Устройство для измерения силы трения нитей

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения характеристик трения нитей, которые могут использоваться в текстильном материаловедении и отраслях текстильной промышленности, в технологиях которых необходимо учитывать силы трения нитей. Цель изобретения - повышение точ: ности измерения, Устройство для измерения силы трения нитей содержит подвижный элемент с контактной цилиндрической поверхностью, предназначенной для схватывания испытуемой нитью 2, узел транспортировки с направляющими роликами 7, узел стабилизации скорости движения и натяжения набегающей ветви испытуемой нити 2 и измерительный блок, Новым в заявляемом устройстве являются выполнение измерительного блока в виде дифференциального волоконно-оптического датчика 10 установка направляющих роликов 5, 6 и ци

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 19/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891437/28 (22) 17.12.90 (46) 23.03.93. Бюл, kb 11 (75) А.Н.Карасев и Г.)О.Турсунова (56) Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А,И, Текстильное материаловедение. — M.: Легпромиздат, 1989, с.231 — 232, Лабораторный практикум по текстильнОму материаловедению. /Под ред.доктора технических наук, Коблякова А,И. — M. Лег. промбытиздат, 1986, с, 156 †1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИflbl ТРЕНИЯ НИТЕЙ (57) Изобретение относится к измеритель; ной технике, в частности к устройствам для определения характеристик трения нитей, которые могут использоваться в текстиль„„5U „„180382б А1 ном материаловедении и отраслях текстильной промышленности, в технологиях которых необходимо учитывать силы трения нитей. Цель изобретения — повышение точ-. ности измерения, Устройство для измерения силы трения нитей содержит подвижный элемент с контактной цилиндрической поверхностью, предназначенной для охватывания испытуемой нитью 2, узел транспортировки с направляющими роликами 7, узел стабилизации скорости движения и натяжения набегающей ветви испытуемой нити 2 и измерительный блок, Новым в заявляемом устройстве являются выполнение измерительного блока в виде дифференциального волоконно-оптического датчика 10 установка направляющих роликов 5, 6 и ци»

1803826

30 .35 линдрических стержней 13; 14 основания датчика в вершинах равностороннего треугольника и установка отражающей пластинки 12 на основании датчика так, что ее край, Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения характеристик трения нитей, которые могут использоваться в текстильном материаловедении и отраслях текстильной промышленности, в технологиях которых необходимо учитывать силы трения нитей.

Цель изобретения — создание устройства для измерения силы трения нитей на базе волоконно-оптических элементов, способного работать в условиях колебания температуры и влажности окружающей среды, На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения силы трения нитей.

Устройство содержит паковку 1 с испытуемой нитью 2, узел 3 транспортировки испытуемой нити в виде элемента 4 стабилизации натяжения набегающей вет ви нити, двух пар направляющих роликов 5, 6, одной пары транспортирующих роликов 7 и электропривода 8 со стабилизацией скорости вращения, контактную поверхность в виде неподвижного цилиндра 9, измерительный блок в виде дифференциального рефлектометрического волоконно-оптического датчика 10 силы трения, включающего основание 11 с отражающей пластинкой 12 40 и двумя жесткими цилиндрическими стержнями 13, 14, два совмещенных волоконных световода 15, 16 и измеритель отраженного светового потока 17, бобину 18 для наматывания испытуемой нити, 45

Испытуемая нить 2 с паковки 1 пропу.скается через натяжной элемент 4, через пару направляющих роликов 5 набегающая ветвь нити соединяется с ocHoBBHNBM 11 датчика 10, огибая его стержень 13, затем 50 обхватывает неподвижный цилиндр 9, а сбегающая с него ветвь через пару направляющих роликов 6 соединяется с противоположной стороной основания 11, огибая стержень 14, 55

Стержни 13, 14 снабжены канавками для исключения перемещения нити по их поверхности и установлены на основании

11 диаметрально, расположенный со стороны обегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов 15, 16. 1 ил.

Транспортировка нити 2 через датчик 10 осуществляется парой транспортирующих роликов, которые приводятся s движение электроприводом 8, содержащим стабилизатор скорости вращения двигателя, что обеспечивает стабилизацию скорости ее транспортировки через устройство, а подмотка нити 2 осуществляется на бобину 18, Волоконные световоды 15, 16 установлены вплотную друг к другу перпендикулярно отражающей пластинки 12, Торцы световодов имеют прямоугольную форму и отшлифованы, а установлены узкой стороной вдоль перемещения отражающей пластинки 12, Расстояние между торцами световодов 15, 16 и пластинкой 12 выставляется таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность датчика 10 и его точность при работе на линейном участке характеристики преобразования, Величина этого расстояния зависит от размеров торца световодов и их угловой апертуры.

Противоположные концы световодов 15, 16 оптически соединены с измерителем 17 так, что по световоду 15 на датчик 10 поступает падающий на отражающую пластинку 12 поток света, а по световоду 16 поступает отраженный поток для измерения.

Основание 11 датчика 10 установлено с возможностью перемещения в плоскости параллельной торцам световодов 15, 16 под воздействием сил натяжения набегающей и сбегающей ветвей нити 2, с которыми оно связано с помощью стержней 13, 14. В нашем случае перемещение осуществляется вдоль паза, которым снабжен корпус датчика 10.

Отражающая пластинка 12 установлена на основании 11 так, что в исходном состоянии ее край, расположенный со стороны сбегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов

15, 16.

Измеритель отраженного потока 17 включает в себя источник светового излучения в виде светодиода АЛ-10"1Б, преобразователь светового излучения в виде фотодиода ФД-256, АЦП с цифровым изме1803826

25 (1) Т=Р— Р, где PH — сила натяжения набегающей ветви, P — сила натяжения сбегающей ветви, Но так как датчик 10 измеряет разность 30 сил Pz и Р1, которая перемещает его основание 11 и вычисляется по известным формулам.

Р1=2.PHsln p/2;

Р2 = 2 P

Из этих выражений видно, что при j3, равном 60О sin P /2 = 0 5, Р) = Рн, а Р2 = Рс 40 и, подставив эти значения в выражение (1), получаем, что силы трения равны

Т= Рг — Р1 (2) 45

Выражение (2) подтверждает, что при Р, равном 60О, заявляемое устройство измеряет истинное значение силы трения, но при этом его чувствительность становится в два раза выше, чем у прототипа. 50

Исключение из измерений погрешностей, вносимых измерениями углов Р и расчетами, а также увеличение чувствительности существенно повышает точность измерений силы трения при ее малых значениях.

В качестве испытуемой нити 2 использовалась хлопчатобумажная пряжа с номинальной линейной плотностью 25 текс, скорость ее транспортировки через датчик рителем на микросхеме 48МФ900 и 6-ти разрядный индикатор.

Пара направляющих роликов 5 установлена в набегающей ветви нити 2, а 6 в ее сбегающей ветви так, что ролики и стержни 5

13, 14 расположены в вершинах равностороннего треугольника, причем его высота минимум на два порядка должна превыщать максимальное перемещение стержней

13, 14, вызываемое изменением сил натяже- 10 ния в ветвях, т.к. при этом можно пренебречь изменениями углов входа и выхода нити у стержней, т,е, считать угол "j3" входа и выхода нити неизменным в установленном диапазоне измерений, При такой уста- 15 новке роликов в парах 5, 6 угол входа и выхода " P" нити 2 у стержней 13, 14 равен

60О, что позволяет измерять сразу истинное значение сил трения, т,е. полностью искл1очить перерасчеты, 20

Это можно доказать следующим образом, Известно, что сила трения нити 2 о контактную поверхность цилиндра 9 равна

10 устанавливалась 0,2 м/с при предварительном натяжении нити 2, обеспечивающим силу ее прижима к цилиндру 9 в 20 сН.

В качестве элемента 4 стабилизации натяжения набегающей ветви использовался нитенатяжитель с пружинным KoMllBHcGTQром для перематывания с конических бобин от автомата УА-300-6СБ.

В качестве электропривода 8 использовался регулируемый привод, обеспечивающийся транспортировку нити 2 со скоростью 0,01-до 1 мlс, при стабилизации частоты вращения двигателя +.0,01, Цилиндр 9 изготовлен в виде стакана из стали и имеет наружный диаметр 50 мм.

Основание 11 и стержни 13, 14 изготовлены из высокопрочного алюминиевого сплава В95, а поверхность со стороны световодов 15, 16 почернена для лучшего поглощения световых лучей, попадающих на отражающую пластинку 12, которая изготовлена из этого же материала размером

4хбх1 мм, отполирована и установлена узкой стороной вдоль оси перемещения на основании 11 с помощью клея ВК9.

В качестве волоконных световодов 15, 16 использовался волоконно-оптический жгут из полимерных волокон диаметром 40 мкм и полимерной защитной оболочкой, Торцы световодов имеют размер 1 х 4 мм при угловой апертуре 30 . При этом расстсяние от торцов световодов 15, 16 до отражэ ющей пластинки l2 выставлено исходя из параметров используемых световодов и равно 1,6 мм, 4То обеспечивает не только максимальную чувствительность, но и работу датчика 10 на линейном участке характеристики преобразования, что снижает погрешности измерений и повышает их точ.ность.

Заявляемое устройство для измерения силы трения нитей работает следующим образом.

В исходном состоянии, т,е, при выключенном электроприводе 8 и включенном измерителе t7, когда не происходит транспортировки нити 2 через датчик 10 и контактную поверхность цилиндра 9, то натяжения набегающей и сбегающей ветвей равны, поэтому отражающая пластинка 12 расположена только под торцом световода

16, так, что ее край со стороны сбегающей ветви находится на линии раздела торцов световодов 15, 16, поэтому основйой поток света, излучаемый световодом 15 не попадает на пластинку 12, а поглощается черненной поверхностью основания 11. На отражающую пластинку 12 погадает только незначительная часть светового потока световода 15, обусловленная его апертурой, 1803826

Составитель А.Карасев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор

Заказ 1053 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина. 101 причем этот незначительный поток, попадающий в торец световода 16, поступая в измеритель 17 преобразуется в нулевой электрический сигнал и отображается на индикаторе как "0" силы трения испытуемой 5 нити 2.

При включении электропривода 8 происходит транспортировка испытуемой нити

2 через датчик 10 и контактную поверхность цилиндра 9. В результате возникающей си- 10 лы трения при прохождении нити 2 по поверхности цилиндра 9 возрастает сила натяжения сбегающей ветви, но т,к. набегающая и сбегающая ветви связаны через стержни 13, 14 с основанием 11, то разность 15 сил натяжения сбегающей и набегающей, ветви воздействует HB стержень 14 и вызы.. вает перемещение основания 11 в сторону сбегающей ветви. В результате перемещения основания 11, установленная на нем 20 отражающая пластинка 12 пересекает линию раздела световодов 15, 16 и переходит в область взаимодействия со световым потоком от торца световода 15, в результате чего происходит увеличение светового пото- 25, ка отраженного в торец световода 16.

Чем больше силы трения, тем больше перемещение отражающей пластинки 12, но т.к, это перемещение пропорционально силе трения нити 2, то и глубина модуляции 30 отраженного светового потока в световоде 16 также пропорциональна силе трения, которая измеряется и отображается на индикаторе измерителя 17. В нашем случае для испытуемой нити 2 при силе прижима 20 сН 35 и скорости скольжения 0,2 м/с сила трения нити по цилиндру 9 составила 5,587 сН.

При чувствительности датчика 10 рааной 8,2 мВ/мкм погрешность измерений не 40 превышала 0,01, что подтверждает достижение заявляемым изобретением указанного технического результата.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения силы трения нитей, содержащее неподвижный элемент с контактной цилиндрической поверхностью, предназначенный для охватывания испытуемой нитью, узел транспортировки с направляющими роликами, узел стабилизации скорости движения и натяжения набегающей ветви испытуемой нити и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, измерительный блок выполнен в виде дифференциального волоконно-оптического датчика, включающего основание, установленные по его краям два жестких цилиндрических стержня, предназначенных для огибания соответственно набегающей и сбегающей ветвями испытуемой нити, отражающую пластинку, размещенную на основании, два совмещенных световода, торцы которых расположены напротив отражающей пластинки, и связанный с ними измеритель отраженного светового потока, а основание установлено с возможностью поступательного перемещения в плоскости, параллельной торцам световодов.

2. Устройство по п.1, отл и ч а ю ще ес я тем, что количество направляющих роликов равно четырем, причем два из них предназначены для огибания набегающей ветвью испытуемой нити и расположены вместе с одним из цилиндрических стержней в вершинах равностороннего треугольника, а два других — для огибания сбегающей ветвью и расположены вместе с другим цилиндрическим стержнем в вершинах другого равностороннего треугольника, З.Устройство по п,1,отл ич а ю щеес я тем, что отражающая пластинка установлена таким образом, что ее край, расположенный со стороны сбегающей ветви, размещен в одной плоскости с линией раздела торцов световодов,