SE434997B - Anordning for metning av tjockleken av en rorlig bana - Google Patents

Description

8300131-3 10 15 20 25 30 35 _respektive håll av banan med en stor direktionskraft, dvs. 2 En annan förekommande metod för mätning av tjocklek ut- nyttjar en enda rörlig givare, varvid banans läge hålles fixt mot en underliggande platta, t.ex. en sugplatta, medan den rörliga givaren-med pneumatisk avståndshållning hålles på konstant avstånd från banans översida. En dylik konstruk- tion är känd från amerikanska patentskriften 3 818 327, varvid avståndet mellan sugplattan och givaren mätes med ' elektromagnetisk metod. En liknande konstruktion är känd från amerikanska patentskriften 3 617 872. I båda fallen anges, vad beträffar den rörliga givaren,_att man använder en luftkudde alstràd av tryckluft, samt en relativt tung konstruktion, vars tyngdkraft motverkar lufttrycket.

En väsentligt lättare konstruktion för en givare med pneuma- tisk avståndshållning är känd från min egen svenska utlägg- ningsskrift 7900795-1. I den konstruktionen föreligger ett lätt, rörligt och ihåligt mätorgan, som är luftlagrat och axiellt rörligt i en hållare samt i ena änden har ett luft- blåsande munstycke och i andra änden en skiva, anordnad med ett ringformigt glapprum i ett utåt öppet cylinderrum, varvid cylinderrummets partiellt genom skivan slutna parti är matat med tryckluft, så att på mätorganet verkar en motkraft som vill dra det mot den mätta ytan vända mun- É stycket i riktning från den mätta ytan. Denna konstruktion fungerar relativt väl, men det Vore önskvärt att kunna få ; den att snabbare inta sitt jämviktsläge, samt att minska avståndet mellan munstycke och mätyta.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en anordning för mätning av tjockleken av en rörlig bana av inledningsvis angivet slag, vilken förmår reagera mycket snabbt, varvid de båda mäthuvudena skall kunna följa banan på var sin sida även om banan själv skulle pendla i rikt- ning vinkelrätt mot sitt plan. Det är då nödvändigt att hålla det konstanta avståndet mellan mäthuvud och bana från vid en ändring av avståndet mellan banyta och mäthuvud- måste det uppkomma en stor korrigerande kraft mellan ban- yta och mäthuvud, samtidigt som mäthuvudet måste vara ytterst 1ß 15 20 25 30 35 8-300131-'3 3 lätt. Därmed avses alltså att direktionskraften skall vara stor i förhållande till den rörliga massans storlek.

Uppfinningen bygger på den insikten, att man förutom en "luftkuddekraft“ vid ett luftmunstycke, dvs. en kraft som uppstår i ett utrymme mellan banan och munstycket, bör ha en relativt stor "sugande“ kraft, sådan som uppstår på grund av Bernoulli-effekt, där fluiden i en spalt lämnar utrymmet mellan munstycket och banan. Denna "sugande" kraft bör vara mindre än "luftkuddekraften", varvid skillnaden kompenseras_medelst fluidens tryck på det som en kolv i utåtriktning verkande mäthuvudet. Vidare skall de pneuma- tiska krafterna vara så avpassade, att avståndet konstant- hâlles och en ändring av avståndet medför en stor återställ- ningskraft.

Ovan nämnda och andra syften och fördelar uppnås enligt uppfinningen därigenom att en anordning av inledningsvis angivet slag konstrueras så att mäthuvudena vardera inne- fattar ett hus med tvâ radiellt verkande luftlager, i vilka är lagrad en ihålig stängel, vid vars första ände respek- ,tive utsläppsmedel är fästat, medel för tillförsel av tryck- 'fluid till stängelns inre, ett slutet.första rum, som är trycksättbart och vari stängelns andra, motsatta ände in- sticker, och att respektive utsläppsmedel utgöres av ett med en kant omgivet, i förhållande till kanten försänkt uuqmue, sm erhålhærtryckfluid från säümælns trycksatta inre via en strypning, varvid det försänkta utrymmet har ett tvär- snitt vinkelrätt mot axialriktningen, vilket har större yta än den stängelns tvärsnittsyta, varpå fluidtrycket i det slutna första rummet verkar i utåtpressande riktning.

En särskild fördel med denna konstruktion är att de rörliga anordningarna vid tryckpåslag självmant intar sina stabila lägen.

Uppfinningen kommer nu att närmare beskrivas i anslutning till i figurerna avbildade utföringsexempel. Fig. 1 visar en anordning enligt uppfinningen. Fig. 2 visar schematiskt en detalj av ett munstycke. Fig. 3A-3E är diagram avsedda asoo1s1-z 10 15 20 25 30 35 H för ett försök att förklara uppfinningens funktion. Fig. 4 visar tryckkurvor upptagna genom mätning. Fig. 5 visar en måttskiss av ett munstycke. Fig. 6 visar ett alternativt utförande. Fig. 7 visar en säkerhetsanordning. Fig. 8 visar _ en elektrisk anslutning.

I fig. 1 visas en utföringsform av uppfinningen med två mät- anordningar 2 och 3 anordnade över respektive under en bana 1, som kan vara rörlig och t.ex. utgöras av pappersbanan i en pappersmaskin. Mätanordningarna kan vara rörliga i banans tvärriktning, t.ex. på det sätt som är visat i amerikanska patentskriften 3 528 ooz. ' Eftersom de båda mätanordningarna har ganska lika konstruk- tion, beskrives i huvudsak bara den övre mätanordningen 2.

I ett hus 4 sitter ett rotationssymmetriskt mäthuvud 5.

Detta mäthuvud har en stjälk 6 i form av ett tunt aluminium- rör, samt en munstycksdel 12, som vetter emot banan 1.

Stjälken 6 är rörlig i två luftlager 7 och 8, matade via huset 4 med tryckluft. Mellan lagren 7 och 8 finns ett rum 9, som också är matat med tryckluft. I det parti av stjälken 6 som genomgår rummet 9 finns ett antal hål, varav endast .hålet 10 är visat.

Den från munstycket 12 vettande änden av stjälken 6 in- sticker i ett slutet rum 11 och är öppen. Munstycket 12 erhåller tryckluft från insidan av stjälken 6.

I munstycket 12 sitter en elektromagnetisk avkännare 13, som avkänner avståndet till ett annat avkännardon 13', pla- cerat på motsvarande sätt i den väsentligen likadana, undre enheten 3. Den övre avkännaren 13 är genom böjliga trådar 14 i stjälken 6 kopplad via en genomföring 15 till en elektro- .nisk mätkrets.

Enligt uppfinningens funktionsprincip skall_nu munstycket 12 hållas pâ ett bestämt litet avstånd ifrån banans 1 yta, och på sådant sätt, att om avståndet ändras, en betydande kraft skall återföra munstycket till det bestämda avståndet. 10 15 20 25 30 35 E azoo1z1-3 Munstyckets konstruktion har här stor betydelse. Dess konstruktion är i fig. 1 bara antydd. Ett utföringsexempel av munstycket framgår bättre av fig. 2.

Som framgår av genomskärningsvyn i fig. 2, har munstycket ytterst formen av en stympad kon 20, som övergår i en av- planad, svagt rundad ringyta 21, följd av en inåtgâende skuldra 22, så att det bildas ett något indraget plan 23. I detta plan ansluter det elektromagnetiska avkännardonet 13.

Där detta intränger mot planet 23 bildas en smal ringformig 'spalt med bredden b. Djupet för det indragna planet 23 är betecknat a. Skuldran 22 bildar en ringyta med diametern øz, medan övergången till den stympade konen 20 sker ut- efter en cirkel med radien ø1.

Vid ett utföringsexempel som fungerat bra var stjälkens 6 ytterdiameter 7 mm, dess innerdiameter 5 mm, ø1 var 10 mm, øz var 9 mm, djupet a var 0,2 mm och spalten b 0,20 mm.

Man inser att de krafter som påverkar den rörliga munstycks- delen är tyngdkraften, tryckluftens utpressning av stjälken 6 ur rummet 11, luftkuddetrycket i rummet mellan banan 1 och munstyckets framände samt den sugande kraft som uppstår då luften går ut sidlänges i spalten mellan ytorna 21 och 20 och banan 1. Den senare är, såsom känt av Bernoullis lag, proportionell emot kvadraten på luftens hastighet i spalten.

Luftförsörjningen var stabiliserad genom en reducerings- ventil av bättre kvalitet (t.ex. Nordgrens precisions- regulator), så att till anordningen tillfört tryck var 1 bar.

Munstyckena ställde då in sig på avstånd av ca 80 Pm från ytorna. Känsligheten för variationer i tillfört tryck var obetydlig. En avvikelse i avstånd om 3 fm har uppmätts vid en ändring av 0,1 bar, dvs. 10%, av trycket uppåt eller nedåt. Mot bakgrund av att en regulator vid 1 bars uttryck håller trycket på ca 0,3% vid trycket mellan 5 och 7 bar, kan denna felkälla försummas. en ändring av ingångs- Mätning av tjocklek kunde då väl reproducibelt göras på bättre än 0,5 Pm, med den ytterligare fördelen att papperets läge inom vida gränser (i 10 mm) saknar betydelse för asoo1z1-z . ¿ 10 j 15 20 _25 30 _35 resultatet. Detta är mycket fördelaktigt vid mätning under tillverkning på pappersbanor. Det kan noteras att pappers- banans hastighet endast obetydligt och knappt mätbart på- verkar tjockleksmätningen ens vid höga hastigheter. Krafterna från de båda givarna mot papperet kommer att kompensera varandra.

Vid tillverkning av tidningspapper med en tjocklek i medel- tal av 60 vilket kan kraftigt förbättras genom föreliggande uppfinning. har tidigare toleranskrav legat vid 3 5 Pm, Det har visat sig att anordningen enligt fig. 1 är ganska okänslig för ändringar i 'ldtningen och oberoende därav vid lutningar 0-450. (Papperet måste förstås gå med motsvarande lutning). Reproducerbarheten vid till- och frånslag av luften motsvarar 0,15 fm. (Om papperet lutar i förhållande till ett normalplan med ett par grader, erfares ingen skill- nad i mätvärdet, troligen beroende på att luftlagringen förmår ge viss kompensation).

Den använda proximetern 13, 13' var av standardtyp och in- köpt frân TSI (Transducer Systems Inc.), Proximity transducer typ XPT015-022-250-750A.

Anläggningen har med framgång provats i ett pappersbruk mot en pappersbana med hastigheten 900 meter/minut.

Snabbheten i utslaget är betydande. Ett "steg" om 60lPm i form av en tejp på ett papper 100lpm tjockt medförde 100% stegsvar på 6 ms, och det förmodas att en stor del av för- dröjningen beror av elektroniken. Vid ett försök med bara en givare uppmättes i motsvarande fall en stigtid (10-90% av fullt utslag) på ungefär 0,5 ms.

Det visar sig, om man inför en dylik stegkant successivt i - gapet mellan två munstycken enligt fig. 1, att fullt utslag för tjockleksändringen uppnås ungefär då 50% av mätytan är täckt av den tjockare delen-av banan (mätytan beräknad som en cirkelyta med diametern 10 mm). 10 15 20 25 30 35 8300131-'3 7 Åtgången av tryckluft är ungefär 35-40 normalliter per minut, medförande en kostnad för tryckluft vid full drift per helår av ungefär 2000 kr. De tidigare kända och brukade konstruk- tionerna, vilka arbetar med enkelsidig avkänning, förbrukar ungefär 10 gånger mera tryckluft.

Ehuru ännu ingen fullständig teori föreligger, kan det dock vara lämpligt att åtminstone kvalitativt söka förklara vad uppfinningens goda verkan beror av. Utan att avsikten är att binda uppfinningen vid en viss förklaring kommer därför en försöksvis förklaring att lämnas: Vid tidigare konstruktioner har det varit vanligt att huvudsakligen bygga på luftkuddeprincipen. Man utsläpper luft genom hål i mellanrummet mellan en rörlig yta och en fast, varvid den rörliga ytan belastas med en konstant kraft. Denna kraft måste vara mindre än tillförda trycket gånger ytan, ty annars lägger sig ytorna emot varandra. Vid ökat avstånd minskar luftkuddekraften, varför man med en något mindre motkraft erhåller ett i princip stabilt av- stånd. Ökat avstånd ger mindre luftkuddekraft, minskat av- stånd större luftkuddekraft, och man får en âterföringskraft som gynnar återställning. Kurvan kraft-avstånd framgår schematiskt av fig. 3A. A En brantare kurva kan erhållas, om tryckluften tillföras via en lämplig strypning, eftersom den maximala kraften (vid direkt motliggning) förblir oförändrad, under det att trycket då kraftigt minskar när luftâtgângen ökar. Detta framgår schematiskt av fig. 3B.

Emellertid föreligger även en sugkraft i den här föreliggan- de uppfinningen. Denna sugkraft är teoretiskt sett propor- tionell emot kvadraten på lufthastigheten i luftgapet. Vid konstant luftmängd per tidsenhet kommer då sugkraften att snabbt öka då avståndet d minskar, och man skulle kunna få en sugkraft såsom den i fig. 3C visade. En dylik kraftkurva är emellertid sådan, att någon stabilitet inte kan uppnås annat än om motkraften, som skall uppväga densamma, är så 10 15 20 25 30 35 6300131-3 8 , riktad att den drar munstycket bort från papperet. En svårighet med en dylik verkningsprincip är vidare att man då måste konstanthålla, icke trycket utan luftmängden per tidsenhet. En konstanthållning av trycket vid munstycket är redan den svår, med hänsyn till förekommande strypningar i systemet. Vid mera praktiska fall kan man svårligen låta trycket öka vid minskat avstånd, varför man i normalfallet för sugkraften har en kraftkurva som-går mot noll då av- ståndet går mot noll och får en vändande kurva enligt fig. 3D.

Det förmodas därför att funktionen för uppfinningen motsvarar en kombination mellan kurvorna i fig. 3B och 3D, varvid både sugkraften och luftkuddekraften ändras åt samma håll vid en ändring av avståndet, samt den de varierbara krafterna mot- verkande kraften, svarande emot lufttrycket på tvärsnittet av stângeln 6, pressar munstycket emot banan.

I fig. 4 visas det uppmätta statiska trycket under ett mät- huvud vid tre olika tillförda tryck. Kurvorna synes ej strida emot den föreslagna förklaringen. De är upptagna med ett flyttbart hål med diametern 0,8 mm, upptaget i en under- lagsplatta och kopplat till en manometer.

Riktigheten av dessa resonemang och vikten av strypningarnas betydelse bestyrkes av att det visat sig att storleken av spalten b enligt fig. 2 är kritisk för stabil funktion. Om t.ex. spalten b i fig. 2 göres 0,35 mm, så erhålles stabilt men något stort avstånd bara om tillförseltrycket kraftigt ökas, med bredden 0,25 mm går det ganska bra att få stabili- tet, och vid 0,20 mm uppnås helt klanderfri gång utan att man får svängningar och med måttligt avstånd munstycke-mät- yta. Strypningen är alltså ganska kritisk för att anord- ningen skall fungera riktigt och ge stabil gång utan sväng- ningarr När emellertid fackmannen är medveten om denna faktors betydelse, är det tydligt att en utprovning ej med- för särskilt stora.svårigheter. En lämplig dimensionering framgår för övrigt av figfi-5. 10 15 20 25 30 35 q afsoo1z1-z I det ovanstående resonemanget har tyngdkraftens inverkan _ l__',.-v“' helt försummats. Detta är berättigat, eftersb§fiÉet7rörliga munstyckets massa är låg; I det beskrivna exemplet var den rörliga massan i de båda enheterna bara 4,5 gram. Detta skall jämföras med att de av luften orsakade krafterna upp- går till åtskilliga Newton.

I enlighet med en annan konstruktion, som visas i fig. 6 och är ganska lik de i fig. 1 visade enheterna har stjälkens 6 hål eliminerats, och tryckluften tillföres direkt till det slutna rummet 11 via en öppning 40. Luftförsörjningen för luftlagren kan emellertid ske på samma sätt som förut visats.

I fig. 7 visas en särskild säkerhetsanordning avsedd för den övre avkännarenheten, för att säkra emot tryckluftens bortfall. Det är tydligt av fig. 1, att om den nedre enhetens tryckluft bortfaller, den dominerande kraften blir tyngd- kraften på den rörliga delen, som därför faller ned. I den övre delen skulle emellertid munstycket falla ned mot den rörliga banan, vilket kan skapa uppenbara problem om banan rör sig. För att eliminera detta har konstruktionen i fig. 5 försetts med en enkelverkande, fjäderbelastad trycklufts- cylinder 50, matad med samma tryckluftskälla, som trycker ned kolven 51 mot verkan av fjädern 52. I kolven 51 sitter en liten stav 53, vars nedre ände har ett T. Staven 53 passerar ett hål i en gallerbricka 54, som sitter fast vid överänden till stjälken 6. Om trycket fallerar, kommer sta- ven 53 att lyftas och lyfter via T-formen i änden upp stjälken och hindrar därmed munstycket från att falla ned.

I de i figurerna visade exemplen har den elektriska anslut- ningen till givaren 13 bara visats schematiskt som hop- tvinnade tunna trådar 14. Detta är i praktiken en allt för grov metod. I praktiken användes istället en konstruktion som schematiskt visas i fig. 8. Den-typ av givare som an- vänts enligt ovan erfordrar tre anslutningstrådar. Dessa är i den rörliga delen, på stjälkens 6 överdel i rummet 11 (fig. 1) avslutade i pelare so." Inuti funnet sitter festa anslutningspelare 81, som är isolerade och på-ej visat sätt azoo1z1-z 10 15 20 25 30 35 glo anslutna till mätutrustningen. Smala fosforbronsband före- nar pelarna 80 med pelarna 81 och.är böjda ungefärligen som cirkelbågar, bildande tre spiraler. Kraften på den rörliga delen blir därmed minimal. Givetvis kan då stjälken 6 ej tillåtas rotera. För att hindra rótatión har därför 1 ut- förandet i fig. 1 inuti kjolen 16 anordnats ett axiellt löpande stift passande med glapp i en urtagning i kanten till det "svampformiga" huvudet (ej visat).

I den föregående beskrivningen har genomgående talats om tryckluft såsom fluid. Det är tydligt att vilken som helst gas kan användas, alltefter lämpligheten.

Vid det för närvarande bästa kända utförandet är det viktigt att lägga märke till förhållandet mellan ytorna, sålunda att den effektiva luftkuddeytan bör vara större än den yta, på vilken det mot banan pressande lufttrycket utövas, dvs. i huvudsak tvärsnittet av stjälken. Kombinationen av krafterna blir därmed sådan, att man erfarenhetsmässigt får en snabb och stabiliserad inställning mot banytorna.

Stabiliteten och snabbheten är sålunda väsentligt bättre än med min tidigare konstruktion enligt svenska patentet 7900795-1. Inställningsavståndet blir också väsentligt kortare; av_storleksordningen G0-100 på vardera sidan.

En noggrann tjockleksmätning underlättas därmed, eftersom det avstånd som mätes med avkännarna blir mindre.

Det är på teoretiska grunder tydligt att även om återförings- kraften är stor och den rörliga massan liten, en viss dämp- ning måste föreligga. Den svampliknande formen av munstyckena tillsammans med det fasta kjolstycket i utförandet enligt fig. 1 är här väl tillräckligt, och kjolstycket har vid den föredragna utföringsformen försetts med hål.

Om ej särskilda medel anordnas för hindrande av vridning, kan de båda rörliga munstycksdelarna.enligt fig. 1 fritt rotera kring sina axlar. Åtminstone med hänsyn till led- ningstrådarna 14 är detta olämpligt, varför i "svampens kant"upptagits ett axiellt löpande spår, passande med 10 8-3-90131-3 ll- glapprum emot en inuti kjolen förlagd, axiell pinne (ej visat).

Vid apparaturens användning, t.ex. för mätning på en rörlig bana, är det lämpligt att med jämna mellanrum föra anord- ningen utanför banan och låta munstyckena blåsa mot var- andra. Ett bestämt avstånd kommer att inställas mellan dem, vilket kan mätas medelst avkännaren 13 och dess mot- stycke 13' och vilket bör vara varje gång lika vid fullgod funktion. Detta avstånd motsvarar emellertid ej fallet med en “oändligt tunn" bana 1 men ger ändå en god kontrollmöj- lighet. '

Claims (4)

1. asoo1z1@s 10 15 20 25 30 35 l?- Patentkrav l. Anordning för mätning av tjoekleken av en rörlig bana. var- ivid två mäthuvuden är anordnade mitt för varandra i en axial- riktning. varvid banan (1) är införingsbar mellan dem. och mäthuvudena är rörliga i axialriktningen. matade med en tryck- fluid från en tryckfluidkälla och försedda med utsläppsmedel för att blåsa tryckfluiden i riktning mot banan för upprätt- hållande av ett konstant avstånd mellan resp. mäthuvud och banan. varjämte i mäthuvudena är anordnade elektriska givar- medel (13. 13') för alstrande av signaler i motsvarighet till avståndet mellan mäthuvudena och därmed.till banans tjocklek. k ä n n e t e c k n a d av att mäthuvudena vardera innefattar ett hus (4) med två radiellt verkande luftlager (7. 8). i vilka är lagrad en ihålig stängel (6). vid vars första ände resp. utsläppsmedel (12. l2') är fästat. medel (9. 10) för tillförsel av tryckfluid till stängelns inre. ett slutet första rum (ll) som är trycksättningsbart och vari stängelns (6) andra. motsatta ände insticker. och att respektive ut- släppsmedel utgöres av ett med en kant (21) omgivet. i förhål- lande till kanten försânkt utrymme. som.erhâl1er tryckfluid från stängelns trycksatta inre via en strypning (b), varvid det försänkta utrymmet har ett tvärsnitt vinkelrätt mot axial- riktningen. vilket har större yta än den stängelns tvärsnitts- yta, varpå fluidtrycket 1 det slutna första rummet (ll) verkar i utåtpressande riktning.

2. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att medlen för tillförsel av tryckfluid till stängelns (6) inre består av ett andra trycksättbart rum (9). som är genomträngt av stängeln (6). jämte minst ett hål (10) i stängelns vägg vid dess det andra rummet (9) genomträngande parti.

3. Anordning enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att medlen för tillförsel av tryckfluid till stängelns (6) inre 8300131-3 13 utgöres av en tryckfluídíngång (40) till det första rummet (ll).

4. Anordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att strypningen (b) är anordnad som ett smalt ringformígt gap mellan ett cylínäriskt elektriskt givarmeäel (13. l3') och ett' hål i det nämnda försänkta utrymmet.