RU1803826C - Устройство дл измерени силы трени нитей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  определени  характеристик трени  нитей, которые могут использоватьс  в текстильном материаловедении и отрасл х текстильной промышленности, в технологи х которых необходимо учитывать силы трени  нитей. Цель изобретени  - повышение точ: ности измерени , Устройство дл  измерени  силы трени  нитей содержит подвижный элемент с контактной цилиндрической поверхностью, предназначенной дл  схватывани  испытуемой нитью 2, узел транспортировки с направл ющими роликами 7, узел стабилизации скорости движени  и нат жени  набегающей ветви испытуемой нити 2 и измерительный блок, Новым в за вл емом устройстве  вл ютс  выполнение измерительного блока в виде дифференциального волоконно-оптического датчика 10 установка направл ющих роликов 5, 6 и ци

Description

линдрических стержней 13, 14 основани  датчика в вершинах равностороннего треугольника и установка отражающей пластинки 12 на основании датчика так, что ее край,

расположенный со стороны обегающей ветви , размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов 15, 16. 1 ил.

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  определени  характеристик трени  нитей, .которые могут использоватьс  в текстильном материаловедении и отрасл х текстиль- ной промышленности, в технологи х которых необходимо учитывать силы трени  нитей.

Цель изобретени  - создание устройства дл  измерени  силы трени  нитей на базе волоконно-оптических элементов, способного работать в услови х колебани  температуры и влажности окружающей среды.

На чертеже представлена структурна  схема устройства дл  измерени  силы трени  нитей.

Устройство содержит паковку 1 с испытуемой нитью 2, узел 3 транспортировки ис- пытуемой нити в виде элемента 4 стабилизации нат жени  набегающей ветви нити, двух пар направл ющих роликов 5, 6, одной пары транспортирующих роликов 7 и электропривода 8 со стабилизацией скорости вращени , контактную поверхность в виде неподвижного цилиндра 9, измерительный блок в виде дифференциального рефлектометрического волоконно-оптического датчика 10 силы трени , включающего основание 11 с отражающей пластинкой 12 и двум  жесткими цилиндрическими стержн ми 13, 14, два совмещенных волоконных световода 15,16 и измеритель отраженного светового потока 17, бобину 18 дл  наматывани  испытуемой нити,

Испытуема  нить 2 с паковки 1 пропу- .скаете  через нат жной элемент 4, через пару направл ющих роликов 5 набегающа  ветвь нити соедин етс  с основанием 11 датчика 10, огиба  его стержень 13, затем обхватывает неподвижный цилиндр 9, а сбегающа  с него ветвь через пару направл ющих роликов 6 соедин етс  с противоположной стороной основани  11, огиба  стержень 14,

Стержни 13, 14 снабжены канавками дл  исключени  перемещени  нити по их поверхности и установлены на основании 11 диаметрально,

Транспортировка нити 2 через датчик 10 осуществл етс  парой транспортирующих роликов, которые привод тс  в движение 5 электроприводом 8, содержащим стабилизатор скорости вращени  двигател , что обеспечивает стабилизацию скорости ее транспортировки через устройство, а подмотка нити 2 осуществл етс  на бобину 18.

5 Волоконные световоды 15, 16 установлены вплотную друг к другу перпендикул рно отражающей пластинки 12. Торцы световодов имеют пр моугольную форму и отшлифованы, а установлены узкой сторо5 ной вдоль перемещени  отражающей пластинки 12. Рассто ние между торцами световодов 15, 16 и пластинкой 12 выставл етс  таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность датчика 10

0 и его точность при работе на линейном участке характеристики преобразовани . Величина этого рассто ни  зависит от размеров торца световодов и их угловой апертуры. Противоположные концы световодов 15, 16

5 оптически соединены с измерителем 17 так, что по световоду 15 на датчик 10 поступает падающий на отражающую пластинку 12 поток света, а по световоду 16 поступает отраженный поток дл  измерени .

0 Основание 11 датчика 10 установлено с возможностью перемещени  в плоскости параллельной торцам световодов 15,16 под воздействием сил нат жени  набегающей и сбегающей ветвей нити 2, с которыми оно

5 св зано с помощью стержней 13, 14. В нашем случае перемещение осуществл етс  вдоль паза, которым снабжен корпус датчика 10.

Отражающа  пластинка 12 установлена

0 на основании 11 так, что в исходном состо нии ее край, расположенный со стороны сбегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов 15, 16.

5 Измеритель отраженного потока 17 включает в себ  источник светового излучени  в виде светодиода АЛ-167Б, преобразователь светового излучени  в виде .фотодиода ФД-256, АЦП с цифровым измерителем на микросхеме 48МФ900 и б-ти разр дный индикатор.

Пара направл ющих роликов 5 установ- лена в набегающей ветви нити 2, а б в ее сбегающей ветви так, что ролики и стержни 13, 14 расположены в вершинах равностороннего .треугольника, причем его высота Минимум на два пор дка должна превы- щатьмаксимальное перемещение стержней 13,14, вызываемое изменением сил нат жени  в ветв х, т.к. при этом можно пренебречь изменени ми углов входа и выхода нити у стержней, т.е. считать угол / входа и выхода нити неизменным в установленном диапазоне измерений. При такой уста- нрвке роликов в парах 5, 6 угол входа и выхода / нити 2 у стержней 13,14 равен 60°, что позвол ет измер ть сразу истинное значение сил трени , т.е. полностью исключить перерасчеты,

Это можно доказать следующим образом .

Известно, что сила трени  нити 2 о контактную поверхность цилиндра 9 равна

Т Рн - Рс,

(1)

где Рн - сила нат жени  набегающей ветви, Рс - сила нат жени  сбегающей ветви, Но так как датчик 10 измер ет разность сил Ра и PI, котора  перемещает его основание 11 и вычисл етс  по известным формулам .

Pi 2-PHsln уЗ/2; P2 2-Pcsln р/2.

Из этих выражений видно, что при /, равном 60° sin Ј /2 0,5, PI Рн, а г Рс и, подставив эти значени  в выражение (1), получаем, что силы трени  равны

Т Р2-Р1.

(2)

Выражение (2) подтверждает, что при / равном 60°, за вл емое устройство измер ет истинное значение силы трени , но при этом его чувствительность становитс  в два раза выше, чем у прототипа.

Исключение из измерений погрешностей , вносимых измерени ми углов fi и расчетами , а также увеличение чувствительности существенно повышает точность измерений силы, трени  при ее малых значени х.

В качестве испытуемой нити 2 использовалась хлопчатобумажна  пр жа с номинальной линейной плотностью 25 текс, скорость ее транспортировки через датчик

10 устанавливалась 0,2 м/с при предварительном нат жении нити 2, обеспечивающим силу ее прижима к цилиндру 9 в 20 сН. В качестве элемента 4 стабилизации на- 5 т жени  набегающей ветви использовалс  нитенат житель с пружинным компенсатором дл  перематывани  с. конических бобин от автомата УА-300-6СБ.

В качестве электропривода 8 использо0 валс  регулируемый привод, обеспечивающийс  транспортировку нити 2 со скоростью 0,01 -до 1 м/с, при стабилизации частоты вращени  двигател  ±0,01%.

Цилиндр 9 изготовлен в виде стакана из

5 стали и имеет наружный диаметр 50 мм.

Основание 11 и стержни 13, 14 изготовлены из высокопрочного алюминиевого сплава В95, а поверхность со стороны световодов 15, 16 почернена дл  лучшего по0 глощени  световых лучей, попадающих на отражающую пластинку 12, котора  изготовлена из этого же материала размером 4x6x1 мм, отполирована и установлена узкой стороной вдоль оси перемещени  на

5 основании 11 с помощью кле  ВК9.

В качестве волоконных световодов 15, 16 использовалс  волоконно-оптический жгут из полимерных волокон диаметром 40 мкм и полимерной защитной оболочкой.

0 Торцы световодов имеют размер 1 х 4 мм при угловой апертуре 30°. При этом рассто ние от торцов световодов 15, 16 доотража ющей пластинки 12 выставлено исход  из параметров используемых световодов и

5 равно 1,6 мм, что обеспечивает не только максимальную чувствительность, но и работу датчика 10 на линейном участке характеристики преобразовани , что снижает, погрешности измерений и повышает их точ0 ность.

За вл емое устройство дл  измерени  силы трени  нитей работает следующим образом .

В исходном состо нии, т.е. при выклю5 ченном электроприводе 8 и включенном измерителе 17, когда не происходит транспортировки нити 2 через датчик 10 и контактную поверхность цилиндра 9, то нат жени  набегающей и сбегающей ветвей

0 равны, поэтому отражающа  пластинка 12 расположена только под торцом световода 16, так, что ее край со стороны сбегающей ветви находитс  на линии раздела торцов световодов 15, 16, поэтому основной поток

5 свет.а, излучаемый световодом 15 не попадает на пластинку 12, а поглощаетс  черненной поверхностью основани  11. На отражающую пластинку 12 попадает только незначительна  часть светового потока световода 15, обусловленна  его апертурой,

причем этот незначительный поток, попадающий в торец световода 16, поступа  в измеритель 17 преобразуетс  в нулевой электрический сигнал и отображаетс  на индикаторе как О силы трени  испытуемой нити 2.

При включении электропривода 8 происходит транспортировка испытуемой нити 2 через датчик 10 и контактную поверхность цилиндра 9. В результате возникающей си- лы трени  при прохождении нити 2 по поверхности цилиндра 9 возрастает сила нат жени  сбегающей ветви, но т.к. набегающа  и сбегающа  ветви св заны через стержни 13,14с основанием 11, то разность смл нат жени  сбегающей и набегающей .ветви воздействует на стержень 14 и вызы- . вает перемещение основани  11 в сторону сбегающей ветви. В результате перемещени  основани  11, установленна  на нем отражающа  пластинка 12 пересекает линию раздела световодов 15, 16 и переходит в область взаимодействи  со световым потоком от торца световода 15, в результате чего происходитувеличениесветовогопото- ка отраженного в торец световода 16.

Чем больше силы трени , тем больше перемещение отражающей пластинки 12, но т.к. это перемещение пропорционально силе трени  нити 2, то и глубина модул ции отраженного светового потока в световоде 16 также пропорциональна силе трени , котора  измер етс  и отображаетс  на индикаторе измерител  17. В нашем случае дл  испытуемой нити 2 при силе прижима 20 сН и скорости скольжени  0,2 м/с сила трени  нити по цилиндру 9 составила 5,587 сН.

При чувствительности датчика 10 равной 8,2 мВ/мкм погрешность измерений не превышала ±0,01%, что подтверждает достижение за вл емым изобретением указанного технического результата.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Claims (3)

1. Устройство дл  измерени  силы трени  нитей, содержащее неподвижный элемент с контактной цилиндрической поверхностью, предназначенный дл  схватывани  испытуемой нитью, узел транспортировки с направл ющими роликами, узел стабилизации скорости движени  и нат жени  набегающей ветви испытуемой нити и измерительный блок, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , измерительный блок выполнен в виде дифференциального волоконно-оптического датчика, включающего основание, установленные по его кра м два жестких цилиндрических стержн , предназначенных дл  огибани  соответственно набегающей и сбегающей ветв ми испытуемой нити, отражающую пластинку, размещенную на основании , два совмещенных световода, торцы которых расположены напротив отражающей пластинки, и св занный с ними измеритель отраженного светового потока, а основание установлено с возможностью поступательного перемещени  в плоскости, параллельной торцам световодов.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что количество направл ющих роликов равно четырем, причем два из них предназначены дл  огибани  набегающей ветвью испытуемой нити и расположены вместе с одним из цилиндрических стержней в вершинах равностороннего треугольника , а два других - дл  огибани  сбегающей ветвью и расположены вместе с другим цилиндрическим стержнем в вершинах другого равностороннего треугольника,

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что отражающа  пластинкаустанов- лена таким образом, что ее край, расположенный со стороны сбегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов,