SE410657B - Sett och anordning for metning av forhallandet mellan banspenning och ytvikt hos papper, folier eller dylikt - Google Patents

Description

' 15 20 25 _ao 35 7802788-5 2 blir den del av kraften på lastcellerna, som härrör från banspänningen, mycket liten i förhållande till valsarnas vikt. Kraven på lastcellens känslighet blir därför mycket stora, vilket vållar stora problem.

Vid en annan typ av banspänningsmätare försätts hela banan mellan två valsar i transversella svängningar. Härvid utnyttjar man det förhållandet att resonansfrekvensen för en mdterialbana har ett bestämt samband med spänningen i materialet. Sambandet kan uttryckas som f = E.. I 2 1 '“ ' där f = resonansfrekvensen T = spänningen i materialet n = den överton vid vilken materialbanan är i resonans l = längden mellan banans stödpunkter m = massa/ytenhet (ytvikt) för materialbanan Om för en bestämd materialbana n, 1 och m hålls konstanta erhålles sam- bandet - f=|< VT eller T =| Vid dessa kända banspänningsmätare mäts följaktligen resonansfrekvensen för banan varvid den utgör ett mått på banspänningen.

Det finns även kända anordningar där en intermittent svängning påtrycks på en del av banan och löptiden för svängningen att nå en annan punkt på banan indikeras. Denna löptid står i ett speciellt samband med banspänningen.

Båda de ovan nämnda metoderna är behäftade med den nackdelen, att de är känsliga för yttre störningar såsom buller. Eftersom de skall användas i en ytterst bullrig miljö, måste bulleravskärmning ske vid mätstället, vilket är både besvärligt och dyrbart. Dessutom bildas olika övertoner, vilka vid mät- ning ofta indikeras i stället för den grundton, som anger banspänningen. Detta leder ofta till att resultatet från ett enligt ovan nämnda princip arbetande instrument blir helt missvisande. Därför har dessa metoder icke funnit någon större praktisk användning.

Enligt ytterligare en annan typ av banspänningsmätare försätts banan i transversella svängningar mellan två stödställen med en periodiskt varierande kraft med bestämd amplitud och frekvens. Banans svängningsamplitud mäts och den utgör ett mått på banspänningen. Kraftens frekvens skall ligga antingen något över eller något under den förväntade grundresonansfrekvensen för banan vid de banspänningar som kan komma ifråga, dvs den banspänning vid vilken reso- -nans inträffar skall vara antingen något högre eller något lägre än varje för- 10 ds' 20 25 30 35 40 - kan man genom separat uppmätning av banspänningen få fram ytvikten. 78412788-5 Mätområdet kommer då att hamna inom ett områden* Genom mätning av väntad banspänning hos banan. där små banspänningsvariationer ger stora amplitudändringar. amplituden kan banspänningen erhållas med hjälp av en kalibreringskurva. Det är således nödvändigt att utföra kalibrering för att få en frekvens som ger ett lämpligt mätområde. Om banspänningen skulle variera utanför mätområdet måste frekvensen ändras och en anun kalibreringskurva utnyttjas. Vidare är amplitud- detekteringen osäker främst beroende på stor temperaturkänslighet.

Genom föreliggande uppfinning elimineras nackdelarna med ovan angivna metoder. Enligt uppfinningen utnyttjas sambandet mellan resonansfrekvensen och förhållandet mellan banspänningen och ytvikten samt den fasförskjutning som föreligger mellan banans svängning och de tryckvariationer som försätter banan i svängning eller den signal som åstadkommer tryckvariationerna¿ Om man i det ovan redovisade sambandet endast håller n och l konstanta erhålles T f = k \[.:%?- Resonansfrekvensen är således proportionell mot roten ur förhållandet mel- lan banspänning och ytvikt. Det är således möjligt att genom separat uppmätning av ytvikten få fram banspänningen med anordningen enligt uppfinningen. Omvänt I praktiken kan detta åstadkommas genom att man kombinerar mätaren enligt uppfinningen med en annan banspännings- resp ytviktsmätare.

Uppfinningens kännetecken framgår av patentkraven.

Mötaren enligt uppfinningen har en mängd fördelar. noggrannhet, inga begränsningar av mätområdet, mäthuvudet kan inte överbe- lastas, den har hög stabilitet och liten nollpunktsdrift och ingen hysteres.

Mäthuvudet är enkelt att applicera på banan och kan användas på godtyck- lig plats i en maskin, det är okänsligt för mekaniska vibrationer, elektriska störningar och temperaturväxlingar, det har heller ingen tröghet och mäter även snabba-banspänningsvariotioner. Det är även möjligt att kontinuerligt blåsa rensluft genom mäthuvudet utan att nämnvärt störa mätningen. Mäthuvudet har små dimensioner och låg vikt och är lämpligt att föras utmed banan och att där- Den har således stor vid uppmäta banspänningsprofiler.

Mätsystemet kan anpassas efter det behov, som föreligger. Ett enkelt instrument med ett mäthuvud kan göras handhållet och användas för kontroll och styrning av en mindre maskin eller för kartläggning av spänningar i en större maskin. Speciellt kan på flera platser utmed en pappersbana, med lång banföring, t ex i en pappersmaskin eller i en tryckpress för dagstidningar, en rad mät- huvuden vara placerade tvärs över pappersbanan, varvid utsignalerna från dessa indikeras på en gemensam instrumenttavla.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till ritningarna, där 10 15 20 25 30 35 40 "mitt emellan stöden 4 4 7ao27se-5 visar ett tvärsnitt genom en mätanordning enligt uppfinningen; Figur 1 Figur 2 visar mätanordningen i fig 1 sedd underifrån; Figur 3 visar ett blockschema över en anordning enligt uppfinningen; Figur 4 visar fasskillnaden mellan banans rörelse och de drivande tryck- variationerna som funktion av frekvensen; Figur 5 visar banans svängningsamplítud vid olika frekvens.

I fig 1 och 2 visas en utföringsform av mätaren enligt uppfinningen.

Mäthuvudet 1 innefattar en platta 2 vilken är avsedd att anligga mot banan.

Plattan är utformad med ett centralt mätgap 3 som begränsas av två parallella upphöjningar som utgör stöd 4 för banan. Banan, som vanligen är rörlig, pas- serar därvid tvärs över stöden._ På ovansidan av plattan är en högtalare 5 placerad. Den försätter banan i transversell svängning mellan stöden genom ett periodiskt varierande ljudtryck. Högtalaren är fastsatt så att hela ljudtrycket går ned i mätgapet 3.

Mätgapet är öppet åt sidorna så att en våg med utbredningsriktning parallellt med stöden 4 försvinner utan att reflekteras.

I mätgapet 3 är två tryckgivare 6 placerade, vilka är avsedda att uppmäta det varierande ljudtrycket från högtalaren 5. I mätgapet är vidare en ultraljudsändare 7 och en ultraljudmottagare 8 anordnade. De är placerade där största Utböjningen av banan uppkommer.

Till ultraljudsändaren och -mottagaren samt tryckgivaren går luftkanaler 9 som håller dem rena från damm och smuts.

Stöden 4 är försedda med slitsar 10 genom vilka tryckluft strömmar ut.

Luften, som strömmar ut skapar_ en luftkudde på den plana delen av plattan 2.

Luftströmmen gör att banan hålls mot plattan och medför låg friktion vilket är väsentligt för att banspänningen skall påverkas minimalt. På själva stöden 4 finns ingen luftkudde utan där stryker banan mot mätaren. Därigenom reflekte- ras den av högtalaren genererade svängningen mellan stöden och en god resonans- topp erhålles.

Fig 3 visar ett blockschema över en anordning enligt uppfinningen. En spänningsstyrd oscillator 11 avger en periodiskt varierande signal som för- stärks i en effektförstärkare 12 och åstadkommer ljud i högtalaren 5. Med hjälp av tryckgivaren 6 uppmäts det periodiskt varierande ljudet från hög- talaren. Tryckgivaren 6 är kopplad till en förstärkare 13 varifrån signa- len passerar ett filter 14 som följer frekvensen hos signalen. Därifrån över- föres signalen till en fasdetektor 15. En fasdetektor är en krets som ger en utsignal som beror av fasskillnaden mellan två periodiska insignaler. Vid 90° fasskillnad är utspänningen från fasdetektorn 0 volt. Om den ena signalen förskjuts positivt eller negativt relativt den andra uppstår en positiv resp 6 till fasdetek- dvs det negativ spänning på utgången. Insignalen från tryckgivaren torn 15 har således samma fasläge som ljudet från högtalaren 5, ljud som försätter banan i svängning. 10 15 20 25 30 35 40 *15 och jämförs där med signalen från mikrofonen 6. 71802788-5 Ultraljudsändaren 7 drivs av en oscillator' 16 med en signal av hög lll frekvens, exempelvis 41 kHz. Den från banan reflekterade signalen uppfångas 8 varvid den mottagna signalen får en annan frekvens 8 pas- av ultraljudmottagaren och fas än den sända på grund av banans svängning. serar signalen genom ett filter 17. Den sända och den mottagna ultraljudsig-7 nalen matas in i en fasdetektor 18. Utsignalen från fasdetektorn 18 får passera ett lågpassfilter 19 och är då en signal som direkt beskriver banans 2 Denna signal matas till fasdetektorn För att detektera reso- Från mottagaren svängningsrörelse till amplitud och fas. nanssvängning hos banan skall dessa signaler ligga 900 ur fas, dvs utspänningen från fasdetektorn 15_ skall vara 0 volt.

Utsignqlen från fasdetektorn 15 beror således av fasskillnaden mellan insignalerna. Denna utsignal matas till en integrator 20 rerar avvikelsen från 90° fasskillnad mellan de båda insignalerna till fasde- tektorn 15. 20 ökar eller minskar spänningen till oscillatorn 11 för att öka eller minska frekvensen till högtalaren 5 Så fort resonansfrekvensen för banan ändras, dvs för- som därvid integ- Integratorn så att ovan nämnda avvikelse elimineras. hållandet mellan banspänning och ytvikt ändras, uppkommer således en fasfelsig- nal från fasdetektorn 15 som tvingar oscillatorn 11 att ändra frekvensen ' till resonans.

Då det kan finnas övertoner, som kretsen skulle kunna låsas på, finns en sökkrets 21 som sveper frekvensen från noll och uppåt. Vid den först detek- terade 90°-fasförskjutningen kopplas sökningen bort och integratorn 20 håller oscillatorn 11 på rätt frekvens. För att veta när omkoppling från sökning till följning skall ske finns en kvadraturfasdetektor 22 som känner av när frekvensen ligger rätt. Denna detektor 22 matas med tryckgivarsignalen via ett 90° fasskift 23 och bansvängningssignalen från lågpassfiltret 19. Ut- signalen från kvadraturfasdetektorn 22 24 med en När referensnivån överskrids går en sig- jämförs i en komparator referensnivå från en nivågivare 25. nal till sökkretsen 21 så att sökningen kopplas bort.

Fig 4 och 5 visar i diagramform uppmätningar från försök med en mätanord- ning enligt uppfinningen. Materialbanan utgjordes av liner med ytvikten 112 g/m . Banspänningen 40 N/m. Avståndet mellan stöden i mätanordningen var 50 mm. Frekvensen sveptes från 0 Hz och uppåt. Frekvensen skall styras så att fasskillnaden hålls på 900 fasförskjutning.

Som alternativ till uppmätning av de alstrade tryckvariationerna med en särskild tryckgivare kan uppmätningen göras direkt genom högtalarmembranets Ytterligare ett alternativ är att utnyttja den signal som åstadkommer Denna signal skall då jäm- rörelse. tryckvariationerna, dvs signalen före högtalaren. föras med bansvängningssignalen såssom beskrivits ovan.

Det är vidare möjligt att indikera banans transversella svängning på annat sätt än genom ultraljud. Banans svängning åstadkommer ett varierande vaozvas-s e 6 tryck mot stöden 4. Ett visst tryck motsvarar således ett bestämt svöngnings- läge has banan. Genom uppmütning av detta tryck, exempelvis med hjälp av tryckgívare i stöden kan banans svüngníng uppmötas. En annan möjlighet är att uppmüta svüngningen på optisk väg.

Om materialet i banan är magnetiskt kan tryckvariationerna som driver banans svöngning åstadkommas på magnetisk väg.

Uppfínningen är givetvis inte begränsad till den visade utföringsformen utan kan varieras inom ramen för uppfínningstanken.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 '7802788-5 P a t e n t k r a v

1. Sätt för mätning av förhållbndet mellan banspänning och yt- yikt hos papper, folier eller dylikt genom att banan föres över två på avstånd från varandra anordnade stöd och att banan försätts i transversella svängningar mellan stöden av periodiska tryckva- riationer, k ä n n e t e c k n a t försätter banan i svängning med banans resonansfrekvens vilken be- ror av förhållandet mellan banspänningen och banans ytvikt, upp- mätning av tryckvariationerna eller den signal som åstadkommer av att tryckvariationerna tryckvariationerna samt separat uppmätning av en storhet som ligger i fas med banans transversella svängning, varvid fasläget hos de signaler som erhålles från dessa mätningar jämfäres och genom reg- lering av tryckvariationernas frekvens inställs på den fasförskjut- ning som ger svängning med resonansfrekvens hos banan, att en av- vikelse från denna fasfärskjutning ger en signal som styr frekven- sen hos tryckvoriotionerna så att den bestämda fasförskjutningen återställes.

2. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att de periodiska tryckvariationerna åstadkommas med ljud från en högta- lare och att det alstrade ljudet mäts med en tryckgivare.

3. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att de periodiska tryckvariationerna åstadkommas med ljud från en högta- lare och att det alstrade ljudet mäts genom uppmätning av högta- larmembranets rörelse. I

4. Sätt enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att banans svängning mäts med hjälp av en ultraljudstråle som sänds mot banan och reflekteras till en mottagare varvid fasskill- naden mellan den sända och den mottagna ultraljudstrålen detekte- ras och ger en signal som beskriver banans transversella läge.

5. Sätt enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t av att den signal som styr frekvensen hos tryckvariationerna er- hålles efter integrering av avvikelsen från den inställda fasför- skjutningen.

6. Anordning för mätning av förhållandet mellan banspänning och ytvikt hos papper, folier eller dylikt enligt sättet enligt kravet 1,varvid anordningen innefattar två stöd (4) över vilka banan fram- föras samt en mellan stöden placerad anordning (5) för alstring av periodiska tryckvariationer för att försätta banan i transversella 10 15 20 25 '7802788-5 8 svängningar, k ö n n e t e c k n a d av en anordning (6) för uppmötning av de alstrade tryckvaríationerna eller den signal som åstadkommer tryckvariationerna, än anordning (7, 8, 17, 18, 19) för uppmötning av en storhet som ligger i fas med banans transver- , sella svöngning, en anordning (15) för detektering av fasförskjut- 1 ningen mellan de signaler som erhålles från dessa mötningar samt en anordning (20) som styrs av avvikelsen från den bestämda fasför- skjutningen för reglering av frekvensen hos de alstrade tryckvaria- tionerna så att fasförskjutningen återstöllst

7. Anordning enligt kravet 6, k 8 n n e t e c k n a d en högtalare (5) ör placerad på avstånd från banan för alstring av de periodiska tryckvariationerna och att en tryckgivare (Q) ör pla- cerad mellan högtalaren (5) och banan för uppmötning av dessa av att tryckvariationer. 7

8. Anordning enligt kravet 6, k ö n n e t e c k'n a d av en högtalare som ör placerad på avstånd från banan för alstring av de periodiska tryckvariationerna och en anordning för uppmötning av högtalarmembranets rörelse.

9. Anordning enligt något av kraven 6 - 8, n a d av att anordningen för uppmötning av banans transversella svöngning innefattar en ultraljudsöndare (71 och en ultraljudmot- tagare (8) vilka ör anordnade invid banan för sändning av en ultra- ljudsignal mot banan resp mottagning av den från banan reflekterade signalen samt anordningar (18, 19) för detektering och omformning av dessa signaler till en signal som beskriver banans transversella löge. 1

10. Anordning enligt något av kraven 6 - 9, k ö n n e t e c k- n a d av att den anordning (20) som styrs av avvikelsen från den bestämda fasförskjutningen utgöres av en integrator. k H n n e t e c k- ANFURDA PUBLIKATIONER: