RU1789908C - Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone - Google Patents

Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone

Info

Publication number
RU1789908C
RU1789908C SU904875872A SU4875872A RU1789908C RU 1789908 C RU1789908 C RU 1789908C SU 904875872 A SU904875872 A SU 904875872A SU 4875872 A SU4875872 A SU 4875872A RU 1789908 C RU1789908 C RU 1789908C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
speed
input
forming zone
tension
Prior art date
Application number
SU904875872A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Николаевич Илюшин
Олег Зиновьевич Рутгайзер
Борис Алексеевич Чернов
Эдуард Александрович Иванов
Евгений Владимирович Покалюхин
Евгений Сергеевич Воронин
Original Assignee
Алма-Атинский Энергетический Институт
Научно-исследовательский институт технического стекла
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алма-Атинский Энергетический Институт, Научно-исследовательский институт технического стекла filed Critical Алма-Атинский Энергетический Институт
Priority to SU904875872A priority Critical patent/RU1789908C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1789908C publication Critical patent/RU1789908C/en

Links

Landscapes

  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Description

создавать поперечные колебани  материала достаточно большой дл  визуального наблюдени  амплитуды (а требуютс  именно такие). Контроль неточен при нат жении струи, при изменении е диаметра и в зкости материа;л;а;,вдольструй.; Способ не позвол ет проводить контроль непрерывно.create transverse vibrations of the material large enough for visual observation of the amplitude (and just such are required). The control is inaccurate when tensioning the jet, when changing the diameter and viscosity of the material; l; a; along the jets .; The method does not allow continuous monitoring.

Известен тШж е сп особ определени  продольной в зкости стекломассы в зоне формовани  волокна, который по технической сущности и достигаемому результату наиболее близок к изобретению. Данный способ заключаетс  в подаче стекломассы дозирующим насосом в виде струи из горизонтального капилл ра в выт жные валки, в изменении (постепенном увеличении) и измерении их скорости вращени , по которой суд т о скорости деформации струи стекломассы , в измерении нат жени , и диаметра струи стекломассы, по последнему из которых суд т о площади сечени  стекломассы, и в вычислении искомой в зкости Я по формуламIt is also known to determine the longitudinal viscosity of the glass melt in the fiber forming zone, which, by its technical nature and the achieved result, is closest to the invention. This method consists in feeding the glass melt with a metering pump in the form of a jet from a horizontal capillary into the exhaust rolls, in changing (gradually increasing) and measuring their rotation speed, which is used to judge the deformation speed of the glass melt, in measuring the tension, and the diameter of the jet glass melt, the last of which judges the cross-sectional area of the glass melt, and in calculating the desired viscosity I by the formulas

(1) - F(1) - F

о.about.

1 еаSc 1 eSc

jrdc2jrdc2

(3)(3)

ScSc

Ј fl(VB),Ј fl (VB),

(2) (4)(2) (4)

где а- напр жение раст жени ;where a is the tensile stress;

Ј - скорость деформации раст жени  (или, что то же, продольный градиент скорости );Ј is the strain strain rate (or, equivalently, the longitudinal velocity gradient);

Sc, dc и F - соответственно площадь сечени , диаметр и измер емое датчиком нат жение струи стекломассы;Sc, dc, and F are, respectively, the cross-sectional area, diameter, and strain gauge of the molten glass measured by the sensor;

VB - скорость вращени  выт жных валкое .VB is the speed of rotation of the exhaust rolls.

Способ осуществл ют устройством, содержащим датчики скорости вращени  выт жных валков м нат жени  струи стекломассы, выходами соединенные с входами регистратора, датчик диаметра струи и блок управлени  скоростью вращени  выт жных валков. Данный блок включает в себ  привод валков и обеспечивает постепенное увеличение скорости их вращени . Объекты прототипа не позвол ют вести контроль непрерывно. В них не учитываетс  вли ние на Ј скорости подачи стекломассы в зону формовани  (скорости штабика уш). В установках по получению оптического волокна прот женность зоны формовани  незначительна по сравнению с рассто нием L от нее до выт жных валков, поэтому в переходных режимах, особенно при высокой в зкости стекломассы и малых диаметре de и модуле упругости Е волокна, скорость VB за счет упругого деформировани  сформованного (затвердевшего) волокна не отражает истинной скоростиThe method is carried out by a device containing sensors for the rotation speed of the exhaust rolls and the tension of the molten glass jet, outputs connected to the inputs of the recorder, a jet diameter sensor and a control unit for the speed of rotation of the exhaust rolls. This unit includes a roll drive and provides a gradual increase in the speed of their rotation. Prototype objects do not allow continuous monitoring. They do not take into account the effect on Ј of the feed rate of the glass melt into the molding zone (speed of the ear rack). In installations for the production of optical fiber, the length of the forming zone is insignificant in comparison with the distance L from it to the exhaust rolls; therefore, in transient conditions, especially at high viscosity of the glass mass and small diameter de and elastic modulus E of the fiber, the velocity VB due to the elastic the deformation of the formed (hardened) fiber does not reflect the true speed

деформации Ј . Как будет показано далее, Ј по формуле (4) нужно находить с учетом Е, L, dB, Vui и F, т. е.deformations Ј. As will be shown below, Ј by formula (4) must be found taking into account E, L, dB, Vui and F, i.e.

Ј f2(VB, E,L, de, Уш, F).(5) В прототипе не учитываетс  изменение диаметра струи как по ее длине, так и во времени. При штабиковом способе волокно и штабик располагаютс  вертикально, поэтому предложенное в прототипе горизонтальное расположение струи дл  компенсации ее веса не может быть использовано. Применение анализируемых объектов дл  контрол  Я в процессах получени  волокон из штабиков приводит к не- 5 точности также из-за приближенности (2). Более точноЈ f2 (VB, E, L, de, Ush, F). (5) The prototype does not take into account the change in the diameter of the jet both along its length and in time. In the stack method, the fiber and the stack are vertical, therefore, the horizontal arrangement of the jet proposed in the prototype cannot be used to compensate for its weight. The use of the analyzed objects for control of I in the processes of obtaining fibers from staffs leads to uncertainty also due to the proximity (2). More accurately

Р (в)P (c)

00

(7 (7

Sc Sc

20twenty

2525

3535

4040

4545

50fifty

5555

где FA - сила внутреннего трени .where FA is the strength of the inner friction.

При посто нной скорости выт жкиAt a constant drawing speed

FA F-Fn.H. + P,(7) где РП.Н. - сила поверхностного нат жени ;FA F-Fn.H. + P, (7) where RP.N. - surface tension force;

Р - вес участка волокна выше датчика нат жени .P is the weight of the fiber portion above the tension sensor.

Стекломасса в зоне формовани  характеризуетс  чрезвычайно большими деформаци ми , скоростью деформации и интенсивностью механического воздейст- OQ ви  (вплоть до разрыва). Поэтому стекломасса может (в зависимости от ее химического состава) про вл ть аномалию в зкости. При контроле такой аномально-в зкой стекломассы , у которой Я тз (Ј), прототип имеет невысокую чувствительность изменений Я при изменении к, так как соотношение (1) есть тангенс угла наклона секущей, проведенной из начала координат через данную точку зависимости а(Ј), а не тангенс угла наклона касательной в этой точке зависимости а(Ј).Glass melt in the molding zone is characterized by extremely large deformations, strain rate and intensity of mechanical impact (up to rupture). Therefore, the molten glass may (depending on its chemical composition) exhibit a viscosity anomaly. When controlling such an anomalously viscous glass melt, in which I tz (Ј), the prototype has a low sensitivity of changes in I when k is changed, since relation (1) is the tangent of the secant slope drawn from the origin through the given dependence point a (Ј ), and not the tangent of the slope of the tangent at this point of dependence a (Ј).

В способе определени  в зкости стекломассы в зоне формовани  волокна путем измерени  диаметра струи на выходе зоны формовани  дл  вычислени  площади ее поперечного сечени , измерени  нат жени  волокна и скорости вращени  выт жных валков и определени  скорости деформации раст жени  стекломассы измер ют скорость подачи штабика, возбуждают колебани  скорости вращени  выт жных валков, рассчитывают скорость выхода волокна из зоны формовани  по значени м площади поперечного сечени  струи, нат жени  волокна, скорости вращени  выт жных валков и по заданным модулю упругости и длине волокна между зоной формовани  и выт жными валками, наход т скорость деформации раст жени  стекломассы по рассчитанной скорости выхода волокна и скорости подачи штабика, определ ют амплитуды колебаний нат жени  волокна и произведени  площади поперечного сечени  струи и скорости деформации раст жени  стекломассы, а в зкость рассчитывают по отношению амплитуды колебаний нат жени  волокна к амплитуде колебаний произведени  площади поперечного сечени  струи и скорости деформации раст жени  стекломассы..In the method for determining the viscosity of the glass melt in the fiber forming zone by measuring the diameter of the jet at the exit of the forming zone to calculate its cross-sectional area, measure the fiber tension and the speed of rotation of the exhaust rolls and determine the strain rate of the glass melt, measure the feed speed of the stack, excite vibrations the speed of rotation of the exhaust rolls, calculate the rate of exit of the fiber from the forming zone from the values of the cross-sectional area of the jet, fiber tension, rotation speed of the stretch x of the rolls and given the modulus of elasticity and the length of the fiber between the forming zone and the exhaust rolls, the strain speed of the glass melt is found from the calculated fiber exit speed and the feed speed of the staff, the oscillation amplitudes of the fiber tension and the product of the jet cross-sectional area and velocity are determined strains of the glass melt and viscosity are calculated from the ratio of the amplitude of the oscillations of the fiber tension to the amplitude of the product of the cross sectional area of the jet and the strain rate m voltage glass ..

Устройство дл  определени  в зкости стекломассы в зоне формовани  волокна, содержащее датчики скорости вращени  выт жных валков, диаметра и нат жени  волокна , блок управлени  скоростью вращени  выт жных валков и регистратор, снабжено датчиком скорости подачи штабика , возбудителем зондирующих колебаний, моделью скорости выхода волокна из зоны формовани , элементом сравнени , квадратором , умножителем и двум  блоками деле- ни , полосовыми и сглаживающими фильтрами и выпр мител ми, причем возбудитель зондирующих колебаний подключен к входу блока управлени  скоростью вращени  выт жных валков, датчик скорости вращени  выт жных валков подключен к первому входу модели скорости выхода волокна из зоны формовани , датчик нат жени  подключен к второму входу модели скорости выхода волокна из зоны формовани  и через последовательно соединенные первые полосовой фильтр, выпр митель и сглаживающий фильтр - к первому входу первого блока делени , датчик диаметра волокна через квадратор подключен к первому входу умножител  и третьему входу модели скорости выхода волокна из зоны формовани , выход которой подключен к первому входу элемента сравнени , датчик скорости подачи штабика подключен к первому входу второго блока делени  и второму входу элемента сравнени , .выход которого подключен к второму входу второго блока делени , выход которого подключен к второму входу умножител , выход которого через последовательно соединенные вторые полосовой фильтр, выпр митель и сглаживающий фильтр подключен к второму входу первого блока делени , выход которого соединен с регистратором.A device for determining the viscosity of glass melt in the fiber forming zone, comprising sensors for the speed of rotation of the exhaust rolls, diameter and tension of the fiber, a unit for controlling the speed of rotation of the exhaust rolls and a recorder, is equipped with a head feed speed sensor, a probe of vibrations, a model of the speed of exit of the fiber from molding zone, a comparison element, a quadrator, a multiplier and two divisions of division, band-pass and smoothing filters and rectifiers, and the causative agent of probing vibrations is connected to input of the speed control unit of the exhaust rolls, the speed sensor of the exhaust rolls is connected to the first input of the model of the exit speed of the fiber from the forming zone, the tension sensor is connected to the second input of the model of the speed of exit of the fiber from the forming zone and through the series-connected first bandpass filter, rectifier ditch and smoothing filter - to the first input of the first division unit, the fiber diameter sensor is connected through a quadrator to the first input of the multiplier and the third input of the model of the fiber exit speed from For forming, the output of which is connected to the first input of the comparison element, the feed speed sensor of the staff is connected to the first input of the second division unit and the second input of the comparison element, the output of which is connected to the second input of the second division unit, the output of which is connected to the second input of the multiplier, the output of which through a series-connected second band-pass filter, a rectifier and a smoothing filter are connected to the second input of the first division unit, the output of which is connected to the recorder.

Дл  осуществлени  непрерывности определени  и повышени  чувствительности искомую в зкость предлагаетс  находить путем непрерывного определени  отношени In order to carry out continuous determination and to increase sensitivity, it is proposed to find the desired viscosity by continuously determining the ratio

(FA)m (FA) m

Я I AM

(ScЈ)n(ScЈ) n

(8)(8)

где (FA)m и (Sc Ј)m - амплитуды зондирующих колебаний соответственно силы внутреннего трени  FA и произведени  площади сечени  Sc и скорости деформации Ё стекломассы . Зона формовани  оптического волокна труднодоступна дл  пр мых измерений и. наблюдений, поэтому выражают соотношение (8) через несложно определ емые параметры.where (FA) m and (Sc Ј) m are the amplitudes of the sounding vibrations, respectively, of the internal friction force FA and the product of the cross-sectional area Sc and the strain rate E of the glass melt. The optical fiber forming zone is difficult to access for direct measurements and. observations, therefore, they express relation (8) in terms of easily defined parameters.

0 Как известно, наиболее значительные приращени  скорости (в 102 - 103 раз) и ускорени  (в 104- 105 раз) стекломассы происход т на конечном участке луковицы (в зкость которого и определ етс  в данном0 As is known, the most significant increments in the speed (102–103 times) and acceleration (104–105 times) of glass melt occur in the final section of the bulb (the viscosity of which is determined in this

5 случае и за очень малый промежуток времени ( - с). Поэтому деформаци  стекломассы на рассматриваемом участке развиваетс  скачкообразно. Величину этого скачка деформации можно оценить, как5 case and for a very short period of time (- s). Therefore, the deformation of the molten glass in the area under consideration develops spasmodically. The magnitude of this strain jump can be estimated as

0 V4 - Vui (g)0 V4 - Vui (g)

г УФ - Vug UV - Vu

УшWush

Скорость деформации стекломассы на рассматриваемом участке предлагаетс  считать пропорциональной этому скачку, 25 т.е.It is proposed to consider the strain rate of the molten glass in the section under consideration proportional to this jump, 25 i.e.

. Ј KivVVuj-(ю). Ј KivVVuj- (s)

УЩUSCH

Поскольку площади сечени  конечного участка луковицы и сформированного во- 30 локна различаютс  незначительно, то предлагаетс  также считатьSince the cross-sectional areas of the final portion of the bulb and the formed fiber 30 differ insignificantly, it is also proposed to consider

Sc k2dB2.(11) В формулах (9-11)Sc k2dB2. (11) In formulas (9-11)

Уф и dB - скорость и диаметр волокна на 35 выходе зоны формовани ;UV and dB are the fiber speed and diameter at the 35th exit of the forming zone;

ki и k2 - коэффициенты пропорциональности .ki and k2 are proportionality coefficients.

Дл  определени  Уф предлагаетс  использовать модель, учитывающую VB, E, L, 40. dB и F. Процесс раст жени  продольно движущегос  абсолютно упругого материала описываетс  в наиболее общем виде уравнением Винтера Ю.М., а в частных случа х - уравнени ми Васильева Н.А., Файнберга 45 Ю.М. и др. Стекл нное волокно  вл етс  линейно упругим вплоть до разрыва, поэтому оно наилучшим образом удовлетвор ет этим уравнени м. Искома  модель дл  определени  Уф может быть построена исход  50 из уравнени  Васильева НА, которое применительно к формованию волокна записываетс  какTo determine Uf, it is proposed to use a model that takes into account VB, E, L, 40. dB and F. The process of stretching a longitudinally moving absolutely elastic material is described in the most general form by the Yu.M. Winter equation, and in particular cases, by the Vasiliev N equations .A., Fainberg 45 Yu.M. et al. Glass fiber is linearly elastic until it breaks; therefore, it best satisfies these equations. The desired model for determining UV can be constructed as the outcome 50 from the Vasiliev NA equation, which is written as

ТТ7--УФ- L „РЈв. (12) 551 +Јв 0+ев)2TT7 - UV-L „RЈv. (12) 551 + Јv 0 + ev) 2

или в преобразованном видеor in transformed form

Lp ЈВ - VB - Уф (1 + ЈВ )Х1 + Јв).(13) где ев - относительное удлинение волокна между зоной формовани  и выт жными валками;Lp ЈВ - VB - Уф (1 + ЈВ) Х1 + Јв). (13) where ev is the relative elongation of the fiber between the forming zone and the exhaust rolls;

Уф Phew

р - оператор дифференцировани .p is the differentiation operator.

Уравнение (13) можно записать проще, полага  последний сомножитель 1 + Јв 1.. Тогда получают упрощенное уравнение Файнберга Ю.М.Equation (13) can be written more simply, assuming the last factor 1 + Јv 1 .. Then we obtain the simplified Fainberg equation of Yu.M.

1р Јв Ув-Уф-УфЈв. (14)1r Јv Uv-Uf-UfЈv. (14)

Умножа  уравнени  (14) на ESB, гдеMultiplying Equation (14) by ESB, where

jrdecn2 SB - площадь сечени  волокна,jrdecn2 SB is the cross-sectional area of the fiber,

dBcp средний диаметр волокна между зоной формовани  и выт жными валками, и использу  очевидноеdBcp average fiber diameter between the forming zone and the draw rolls, and using the obvious

ESB ев F,(15) получаютESB ev F, (15) receive

VBESB-LpF VBESB-LpF

. ESe + F (16) .. ESe + F (16).

Модель скорости выхода волокна из зоны формовани  в предложенном устройстве строитс  в соответствии с (16). Выражение (16) может быть реализовано многообразно. Один из вариантов реализации модели описан далее в примере.A model of the rate of fiber exit from the molding zone in the proposed device is constructed in accordance with (16). Expression (16) can be realized in a variety of ways. One of the options for implementing the model is described further in the example.

Зондирующие колебани  скорости VB выт жных валков вызывают колебани  нат жени  F волокна, скорости Уф, силы FA внутреннего трени  стекломассы в зоне формовани  и диаметра dB волокна. Колебани  же силы РП.Н. будут незначительными, так как Рп.н. определ етс  в основном коэффициентом поверхностного нат жени  стекломассы и диаметром штабика. При ин- франизкой частоте зондирующих колебаний можно пренебречь силой, придающей волокну ускорение, и баланс сил по- прежнему будет выражатьс  уравнением (7). Исход  из этого и примен   правила дифференцировани , из выражени  (7) наход т ,The probe vibrations of the speed of the draw rolls VB cause fluctuations in the fiber tension F, the velocity UV, the internal friction force FA of the molten glass in the forming zone and the fiber diameter dB. Oscillations of the same strength RP.N. will be insignificant, since is determined primarily by the surface tension coefficient of the glass melt and the diameter of the staff. At an infralow frequency of probing oscillations, the force giving the fiber acceleration can be neglected, and the balance of forces will still be expressed by equation (7). Based on this and applying the rules of differentiation, from expression (7) find

(F$m Fm,(Т7) где Fm - амплитуда зондирующих колебаний нат жени  волокна. Подставл   в формулу (8) выражени  (10), (11), (17), получают окончательно(F $ m Fm, (T7) where Fm is the amplitude of the probe oscillations of the fiber tension. Substituting expressions (10), (11), (17) into formula (8), we finally obtain

FmFm

А - AND -

kl(Sckl (Sc

. Уф - Vu. Phew - Vu

VuVu

%%

mm

kl k2 (dB 2 V)1kl k2 (dB 2 V) 1

Верхн   граница возбуждаемых зондирующих колебаний обусловливаетс  инер ционностью выт жных валков и блока управлени  их скоростью. Эту границу можно охарактеризовать следующим образом. Блок управлени  скоростью выт жных валков обычно выполн етс  электрическим. Наиболее инерционным элементом в этом блоке  вл етс  исполнительный электро The upper boundary of the excited probing vibrations is determined by the inertia of the exhaust rolls and their speed control unit. This boundary can be described as follows. The draw roll speed control unit is typically electric. The most inertial element in this unit is the actuator

двигатель , электромеханическа  посто нна  времени которого составл ет 10-150мс, что эквивалентно частоте среза 16-1 Гц. Эта частота и определ ет ту максимальную час5 тоту возбудител , котора  еще будет отра- батыватьс  выт жными валками. Эта частота принадлежит инфранизкочастотно- му диапазону и соответствует ограничению, наложенному на частоту зондирующих ко10 лебаний при выводе соотношени  (17).an engine whose electromechanical time constant is 10-150ms, which is equivalent to a cutoff frequency of 16-1 Hz. This frequency determines the maximum frequency of the pathogen that will still be processed by the exhaust rolls. This frequency belongs to the infra-low-frequency range and corresponds to the restriction imposed on the frequency of probing oscillations when deriving relation (17).

Предварительное определение длины L требуетс  потому, что этот параметр фигурирует в алгоритме определени  А (см. соотношение (16), и он может мен тьс  приA preliminary determination of the length L is required because this parameter appears in the algorithm for determining A (see relation (16), and it can change with

15 переналадках технологической установки, вызванных, например, изменени ми в операци х нанесени  защитного покрыти .15 changes in the process plant caused, for example, by changes in protective coating operations.

В соотношении (16) фигурирует также модуль Е. В св зи с распространенностьюIn relation (16), the module E also appears.

20 технологических режимов, характеризующихс  высокой однородностью химического состава и стабильностью физических свойств каждого отдельного штабика по его длине, получением волокна посто нного ди25 .аметра, что обусловливает малую изменчивость Е волокна, получаемого из одного штабика, в данном способе предусматриваетс  не непрерывное, а одноразовое определение Е волокна дл  каждого штабика.20 technological conditions, characterized by high homogeneity of the chemical composition and the stability of the physical properties of each individual staff along its length, obtaining a fiber of constant diameter 25 mm, which leads to small variability of the E fiber obtained from one staff, this method provides for not continuous, but one-time determination E fibers for each staff.

30 При этом Е может определ тьс  (в пор дке повышени  точности):30 In this case, E can be determined (in order to improve accuracy):

а) по справочным данным дл  продукта, аналогичного контролируемому;a) reference data for a product similar to the controlled one;

б) по данным измерени  образцов во- 35 локна, изготовленного ранее и аналогичного контролируемому;b) according to the measurement data of fiber samples made earlier and similar to controlled;

в) по данным измерени  образцов волокна , полученным в начале данного контролируемого процесса формовани .c) according to the measurement of fiber samples obtained at the beginning of this controlled spinning process.

40 Как следует из вышеизложенного, в предлагаемом способе осуществл етс  непрерывное определение соотношений (16) и (18). Следовательно, способ позвол ет проводить определение в зкости непрерывно.40 As follows from the foregoing, in the proposed method, the ratios (16) and (18) are continuously determined. Therefore, the method allows viscosity determination to be carried out continuously.

45 Используемые выражени  (8) и (18)  вл ютс  соотношени ми дифференциального типа , Следовательно, способ повышает чувствительность определени  в зкости. При определении е дополнительно учйтыва50 ютс  Е, I, dB, Уш, F (уравнени  5, 10, 16); исключаетс  вли ние на результаты контрол  силы FH.H. и веса Р (уравнени  6, 7, 17). Следовательно, увеличиваетс  точность определени  продольной в зкости стекломас55 сы.45 The expressions (8) and (18) used are differential type relationships. Therefore, the method increases the sensitivity of the viscosity determination. In determining e, E, I, dB, Ush, F are additionally taken into account50 (equations 5, 10, 16); the influence of FH.H strength control results is excluded. and weights P (equations 6, 7, 17). Consequently, the accuracy of determining the longitudinal viscosity of the glass melt is increased.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл  реализации способа; на фиг. 2, 3 - фрагменты осциллограмм параметров процесса получени  волокна из кварцевогоIn FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for implementing the method; in FIG. 2, 3 - fragments of the oscillograms of the parameters of the process of obtaining fibers from quartz

штабика при опробовании за вл емых объектов .staff when testing the declared objects.

Пример. Предварительно определ ют модуль упругости Е и длину L волокна между зоной формовани  и выт жными валками, изменением скорости выт жных валков возбуждают зондирующие инфра- низкочастотные колебани  параметров системы стекломасса-волокно, измер ют скорости VB выт жных валков и Уш штабика, диаметр dB волокна на выходе зоны формовани  и нат жени  F волокна. По dB суд т о площади Sc сечени  стекломассы. По Е, L, VB, de и F суд т о скорости деформации Ј стекломассы, Определ ют амплитуды Fm и (Sc Ј)m зондирующих колебаний соответственно нат жени  F и произведени  Sc Ји по отношению Fm/(Sc e)m оценивают про- .дольную в зкость стекломассы в зоне формовани .. Example. The elastic modulus E and the fiber length L between the forming zone and the exhaust rolls are preliminarily determined, probing infrared-frequency oscillations of the glass-fiber-fiber system parameters are excited by changing the speed of the exhaust rolls, the speeds VB of the exhaust rolls and the stacker are measured, and the fiber diameter dB the exit of the molding zone and the tension of the F fiber. The dB indicates the cross-sectional area Sc of the glass melt. From E, L, VB, de and F, the strain rate Ј of the glass melt is determined. The amplitudes Fm and (Sc Ј) m of the sounding vibrations are determined, respectively, of the tension F and the product Sc Ј and the ratio Fm / (Sc e) m are evaluated the longitudinal viscosity of the molten glass in the molding zone.

Устройство дл  определени  в зкости стекломассы содержит последовательно соединенные возбудитель 1 зондирующих колебаний и блок управлени  2 скоростью вращени  выт жных валков 3, датчик А ско- рости вращени  выт жных валков 3, модель 5 скорости выхода волокна из зоны формовани , датчик 6 нат жени  волокна 7, первые полосовой фильтр 8, выпр митель 9 и сглаживающий фильтр 10, первый блок 11 делени , регистратор 12, датчик 13 диаметра волокна на выходе из печи 14, квадратор 15, умножитель 16, вторые полосовой фильтр 17, выпр митель 18 и сглаживающий фильтр 19, элемент 20 сравнени , датчик 21 скорости подачи штабика 22, второй блок 23 делени .The device for determining the viscosity of glass melt contains a series-connected pathogen of probing vibrations 1 and a control unit 2 of the speed of rotation of the exhaust rolls 3, a sensor A of the speed of rotation of the exhaust rolls 3, model 5 of the speed of exit of the fiber from the forming zone, the sensor 6 of the fiber tension 7 , the first band-pass filter 8, the rectifier 9 and the smoothing filter 10, the first dividing block 11, the recorder 12, the fiber diameter sensor 13 at the outlet of the furnace 14, the quadrator 15, the multiplier 16, the second band-pass filter 17, the rectifier 18 and the smoothing filter p 19, comparing member 20, a sensor 21, feed speed of bars 22, the second unit 23 dividing.

Фильтры соответственно 8 и 17, 10и19 выполнены с одинаковой амплитудно-частотной характеристикой и настроены на ча- стоту зондирующих колебаний. Параметры фильтров определ ютс  спектром помех и требуемым быстродействием преобразовател .Filters 8 and 17, 10 and 19, respectively, are made with the same amplitude-frequency characteristic and tuned to the frequency of the probing vibrations. The filter parameters are determined by the interference spectrum and the required speed of the converter.

Модель 5, реализующа  соотношение (16), может состо ть из последовательно соединенных дифференцирующего звена 24, элемента 25 сравнени  и блока 26 делени , выход которого  вл етс  выходом модели. Модель содержит также умножитель 27 и сумматор 28, первые входы которых соединены с выходом фильтра 29, вторые входы  вл ютс  соответственно первым и вторым входами модели, а выходы соединены с вторыми входами блоков соответственно 25 и 26, при afoM второй вход блока 28 соединен также с входом звена 24, а вход фильтра 29  вл етс  третьим входом модели. Коэффициенты передачи звена 24 (пропорциональный L) и фильтра 29 (пропорциональный Е) перестраиваютс  в соответствии с изменением конструктивных размеров технологической установки и модул  упругости получаемых волокон. Фильтр 29 предназначен дл  подавлени  колебаний в его выходном сигнале, вызванных зондированием, и получени  тем самым необходимого соответстви  его выходного сигнала не моменооA model 5 implementing relationship (16) may consist of series-connected differentiating element 24, a comparison element 25, and a division unit 26, the output of which is the output of the model. The model also contains a multiplier 27 and an adder 28, the first inputs of which are connected to the output of the filter 29, the second inputs are the first and second inputs of the model, respectively, and the outputs are connected to the second inputs of the blocks 25 and 26, respectively, with afoM the second input of the block 28 is also connected to the input of link 24, and the input of the filter 29 is the third input of the model. The transmission coefficients of the link 24 (proportional to L) and the filter 29 (proportional to E) are tuned in accordance with the change in the structural dimensions of the processing unit and the elastic modulus of the resulting fibers. The filter 29 is designed to suppress fluctuations in its output signal caused by sounding, and thereby obtain the necessary correspondence of its output signal not immediately

тальному de , a dBcp Фильтр может быть выполнен в виде фильтра нижних частот или заграждающего фильтра, настроенного на частоту зондировани .total de, a dBcp The filter can be in the form of a low-pass filter or a blocking filter tuned to the sounding frequency.

Устройство работает следующим образом . От возбудител  1 зондирующих колебаний на вход блока управлени  2 поступает периодический сигнал. Блок 2, реагиру  на сигнал с возбудител , вызывает зондирующие колебани  скорости выт жных валков 3, что приводит к зондирующим колебани м нат жени  волокна 7, а также скорости и диаметра волокна на выходе зоны формовани . Содержащие зондирующие колебани  сигналы датчиков 4, 6 (непосредственно) и 13 (через квадратор 15) поступают на входы модели 5. Выходной сигнал модели о скорости /ф волокна на выходе зоны формовани  преобразуетс  с помощью блоков 20, 23 и сигнала датчика 21 по алгоритму (10) в сигнал о скорости деформации Ј стекломассы, который поступает на второй вход блока 16. Одновременно на первый вход блока 16 поступает сигнал с выхода квадратора 15 о площади Sc сечени  стекломассы. Из выходного сигнала блока 16, пр мо пропорционального Sc Ј, фильтром 17 выдел етс  переменна  составл юща , вызванна  зондированием . Синусоидальный сигнал с выхода фильтра 17с помощью выпр мител  18 и сглаживающего фильтра 19 преобразуетс  в сигнал посто нного тока, пр мо пропорциональный (Sc Ј)m. Аналогично этому сигналу сигнал датчика 6 преобразуетс  цепочкой блоков 8, 9 и 10 в сигнал, пр мо пропорциональный величине Fm зондирующих колебаний нат жени  волокна. Выходные сигналы фильтров 10 и 19 поступают на входы блока 11, на выходе которого в соответствии с выражением (18) формируетс  сигнал об искомой в зкости, регистрируемый блоком 12.The device operates as follows. A periodic signal is supplied from the driver 1 of the probe oscillations to the input of the control unit 2. Unit 2, responding to a signal from the pathogen, causes sounding fluctuations in the speed of the exhaust rolls 3, which leads to sounding oscillations in the tension of the fiber 7, as well as the speed and diameter of the fiber at the exit of the forming zone. Sensor signals 4, 6 (directly) and 13 (via quadrator 15) containing sounding vibrations are fed to the inputs of model 5. The output signal of the model on the fiber speed / f at the output of the forming zone is converted using blocks 20, 23 and sensor signal 21 according to the algorithm ( 10) a signal about the strain rate Ј of the glass melt, which is supplied to the second input of the block 16. At the same time, a signal from the output of the square 15 of the cross-sectional area Sc of the glass melt 15 is received at the first input of the block 16. From the output of block 16, directly proportional to Sc Ј, a variable component caused by sounding is extracted by filter 17. The sinusoidal signal from the output of the filter 17 is converted using a rectifier 18 and a smoothing filter 19 into a direct current signal, directly proportional to (Sc Ј) m. Similarly to this signal, the signal of the sensor 6 is converted by a chain of blocks 8, 9 and 10 into a signal directly proportional to the value Fm of the probe oscillations of the fiber tension. The output signals of the filters 10 and 19 are fed to the inputs of block 11, at the output of which, in accordance with expression (18), a signal is obtained about the desired viscosity recorded by block 12.

При опробовании возбудитель 1 был выполнен в Виде генератора синусоидальных колебаний частотой 3 Гц. Амплитуда зондирующих колебаний скорости VB выт жных валков 1.5-3%. Полосовые фильтры 8 и 17 реализованы каскадным включением двух активных ФНЧ-звеньев и двух активных ФНЧ-звеньев второго пор дка с добротностью 0,5. Максимальный регулируемый коэффициент усилени  фильтров в полосе пропускани  1,8-4,4 Гц составл л 3200. Выпр мители 9 и 18 выполнены двухполупери- одными, а сглаживающие фильтры 10 и 19 - в виде активных ФНЧ-звеньев первого пор дка с посто нной времени 0,56 с и коэффициентом усилени  1,6. Отношение сигнал-шум на выходе фильтра 10, определ емое как отношение величин этого сигнала при зондировании и без зондировани , в зависимости от режима выт жки составл ло 4-7,3. Датчик 4 выполнен в виде датчика угловой скорости выт жных валков. Нат жение измер лось перед выт жными валками по усилию сопротивлени , которое оказывало волокно при искривлении его траектории движени . Это усилие воспринималось механртронным преобразователем , выполненным на механотроне 6 MX 7C и используемым в качестве динамометра. Выход датчика 6 дл  подавлени  высокочастотных помех оснащен ФНЧ-звеном первого пор дка с посто нной времени 0,13 с. Кроме того, нат жение волокна можно было измер ть электронным мостом в точке подвеса штабика с учетом веса штабика или резонансным способом.When tested, the pathogen 1 was made in the form of a generator of sinusoidal oscillations with a frequency of 3 Hz. The amplitude of the sounding oscillations of the speed VB of the exhaust rolls is 1.5–3%. Bandpass filters 8 and 17 are implemented by cascading two active low-pass filters and two active low-pass filters of the second order with a quality factor of 0.5. The maximum adjustable filter gain in the passband of 1.8-4.4 Hz was 3200. Rectifiers 9 and 18 are made half-wave, and the smoothing filters 10 and 19 are in the form of active low-pass filters of the first order with a constant time 0.56 s and a gain of 1.6. The signal-to-noise ratio at the output of the filter 10, defined as the ratio of the values of this signal with and without sounding, was 4-7.3 depending on the drawing mode. The sensor 4 is made in the form of a sensor for the angular velocity of the exhaust rolls. Tension was measured in front of the exhaust rolls by the resistance force exerted by the fiber when it curved its path. This force was perceived by the mechatronic transducer, made on the mechanotron 6 MX 7C and used as a dynamometer. The output of the sensor 6 for suppressing high-frequency interference is equipped with a first-order low-pass filter with a time constant of 0.13 s. In addition, the fiber tension could be measured by an electronic bridge at the point of suspension of the staff, taking into account the weight of the staff or by resonance.

Датчик 13 представл л собой лазерное измерительное устройство промышленного исполнени . Датчик 21 выполнен в виде датчика угловой скорости (ЭДС) двигател  посто нного тока независимого возбуждени  привода подачи штабика.The sensor 13 was an industrial laser measuring device. The sensor 21 is made in the form of an angular velocity sensor (EMF) of a DC motor of independent excitation of the feed feed drive.

На фиг. 2, 3 прин ты следующие обозначени : 30 - выходной сигнал (электрическое напр жение) блока 10; 31 - сигнал датчика 6; 32 - расход верхнего аргона; 33 - электрический ток нагревател  печи. Уровни остальных параметров процесса получени  волокна дл  приведени  осциллограмм посто нны: dB 146 мкм; VB 0,1 м/с; Уш In FIG. 2, 3 the following designations are adopted: 30 - output signal (electric voltage) of unit 10; 31 - sensor signal 6; 32 - consumption of upper argon; 33 - electric current of the furnace heater. The levels of the remaining parameters of the fiber manufacturing process for recording waveforms are constant: dB 146 microns; VB 0.1 m / s; Wush

5 -10 м/с; расход нижнего аргона 50 л/ч; ток нагревател  (дл  фиг. 2) 89 А; расход верхнего аргона (дл  фиг. 3) 290 л/ч. 5-10 m / s; lower argon flow rate 50 l / h; heater current (for FIG. 2) 89 A; the flow rate of upper argon (for FIG. 3) is 290 l / h.

Активными изменени ми расхода аргона и тока нагревател  достигалось изменение режима охлаждени  и нагрева стекломассы в зоне формировани  волокна; в результате измен лась продольна  в зкость А стекломассы. При увеличении расхода аргона (см. фиг. 2) А увеличиваетс , свидетельством чему  вл етс  и увеличение нат жени  волокна (крива  31). Из фиг. 2 видно, что сигнал 30 о Fm при этом также увеличиваетс . При увеличении тока нагревател  (см. фиг. 3) А уменьшаетс , о,виде- тельством чему  вл етс  и уменьшение нат жени  волокна (крива  31). Из фиг. 3 видно, что сигнал 30 о Fm при этом уменьшаетс . Таким образом, увеличению илиBy active changes in the argon flow rate and heater current, a change in the cooling and heating conditions of the glass melt in the fiber formation zone was achieved; as a result, the longitudinal viscosity A of the molten glass changed. As the argon flow rate increases (see Fig. 2), A increases, as evidenced by the increase in fiber tension (curve 31). From FIG. 2, the signal of 30 ° Fm is also increased. With an increase in the heater current (see Fig. 3), A decreases, o, due to the decrease in the fiber tension (curve 31). From FIG. 3 it can be seen that a signal of 30 ° Fm is thereby reduced. Thus increase or

уменьшению А соответствует также увеличение или уменьшение числител  Fm соотношени  (18). Это, а также показанна  принципиальна  возможность возбуждени  инфранмзкочастотных колебаний нат жени  волокна выт жными валками доказывают осуществимость за вл емых объектов % реальных услови х.a decrease in A also corresponds to an increase or decrease in the numerator Fm of relation (18). This, as well as the shown possibility in principle of exciting infrared frequency oscillations of the fiber tension by the exhaust rolls, prove the feasibility of the claimed objects in% of real conditions.

..-...-. о..-...-. about

Использование изобретени  обеспечи- вает достижение непрерывности определени  продольной в зкосш стекломассы , что позвол ет строить системы автоматического управлени  физико-механическими и оптическими свойствами стекломассы и получаемого волокна; увеличение точности; повышение чувствительности определени  изменений продольной в зкости аномально-в зкой стекломассы при изменений ее скорости деформации. Using the invention, it is possible to achieve continuity in determining the longitudinally oblique glass melt, which makes it possible to build systems for automatically controlling the physicomechanical and optical properties of the glass melt and the resulting fiber; increase in accuracy; increasing the sensitivity of determining changes in the longitudinal viscosity of abnormally viscous glass melt with changes in its strain rate.

Claims (2)

Формула изобретени  1. Способ определени  в зкости стекломассы в зоне формовани  волокна путем измерени  диаметра струи на выходе зоны формовани  дл  вычислени  площади ее поперечного сечени , измерени  нат жений волокна и скорости вращений выт жных валков и определени  скорости деформации раст жени  стекломассы, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при выработке волокна штабико- аым методом, измер ют скорость подачи штабика, возбуждают колебани  скорости вращени  выт жных валков, рассчитывают скорость выхода волокна из зоны формовани  по значени м площади поперечного сечени  струи, нат жени  волокна, скорости вращени  выт жных валков и по заданным модулю упругости и длине волокна между зоной формовани  и выт жными валками, определение скорости деформации раст жени  стекломассы осуществл ют по рассчитанной скорости выхода волокна и скорости подачи штабика, определ ют амплитуды колебаний нат жени  волокна и произведени  площади поперечного сечени  струи и скорости деформации раст жени  стекломассы, а в зкость рассчитывают по отношению амплитуды колебаний нат жени  волокна к амплитуде колебаний произведени  площади поперечного сечени  струи к скорости деформации раст жени  стекломассы.SUMMARY OF THE INVENTION 1. A method for determining the viscosity of glass melt in a fiber forming zone by measuring the diameter of the jet at the exit of the forming zone to calculate its cross-sectional area, measure the fiber tension and rotation speed of the exhaust rolls, and determine the strain rate of the glass melt, characterized in that , in order to increase the accuracy in the fiber production by the stauch method, measure the feed speed of the stile, excite fluctuations in the speed of rotation of the exhaust rolls, calculate the fiber exit speed From the forming zone from the values of the cross-sectional area of the jet, the fiber tension, the rotation speed of the exhaust rolls and the given modulus of elasticity and the length of the fiber between the molding zone and the exhaust rolls, the strain rate of the glass melt is determined from the calculated fiber exit speed and the feed speed of the staff, determine the amplitudes of the oscillations of the fiber tension and the product of the cross-sectional area of the jet and the strain rate of the tensile strain of the glass melt, and the viscosity is calculated from the ratio s oscillation fiber tension to the oscillation amplitude product of the cross sectional area of the jet to the strain rate tensile glass. 2. Устройство дл  определени  в зкости стекломассы в зоне формировани  волокна, содержащее датчики скорости вращени  выт жных валков, диаметра и нат жени  волокна , блок управлени  скоростью вращени  выт жных валков и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности при выработке волокна штабико- вым методом, оно снабжено датчиком скорости подачи штабика, возбудителем зондирующих колебаний, моделью скорости выхода волокна из зоны формовани , элементом сравнени , квадратором, умножителем и двум  блоками делени , полосовыми и сглаживающими фильтрами и выпр мител ми, причем возбудитель зондирующих колебаний подключен к входу блока управлени  скоростью вращени  выт жных валков, датчик скорости вращени  выт жных валков подключен к первому входу модели скорости выхода волокна из зоны формовани , датчик нат жени  подключен к второму входу модели скорости выхода волокна из зоны формовани  и через последовательно соединенные первые полосовой фильтр, выпр митель и сглаживающий фильтр к первому входу первого блока делени , датчик диаметра волокна через квадратор подключен к первому входу умножител  и третьему входу модели скорости выхода волокна из зоны формовани , выход которой подключен к первому входу элемента сравнени , датчик скорости подачи штабика подключен к первому входу второго блока делени  и второму входу элемента сравнени , выход которого подключен к второму входу второго блока делени /выход которого подключен к второму входу умножител , выход которого через последовательно соединенные вторые полосовой фильтр, выпр митель и сглаживающий фильтр подключен к второму входу первого блока делени , выход которого соединен с регистратором.2. A device for determining the viscosity of the glass melt in the fiber forming zone, comprising sensors for the speed of rotation of the exhaust rolls, diameter and tension of the fiber, a unit for controlling the speed of rotation of the exhaust rolls and a recorder, characterized in that, in order to increase accuracy in the production of fiber - by the method, it is equipped with a bobbin feed speed sensor, a probe oscillation exciter, a model of the fiber exit speed from the forming zone, a comparison element, a quadrator, a multiplier, and two division blocks, strip and smoothing filters and rectifiers, the probe exciter being connected to the input of the exhaust roll rotation speed control unit, the exhaust roll rotation speed sensor connected to the first input of the fiber exit speed from the forming zone, the tension sensor connected to the second input of the model the speed of exit of the fiber from the forming zone and through a series-connected first bandpass filter, a rectifier and a smoothing filter to the first input of the first division unit, the fiber diameter sensor through square the adator is connected to the first input of the multiplier and the third input of the model of the fiber exit speed from the forming zone, the output of which is connected to the first input of the comparison element, the feed speed sensor of the staff is connected to the first input of the second division unit and the second input of the comparison element, the output of which is connected to the second input of the second the dividing unit / output of which is connected to the second input of the multiplier, the output of which is connected through the second series pass-through filter, the rectifier and the smoothing filter to the second input dividing in the first block, the output of which is connected with the registrar. Фиг.ЗFig.Z ofweofwe
SU904875872A 1990-10-23 1990-10-23 Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone RU1789908C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904875872A RU1789908C (en) 1990-10-23 1990-10-23 Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904875872A RU1789908C (en) 1990-10-23 1990-10-23 Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1789908C true RU1789908C (en) 1993-01-23

Family

ID=21541482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904875872A RU1789908C (en) 1990-10-23 1990-10-23 Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1789908C (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5228893A (en) Optical fiber tension monitoring technique
DE69226446T2 (en) Coriolis mass flow meter with fiber optic sensors
CA1254280A (en) Apparatus and method for monitoring fiber tension
US9671268B2 (en) Detection of a change in the cross-sectional area of a fluid tube in a vibrating meter by determining a lateral mode stiffness
US5710432A (en) Non-contact tension measurement of moving fiber using traveling wave time-of-flight analysis
US4758968A (en) Method and apparatus for continuously measuring the variability of textile strands
RU1789908C (en) Method and device for determining viscosity of glass mass in the fiber-moulding zone
CN111664992B (en) Traceable fiber dynamic tension calibrating device
EP0918217B1 (en) Device and method for detecting and measuring fiber properties
CA1141195A (en) Method for measuring crack propagation in samples, and a high frequency pulsator for carrying out the method
DE102011006391A1 (en) Method and device for detecting parameters of a continuous or circulating material web in a material processing machine
CA2203963C (en) Monitoring tension in tensioned longitudinally moving elongate elements
KR102560585B1 (en) How to determine when to verify a flow meter's stiffness coefficient
Mackay et al. An Automatic Vibroscope
RU2279658C1 (en) Device for tensile and compression tests
SU896132A1 (en) Device for detecting structural non-uniformity of moving paper web
US5694807A (en) Apparatus and method for determining the mass density of a filament
SU994960A1 (en) Device for checking thread rigidity coefficient in wind-unwind zone
FI107356B (en) Pickup for measurement of vibrations
RU2418296C1 (en) Method for controlling average linear density of compact set of fibres
CA1227061A (en) Sensor using fiber optic interferometer
SU924528A2 (en) Device for measuring tension of moving threads
SU849044A1 (en) Device for measuring tool wear rate
SU834526A1 (en) Angular accelerometer graduation method
SU1619116A1 (en) Method and apparatus for checking longitudinal rigidity of roll materials