УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПА СЛИВА ВЯЗКОЙ МАССЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF CONTROLLING RATE OF DISCHARGE OF VISCOUS MASS WHEN MAKING LARGE-SIZED ARTICLES

Изобретение относится к технологии химической промышленности.
Предложено устройство для контроля темпа слива вязкой массы при изготовлении крупногабаритных изделий, например полимерных отливок. Заполнение корпуса вязкой массой является одной из наиболее ответственных операций, от которой в большой мере зависит качество изделия. Для правильного протекания технологического процесса необходимо контролировать динамику изменения массы или темп слива продукта из смесителя, так как именно по этому параметру можно судить о равномерности заполнения и однородности изделия. Нормальное протекание данного технологического процесса в немалой степени зависит от типа весоизмерительного устройства контроля темпа слива и его технических характеристик.
Из различных публикаций известны устройства электрического взвешивания с применением групп тензометрических датчиков.
Известно весоизмерительное устройство, содержащее закрепленную на жесткой хвостовой державке упругую систему в виде балки на двух опорах с наклеенными на ней тензодатчиками. Они измеряют деформацию от продольного момента и расположены на одной половине балки, более удаленной от жесткой хвостовой державки (авторское свидетельство СССР №449252, кл. G01g 3/12, заявлено 10.10.72, опубликовано 05.11.74).
Однако наличие в этих весах большого количества проводов, соединяющих в схему множество прикрепленных тензодатчиков, приводит к существенной погрешности измерений, так как диапазон изменения сопротивления тензодатчиков в этой конструкции не превышает нескольких десятков процентов от номинала и ниже сопротивления проводов, соединяющих датчик с измерительной аппаратурой, и разброса номинальных сопротивлений тензодатчиков. Кроме того, сама конструкция упругой системы очень сложна и высока трудоемкость ее изготовления.
Известно весоизмерительное устройство в виде металлической изгибаемой балки с защитным изоляционным покрытием, к которому на рабочих сторонах балки с помощью слоя клея присоединены полимерные подложки с размещенными на них фольговыми тензодатчиками, соединенными в мостовую схему (Весоизмерительная компания «Тензо-М». Т60А - Алюминиевый датчик типа «платформа». Т24А - Низкопрофильный алюминиевый датчик типа «параллелограмм». Электронный ресурс, 2006 г. Режим доступа: http//www.tenzo-m.ru/goods/sensors/t60a/; http/www.tenzo-m.ru/goods/sensors/t24a/).
Однако использование в качестве защитного покрытия слоя герметика, а также слоя клея на полимерной основе для приклеивания полимерной подложки, обладающих не только упругими, но и высокоэластичными и пластическими свойствами, приводит к зависимости констант упругости подложки и связующей основы (клея) от времени - релаксационным явлениям. При этом соответственно изменяются во времени возникающие при передаче деформации сдвиговые напряжения и их распределение по длине чувствительного элемента и, следовательно, меняется коэффициент передачи деформации и выходной сигнал датчика. Причем погрешности за счет временных изменений вносят заметный вклад в погрешность измерения, значит, не обеспечивается высокой точности.
Наиболее близким к заявляемому устройству является весоизмерительное устройство, служащее прототипом (авторское свидетельство №1631303, заявлено 10.12.87, опубликовано 28.02.91), содержащее корпус, на котором установлен упругий чувствительный элемент в виде консольной балки с тензодатчиком, связанным с измерительным усилителем и подстроечным элементом, и подвешенную на консольной балке чашку с механизмом разгрузки и опорой для гашения колебаний. При наложении взвешиваемого груза на чашку, под действием веса груза упругий чувствительный элемент изгибается, вызывая на выходах полупроводникового тензодатчика приращение уровня сигнала, пропорциональное весу груза. Конструктивно тензодатчик представляет собой элемент из тензочувствительного материала на подложке. При этом деформация исследуемой конструкции, переданная материалом связующего подложки на чувствительный элемент, приводит к изменению его сопротивления, функционально зависимого от деформации вдоль главной оси тензодатчика.
Однако это устройство имеет недостаточную чувствительность и большую погрешность измерений нагрузки на чашку весов (см. книгу Н.П.Клокова. Тензорезисторы. М.: «Машиностроение», 1990 г. - Стр.6). Подложка и слой клея не обеспечивают длительной стабильности характеристик, и, кроме того, релаксационные процессы в связующем полимерном слое клея определяют такие характеристики, как ползучесть и механический гистерезис, которые искажают измеряемые значения чувствительности, приводят к нелинейности статической характеристики преобразования и невоспроизводимости температурной характеристики, а при длительной деформации в полимерных материалах протекают процессы перемещения внутри молекул, комплексных групп и т.д. и перемещения самих молекул, частиц и целых комплексов, которые приводят к необратимым пластическим течениям материала и связанной с этим длительной ползучести. Из теории полимеров (см. книгу Алфей Т. Механические свойства полимеров. М.: Изд-во Иностранной лит., 1952. - Стр.589; см. книгу Постникова B.C., Гордиенко Л.К. Механизм релаксационных явлений в твердом теле. М.: Наука, 1972. - Стр.29) известно, что гистерезисные явления в них определяются различными причинами, важнейшими из которых являются релаксационные процессы, связанные с временными процессами вязкоупругости и текучести. И такой вид гистерезиса проявляется при любом цикле нагружения-разгружения. Кроме этих явлений гистерезис в полимерных материалах может определяться также механическими процессами, связанными с разрушением молекул и молекулярных связей, а также тепловыми эффектами при деформации. Все это в совокупности ограничивает чувствительность и точность измерения нагрузки на чашку весов.
Кроме того, недостаточно надежны линии связи.
Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.
Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. Так, например, медные провода всегда представляют собой некоторую распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки (фиг.1). В результате для синусоид различных частот линия будет обладать различным полным сопротивлением, а значит, и передаваться они будут по-разному. Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то она также может вносить дополнительные искажения, так как невозможно создать устройства, которые бы одинаково хорошо передавали весь спектр синусоид, от нуля до бесконечности.
Кроме искажений сигналов, вносимых внутренними физическими параметрами линии связи, существуют и внешние помехи, которые вносят свой вклад в искажение формы сигналов на выходе линии. Эти помехи создают различные электрические двигатели, электронные устройства, атмосферные явления и т.д. Несмотря на защитные меры, предпринимаемые разработчиками кабелей и усилительно-коммутирующей аппаратуры, полностью компенсировать влияние внешних помех не удается. Поэтому сигналы на выходе линии связи обычно имеют сложную форму, по которой иногда трудно понять, какая дискретная информация была подана на вход линии.
Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде, на внутренних проводниках. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности, информативности и сохранение высокой точности измерений.
Указанная цель достигается тем, что первичный весовой преобразователь выполнен в виде тензометрического измерительного блока, установленного под опорными поверхностями вакуум-камеры, соединенного с вторичным весовым преобразователем и блоком питания с адаптером, причем индуктивность линии связи между тензодатчиками и вторичным преобразователем не превышает 0,6 мГн, емкость 3,0 мкФ, а значение выходного напряжения постоянного тока для питания весоизмерительных датчиков находится в пределах от 4,75 до 5,25 В, с возможностью дистанционной передачи показаний на центральный пульт и возможностью индикации текущего веса на дисплее компьютера, а также с обеспечением возможности управления дозированием, цифровыми входами и выходами, управления внешними устройствами, при этом между весовым устройством и центральным пультом смонтирован дополнительный промежуточный пульт, снабженный выносным дублирующим табло, оборудованным дистанционным ИК-пультом управления с возможностью дистанционной установки нуля и установки режимов взвешивания.
Схема устройства представлена на фиг.2.
Устройство состоит из вакуум-камеры (грузоприемное устройство), установленных под нее тензометрических датчиков 1, соединенных с весовым терминалом 2 по линии связи, параметры которой обеспечивают наилучшую передачу сигнала и искробезопасность, блока питания с адаптером 3, осуществляющего питание весового терминала, и дублирующего табло 4, предназначенного для индикации текущего значения веса, находящихся в здании промежуточного пульта на небольшом удалении (до 100 м) от взрывоопасной зоны и системы регистрации данных 5, расположенной на центральном пульте, находящемся в 300-1000 м от промежуточного пульта.
Устройство работает следующим образом.
Аналоговый сигнал от тензодатчиков по линиям связи подается на весовой терминал, где он обрабатывается и преобразуется в форму, удобную для дальнейшего использования - цифровой код. Далее по линии связи цифровой сигнал подается на контроллер аналогового входа-выхода, расположенный на промежуточном пульте, где также располагается блок питания с адаптером, который осуществляет питание терминала и датчиков. Далее данные поступают на персональный компьютер и систему регистрации, а с ПК - на дублирующее табло, расположенное на промежуточном пульте, для отображения текущего значения веса (изменения текущего значения) сливаемой вязкой массы.
Каждый из признаков формулы изобретения и все они в совокупности, по нашим исследованиям, способствуют достижению технического результата, так, в частности, при повышении индуктивности свыше 0,6 мГн, а емкости больше 3,0 мкФ, существенно ухудшается качество сигнала, что приводит к значительному увеличению погрешности измерений, выход значения напряжения постоянного тока за пределы 4,75 и 5,25 В также может привести к значительному увеличению погрешности измерений, снижению надежности работы тензометрического датчика или даже к его выходу из строя, что в свою очередь может привести к возникновению брака в изделии или к серьезной аварии.
В результате применения предлагаемого изобретения повышается безопасность процесса заполнения изделия, повышается точность измерения параметра изменения массы, что в свою очередь приведет к повышению качества изделий, надежности системы, что особенно важно во взрывоопасных производствах, где недопустимо присутствие человека в производственном помещении.
Применение данной системы позволяет автоматизировать процесс заполнения и может обеспечивать:
- управление дозированием;
- управление цифровыми входами и выходами;
- управление внешними устройствами, такими как шлагбаумы, датчики положения, светофоры, RFID-считыватели.