ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ ХЛОПКОВЫЕ ЛЕНТЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

АННОТАЦИЯ

Освещается актуальная на сегодняшний день проблемы автоматического контроля и стабилизации развеса хлопковых лент на прядильного производства. Приведены структурные схемы и изложен принцип действие оптоэлектроннго устройства для автоматического контроля и стабилизации развеса хлопковых лент. Изложен принцип оптоэлектронного метода для контроля линейной плотности хлопковых лент.   

ABSTRACT

The current problem of automatic control and stabilization of the weight of cotton belts at the spinning mill is highlighted. Structural diagrams are given and the principle of operation of an optoelectronic device for automatic control and stabilization of the weight of cotton bands is described. The principle of the optoelectronic method for monitoring the linear density of cotton tapes is stated.

Ключевые слова: автоматический контроль, стабилизация, развес, хлопковоя лента, производства, структурные схемы, оптоэлектроника, устройства, метод, линейная плотность, излучающий диод, фотоприёмник.

Keywords: automatic control, stabilization, weight, cotton tape, production, structural diagrams, optoelectronics, devices, method, linear density, emitting diode, photodetector.

Введение. Производительность хлопчатобумажной промышленности, а также качество выпускаемой продукции находится в прямой зависимости от качества пряжи. Отсюда соответственно высокие требования к технологии прядильного производства.

Основным технологическим параметром прядильного производства является линейная плотность массы (развес) хлопковой ленты. Важнейшей задачей является автоматический контроль и стабилизация развеса на всех этапах прядильного производства. Колебания развеса больше допустимого ведут к увеличению обрывности, т. е. к снижению производительности, а также прочности и внешнего вида конечной продукции хлопчатобумажной промышленности.

Основная часть. Фотоэлектрические методы основан на пропускании исследуемого материала между источником света и фотоэлементом любого типа (вакуумным, фотоумножителем, фотодиодом, фотосопротивлением и т.д.). При изменении толщины движущегося продукта происходит изменение тока фотоэлемента с линейной световой характеристикой имеет место прямая зависимость фототока и толщины исследуемого продукта. Эта зависимость используется для измерения и классификация дефектов пряжи и определения неровноты продукта прядения.

Прибор «Детексомат» фирмы Квалитекс (Голландия) состоит из стоек и направляющих прутков, фотоэлемента, лампы, контрольного блока с усилителем и реле [1]. Фотоэлемент и лампа укреплены на противоположных концах двух параллельных направляющих через (щель) которые пропускаются основные нити. Свет проходит через щель размером 2x26 мм. Все нити проецируются в одну, перекрывая часть светового потока. Сигнал от дефекта на одной из нитей через систему реле подается для останова привод сновальной машины, после чего дефект устраняется. Чувствительность устанавливается заранее специальной ручкой.

Прибор «Инджмарш» создан в Исследовательском институте Индийской ассоциации джутовых фабрик [2]. Он состоит из оптического и приводного устройств, электрического усилителя и счетчика. Фотоэлемент фиксирует неровноту и утолщения в пряже. Далее сигнал усиливается и подается на счетчик. Имеются три степени разделения дефектов по толщине: 120, 150 и 175 диаметра пряжи. Для калибровки используются металлические прутки, устанавливаемые в точке прохождения пряжи. Изменение напряжения от внесения прутка или введения соответствующего эквивалентного сопротивления в цепи фотоэлемента усиливается и подается на счетчик. Для установки прибора в рабочее положение нажимают на кнопку и изменяют сопротивление до прекращения работы счетчика. Затем устанавливается необходимая чувствительность. Скорость протяжки пряжи 36,5 м/мин.

Прибор, разработанный в Научно-техническом центре текстильной промышленности Бельгии, имеет в качестве источника света током, и регистрируются изменения площади ее поперечного сечения. Протяженность зоны измерения – приблизительно 3 мм. Диапазон измеряемых толщин от 10 до 100 текс. Скорость протяжки нити можно плавно изменять в диапазоне от 10 до 100 м/мин.

Рисунок 1. Блок-схема оптоэлектронной части прибора ЭОППП-1 Системы ЦНИХБИ

1-осветитель, 2-фотообъектив, 3,4-зеркало, 5-линза, 6-фотоэлемент, 7-направляющая трубочка, 8-опорный фотоэлемент

Прибор состоит из блока питания, блока измерения и счетчика, размешенных на специальном передвижном столике. Свет от лампы 1 (рис. 1), пройдя через фотообъектив 2, отражается от зеркала 3, фокусируется, а затем, расходясь, отражается от второго зеркала 4 и фокусируется линзой 5 на рабочем фотоэлементе 6. Нить проходит внутри световых конусов, удерживаясь в точке сходимости специальными трубочками 7. Область близ точки сходимости является зоной измерения. Для исключения влияния нестабильности светового потока освещаемый той же лампой опорный фотоэлемент 8 соединен с рабочим фотоэлементом по мостовой схеме. Питание моста осуществляется от генератора синусоидального колебания частотой 10 кГц. Перед началом работы производится компенсирование световых потоков фотоэлементов. При изменении светового потока за счет колебаний толщины пряжи изменяется освещенность рабочего фотоэлемента и, следовательно, балансировка моста. Сигнал разбаланса после усиления поступает на пороговую схему, фиксирующая изменение сигнала в результате появления дефекта. С пороговой схемы после преобразования сигнал поступает на счетчик емкостью 10⁴ единиц. По показаниям микроамперметра можно контролировать правильность настройки и работу прибора. Система автоматики следит за изменениями неровноты пряжи по толщине на протяженном участке. Предусмотрен автоматический останов двигателя после проверки заданного числа метров пряжи.

Автоматизированный дискриминатор пороков пряжи АДПП-З, разработанный в ЦНИХБИ, основан на том же оптико-объемном способе измерения, однако дает возможность регистрировать три типа дефектов: уточнения менее 60 и утолщения более 150 и более 200 от усредненного диаметра [3].

Разработанные до настоящего времени многочисленные методы осуществляются только в лабораторных условиях. Их громоздкость, инерционность, сложность и высокая погрешность по позволяют их широко применять для автоматизации производственных процессов [4].

С целью автоматизации контроля и регулирования линейной плотности хлопковой ленты нами разработано оптоэлектронное устройство для контроля и регулирования линейной плотности хлопковой ленты. Блок-схема этого устройства приведена на рисунке 2. Устройство содержит: задающий генератор - ЗГ, электронный ключ - К, излучающий диод - ИД, контролируемый объект - КО, фотоприемник - ФП, двухполярное пороговое устройство ДПУ, индикатор меньшей плотности - ИН1, индикатор большей плотности - ИН2, электромагнитное реле меньшей плотности - ЭР1, электромагнитное реле большей плотности - ЭР2 и реверсивный двигатель - РД [4-12].

Рисунок 2. Блок схема оптоэлектронного устройство для контроля и регулирования линейной плотности хлопковой ленты

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор выра­батывает прямоугольные импульсы с частотой повторения f=10 кГц, которые подаются через электронный ключ к излучающему диоду. Поток излучения излучающего диода проходит через контролируемый объект и принимается фотоприемником, фотоэлектрический сигнал с выхода фотоприемника подается на вход двухполярного порогового устройства, который по значению амплитуды фотоэлектрического сигнала формирует положительный или отрицательный импульс.

Если плотность хлопковой ленты выше номинальной, на выходе двухполярного порогового устройства формируется положительный импульс, (подаваемый на индикатор большей плотности и электромагнитное реле) при воздействии которого реверсивный двигатель вращается в одном направлении если плотность ленты ниже номинальной, реверсивный двигатель вращается в другом направлении. Далее цикл повторяется.

Таким образом, осуществляется контроль и регулирования линейной плотности хлопковой ленты в ходе технологического процесса.

Одним из основных узлов оптоэлектронного первичного преобразователя линейной плотности хлопковой ленты является механический узел датчика в котором устанавливается светодиод и фотоприемник.

Линейная плотность хлопковой ленты – это масса приходящаяся на единицу объема и определяется выражением.

                                                       (1)

где: m₀ – масса хлопковой ленты с объемом V.

Отсюда видно, что для обеспечения измерения линейной плотности, хлопковая лента должна проходить через определенную калибровочную объема V. Уравнение (1) через плошадь сечения хлопковой ленты записывается в виде:

                                                    (2)

где l_л – длина хлопковой ленты.

В технологическом процессе для формирования хлопковой ленты из хлопкового холста применяется калибровочная воронка конструктивный вид которого приведено на рис 3.

Рисунок 3. Конструктивный вид калибровочная воронка для формирования хлопковой ленты из хлопкового холста

Если светодиод и фотодиод устанавливается непосредственно в калибровочной воронке, то уравнение (2) можно переписать как

                                                     (3)

где: D – диаметр калибровочного канала воронки.

Примем, что d – диаметр оптического канала в котором установлен СД и ФД. Тогда, если D = d и l постоянна, то уравнение (3) примет вид:

                                                            (4)

т. е. линейная плотность хлопковой ленты в канале калибровочной воронки пропорционально к массе хлопковой ленты, где

    – постоянная величина

Для перекрытия диаметра хлопковой ленты потоком излучения Ф, расстояние между хлопковой лентой и светодиодом должно быть

                                         (5)

где: 2y – передний апертурный угол оптического канала датчика.

Прошедший поток излучения через контролируемый объект определяется по закону Бугера-Ламберта-Бера как

                                            (6)

где:   K₂ – коэффициент ослабления хлопковой ленты;

m – масса хлопковой ленты в канале калибровочной воронки.

На основе уравнения (4) можно написать

                                         (7)

или

                                              (8)

где

        – постоянная величина

Из уравнения (8) видно, что прошедший поток излучения через хлопковую ленту пропорционально ее линейной плотности.

Список литературы:

1. Plant development new. The Detezomat. Man – made Textiles – 1960. – v36.
2. Electronic inspection of yarn. Textile Manufacturer. 1961. v87. №1037.
3. Автоматизированный дискриминатор пороков пряжи АДПП-3. Егоров Ю.М., Львов В.А. Сб.работ ЦНИХБИ - 1971 г. - М.: 1973, - ч. 1.
4. Карих Е.Д. Оптоэлектроника. Минск. БГУ, 2002 г.
5. Мамасадиков Ю., Мамасадикова З.Ю. Оптоэлектронное устройство для контроля концентрации углеводородов в воздухе на полупроводниковых излучающих диодах // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12427 (дата обращения: 13.11.2021). DOI - 10.32743/UniTech.2021.91.10.12427.
6. Z.Yu. Mamasadikova. Optoelectronic devices for controlling the concentration of hydrocarbons in air with exponential scan// Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal Vol. 10, Issue 11, November 2020 – p. 1331–1336. DOI: 10.5958/2249-7137.2020.01403.2
7. Мамасадиков Ю., Aлихонов Э.Ж. Оптоэлектронное устройство для контроля линейной плотности хлопковых лент с функциональной разветкой // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12426 (дата обращения: 13.11.2021). DOI - 10.32743/UniTech.2021.91.10.12426
8. Jamoldinovich A. E. The importance of metrology and standardization today Alikhonov Elmurod //International scientific and technical journal “Innovation technical and technology”. – 2020. – Т. 1. – №. 4. – с. 1-3.
9. Mamasadikov Y., Mamasadikova Z. Y. Optoelectronic device for remote control of hydrocarbon concentration in air //Scientific-technical journal. – 2020. – Т. 3. – №. 6. – с. 3-7.
10. Obidov J. G., Alixonov E. J. Organization of the education process based on a credit system, advantages and prospects //Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal. – 2021. – Т. 11. – №. 4. – с. 1149-1155.
11. Mamasodikov Y., Qipchaqova G. M. Optical and radiation techniques operational control of the cocoon and their evaluation //Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal. – 2020. – Т. 10. – №. 5. – с. 1581-1590.
12. Мамасадиков Ю. М. Оптоэлектронный двухволновый метод для дистанционного газового анализа //Современные технологии в нефтегазовом деле-2018. – 2018. – с. 158-160.