WO2014019719A1 - Method for detecting a speed of a material and corresponding sensor device - Google Patents

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WO2014019719A1
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thermocouple
speed
sensor
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PCT/EP2013/057566
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Michal MALATEK
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Maschinenfabrik Rieter Ag
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    • B65H61/005—Applications of devices for metering predetermined lengths of running material for measuring speed of running yarns
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a speed of a passing past a sensor device material, in particular a textile material, such as a yarn or filament and a corresponding sensor device.
  • speed sensors which determine the speed of the passing textile material, such as a thread or a filament, by means of a capacitive sensor or an optical sensor.
  • capacitive sensor material changes are detected and the speed at which this change in material passes the capacitive sensor detected and transferred to the yarn speed.
  • optical sensors for speed determination work.
  • any optical changes, for example changes in thickness of a yarn, detected in each textile material are detected and the speed with which this change passes by the sensor is evaluated as a yarn speed.
  • the object of the present invention is to improve the known optical and electrical methods for speed determination of a material, in particular a textile material, such as a yarn or filament.
  • the present invention is based on the principle that a moving material also causes the transport of temperature changes or heat energy.
  • the temperature changes can either affect the ambient air or a thermocouple, or even partially change the temperature, ie heated or cooled places in the passing material effect.
  • a thermocouple of the sensor device is heated or cooled.
  • the material runs past the thermocouple.
  • the temperature of the material and / or the thermocouple and / or an air flow generated by the passing material is changed from an original state with a first, original temperature prior to heating or cooling or before passing by.
  • This second, changed temperature is detected and then the speed of the yarn is determined by means of this second, changed temperature.
  • the temperature transport of the yarn is evaluated here as a measure of the speed of the material.
  • thermocouple If the second, changed temperature is detected at a defined distance from the thermocouple, and the time from the heating of the material in the thermocouple to the detection of the second, changed temperature is measured, it is used to determine the speed of the material.
  • the material By the thermocouple, the material is induced an additional, compared to its original temperature changed temperature.
  • This induced in the material temperature profile moves along with the material and away from the thermocouple and then, at a certain distance from the thermocouple, are detected by means of a temperature sensor.
  • the time required for this induced temperature profile to pass from the thermocouple to the temperature sensor serves to determine the speed of the temperature profile and thus also the speed of the material.
  • textile material is particularly well suited, since it is able to absorb a temperature change relatively quickly and to transport this temperature change.
  • thermocouple not only does the material passing the thermocouple have the property of accepting the temperature of the thermocouple itself, it also has the property, in particular of a textured or hairy surface, of cooling the thermocouple in some way. This makes it possible that compared to a target temperature of the thermocouple an actual temperature is measured as a second, changed temperature, and this second, changed temperature of the thermocouple is taken as a measure of the speed of the material. It is assumed that a fast-running material will make a stronger cooling of the thermocouple, as a slow-moving material, as it also removes the temperature of the thermocouple faster and also takes place by the entrained air a cooling effect of the thermocouple.
  • thermocouple The air conveyed by the material as it passes by the thermocouple also heats up. So it is also possible to take this heated or cooled air flow as a measure of the speed of the material. The faster a correspondingly heated air flow is conveyed out of the thermocouple, the faster the material has been conducted past the thermocouple.
  • this original state of the material and / or the thermocouple and / or the air condition is determined. This makes the comparison between the original state and the state of change easier. This is advantageous, but not necessary in every case. It is also unique in finding a relatively fast and strong Changing the temperature already a second, changed temperature compared to the original temperature detectable and evaluable for the speed measurement.
  • thermocouple While in a particularly simple embodiment of the invention, the thermocouple is switched on and off now and these temperature changes generated thereby determined and evaluated for speed detection, it is particularly advantageous if a modulator is provided which changes the temperature of the thermocouple regularly. It can thereby be switched on and off with a certain frequency, the thermocouple or more or less heated. This creates an example of a sinusoidal change in the temperature seen over the length of the material. This regularly and predetermined changing temperature profile can then be detected and evaluated by the one or more temperature sensor (s). Due to the temperature change due to the modulation is a safer determination of the temperature change and thus a more accurate speed measurement is possible.
  • a demodulator which detects and evaluates the regular temperature change. Through the interaction of modulator and demodulator the regular temperature change can be synchronized and thus the speed with which the temperature change is transported, are determined very accurately.
  • the material properties in particular the volume or the surface condition or the composition of the material, present in the material are detected.
  • the volume can influence the intensity of the heating or cooling or also the intensity with which the thermocouple is cooled or heated or the air flow is carried along. The same applies to the surface condition of the material. This also affects the strength of the air flow, which is entrained by the material or the heating ability of the material and can be very well evaluated for accurate determination of the speed.
  • a sensor device for detecting a speed of a material passing by the sensor device, in particular a textile material, such as a yarn or filament, has a thermoelement arranged in the material run.
  • a first temperature sensor is arranged in or after the thermocouple for detecting a second, changed temperature of a state of change influenced by the passing material.
  • the state of change may relate to the material or thermocouple or air flow that is in or out of the thermocouple.
  • the sensor device furthermore has an evaluation device for evaluating the second, changed temperature of the first temperature sensor and for determining the resulting speed of the material.
  • the temperature sensor is either directly associated with the thermocouple to measure its temperature or temperature change, o- it is associated with the air flow from the thermocouple or the material in or at a distance from the thermocouple.
  • a further, second temperature sensor is arranged in front of or in the thermocouple for detecting an original temperature of an original state of the material, the thermocouple or the air flow, which moves into or out of the thermocouple.
  • a comparison of the second, changed temperature with the original temperature is thereby somewhat facilitated for the evaluation.
  • the second, changed temperature can be determined. A direct comparison with the original temperature is therefore not necessary in every case.
  • a third temperature sensor is provided. It is arranged in the running direction of the material after the thermocouple and serves to detect a further second, changed temperature of another state of change. With the third temperature sensor it is possible to measure the second, changed temperature a second time. The transport of the second, changed temperature from the first temperature sensor to the third temperature sensor can thus be detected. Due to the defined distance of the first from the third temperature sensor and the time required for the second, changed temperature to get from the first to the third temperature sensor, the speed of the induced temperature and thus of the material can be determined.
  • a modulator for regularly changing the temperature of the thermocouple is particularly advantageous. Due to the modulator it is possible that In a regularly recurring sequence, the material is heated and returned to its original state. This creates an example sinusoidal change in the temperature along the material. This regular, recurring change in temperature can be easily detected and evaluated by the temperature sensor (s).
  • a demodulator In order to decrypt the regular temperature change applied by the modulator, it is advantageous if a demodulator is provided. It is used to record the evaluations of the detected in the first and / or third temperature sensor, regular temperature change.
  • a material sensor In order to detect the material properties, which can always change in the passing material, a material sensor is provided. For example, he can determine changes in the material properties using optical or capacitive methods. This includes, for example, a changing volume or the surface condition or even the composition of the material. These material properties can play a role in temperature transport or temperature change and thus influence the speed measurement. In order to be able to eliminate or take account of this influence, the signal of this material sensor can be fed to the evaluation device and evaluated.
  • the heater or thermocouple may be a device which can heat volume or surface of the passing object, for example a powerful optical element (laser, IR-LED or focused light), an electrical device, etc.
  • a powerful optical element laser, IR-LED or focused light
  • an electrical device etc.
  • the detector is a device that is sensitive to temperatures or temperature changes.
  • a pyroelectric element for example, a Semiconductor or metal temperature sensor or another temperature sensor, preferably a non-contact sensor.
  • the demodulator is a device that can detect small periodic signals of a known frequency, which are hidden in stochastic signals of large amplitudes.
  • the demodulator may be a selective bandpass filter, a phase sensitive detector or a processor unit that can operate with mathematical filtering techniques.
  • the best solution that can remove stochastic temperature signals and extract only the induced component is when using a phase sensitive detector that is synchronized by the heater.
  • a phase comparator is a device that generates a voltage signal that represents the difference in phase between two signal inputs.
  • frequency mixers, analog multipliers or logic circuits are used for phase detection.
  • the measuring principle is based on the fact that textile yarns or other moving materials are able to absorb heat when exposed to a heater and as a result their temperature can be influenced and measured.
  • the sensor preferably consists of two main parts, a heating device with a thermocouple and optionally with a heating modulator and a temperature sensor.
  • the heating modulator acts on the thermocouple to periodically heat volume or surface area of the moving material.
  • the temperature sensor is a device that is sensitive to temperature changes and can be used for temperature measurements. The device measures either the volume or surface temperature or temperature changes. There are pyroelectric devices, phototransistors, photodiodes or other thermometers in question.
  • the heating modulator 5 heats up periodically together with the thermocouple at a fixed repetition frequency f 0 or cools it down periodically.
  • the thermocouple may be a focused, high-energy light, laser light, infrared light source or other heating device, which can heat up or cool down quickly.
  • the goal of the heating modulator and the thermocouple is to apply temperature to the material passing through the heater.
  • the time profile of the heating or cooling energy may be any periodic signal, such as a square wave, sine wave sawtooth wave, or the like.
  • the material itself, before it enters the heating or cooling device its own temperature, the original temperature T 0 .
  • This temperature T 0 is similar to the ambient temperature.
  • the temperature of the material may change slightly, depending on the energy of the thermocouple present.
  • each part of the material is energized differently as the material passes through the heating or cooling device.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the inventive concept, a sensor device with a temperature sensor
  • FIG. 3 shows a typical temperature curve
  • FIG. 4 shows curves with a modulated and a demodulated signal
  • Figure 5 shows a sensor device with two temperature sensors
  • FIG. 6 shows a sensor device with a temperature sensor and a
  • FIG. 1 shows the basic principle of the present invention. These and the following embodiments are related to the speed measurement of a yarn. However, the invention is not limited to the speed measurement on a yarn, but can also be used for other materials which are capable of quickly accepting and transporting a temperature.
  • a yarn 1 is moved in accordance with Figure 1 in the arrow direction from bottom to top.
  • the yarn 1 runs past a thermocouple 2, which applies thermal energy to the yarn 1.
  • the yarn 1 is heated or cooled until the thermocouple 2 is switched off again.
  • the thermal energy induced on the yarn 1 is moved toward a temperature sensor 3 along with the movement of the yarn 1.
  • the temperature sensor 3 detects the temperature increase or reduction of the yarn 1 relative to the original or not heated or cooled yarn 1. In this way, in particular the transition from an original state or an original temperature of the yarn 1 to a changed state, or a second, changed temperature of the yarn 1 can be determined.
  • the temperature which has been detected in the temperature sensor 3 is forwarded to an evaluation device 4, in which the speed of the yarn 1 can be determined, if the distance between the thermocouple 2 and the temperature sensor 3 and the duration from the beginning of the heating or cooling of the yarn 1 until the arrival of the temperature-changed location on the temperature sensor 3 is detected.
  • the quotient of the distance and this time Time gives the speed at which the heat energy has been transported from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3. This speed corresponds to the speed of the yarn 1, with which this was passed to the sensor device.
  • FIG. 2 schematically shows a sensor device according to the invention which has a temperature sensor 3.
  • This first temperature sensor 3 is a certain distance I away from the thermocouple 2. Seen in the running direction of the yarn 1, the yarn 1 in front of the thermocouple 2, the temperature T 0 . After the thermocouple 2 has, if the thermocouple 2 is active, the temperature T t , which consists of the components T 0 and one induced by the thermocouple 2 further temperature component Ti. By transporting this temperature T t from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3, the temperature will still slightly change to the second, changed temperature Tf, which consists of the component ⁇ 0 ⁇ and the other component ⁇ , ⁇ . It is essential that this second, changed temperature Tf also differs from the original temperature T 0 or T 0 '.
  • the thermocouple 2 is assigned a heating modulator 5.
  • the modulator 5 causes the thermocouple 2 is switched on and off at regular intervals.
  • the additional temperature T is induced on the yarn 1 at regular intervals.
  • These individual regions with different temperatures are determined by the frequency f 0 of the heating modulator 5.
  • These sections also essentially have this frequency f 0 .
  • From the temperature sensor 3, the temperature changes are then detected at the same frequency f 0 .
  • a demodulator 6 these frequencies are again demodulated and adjusted by a phase detector 7 with the heating modulator 5.
  • the duration of the heat energy applied to the yarn 1 from the heater 2 to the temperature sensor. 3 be determined.
  • the purpose of the temperature sensor 3 and the demodulator 6 is to read a temperature of a moving yarn 1 and to extract a component Ti induced by the thermocouple 2.
  • the Sensor is arranged at a distance I from the heating or cooling device and on the way of the moving yarn 2. It is assumed that the yarn 2 moves through the heater at the same speed as through the measurement zone.
  • the measured temperature will have two components, a stochastic component T 0 'corresponding to the original temperature of the yarn and a low induced temperature ⁇ ,' having the same periodicity as the original heating frequency f 0 .
  • FIG. 3 shows a graph of a temperature profile on a yarn.
  • the temperature profile of the yarn 2 per se is shown. It can be seen that although the total temperature of the yarn 2 is found to vary greatly, which may be caused in particular by changes in thickness along the length of the yarn 2. However, as can be seen from the enlarged detail of the curve, the original yarn temperature T 0 is one much higher frequency superimposed. This is the induced temperature T i; which has been applied to the yarn 2 in a corresponding frequency.
  • thermocouple 2 With this additionally applied to the original yarn temperature T 0 induced temperature T, can by a corresponding demodulation in coordination with the regulated by the modulator 5 application of the temperature by the thermocouple 2, and the duration of the thermal energy from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3 to the speed of the yarn 2 are deduced.
  • FIG. 3 shows two temperature records of a moving yarn 2.
  • the one curve shows the original yarn temperature T 0 before the yarn passes through the heating device 2. It can be seen from the illustration that the signal is stochastic with large variations in temperature, these temperature variations being dependent on the thickness of the yarn 2, current environmental conditions, etc.
  • the other line shows how the total yarn temperature is when the yarn leaves the heater.
  • the heater uses a sine wave energy signal.
  • the induced component of the temperature T can be considered as a small variation superimposed on the original yarn temperature T 0 . This small variation can be taken later by a corresponding filter technique.
  • the amplitude of the Tr component will vary even if the amplitude of the heater is the same. Since the yarn itself is not homogeneous, with every millimeter of the yarn 2 having slight differences in thickness, moisture and volume, each part of the yarn 2 is heat differently, even if the heating energy is the same.
  • the only parameter which is consistent with the heater is the repetitive frequency f 0 .
  • FIG. 4 shows two temperature curves which show the heating signal and the demodulated signal. It also shows the offset t. The time t is required until the heating signal has arrived at the temperature sensor 3. It is thus the running time, which requires the heating energy to get from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3.
  • the parameter t is the time delay in seconds, the modulated signal of the thermocouple 2 and the demodulated signal of the temperature sensor 3.
  • the maximum measurable speed is defined by the resolution of the phase detector 7.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the present invention.
  • a third temperature sensor 8 which is arranged at a distance I from the first temperature sensor 3, is used.
  • the temperature sensor 3 is in turn associated with the demodulator 6, while the third temperature sensor 8 is associated with a demodulator 9.
  • the demodulator 6 and demodulator 9 is supplied from the heating modulator 5, the frequency at which the thermocouple 2 is operated.
  • the phase detector 7 the two signals of the demodulators 6 and 9 are evaluated and the transit time t for the distance I detected.
  • the temperatures which are detected at the temperature sensors 3 and 8, differ by a corresponding cooling, which is carried out during the transport at the distance I.
  • the corresponding induced temperature is also detectable here as it represents a significant temperature difference to the original state of the yarn 1.
  • the modification with the two temperature sensors 3 and 8 is that a heater 2, 5 and two sensors 3 and 8 are arranged at a predetermined distance I.
  • the operating principle is the same.
  • the velocity is calculated from the phase offset of ⁇ , ⁇ and T, - which is determined at the two sensors 3 and 8 and the distance I between them.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the present invention.
  • a single temperature sensor 3 is used, which determines the second, changed temperature T r , which consists of the components T 0 'and Tj> determined.
  • a volume sensor or top surface sensor 1 0 is assigned to the yarn 1.
  • the material property is determined to determine in the evaluation of the temperature signal, for example, volume, thickness or surface changes of the yarn 1 and to be included in the evaluation with can.
  • an evaluation device 1 1 is then an amplitude, which is determined from the demodulator 6 is provided with a corresponding correction signal of the sensor 1 0. It can thereby be an even more accurate speed determination or temperature evaluation.
  • the temperature modulator has a fixed modulation frequency f 0 and amplitude.
  • the detector is set to the same frequency.
  • the speed of the moving yarn is not determined from the phase difference between the modulator and the detector, but from the amplitude of the demodulated signal. The higher the speed of the yarn, the shorter the time for the heater to apply the appropriate temperature to the yarn and the faster the cooling of the yarn temperature and the smaller the amplitudes of the induced temperature component T,.
  • the measuring system has to make a correction on the basis of the yarn volume or the surface by means of a capacitive or optical sensor 10.
  • the temperature sensor 3 is assigned directly to the thermocouple 2.
  • the temperature sensor 3 serves to determine the flow velocity, which is caused by the yarn 1 when passing through the thermocouple 2. This anemometric velocity measurement of a moving textile material is based on the measurement of the draft caused by the moving yarn.
  • the temperature sensor 3, here designed as a thermal anemometer, for example a preheated element, is arranged in a channel through which the moving yarn passes. The air flow caused by the yarn movement cools the temperature of the heated wire.
  • the thermal anemometer may be any device that is sensitive to temperature and may be preheated to a constant temperature when in a stable environment.
  • Known thermal anemometers are resistance thermometers, ie devices that change their resistance with temperature.
  • the resistance thermometer is supplied with DC power to preheat the device to a certain temperature. This temperature is above the ambient temperature. As long as there is no air flow, the thermometer keeps its own temperature at the preheated level. As the yarn moves, it creates a draft and the temperature of the resistor drops and changes its resistance. The resistance can be measured in real time.
  • thermocouple 2 The temperature of the thermocouple 2 is detected. As the yarn 1 passes by the thermocouple 2, it is more or less cooled by the entrained flow air. This cooling compared to the actual heating of the thermocouple 2 can be determined and in turn inferred to the speed of the yarn.
  • the position of the sensor need not necessarily be in the channel in which the yarn passes. It can be divided by a membrane around the sensor to protect against deposits of textile dust on the thermal anemometer.
  • the sensor may also be in direct contact with the moving yarn, for example when the thermal anemometer is a conductive ceramic and is incorporated as a guide element in the yarn path.
  • the accuracy of the measurement can be improved with another temperature sensor, which measures the ambient temperature.
  • the thermal anemometer is preheated to have a constant difference from the ambient temperature. Thus, as the ambient temperature increases, so does the heating of the thermocouple to maintain a constant gradient of air flow.
  • the speed of the moving textile material is calculated from the actual values of the ambient temperature and the temperature of the preheated or cooled device.
  • the change in temperature caused by the movement of the material is proportional to the speed of the material.

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Abstract

In a method for detecting a speed (v) of a material running past a sensor device, in particular a textile material, such as a yarn (1) or filament, a heating element (2) or a cooling element (2) of the sensor device is heated or cooled. The material runs past the heating element (2) and, in the process, the first, original temperature of the material and/or of the heating element (2) and/or of an air flow produced by the material running past is changed in comparison with an original state. A second, changed temperature of the material or of the heating element (2) or of the air flow, which is obtained thereby, is recorded using a temperature sensor (3) and is used to determine the speed (v) of the material. The speed can be determined from the propagation time of a heat pulse over a defined measuring distance. The accuracy of the measurement can be improved by modulating the temperature of the heating element and demodulating the measured temperature signal.

Description

Verfahren zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines Materials sowie entsprechende Sensoreinrichtung  Method for detecting a speed of a material and corresponding sensor device
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines an einer Sensoreinrichtung vorbeilaufenden Materials, insbesondere eines textilen Materials, wie eines Garns oder Filaments sowie eine entsprechende Sensoreinrichtung. The present invention relates to a method for detecting a speed of a passing past a sensor device material, in particular a textile material, such as a yarn or filament and a corresponding sensor device.
Insbesondere im textilen Anwendungsbereich sind Geschwindigkeitssensoren bekannt, welche die Geschwindigkeit des vorbeilaufenden textilen Materials, wie beispielsweise eines Fadens oder eines Filaments mittels eines kapazitiven Sensors oder eines optischen Sensors ermittelt. Bei dem kapazitiven Sensor werden Materialänderungen erfasst und die Geschwindigkeit mit welcher diese Materialänderung an den kapazitiven Sensor vorbeiläuft festgestellt und auf die Garngeschwindigkeit umgelegt. In ähnlicher Weise arbeiten auch optische Sensoren zur Geschwindigkeitsermittlung. Auch hierbei werden in jedem textilen Material vorhandene optische Änderungen, beispielsweise Dickenänderungen eines Garns erfasst und die Geschwindigkeit, mit welcher diese Änderung an dem Sensor vorbeiläuft, als Garngeschwindigkeit ausgewertet. In particular in the textile field of application, speed sensors are known which determine the speed of the passing textile material, such as a thread or a filament, by means of a capacitive sensor or an optical sensor. In the capacitive sensor material changes are detected and the speed at which this change in material passes the capacitive sensor detected and transferred to the yarn speed. Similarly, optical sensors for speed determination work. Here too, any optical changes, for example changes in thickness of a yarn, detected in each textile material are detected and the speed with which this change passes by the sensor is evaluated as a yarn speed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten optischen und elektrischen Verfahren zur Geschwindigkeitsermittlung eines Materials, insbesondere eines textilen Materials, wie das eines Garns oder Filaments zu verbessern. The object of the present invention is to improve the known optical and electrical methods for speed determination of a material, in particular a textile material, such as a yarn or filament.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass ein sich bewegendes Material auch den Transport von Temperaturänderungen bzw. Wärmeenergie bewirkt. Die Temperaturänderungen können sich entweder auf die Umgebungsluft oder ein Thermoelement auswirken, oder auch bereichsweise temperaturveränderte, d.h. aufgeheizte oder abgekühlte Stellen in dem vorbeilaufenden Material bewirken. Auf dieser Grundüberlegung basierend, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines an einer Sensoreinrichtung vorbeilaufenden Materials, insbesondere eines textilen Materials, wie das eines Garns oder Filaments, ein Thermoelement der Sensoreinrichtung aufgeheizt oder abgekühlt. Das Material läuft dabei an dem Thermoelement vorbei. Die Temperatur des Materials und/oder des Thermoelementes und/oder eines durch das vorbeilaufende Material erzeugten Luftstroms wird dabei gegenüber einem Originalzustand mit einer ersten, originalen Temperatur vor dem Aufheizen bzw. Abkühlen oder vor dem Vorbeilaufen verändert. Diese zweite, veränderte Temperatur wird erfasst und mittels dieser zweiten, veränderten Temperatur wird anschließend die Geschwindigkeit des Garnes ermittelt. Der Temperaturtransport des Garns wird hierbei als Maß für die Geschwindigkeit des Materials ausgewertet. The present invention is based on the principle that a moving material also causes the transport of temperature changes or heat energy. The temperature changes can either affect the ambient air or a thermocouple, or even partially change the temperature, ie heated or cooled places in the passing material effect. Based on this basic idea, In the method according to the invention for detecting a speed of a material passing by a sensor device, in particular a textile material, such as a yarn or filament, a thermocouple of the sensor device is heated or cooled. The material runs past the thermocouple. The temperature of the material and / or the thermocouple and / or an air flow generated by the passing material is changed from an original state with a first, original temperature prior to heating or cooling or before passing by. This second, changed temperature is detected and then the speed of the yarn is determined by means of this second, changed temperature. The temperature transport of the yarn is evaluated here as a measure of the speed of the material.
Wird die zweite, veränderte Temperatur in einem definierten Abstand von dem Thermoelement erfasst, und die Zeit vom Aufheizen des Materials in dem Thermoelement bis zum Erfassen der zweiten, veränderten Temperatur gemessen, so ist daraus die Geschwindigkeit des Materials zu ermitteln. Durch das Thermoelement wird dem Material eine zusätzliche, gegenüber seiner Originaltemperatur veränderte Temperatur induziert. Dieses in das Material induzierte Temperaturprofil bewegt sich zusammen mit dem Material weiter und von dem Thermoelement weg und kann dann, in einem gewissen Abstand von dem Thermoelement, mittels eines Temperatursensors erfasst werden. Die Zeit, welche dieses induzierte Temperaturprofil benötigt, um von dem Thermoelement bis zu dem Temperatursensor zu gelangen, dient zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Temperaturprofils und damit auch der Geschwindigkeit des Materials. Insbesondere textiles Material eignet sich hierbei besonders gut, da es in der Lage ist, relativ schnell eine Temperaturänderung aufzunehmen und diese Temperaturänderung zu transportieren. If the second, changed temperature is detected at a defined distance from the thermocouple, and the time from the heating of the material in the thermocouple to the detection of the second, changed temperature is measured, it is used to determine the speed of the material. By the thermocouple, the material is induced an additional, compared to its original temperature changed temperature. This induced in the material temperature profile moves along with the material and away from the thermocouple and then, at a certain distance from the thermocouple, are detected by means of a temperature sensor. The time required for this induced temperature profile to pass from the thermocouple to the temperature sensor serves to determine the speed of the temperature profile and thus also the speed of the material. In particular, textile material is particularly well suited, since it is able to absorb a temperature change relatively quickly and to transport this temperature change.
Grundsätzlich ist selbstverständlich nicht nur eine Temperaturerhöhung, sondern auch eine Temperaturabsenkung gegenüber der Originaltemperatur möglich. Auch ein derartiges, abgesenktes Temperaturprofil kann mittels des Materials transportiert und in einem vorbestimmten Abstand von der, hier negativen, Heizeinrichtung bzw. Kühleinrichtung erfasst werden. Basically, of course, not only a temperature increase, but also a temperature reduction compared to the original temperature possible. Such a lowered temperature profile can also be transported by means of the material and detected at a predetermined distance from the, here negative, heating device or cooling device.
Das an dem Thermoelement vorbeilaufende Material hat nicht nur die Eigenschaft, dass es selbst die Temperatur des Thermoelements versucht anzunehmen, sondern es hat, insbesondere bei einer strukturierten oder haarigen Oberfläche, auch die Eigenschaft, dass es das Thermoelement in gewisser Weise kühlt. Hierdurch ist es möglich, dass gegenüber einer Solltemperatur des Thermoelements eine tatsächliche Temperatur als zweite, veränderte Temperatur gemessen wird, und diese zweite, veränderte Temperatur des Thermoelements als Maß für die Geschwindigkeit des Materials genommen wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein schnell laufendes Material eine stärkere Kühlung des Thermoelements vornehmen wird, als ein langsam laufendes Material, da es insbesondere die Temperatur des Thermoelements auch schneller abtransportiert und außerdem durch die mitgerissene Luft ein Kühleffekt des Thermoelementes erfolgt. Not only does the material passing the thermocouple have the property of accepting the temperature of the thermocouple itself, it also has the property, in particular of a textured or hairy surface, of cooling the thermocouple in some way. This makes it possible that compared to a target temperature of the thermocouple an actual temperature is measured as a second, changed temperature, and this second, changed temperature of the thermocouple is taken as a measure of the speed of the material. It is assumed that a fast-running material will make a stronger cooling of the thermocouple, as a slow-moving material, as it also removes the temperature of the thermocouple faster and also takes place by the entrained air a cooling effect of the thermocouple.
Die von dem Material beim Vorbeilaufen an dem Thermoelement mitgeförderte Luft erwärmt sich ebenfalls. So ist es auch möglich, diesen aufgeheizten bzw. abgekühlten Luftstrom als Maß für die Geschwindigkeit des Materials zu nehmen. Je schneller ein entsprechend geheizter Luftstrom aus dem Thermoelement heraus befördert wird, desto schneller ist auch das Material an dem Thermoelement vorbeigeführt worden. The air conveyed by the material as it passes by the thermocouple also heats up. So it is also possible to take this heated or cooled air flow as a measure of the speed of the material. The faster a correspondingly heated air flow is conveyed out of the thermocouple, the faster the material has been conducted past the thermocouple.
Um die Originaltemperatur des Materials und/oder des Thermoelements und/oder des Luftstroms vor dem Aufheizen bzw. Abkühlen zu ermitteln, ist es vorteilhaft, wenn zuerst dieser Originalzustand des Materials und/oder des Thermoelements und/oder des Luftzustands festgestellt wird. Hierdurch ist der Vergleich zwischen dem Originalzustand und dem Veränderungszustand leichter möglich. Dies ist vorteilhaft, aber nicht in jedem Falle notwendig. Es ist auch alleine durch die Ermittlung einer relativ schnellen und starken Ver- änderung der Temperatur bereits eine zweite, veränderte Temperatur gegenüber der Originaltemperatur feststellbar und für die Geschwindigkeitsmessung auswertbar. In order to determine the original temperature of the material and / or the thermocouple and / or the air flow prior to heating or cooling, it is advantageous if first this original state of the material and / or the thermocouple and / or the air condition is determined. This makes the comparison between the original state and the state of change easier. This is advantageous, but not necessary in every case. It is also unique in finding a relatively fast and strong Changing the temperature already a second, changed temperature compared to the original temperature detectable and evaluable for the speed measurement.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn an von einander beabstandeten Stellen mehrere zweite, veränderte Temperaturen gemessen werden. Auf diese Weise ist die Dauer feststellbar, welche die zweite, veränderte Temperatur benötigt von einer ersten Stelle zu einer zweiten Stelle zu gelangen. Aus dem vorbestimmten Abstand der beiden Stellen und dieser Dauer ist wiederum die Geschwindigkeit des Materials, welche die zweite, veränderte Temperatur transportiert, zu ermitteln. It is also particularly advantageous if a plurality of second, changed temperatures are measured at locations spaced apart from one another. In this way, the duration can be determined, which requires the second, changed temperature to reach from a first location to a second location. From the predetermined distance between the two points and this duration, in turn, the speed of the material, which transports the second, changed temperature to determine.
Während in einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung das Thermoelement hin und wieder ein- und ausgeschaltet wird und diese dadurch erzeugten Temperaturänderungen ermittelt und für die Geschwindigkeitsfeststellung ausgewertet werden, ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Modulator vorgesehen ist, welcher die Temperatur des Thermoelementes regelmäßig verändert. Es kann hierdurch mit einer bestimmten Frequenz das Thermoelement ein- und ausgeschaltet oder mehr oder weniger erhitzt werden. Hierdurch entsteht eine beispielsweise sinusförmige Veränderung der Temperatur über die Länge des Materials gesehen. Dieser sich regelmäßig und vorbestimmt verändernde Temperaturverlauf kann anschließend von dem oder den Temperatursensor(en) erfasst und ausgewertet werden. Durch den Temperaturwechsel auf Grund der Modulation ist eine sicherere Feststellung der Temperaturänderung und damit auch eine auf Dauer genauere Geschwindigkeitsmessung möglich. While in a particularly simple embodiment of the invention, the thermocouple is switched on and off now and these temperature changes generated thereby determined and evaluated for speed detection, it is particularly advantageous if a modulator is provided which changes the temperature of the thermocouple regularly. It can thereby be switched on and off with a certain frequency, the thermocouple or more or less heated. This creates an example of a sinusoidal change in the temperature seen over the length of the material. This regularly and predetermined changing temperature profile can then be detected and evaluated by the one or more temperature sensor (s). Due to the temperature change due to the modulation is a safer determination of the temperature change and thus a more accurate speed measurement is possible.
Bei Verwendung eines Modulators ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Demodulator vorgesehen ist, welcher die regelmäßige Temperaturveränderung erfasst und auswertet. Durch das Zusammenwirken von Modulator und Demodulator kann die regelmäßige Temperaturveränderung synchronisiert werden und damit die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperaturveränderung transportiert wird, sehr genau festgestellt werden. When using a modulator, it is particularly advantageous if a demodulator is provided which detects and evaluates the regular temperature change. Through the interaction of modulator and demodulator the regular temperature change can be synchronized and thus the speed with which the temperature change is transported, are determined very accurately.
Um eine noch genauere Auswertung der zweiten, veränderten Temperatur in Bezug auf die Geschwindigkeit des Materials durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn in dem Material vorhandene Veränderungen der Materialeigenschaften, insbesondere des Volumens oder der Oberflächenbeschaffenheit oder der Zusammensetzung des Materials erfasst werden. Das Volumen kann dabei Einfluss nehmen auf die Stärke der Erwärmung bzw. Abkühlung oder auch auf die Intensität, mit welcher das Thermoelement gekühlt oder erwärmt wird oder der Luftstrom mitbefördert wird. Gleiches gilt für die Oberflächenbeschaffenheit des Materials. Auch hierdurch wird die Stärke der Luftströmung, welche durch das Material mitgerissen wird oder auch die Erwärmungsfähigkeit des Materials beeinflusst und kann sehr gut zur genauen Bestimmung der Geschwindigkeit mit ausgewertet werden. In order to be able to carry out an even more accurate evaluation of the second, changed temperature with respect to the speed of the material, it is advantageous if changes in the material properties, in particular the volume or the surface condition or the composition of the material, present in the material are detected. The volume can influence the intensity of the heating or cooling or also the intensity with which the thermocouple is cooled or heated or the air flow is carried along. The same applies to the surface condition of the material. This also affects the strength of the air flow, which is entrained by the material or the heating ability of the material and can be very well evaluated for accurate determination of the speed.
Eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Geschwindigkeit eines an der Sensoreinrichtung vorbeilaufenden Materials, insbesondere eines textilen Materials, wie eines Garns oder Filaments, weist ein im Materiallauf angeordnetes Thermoelement auf. Ein erster Temperatursensor ist in oder nach dem Thermoelement angeordnet zur Erfassung einer zweiten, veränderten Temperatur eines durch das vorbeilaufende Material beein- flussten Veränderungszustands. Der Veränderungszustand kann das Materials oder das Thermoelement oder den Luftstrom, der sich in dem Thermoelement befindet oder aus dem Thermoelement bewegt, betreffen. Die Sensoreinrichtung weist darüber hinaus noch eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der zweiten, veränderten Temperatur des ersten Temperatursensors und zur Ermittlung der daraus resultierenden Geschwindigkeit des Materials auf. Der Temperatursensor ist entweder direkt dem Thermoelement zugeordnet um dessen Temperatur bzw. Temperaturveränderung zu messen, o- der er ist in oder in einem Abstand des Thermoelements dem Luftstrom aus dem Thermoelement oder dem Material zugeordnet. Der Abstand des Tem- peratursensors von dem Thermoelement dient in diesem Fall bei der Auswertung dazu, um mit der Formel v = I / 1, wobei v die Geschwindigkeit, I der Abstand und t die Zeit ist, mit welcher die zweite, veränderte Temperatur von dem Thermoelement bis zum Temperatursensor benötigt, berechnet zu werden. A sensor device according to the invention for detecting a speed of a material passing by the sensor device, in particular a textile material, such as a yarn or filament, has a thermoelement arranged in the material run. A first temperature sensor is arranged in or after the thermocouple for detecting a second, changed temperature of a state of change influenced by the passing material. The state of change may relate to the material or thermocouple or air flow that is in or out of the thermocouple. The sensor device furthermore has an evaluation device for evaluating the second, changed temperature of the first temperature sensor and for determining the resulting speed of the material. The temperature sensor is either directly associated with the thermocouple to measure its temperature or temperature change, o- it is associated with the air flow from the thermocouple or the material in or at a distance from the thermocouple. The distance of the In this case, the temperature sensor of the thermocouple is used in the evaluation to the formula v = I / 1, where v is the speed, I is the distance and t is the time at which the second, changed temperature from the thermocouple to the temperature sensor needed to be calculated.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein weiterer, zweiter Temperatursensor vor oder in dem Thermoelement angeordnet zur Erfassung einer Originaltemperatur eines Originalzustands des Materials, des Thermoelements oder des Luftstroms, der sich in oder aus dem Thermoelement bewegt. Ein Vergleich der zweiten, veränderten Temperatur mit der Originaltemperatur ist hierdurch für die Auswerteeinrichtung etwas erleichtert. Andererseits kann aber auch durch eine schnelle und/oder starke Temperaturänderung, welche durch das Aufheizen durch das Thermoelement erfolgt, bereits die zweite, veränderte Temperatur festgestellt werden. Ein direkter Vergleich mit der Originaltemperatur ist somit nicht jedem Falle erforderlich. In an advantageous embodiment of the invention, a further, second temperature sensor is arranged in front of or in the thermocouple for detecting an original temperature of an original state of the material, the thermocouple or the air flow, which moves into or out of the thermocouple. A comparison of the second, changed temperature with the original temperature is thereby somewhat facilitated for the evaluation. On the other hand, however, even by a rapid and / or strong temperature change, which takes place by the heating by the thermocouple, already the second, changed temperature can be determined. A direct comparison with the original temperature is therefore not necessary in every case.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein dritter Temperatursensor vorgesehen. Er ist in Laufrichtung des Materials gesehen nach dem Thermoelement angeordnet und dient zur Erfassung einer weiteren zweiten, veränderten Temperatur eines weiteren Veränderungszustandes. Mit dem dritten Temperatursensor ist es möglich die zweite, veränderte Temperatur ein zweites Mal zu messen. Der Transport der zweiten, veränderten Temperatur von dem ersten Temperatursensor hin zum dritten Temperatursensor ist damit feststellbar. Durch den definierten Abstand des ersten von dem dritten Temperatursensor und der Zeit, welche die zweite, veränderte Temperatur benötigt um vom ersten bis zum dritten Temperatursensor zu gelangen, kann die Geschwindigkeit der induzierten Temperatur und damit des Materials festgestellt werden. In a particularly advantageous embodiment of the invention, a third temperature sensor is provided. It is arranged in the running direction of the material after the thermocouple and serves to detect a further second, changed temperature of another state of change. With the third temperature sensor it is possible to measure the second, changed temperature a second time. The transport of the second, changed temperature from the first temperature sensor to the third temperature sensor can thus be detected. Due to the defined distance of the first from the third temperature sensor and the time required for the second, changed temperature to get from the first to the third temperature sensor, the speed of the induced temperature and thus of the material can be determined.
Ein Modulator zur regelmäßigen Veränderung der Temperatur des Thermoelements ist besonders vorteilhaft. Durch den Modulator ist es möglich, dass in einer regelmäßig wiederkehrenden Abfolge das Material aufgeheizt und wieder im Wesentlichen auf den Originalzustand zurückgebracht wird. Hierdurch entsteht eine beispielsweise sinusförmige Veränderung der Temperatur entlang des Materials. Diese regelmäßige, wiederkehrende Temperaturveränderung kann sehr einfach von dem oder den Temperatursensor(en) er- fasst und ausgewertet werden. A modulator for regularly changing the temperature of the thermocouple is particularly advantageous. Due to the modulator it is possible that In a regularly recurring sequence, the material is heated and returned to its original state. This creates an example sinusoidal change in the temperature along the material. This regular, recurring change in temperature can be easily detected and evaluated by the temperature sensor (s).
Um die von dem Modulator aufgebrachte regelmäßige Temperaturveränderung wieder zu entschlüsseln, ist es vorteilhaft, wenn ein Demodulator vorgesehen ist. Er dient zur Erfassung der Auswertungen der in dem ersten und/oder dritten Temperatursensor erfassten, regelmäßigen Temperaturveränderung. In order to decrypt the regular temperature change applied by the modulator, it is advantageous if a demodulator is provided. It is used to record the evaluations of the detected in the first and / or third temperature sensor, regular temperature change.
Um die Materialeigenschaften, welche sich in dem vorbeilaufenden Material stets ändern können, zu erfassen, ist ein Materialsensor vorgesehen. Er kann beispielsweise mit optischen oder kapazitiven Methoden Veränderungen der Materialeigenschaften feststellen. Hierunter fallen beispielsweise ein sich änderndes Volumen oder die Oberflächenbeschaffenheit oder auch die Zusammensetzung des Materials. Diese Materialeigenschaften können für den Temperaturtransport bzw. die Temperaturveränderung eine Rolle spielen und damit die Geschwindigkeitsmessung beeinflussen. Um diesen Einfluss auszuschalten bzw. berücksichtigen zu können, kann das Signal dieses Materialsensors der Auswerteeinrichtung zugeführt und ausgewertet werden. In order to detect the material properties, which can always change in the passing material, a material sensor is provided. For example, he can determine changes in the material properties using optical or capacitive methods. This includes, for example, a changing volume or the surface condition or even the composition of the material. These material properties can play a role in temperature transport or temperature change and thus influence the speed measurement. In order to be able to eliminate or take account of this influence, the signal of this material sensor can be fed to the evaluation device and evaluated.
Die Heizeinrichtung bzw. das Thermoelement kann eine Einrichtung sein, welche Volumen oder Oberfläche des durchlaufenden Objekts aufheizen kann, zum Beispiel eine kraftvolles optisches Element (Laser, IR-LED oder fokussiertes Licht), ein Elektrogerät usw.. The heater or thermocouple may be a device which can heat volume or surface of the passing object, for example a powerful optical element (laser, IR-LED or focused light), an electrical device, etc.
Der Detektor ist eine Vorrichtung, welche sensitiv auf Temperaturen oder Temperaturwechsel ist. Beispielsweise ein pyroelektrisches Element, ein Halbleiter oder metallener Temperatursensor oder ein anderer Temperatursensor, vorzugsweise ein kontaktloser Sensor. The detector is a device that is sensitive to temperatures or temperature changes. For example, a pyroelectric element, a Semiconductor or metal temperature sensor or another temperature sensor, preferably a non-contact sensor.
Der Demodulator ist eine Vorrichtung, die kleine periodische Signale einer bekannten Frequenz erfassen kann, welche in stochastischen Signalen großer Amplituden versteckt sind. Der Demodulator kann ein selektiver Bandpassfilter, ein phasensensitiver Detektor oder eine Prozessoreinheit sein, die mit mathematischen Filtertechniken arbeiten kann. Die beste Lösung, welche stochastische Temperatursignale entfernen kann und nur die induzierte Komponente extrahieren kann ist, wenn ein phasensensitiver Detektor verwendet wird, der von der Heizeinrichtung synchronisiert ist. The demodulator is a device that can detect small periodic signals of a known frequency, which are hidden in stochastic signals of large amplitudes. The demodulator may be a selective bandpass filter, a phase sensitive detector or a processor unit that can operate with mathematical filtering techniques. The best solution that can remove stochastic temperature signals and extract only the induced component is when using a phase sensitive detector that is synchronized by the heater.
Ein Phasenvergleicher ist eine Vorrichtung, die ein Spannungssignal generiert, welches die Differenz in der Phase zwischen zwei Signaleingängen repräsentiert. Normalerweise werden Frequenzmixer, Analogmultiplier oder logische Schaltkreise verwendet für die Phasenermittlung. A phase comparator is a device that generates a voltage signal that represents the difference in phase between two signal inputs. Usually frequency mixers, analog multipliers or logic circuits are used for phase detection.
Das Messprinzip basiert auf der Tatsache, dass textile Garne oder andere sich bewegende Materialen in der Lage sind, Hitze zu absorbieren, wenn sie einer Heizeinrichtung ausgesetzt sind und infolgedessen ihre Temperatur beeinflusst und gemessen werden kann. The measuring principle is based on the fact that textile yarns or other moving materials are able to absorb heat when exposed to a heater and as a result their temperature can be influenced and measured.
Der Sensor besteht vorzugsweise aus zwei Hauptteilen, einer Heizeinrichtung mit einem Thermoelement und gegebenenfalls mit einem Heizmodulator und einem Temperatursensor. Der Heizmodulator wirkt auf das Thermoelement derart ein, dass periodisch Volumen oder Oberfläche des sich bewegenden Materials aufgeheizt wird. Der Temperatursensor ist eine Vorrichtung, die empfindlich auf Temperaturänderungen ist und für Temperaturmessungen verwendet werden kann. Die Vorrichtung misst entweder die Volumen- oder die Oberflächentemperatur oder Temperaturänderungen. Es kommen dafür pyroelektrische Vorrichtungen, Fototransistoren, Fotodioden oder andere Thermometer in Frage. Der Heizmodulator 5 heizt zusammen mit dem Thermoelement periodisch mit einer festgelegten Wiederholungsfrequenz f0 auf bzw. kühlt es periodisch ab. Das Thermoelement kann ein fokussiertes, energiereiches Licht, Laserlicht, Infrarotlichtquelle oder eine andere Heizeinrichtung sein, welche schnell aufheizen bzw. abkühlen kann. Das Ziel des Heizmodulators und des Thermoelements ist es Temperatur auf das Material, welches durch die Heizeinrichtung hindurch läuft, aufzubringen. Das Zeitprofil der Heiz- bzw. Kühlenergie kann irgendein periodisches Signal, wie zum Beispiel eine Rechteckwelle, Sinuswelle Sägezahnwelle oder ähnliches sein. Das Material selbst hat, bevor es in die Heiz- bzw. Kühleinrichtung eintritt, seine eigene Temperatur, die Originaltemperatur T0. Diese Temperatur T0 ist ähnlich der Umgebungstemperatur. Wenn das Material in die Heiz- bzw. Kühleinrichtung eintritt, kann sich die Temperatur des Materials leicht verändern, abhängig von der vorliegenden Energie des Thermoelements. Da die Energie des Thermoelements periodisch wechselt, wird jeder Teil des Materials unterschiedlich mit Energie beaufschlagt, wenn das Material durch die Heiz- bzw. Kühleinrichtung hindurchläuft. Wenn das Material die Heiz- bzw. Kühleinrichtung verlässt, ist seine Gesamttemperatur Tt, welche aus zwei Komponenten besteht, nämlich einerseits aus der Originaltemperatur T0 und andererseits aus der induzierten Temperatur T,. Die induzierte Temperatur T, ist eine sehr kleine Komponente, welche der Originalgarntemperatur T0 überlagert ist. The sensor preferably consists of two main parts, a heating device with a thermocouple and optionally with a heating modulator and a temperature sensor. The heating modulator acts on the thermocouple to periodically heat volume or surface area of the moving material. The temperature sensor is a device that is sensitive to temperature changes and can be used for temperature measurements. The device measures either the volume or surface temperature or temperature changes. There are pyroelectric devices, phototransistors, photodiodes or other thermometers in question. The heating modulator 5 heats up periodically together with the thermocouple at a fixed repetition frequency f 0 or cools it down periodically. The thermocouple may be a focused, high-energy light, laser light, infrared light source or other heating device, which can heat up or cool down quickly. The goal of the heating modulator and the thermocouple is to apply temperature to the material passing through the heater. The time profile of the heating or cooling energy may be any periodic signal, such as a square wave, sine wave sawtooth wave, or the like. The material itself, before it enters the heating or cooling device, its own temperature, the original temperature T 0 . This temperature T 0 is similar to the ambient temperature. As the material enters the heating or cooling device, the temperature of the material may change slightly, depending on the energy of the thermocouple present. As the energy of the thermocouple periodically changes, each part of the material is energized differently as the material passes through the heating or cooling device. When the material leaves the heating or cooling device, its total temperature T t , which consists of two components, namely on the one hand from the original temperature T 0 and on the other hand from the induced temperature T ,. The induced temperature T, is a very small component, which is superimposed on the original yarn temperature T 0 .
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. It shows
Figur 1 eine Prinzipskizze des erfinderischen Grundgedankens, eine Sensoreinrichtung mit einem Temperatursensor, 1 shows a schematic diagram of the inventive concept, a sensor device with a temperature sensor,
Figur 3 eine typische Temperaturkurve, Figur 4 Kurven mit einem modulierten und einem demodulierten Signal, FIG. 3 shows a typical temperature curve, FIG. 4 shows curves with a modulated and a demodulated signal,
Figur 5 eine Sensoreinrichtung mit zwei Temperatursensoren und Figure 5 shows a sensor device with two temperature sensors and
Figur 6 eine Sensoreinrichtung mit einem Temperatursensor und einem 6 shows a sensor device with a temperature sensor and a
Materialsensor.  Material sensor.
In Figur 1 ist das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese und die folgenden Ausführungsbeispiele sind bezogen auf die Geschwindigkeitsmessung eines Garns. Die Erfindung ist aber nicht auf die Geschwindigkeitsmessung an einem Garn eingeschränkt, sondern kann auch für andere Materialen verwendet werden, welche in der Lage sind, schnell eine Temperatur anzunehmen und zu transportieren. FIG. 1 shows the basic principle of the present invention. These and the following embodiments are related to the speed measurement of a yarn. However, the invention is not limited to the speed measurement on a yarn, but can also be used for other materials which are capable of quickly accepting and transporting a temperature.
Ein Garn 1 wird gemäß Figur 1 in Pfeilrichtung von unten nach oben bewegt. Das Garn 1 läuft dabei an einem Thermoelement 2 vorbei, welches Wärmeenergie auf das Garn 1 aufbringt. Das Garn 1 erwärmt oder kühlt sich dabei solange, bis das Thermoelement 2 wieder abgeschaltet wird. Die Ther- moenergie, welche auf das Garn 1 induziert wurde, wird zusammen mit der Bewegung des Garns 1 in Richtung auf einen Temperatursensor 3 hin bewegt. Der Temperatursensor 3 stellt die Temperaturerhöhung bzw. - Verringerung des Garns 1 gegenüber dem originalen bzw. nicht aufgeheizten oder abgekühlten Garn 1 fest. Auf diese Weise kann insbesondere der Übergang von einem Originalzustand bzw. einer Originaltemperatur des Garns 1 auf einen veränderten Zustand, bzw. eine zweite, veränderte Temperatur des Garns 1 festgestellt werden. Die Temperatur, welche in dem Temperatursensor 3 festgestellt wurde, wird an eine Auswerteeinrichtung 4 weitergeleitet, in welcher die Geschwindigkeit des Garns 1 ermittelt werden kann, wenn die Entfernung zwischen dem Thermoelement 2 und dem Temperatursensor 3 sowie die Dauer vom Beginn des Erwärmens bzw. Kühlens des Garns 1 bis zum Eintreffen der temperaturveränderten Stelle an dem Temperatursensor 3 festgestellt wird. Der Quotient aus der Entfernung und dieser Zeit- dauer ergibt die Geschwindigkeit, mit welcher die Wärmeenergie von dem Thermoelement 2 zu dem Temperatursensor 3 befördert wurde. Diese Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit des Garns 1 , mit welcher dieses an der Sensoreinrichtung vorbeigeführt wurde. A yarn 1 is moved in accordance with Figure 1 in the arrow direction from bottom to top. The yarn 1 runs past a thermocouple 2, which applies thermal energy to the yarn 1. The yarn 1 is heated or cooled until the thermocouple 2 is switched off again. The thermal energy induced on the yarn 1 is moved toward a temperature sensor 3 along with the movement of the yarn 1. The temperature sensor 3 detects the temperature increase or reduction of the yarn 1 relative to the original or not heated or cooled yarn 1. In this way, in particular the transition from an original state or an original temperature of the yarn 1 to a changed state, or a second, changed temperature of the yarn 1 can be determined. The temperature which has been detected in the temperature sensor 3 is forwarded to an evaluation device 4, in which the speed of the yarn 1 can be determined, if the distance between the thermocouple 2 and the temperature sensor 3 and the duration from the beginning of the heating or cooling of the yarn 1 until the arrival of the temperature-changed location on the temperature sensor 3 is detected. The quotient of the distance and this time Time gives the speed at which the heat energy has been transported from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3. This speed corresponds to the speed of the yarn 1, with which this was passed to the sensor device.
In Figur 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung dargestellt, welche einen Temperatursensor 3 aufweist. Dieser erste Temperatursensor 3 ist eine bestimmte Entfernung I von dem Thermoelement 2 entfernt. In Laufrichtung des Garns 1 gesehen, weist das Garn 1 vor dem Thermoelement 2 die Temperatur T0 auf. Nach dem Thermoelement 2 hat es, falls das Thermoelement 2 aktiv ist, die Temperatur Tt, welche aus den Komponenten T0 und einer durch das Thermoelement 2 induzierten weiteren Temperaturkomponente Ti besteht. Durch den Transport dieser Temperatur Tt von dem Thermoelement 2 bis zum Temperatursensor 3 wird sich die Temperatur zwar noch geringfügig ändern zu der zweite, veränderte Temperatur Tf, welche aus der Komponente Τ0· und der weiteren Komponente Τ,· besteht. Wesentlich ist, dass sich auch diese zweite, veränderte Temperatur Tf von der Originaltemperatur T0 bzw. T0' unterscheidet. FIG. 2 schematically shows a sensor device according to the invention which has a temperature sensor 3. This first temperature sensor 3 is a certain distance I away from the thermocouple 2. Seen in the running direction of the yarn 1, the yarn 1 in front of the thermocouple 2, the temperature T 0 . After the thermocouple 2 has, if the thermocouple 2 is active, the temperature T t , which consists of the components T 0 and one induced by the thermocouple 2 further temperature component Ti. By transporting this temperature T t from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3, the temperature will still slightly change to the second, changed temperature Tf, which consists of the component Τ 0 · and the other component Τ, ·. It is essential that this second, changed temperature Tf also differs from the original temperature T 0 or T 0 '.
Dem Thermoelement 2 ist ein Heizmodulator 5 zugeordnet. Der Modulator 5 bewirkt, dass das Thermoelement 2 in regelmäßigen Abständen ein- und ausgeschaltet wird. Hierdurch wird auf das Garn 1 in regelmäßigen Abständen die zusätzliche Temperatur T, induziert. Dies bedeutet, dass in dem Garn 1 abwechselnd in einzelnen Abschnitten die Temperatur T0 bzw. Τ0· und in anderen Abschnitten die veränderte Temperatur Tt bzw. Tf vorliegt. Diese einzelnen Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen sind durch die Frequenz f0 des Heizmodulators 5 bestimmt. Diese Abschnitte weisen ebenfalls im Wesentlichen diese Frequenz f0 auf. Von dem Temperatursensor 3 werden sodann mit derselben Frequenz f0 die Temperaturänderungen erfasst. In einem Demodulator 6 werden diese Frequenzen wiederum demoduliert und über einen Phasendetektor 7 mit dem Heizmodulator 5 abgeglichen. Durch den Zeitversatz t, welcher zwischen dem Aufbringen der Wärmeenergie auf den Faden 1 durch den Temperaturmodulator 5 und das Thermoelement 2 und der anschließenden Erfassung der zweiten, veränderten Temperatur Tr durch den Temperatursensor 3 und den Demodulator 6 liegt, kann die Laufzeit der auf das Garn 1 aufgebrachten Wärmeenergie von der Heizeinrichtung 2 bis zum Temperatursensor 3 festgestellt werden. Mit der vorbestimmten Entfernung I kann mittels der Formel v = I / 1 die Geschwindigkeit der Wärmeenergie und damit des Garns 1 bestimmt werden. The thermocouple 2 is assigned a heating modulator 5. The modulator 5 causes the thermocouple 2 is switched on and off at regular intervals. As a result, the additional temperature T is induced on the yarn 1 at regular intervals. This means that in the yarn 1 alternately in individual sections the temperature T 0 or Τ 0 · and in other sections the changed temperature T t or Tf exists. These individual regions with different temperatures are determined by the frequency f 0 of the heating modulator 5. These sections also essentially have this frequency f 0 . From the temperature sensor 3, the temperature changes are then detected at the same frequency f 0 . In a demodulator 6, these frequencies are again demodulated and adjusted by a phase detector 7 with the heating modulator 5. Due to the time offset t, which is between the application of heat energy the thread 1 through the temperature modulator 5 and the thermocouple 2 and the subsequent detection of the second, changed temperature T r by the temperature sensor 3 and the demodulator 6, the duration of the heat energy applied to the yarn 1 from the heater 2 to the temperature sensor. 3 be determined. With the predetermined distance I, the speed of the thermal energy and thus of the yarn 1 can be determined by means of the formula v = I / 1.
Das Ziel des Temperatursensors 3 und des Demodulators 6 ist es, eine Temperatur eines sich bewegenden Garns 1 zu lesen und eine Komponente Ti zu extrahieren, welche durch das Thermoelement 2 induziert wurde. DerThe purpose of the temperature sensor 3 and the demodulator 6 is to read a temperature of a moving yarn 1 and to extract a component Ti induced by the thermocouple 2. Of the
Sensor ist in einer Entfernung I von der Heiz- bzw. Kühleinrichtung und auf dem Weg des sich bewegenden Garns 2 angeordnet. Es wird angenommen, dass das Garn 2 sich durch die Heizeinrichtung mit derselben Geschwindigkeit wie durch die Messzone bewegt. Die gemessene Temperatur wird zwei Komponenten haben, eine stochastische Komponente T0' die mit der Originaltemperatur des Garns korrespondiert und eine niedrige induzierte Temperatur Τ,', welche dieselbe Periodizität aufweist wie die Originalheizfrequenz f0. Sensor is arranged at a distance I from the heating or cooling device and on the way of the moving yarn 2. It is assumed that the yarn 2 moves through the heater at the same speed as through the measurement zone. The measured temperature will have two components, a stochastic component T 0 'corresponding to the original temperature of the yarn and a low induced temperature Τ,' having the same periodicity as the original heating frequency f 0 .
In Figur 3 ist eine Graphik eines Temperaturverlaufs an einem Garn dargestellt. In der Kurve von der Zeit t = 0,0 bis 3,0 ist der Temperaturverlauf des Garns 2 an sich gezeigt. Daraus ist zu ersehen, dass sich die Gesamttemperatur des Garns 2 zwar als stark unterschiedlich darstellt, was insbesondere verursacht sein kann durch Dickeänderungen entlang der Länge des Garns 2. Wie aus dem vergrößerten Detail der Kurve zu ersehen ist, ist jedoch der Originalgarntemperatur T0 eine wesentlich hochfrequentere Temperatur überlagert. Hierbei handelt es sich um die induzierte Temperatur Ti; welche in einer entsprechenden Frequenz auf das Garn 2 aufgebracht wurde. Mit dieser zusätzlich auf die Originalgarntemperatur T0 aufgebrachte induzierten Temperatur T, kann durch eine entsprechende Demodulation in Abstimmung mit der durch den Modulator 5 geregelten Aufbringung der Temperatur durch das Thermoelement 2, und mit der Laufzeit der Wärmeenergie von dem Thermoelement 2 bis zum Temperatursensor 3 auf die Geschwindigkeit des Garnes 2 rückgeschlossen werden. FIG. 3 shows a graph of a temperature profile on a yarn. In the curve from time t = 0.0 to 3.0, the temperature profile of the yarn 2 per se is shown. It can be seen that although the total temperature of the yarn 2 is found to vary greatly, which may be caused in particular by changes in thickness along the length of the yarn 2. However, as can be seen from the enlarged detail of the curve, the original yarn temperature T 0 is one much higher frequency superimposed. This is the induced temperature T i; which has been applied to the yarn 2 in a corresponding frequency. With this additionally applied to the original yarn temperature T 0 induced temperature T, can by a corresponding demodulation in coordination with the regulated by the modulator 5 application of the temperature by the thermocouple 2, and the duration of the thermal energy from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3 to the speed of the yarn 2 are deduced.
Die Figur 3 zeigt dabei zwei Temperaturaufzeichnungen eines bewegten Garns 2. Die eine Kurve zeigt die Originalgarntemperatur T0, bevor das Garn die Heizeinrichtung 2 durchläuft. Aus der Darstellung ist zu ersehen, dass das Signal stochastisch mit großen Variationen der Temperatur ist, wobei diese Temperaturschwankungen abhängig sind von der Dicke des Garns 2, momentanen Umgebungsbedingungen usw.. FIG. 3 shows two temperature records of a moving yarn 2. The one curve shows the original yarn temperature T 0 before the yarn passes through the heating device 2. It can be seen from the illustration that the signal is stochastic with large variations in temperature, these temperature variations being dependent on the thickness of the yarn 2, current environmental conditions, etc.
Die andere Linie zeigt wie die gesamte Garntemperatur ist, wenn das Garn die Heizeinrichtung verlässt. Die Heizeinrichtung verwendet dabei ein Sinus- wellenenergiesignal. Die induzierte Komponente der Temperatur T, kann als kleine Variation betrachtet werden, welche der Originalgarntemperatur T0 überlagert ist. Diese kleine Variation kann später durch eine entsprechende Filtertechnik entnommen werden. Die Amplitude der TrKomponente wird variieren, sogar wenn die Amplitude der Heizeinrichtung gleich ist. Da das Garn selbst nicht homogen ist, wobei jeder Millimeter des Garns 2 leichte Unterschiede in der Dicke, Feuchtigkeit und dem Volumen hat, wird jeder Teil des Garns 2 unterschiedlich mit Hitze beaufschlagt, auch wenn die Heizenergie dieselbe ist. Der einzige Parameter, welcher gleichbleibend mit der Heizeinrichtung ist, ist die sich wiederholende Frequenz f0. The other line shows how the total yarn temperature is when the yarn leaves the heater. The heater uses a sine wave energy signal. The induced component of the temperature T, can be considered as a small variation superimposed on the original yarn temperature T 0 . This small variation can be taken later by a corresponding filter technique. The amplitude of the Tr component will vary even if the amplitude of the heater is the same. Since the yarn itself is not homogeneous, with every millimeter of the yarn 2 having slight differences in thickness, moisture and volume, each part of the yarn 2 is heat differently, even if the heating energy is the same. The only parameter which is consistent with the heater is the repetitive frequency f 0 .
In Figur 4 sind zwei Temperaturkurven dargestellt, welche das Heizsignal und das demodulierte Signal zeigen. Es ist daraus auch der Versatz t ersichtlich. Die Zeit t wird benötigt, bis das Heizsignal an dem Temperatursensor 3 angekommen ist. Es ist somit die Laufzeit, welche die Heizenergie benötigt um von dem Thermoelement 2 bis zum Temperatursensor 3 zu gelangen. FIG. 4 shows two temperature curves which show the heating signal and the demodulated signal. It also shows the offset t. The time t is required until the heating signal has arrived at the temperature sensor 3. It is thus the running time, which requires the heating energy to get from the thermocouple 2 to the temperature sensor 3.
In der Figur 4 ist das Hitzesinuswellensignal oben und die extrahierte Tr Komponente unten gezeigt. Die Amplitude der extrahierten Temperaturkom- ponente Ti variiert, aber die Frequenz des Signals ist dieselbe wie die Frequenz des Modulators. In Figure 4, the heat sine wave signal at the top and the extracted T r component at the bottom are shown. The amplitude of the extracted temperature com- component Ti varies, but the frequency of the signal is the same as the frequency of the modulator.
Die Verzögerung t zwischen den Signalen korrespondiert mit der Geschwindigkeit des durchlaufenden Garns: Geschwindigkeit = I / 1, wobei I die Entfernung zwischen dem Temperaturmodulator 5 und dem Temperatursensor 3 in Metern ist. Der Parameter t ist die Zeitverzögerung in Sekunden, des modulierten Signals der des Thermoelementes 2 und des demodulierten Signals des Temperatursensors 3. Die minimal messbare Geschwindigkeit wird bestimmt durch die Entfernung I und die Frequenz der Modulation f0, Geschwindigkeit vmin = f0 * I. Die maximal messbare Geschwindigkeit ist definiert durch die Auflösung des Phasendetektors 7. The delay t between the signals corresponds to the speed of the passing yarn: speed = I / 1, where I is the distance between the temperature modulator 5 and the temperature sensor 3 in meters. The parameter t is the time delay in seconds, the modulated signal of the thermocouple 2 and the demodulated signal of the temperature sensor 3. The minimum measurable speed is determined by the distance I and the frequency of the modulation f 0 , speed v min = f 0 * I The maximum measurable speed is defined by the resolution of the phase detector 7.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es wird hierbei ein dritter Temperatursensor 8, welcher von dem ersten Temperatursensor 3 in einer Entfernung I angeordnet ist, verwendet. Dem Temperatursensor 3 ist wiederum der Demodulator 6 zugeordnet, während dem dritten Temperatursensor 8 ein Demodulator 9 zugeordnet ist. Von dem Heizmodulator 5 wird die Frequenz, mit welcher das Thermoelement 2 betrieben wird, dem Demodulator 6 und Demodulator 9 zugeführt. Durch den Phasendetektor 7 werden die beiden Signale der Demodulatoren 6 und 9 ausgewertet und die Laufzeit t für die Entfernung I festgestellt. Die Temperaturen, welche an den Temperatursensoren 3 und 8 festgestellt werden, unterscheiden sich durch eine entsprechende Abkühlung, welche bei dem Transport auf der Entfernung I erfolgt ist. Die entsprechend induzierte Temperatur ist aber hier ebenso noch feststellbar, da sie einen deutlichen Temperaturunterschied zum Originalzustand des Garns 1 darstellt. FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the present invention. In this case, a third temperature sensor 8, which is arranged at a distance I from the first temperature sensor 3, is used. The temperature sensor 3 is in turn associated with the demodulator 6, while the third temperature sensor 8 is associated with a demodulator 9. From the heating modulator 5, the frequency at which the thermocouple 2 is operated, the demodulator 6 and demodulator 9 is supplied. By means of the phase detector 7, the two signals of the demodulators 6 and 9 are evaluated and the transit time t for the distance I detected. The temperatures which are detected at the temperature sensors 3 and 8, differ by a corresponding cooling, which is carried out during the transport at the distance I. However, the corresponding induced temperature is also detectable here as it represents a significant temperature difference to the original state of the yarn 1.
Die Abwandlung mit den zwei Temperatursensoren 3 und 8 besteht darin, dass eine Heizeinrichtung 2, 5 und zwei Sensoren 3 und 8 mit vorbestimmtem Abstand I angeordnet sind. Das Funktionsprinzip ist dasselbe. Die Geschwindigkeit wird berechnet aus dem Phasenversatz von Τ,· und T,-, welche bei den zwei Sensoren 3 und 8 und dem Abstand I zwischen ihnen ermittelt wird. The modification with the two temperature sensors 3 and 8 is that a heater 2, 5 and two sensors 3 and 8 are arranged at a predetermined distance I. The operating principle is the same. The velocity is calculated from the phase offset of Τ, · and T, - which is determined at the two sensors 3 and 8 and the distance I between them.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier wird wiederum ein einzelner Temperatursensor 3 verwendet, welcher die zweite, veränderte Temperatur Tr, welche aus den Komponenten T0' und Tj> besteht, ermittelt. Au ßerdem ist ein Volumensensor oder Obenflä- chensensor 1 0 dem Garn 1 zugeordnet. Durch diesen Sensor 1 0 wird die Materialeigenschaft festgestellt, um bei der Auswertung des Temperatursignals zum Beispiel Volumen-, Dicken- oder Oberflächenänderungen des Garns 1 festzustellen und bei der Auswertung mit einfließen lassen zu können. In einer Auswerteeinrichtung 1 1 wird sodann eine Amplitude, welche aus dem Demodulator 6 ermittelt wird mit einem entsprechenden Korrektursignal des Sensors 1 0 versehen. Es kann hierdurch eine noch genauere Geschwindigkeitsfeststellung bzw. Temperaturauswertung erfolgen. FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the present invention. Here again, a single temperature sensor 3 is used, which determines the second, changed temperature T r , which consists of the components T 0 'and Tj> determined. In addition, a volume sensor or top surface sensor 1 0 is assigned to the yarn 1. By this sensor 1 0, the material property is determined to determine in the evaluation of the temperature signal, for example, volume, thickness or surface changes of the yarn 1 and to be included in the evaluation with can. In an evaluation device 1 1 is then an amplitude, which is determined from the demodulator 6 is provided with a corresponding correction signal of the sensor 1 0. It can thereby be an even more accurate speed determination or temperature evaluation.
Für die Messung einer Geschwindigkeit eines sich bewegenden textilen Materials mit einer Temperaturmodulation kann der in Figur 6 dargestellte Aufbau verwendet werden. Der Temperaturmodulator weist eine festgelegte Modulationsfrequenz f0 und Amplitude auf. Der Detektor ist auf dieselbe Frequenz eingestellt. Die Geschwindigkeit des sich bewegenden Garns wird nicht ermittelt aus der Phasendifferenz zwischen dem Modulator und dem Detektor, sondern aus der Amplitude des demodulierten Signals. Je höher die Geschwindigkeit des Garns ist, desto kürzer ist die Zeit für die Heizeinrichtung das Garn mit der entsprechenden Temperatur zu beaufschlagen und umso schneller ist die Abkühlung der Temperatur des Garns und desto kleiner sind die Amplituden der induzierten Temperaturkomponente T,. Da die Amplitude der Ti-Komponente auch abhängt von dem momentanen Volumen oder der Oberfläche des Garns, muss das Messsystem eine Korrektur vornehmen aufgrund des Garnvolumens, bzw. der Oberfläche mit Mitteln eines kapazitiven oder optischen Sensors 1 0. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Temperatursensor 3 direkt dem Thermoelement 2 zugeordnet. Der Temperatursensor 3 dient dabei dazu die Strömungsgeschwindigkeit zu ermitteln, welche durch das Garn 1 beim Hindurchlaufen durch das Thermoelement 2 verursacht wird. Diese anemometrische Geschwindigkeitsmessung eines sich bewegenden textilen Materials basiert auf der Messung des Luftzugs, welcher durch das sich bewegende Garn verursacht wurde. Der Temperatursensor 3, hier als ein thermisches Anemometer, zum Beispiel ein vorgeheiztes Element, ausgebildet, ist in einem Kanal angeordnet, durch welchen das sich bewegende Garn verläuft. Der Luftstrom, der durch die Garnbewegung verursacht wird, kühlt die Temperatur des erhitzen Drahtes ab. Je schneller das Garn sich bewegt, desto größer ist der Abkühleffekt des vorgeheizten Elementes. Das thermische Anemometer kann jede Vorrichtung sein, die empfindlich auf Temperatur reagiert und kann vorgeheizt sein auf eine konstante Temperatur, wenn es sich in einer beständigen Umgebung befindet. Bekannte thermische Anemometer sind Widerstandsthermometer, d. h. Vorrichtungen die ihren Widerstand mit der Temperatur ändern. Das Widerstandsthermometer wird mit Gleichstrom versorgt, um die Vorrichtung auf eine bestimmte Temperatur vorzuheizen. Diese Temperatur ist oberhalb der Umgebungstemperatur. Solange kein Luftstrom vorliegt, hält das Thermometer seine eigene Temperatur auf dem vorgeheizten Level. Wenn das Garn sich bewegt, entsteht ein Luftzug und die Temperatur des Widerstands sinkt und verändert seinen Widerstand. Der Widerstand kann in Echtzeit gemessen werden. For the measurement of a velocity of a moving textile material with a temperature modulation, the construction shown in FIG. 6 can be used. The temperature modulator has a fixed modulation frequency f 0 and amplitude. The detector is set to the same frequency. The speed of the moving yarn is not determined from the phase difference between the modulator and the detector, but from the amplitude of the demodulated signal. The higher the speed of the yarn, the shorter the time for the heater to apply the appropriate temperature to the yarn and the faster the cooling of the yarn temperature and the smaller the amplitudes of the induced temperature component T,. Since the amplitude of the Ti component also depends on the instantaneous volume or the surface of the yarn, the measuring system has to make a correction on the basis of the yarn volume or the surface by means of a capacitive or optical sensor 10. In an embodiment not shown, the temperature sensor 3 is assigned directly to the thermocouple 2. The temperature sensor 3 serves to determine the flow velocity, which is caused by the yarn 1 when passing through the thermocouple 2. This anemometric velocity measurement of a moving textile material is based on the measurement of the draft caused by the moving yarn. The temperature sensor 3, here designed as a thermal anemometer, for example a preheated element, is arranged in a channel through which the moving yarn passes. The air flow caused by the yarn movement cools the temperature of the heated wire. The faster the yarn moves, the greater the cooling effect of the preheated element. The thermal anemometer may be any device that is sensitive to temperature and may be preheated to a constant temperature when in a stable environment. Known thermal anemometers are resistance thermometers, ie devices that change their resistance with temperature. The resistance thermometer is supplied with DC power to preheat the device to a certain temperature. This temperature is above the ambient temperature. As long as there is no air flow, the thermometer keeps its own temperature at the preheated level. As the yarn moves, it creates a draft and the temperature of the resistor drops and changes its resistance. The resistance can be measured in real time.
Die Temperatur des Thermoelements 2 wird erfasst. Bei dem Vorbeilaufen des Garns 1 an dem Thermoelement 2 wird dieses durch die mitgerissene Strömungsluft mehr oder weniger abgekühlt. Diese Abkühlung gegenüber der eigentlichen Erwärmung des Thermoelements 2 kann ermittelt und auf die Geschwindigkeit des Garns wiederum rückgeschlossen werden. The temperature of the thermocouple 2 is detected. As the yarn 1 passes by the thermocouple 2, it is more or less cooled by the entrained flow air. This cooling compared to the actual heating of the thermocouple 2 can be determined and in turn inferred to the speed of the yarn.
Die Position des Sensors muss sich nicht notwendigerweise in dem Kanal befinden, in welchem das Garn hindurchläuft. Es kann abgeteilt sein durch eine Membran um den Sensor gegen Ablagerungen von Textilstaub auf dem thermischen Anemometer zu schützen. Andererseits kann sich der Sensor auch in direktem Kontakt mit dem bewegenden Garn befinden, zum Beispiel wenn das thermische Anemometer eine leitende Keramik ist und als Führungselement in den Garnweg eingebaut ist. The position of the sensor need not necessarily be in the channel in which the yarn passes. It can be divided by a membrane around the sensor to protect against deposits of textile dust on the thermal anemometer. On the other hand, the sensor may also be in direct contact with the moving yarn, for example when the thermal anemometer is a conductive ceramic and is incorporated as a guide element in the yarn path.
Die Genauigkeit der Messung kann noch verbessert werden mit einem weiteren Temperatursensor, welcher die Umgebungstemperatur misst. Das thermische Anemometer ist vorgeheizt um einen konstanten Unterschied zur Umgebungstemperatur zu haben. Wenn also die Umgebungstemperatur steigt, steigt auch das Aufheizen des Thermoelementes um einen konstanten Gradienten der Luftströmung zu erhalten. The accuracy of the measurement can be improved with another temperature sensor, which measures the ambient temperature. The thermal anemometer is preheated to have a constant difference from the ambient temperature. Thus, as the ambient temperature increases, so does the heating of the thermocouple to maintain a constant gradient of air flow.
Die Geschwindigkeit des sich bewegenden textilen Materials wird ausgerechnet aus den aktuellen Werten der Umgebungstemperatur und der Temperatur der vorgeheizten bzw. abgekühlten Einrichtung. The speed of the moving textile material is calculated from the actual values of the ambient temperature and the temperature of the preheated or cooled device.
Grundsätzlich gilt bei der vorliegenden Erfindung, dass die Änderung der Temperatur, welche durch die Bewegung des Materials hervorgerufen wird, proportional zu der Geschwindigkeit des Materials ist. Basically, in the present invention, the change in temperature caused by the movement of the material is proportional to the speed of the material.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten oder beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der geltenden Patentansprüche sind jeder Zeit möglich. So sind insbesondere Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele möglich. Beispiele, welche sich nur auf ein Aufheizen des Materials beziehen gelten ebenso für eine Abkühlung des Materials gegenüber einer Ausgangstemperatur. Bezuqszeichenliste Garn The present invention is not limited to the illustrated or described embodiments. Variations within the scope of the valid claims are possible at any time. In particular, combinations of the individual embodiments are possible. Examples which relate only to a heating of the material also apply to a cooling of the material with respect to an initial temperature. Reference character list yarn
Thermoelement  thermocouple
Temperatursensor  temperature sensor
Auswerteeinrichtung  evaluation
Heizmodulator  Heizmodulator
Demodulator  demodulator
Phasendetektor  phase detector
weiterer Temperatursensor  another temperature sensor
weiterer Demodulator another demodulator
0 VolumenVOberflächensensor 0 volume surface sensor
t zeitlicher Versatz t time offset
f0 Frequenz f 0 frequency
I Abstand  I distance
Tt zweite, veränderte TemperaturT t second, changed temperature
T0 Originaltemperatur T 0 original temperature
Tj induzierte Temperatur  Tj induced temperature

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1 . Verfahren zur Erfassung einer Geschwindigkeit (v) eines an einer Sensoreinrichtung vorbeilaufenden Materials, insbesondere eines tex- tilen Materials, wie eines Garns (1 ) oder Filaments, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermoelement (2) der Sensoreinrichtung aufgeheizt oder abgekühlt wird, das Material an dem Thermoelement (2) vorbeiläuft und dabei die erste, originale Temperatur des Materials und/oder des Thermoelementes (2) und/oder eines durch das vorbeilaufende Material erzeugten Luftstromes vor dem Aufheizen bzw. Abkühlen oder vor dem Vorbeilaufen gegenüber einem Originalzustand verändert wird, diese dadurch erhaltene zweite, veränderte Temperatur erfasst wird und mittels dieser zweiten, veränderten Temperatur die Geschwindigkeit (v) des Materials ermittelt wird. 1 . Method for detecting a speed (v) of a material passing past a sensor device, in particular a textile material, such as a yarn (1) or filament, characterized in that a thermocouple (2) of the sensor device is heated or cooled, the material the thermocouple (2) passes and thereby the first, original temperature of the material and / or the thermocouple (2) and / or an air stream generated by the passing material before heating or cooling or before passing is changed to an original state, this characterized second temperature is detected and by means of this second, changed temperature, the speed (v) of the material is determined.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, veränderte Temperatur in einem definierten Abstand (I) von dem Thermoelement (2) erfasst wird und die Zeit (t) vom Aufheizen des Materials in dem Thermoelement (2) bis zum Erfassen der zweiten, veränderten Temperatur gemessen wird, um daraus die Geschwindigkeit (v) des Materials zu ermitteln. 2. Method according to the preceding claim, characterized in that the second, changed temperature at a defined distance (I) from the thermocouple (2) is detected and the time (t) from the heating of the material in the thermocouple (2) to the Detecting the second, changed temperature is measured in order to determine the speed (v) of the material.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das vorbeilaufende Material erfolgende Kühlung des Thermoelementes (2) eine zweite, veränderte Temperatur des Thermoelementes (2) hervorruft, die als Maß für die Geschwindigkeit (v) des Materials genommen wird. 3. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the taking place by the passing material cooling of the thermocouple (2) causes a second, changed temperature of the thermocouple (2), as a measure of the speed (v) of the material is taken.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des durch das Material beförderten Luftstromes als Maß für die Geschwindigkeit (v) des Materials genommen wird. 4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the speed of the through Material transported airflow is taken as a measure of the speed (v) of the material.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Originalzustand, insbesondere die erste, originale Temperatur (T0) des Materials und/oder des Thermoelementes (2) und/oder Luftstromes ermittelt wird. 5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the original state, in particular the first, original temperature (T 0 ) of the material and / or the thermocouple (2) and / or air flow is determined.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an voneinander beabstandeten Stellen mehrere zweite, veränderte Temperaturen gemessen werden. 6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of second, changed temperatures are measured at spaced locations.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Modulators (5) die Temperatur des Thermoelementes (2) regelmäßig verändert wird. 7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that by means of a modulator (5), the temperature of the thermocouple (2) is changed regularly.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Demodulators (6) die regelmäßige Temperaturveränderung erfasst und ausgewertet wird. 8. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that by means of a demodulator (6) the regular temperature change is detected and evaluated.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Material vorhandene Veränderungen der Materialeigenschaften, insbesondere das Volumen oder die Oberflächenbeschaffenheit des Materials erfasst werden. 9. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that present in the material changes in the material properties, in particular the volume or the surface condition of the material are detected.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der zweiten, veränderten Temperatur in Abhängigkeit der Veränderungen der Materialeigenschaften erfolgt. 10. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the evaluation of the second, changed temperature takes place in dependence of the changes in the material properties.
1 1 . Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Geschwindigkeit (v) eines an der Sensoreinrichtung vorbeilaufenden Materials, insbesondere eines textilen Materials, wie eines Garns (1 ) oder Filaments, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung 1 1. Sensor device for detecting a speed (v) of a passing material on the sensor device, in particular a textile material, such as a yarn (1) or filament, characterized in that the sensor device
- ein im Materiallauf angeordnetes Thermoelement (2), a thermoelement (2) arranged in the material run,
- einen in oder nach dem Thermoelement (2) angeordneten - Located in or after the thermocouple (2)
Temperatursensor (3) zur Erfassung einer zweiten, veränderten Temperatur eines durch das vorbeilaufende Material beein- flussten Veränderungszustandes  Temperature sensor (3) for detecting a second, changed temperature of a state of change influenced by the passing material
■ des Materials oder ■ of the material or
■ des Thermoelementes (2) oder ■ of the thermocouple (2) or
■ des Luftstromes in oder aus dem Thermoelement (2) ■ the airflow into or out of the thermocouple (2)
- sowie eine Auswerteeinrichtung (4) zur Auswertung der zweiten, veränderten Temperatur des Temperatursensors (3) und zur Ermittlung der daraus resultierenden Geschwindigkeit (v) des Materials - And an evaluation device (4) for evaluating the second, changed temperature of the temperature sensor (3) and for determining the resulting speed (v) of the material
aufweist.  having.
12. Sensoreinrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Temperatursensor vor oder in dem Thermoelement (2) angeordnet ist zur Erfassung einer ersten, originalen Temperatur eines Originalzustandes des Materials oder des Thermoelementes (2) oder des Luftstromes in oder aus dem Thermoelement (2). 12. Sensor device according to the preceding claim, characterized in that a further temperature sensor in front of or in the thermocouple (2) is arranged to detect a first, original temperature of an original state of the material or the thermocouple (2) or the air flow in or out of the thermocouple (2).
13. Sensoreinrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Temperatursensor (8) nach dem Thermoelement (2) vorgesehen ist zur Erfassung einer weiteren zweiten, veränderten Temperatur eines weiteren Veränderungszustandes. 13. Sensor device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a third temperature sensor (8) after the thermocouple (2) is provided for detecting a further second, changed temperature of a further state of change.
14. Sensoreinrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modulator (5) zur regelmäßi- gen Veränderung der Temperatur des Thermoelementes (2) vorgesehen ist. 14. Sensor device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a modulator (5) for regularly gene temperature change of the thermocouple (2) is provided.
15. Sensoreinrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Demodulator (6, 9) zur Erfassung und Auswertung der in dem ersten und/oder dritten Temperatursensor (3, 8) erfassten regelmäßigen Temperaturveränderung vorgesehen ist. 15. Sensor device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a demodulator (6, 9) for detecting and evaluating in the first and / or third temperature sensor (3, 8) detected regular temperature change is provided.
16. Sensoreinrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Materialsensor (10) zur Erfassung in dem Material vorhandener Veränderungen der Materialeigenschaften, insbesondere des Volumens oder der Oberflächenbeschaffenheit oder der Zusammensetzung des Materials vorgesehen ist. 16. Sensor device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a material sensor (10) is provided for detecting existing in the material changes in the material properties, in particular the volume or surface texture or the composition of the material.
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