovenfor, men den vil omfatte alle de varianter som dekkes av de etterfølgende krav.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for måling av avstanden ( 8) mellom skivene (3, 4) i en prosessmaskin såsom en skiveraffinør, hvor en vikling (5) på den ene skive (4) frembringer et magnetisk felt som i det minste delvis går gjennom den andre skive (3), og hvor den magnetiske fluks mellom skivene måles ved hjelp av en andre vikling (6), KARAKTERISERT VED måling av avstanden mellom to motstående tenner (7, 8) ved hjelp av den andre vikling (6), idet denne er anordnet rundt minst én av tennene (7, 8), mens viklingen (5) likeledes er anordnet på den ene (7) av tennene eller på et tilsvarende element, og omvandling av det signal som induseres i viklingen (6) til en størrelse som direkte angir avstanden (£) mellom tennene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det magnetiske felt henholdsvis frembringes og detekteres i adskilte viklinger (5, 6) viklet rundt én (7) av skivens tenner og over i det minste en del av denne tanns lengde.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det magnetiske felt frembringes av en vikling (9) anordnet i et spor mellom to tenner og ført ut på baksiden av skiven.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at det magnetiske felt henholdsvis frembringes og detekteres av adskilte viklinger (5, 6) som er viklet rundt samme tann (7) på skiven og over i det minste en del av denne tanns lengde.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det magnetiske felt henholdsvis frembringes og detekteres av adskilte viklinger som er viklet rundt samme fremstikkende del (A, B) på hver av skivenes (3, 4) basisplate (1, 2) og over i det minste en del av skivens lengde.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert ved at det magnetiske felt som frembringes av viklingen følger feltlinjer som påvirkes av kortslutningsviklinger (11) anordnet på skiven.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at avstanden ( 8) mellom skivene (3, 4) i maskinen måles på mer enn ett sted.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-7, karakterisert ved at det magnetiske felt frembringes i viklingen (5) som følge av en påtrykt trefaset spenning.

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8, karakterisert ved at utgangssignalet (U^) fra den vikling (6) som detekterer det magnetiske felt er et spennings-signal med firkantforløp.

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-9, karakterisert ved at kalibreringen av måleinnretningen utføres ved å måle signalnivåer som tilsvarer skivenes ytterstilling i forhold til hverandre, idet signalnivået over-føres for lagring i et lager.

11. Innretning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en vikling (5) på minst én (4) av skivene (3, 4) for å frembringe et magnetisk felt som i det minste delvis går gjennom den andre skive (3), og en andre vikling (6) for detektering av den magnetiske fluks som passerer mel-lomrommet mellom skivene, KARAKTERISERT VED at viklingen (5) er anordnet på minst én tann (7) eller et liknende element på en av skivene, mens den andre vikling (6) likeledes er anordnet rundt minst én av tennene (7, 8), slik at avstands-målingen utføres ved å måle den magnetiske fluks i sidemel-lomrommet mellom tennene, og at innretningen omfatter elektroniske kretser (15-18) for måling og signalbehandling av det signal som induseres i viklingen (6).

12. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at viklingen (5) som frembringer det magnetiske felt og viklingen (6) som detekterer dette er viklet rundt én og samme tann (7) på skiven og over i det, minste en del av denne tanns lengde.

13. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at viklingen (9) som frembringer det magnetiske felt er viklet i et spor mellom to tenner og er ført ut på baksiden av skiven.

14. Innretning ifølge ett av kravene 11 og 12, karakterisert ved at viklingen (5) som frembringer det magnetiske felt og viklingen (6) som detekterer dette er viklet rundt én og samme tann (7) og over i det minste en del av denne tanns lengde.

15. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at viklingen (5) som frembringer det magnetiske felt og viklingen (6) som detekterer dette er viklet rundt én og samme fremstikkende del (A, B) på hver skives (3, 4) basisplate (1, 2) og over i det minste en del av skivens lengde.

16. Innretning ifølge ett av kravene 11-15, karakterisert ved at det på skiven er anordnet kortslutningsviklinger (11) som bestemmer utbredelsen av det magnetiske felt.

17. Innretning ifølge ett av kravene 11 - 16, karakterisert ved at det på en skive er anordnet flere par viklinger (5, 6) for måling av avstanden ($) mellom maskinens skiver på mer enn ett sted.

18. Innretning ifølge ett av kravene 11 - 17, karakterisert ved at den spenningskilde som frembringer det magnetiske felt ved hjelp av viklingen (5) er en trefaset spenningsgenerator (14).

19. Innretning ifølge ett av kravene 11 - 17, karakterisert ved at de elektroniske kretser omfatter en likeretter (15), en subtraksjonskrets (16), en skaleringskrets (17) og en holdekrets (18) for den detekterte bakgrunns s tøy.