Пристрій для контролю якості капілярів фільєри

1. Пристрій для контролю якості капілярів фі льєри, який включа є засіб для уста но влення фільєри, пневмосистему, що має джерело стисненого по вітря, зв'язану гн учким пові тропро водом з трубчатим держаком, спорядженим еластичним наконечником, і вимірювальний засіб, який відрізняється тим, що пневмосистема споря джена пор ційним доза то ром по ві тря у вигляді дво х сполучени х по судин з робочо ю р ідино ю, одн а з як и х викон ана у ви гляді вертикальної тр убки з відкритим в атмосфер у верхнім кінцем, а друга посудина загерметизована і через керований клапан підключена до джерела стиснено го повітря, при цьому вимірювальний засіб виконано у вигляді дво х реєстраторів рівня рідини у вер тикальній трубці, роз ташо вани х на різній висоті і підключени х до е лектрично го лічильника часу. 2. Пристрій по п. 1, який відрізняє ться тим, що реєстратори рівня виконані у вигляді пари світлодіод-фотодіод. Винахід стосується вимірювальної техніки і призначений для контролю параметрів капілярних отворів у фільєрзх, які є одним з найважливіших робочих органів машин для формування штучних і синтетичних волокон. Крім цього запропонований пристрій поже успі шно застосо вува тись для контролю якості отворів малого діаметру в інши х деталях, наприклад форсунках, жиклерах, віскозиметрах, а також в годинниковій промисловості для контролю отворів в годинникових каменях, або отворів в волочильних до шках при виробництві дроту. Відомо, що фільєра являє собою металеву, пластину з капілярними отворами, крізь які під тиском пропускається розплав чи розчин волокноутворюючого полімеру. Тонкі стр умені полімеру, що утворюються при цьому, перетворюються у волокна. Від стану капілярів суттєвим чином залежить якість волокон і ни ток, що форм уються. Те хно логі чні допуски в залежності від призначення фільери, складають: для довжини капіляра ±0,01 до ±0,02 мм, а для діаметра ±0,001 до ± 0 ,002 мм. Як що вра хува ти , що кі лькість отворів фільєри може бути від одного до кількох для виробництва момониток, чи від кількох до кількох десятків - для виробництва комплексних ниток, а в разі виробництва штапелю кількість отворів фільєри становить десятки тисяч, то стає зрозумілим наскільки операція контролю якості отворів фільєри є складною технічною проблемою, як з боку забезпечення необхідної точності вимірів, так і з боку трудомісткості. Довгий час для контролю капілярів фільєр застосовувались засоби, які використовуються в загальному машинобудуванні, що гр унтуються на контролі геометри чни х параметрі в о творів, наприклад, оптичні прилади /вимірювальні мікроскопи, проекційні мікроскопи, а також мікроскопи з стереолінзами і ін./. Однак, вони здатні вимірювати тільки параметри отворів по їх краю на "дзеркалі" фільєри. Більш повну інформацію отримують нагнітаючи в о твори фільєри швидкотвердіючу рідину, яку після необхідної витримки вилучають із отворів у вигляді стержнів, що повторюють форму о тво рі в філь єри . Цей сп осі б н а прак тиці застосовується не часто із-за своєї складності і трудомісткості, а побічним негативним наслідком від нього є засмічення капілярів. Однак, слід мати на увазі, що якість отворів фільєри, на відміну від отворів в інши х де талях, є комплексним показником, що включає в себе не тільки геометричні параметри /діаметр, довжина, викривлення осі, некруглість і т.ін./, але і чистоту по ве р хні і н ая вність забр уднень . Том у для контролю якості капілярів фільєри використовують ся те хн і чн і за со би , що за безп е чують одержання об'єктивної і комплексної інформації про якість капілярів. ' CM о GO CM о> 27948 Відомі пристрої /стенди/ для контролю отворів фільери, засновані на пропусканні крізь ці отвори рідини /мастила/ і реєстрації параметрів його течії, тобто перепаду тиск у І витра ту. Приймаючи до ува ги кореляцію залежності параметрі в течі ї мастила і потоку волокноутворюючо го полімеру через капіляр в ламіна рном у режимі, можна зробити висновок про стан капіляра. При цьому результати отримані з використанням мастила справедливі, і для потоку полімеру, не дивлячись на відмінності у щільності, вязкості, швидкості течи та Ін. Такий стенд /І/ розроблений І продається широко на західном у ринк у контрольно-вимірювальних приладів відомою німецькою фірмою "Enka texnika". Він забезпечує необхідн у точність, придатн ий для контро лю некр угли х фі льєр /трикутних, зірко под іб-н их і ін., а головне він дає ін те гральн у ха рак тери стик у ка піля ра , що характеризує його спроможність формувати нитки необхідної лінійної щільності. Суттєвий недолік описаного приладу полягає в том у, що фі льєри після контролю необхідно сумлінно відмити , знежирити і висуши ти. Крім цього, при роботі на приладі від персоналу вимагають дуже високої акуратності і спеціальних навиків роботи. Проте найголовнішим недоліком є те, що мастило при протіканні крізь тонкі капіляри під тиском нагріваєть ся і різко змінює сво ї осно вн і фізи чні характеристики /в'язкість і щільність/, а крім цього в ма сти ло п оп ада ють к ульки п о ві тря , яке містилось в отвора х фільєри. Все це вимагає складної підгото вки масти ла /о холодження і видалення повітря/. При цьому слід врахувати, що точність підтримання необхідної температури мастила безпосередньо негативно впливає на точні сть вимірі в. Нео бхі дна також високо то чна система подачі мастила до капіляра з стабільним тиском і витратою. Найбільш близьким серед відомих за технічною суттю до запропонованого пристрою, є пристрій, що реалізує пневматичний спосіб контролю еквівалентного діаметра несиметрични х о творі в /2/. Цей пристрій включає основу для баз ування і з а к р і п л е н н я де та лі з к а п і л я р о м , що контролюється. Цей капіляр з одного кінця вільно сполучається з атмосферою, а до др угого йо го кін ця п ідключена пн е вма ти чна система , що включає в себе джерело повітря під тиском стабілізованого по тиску. Пневматична система підключена до капіляру з допомогою штуцера з еластичним наконечником, який, при притисканні штуцера до де талі за безпечує ге рметичн е прилягання штуцера. До штуцера підключені одночасно пневмопровід від джерела стисненого по ві тря і пне вмопр овід від вимір ювально го приладу. В пневмопроводі, що подає стиснене повітря, вмонтовано жиклер, який забезпечує величин у ви тра ти сти снено го по ві тря . Якщо діаметр капіляра великий, то з метою зменшення витрати стисненого повітря в капіляр на опорі вводять калібровану кульку, яка перекриває собою більшу частин у поперечного перетину капіляра. Вхідний штуцер оснащують додатковою камерою, в якій потік повітря перш ніж потрапити в штуцер стабіліз ується /ліквідується турбулен тність/. В процесі робо ти пристрою по ві тря від джерела через жиклер потрапляє в додаткову камеру і далі через штуцер у капіляр, який контролюється. З капіляра по ві тря викидається в а тмо сфер у. Перепад ти ску між ви ходом з капіляра і йо го входом, дорівнює різниці між тиском у додатковій камері і атмосферним тиском. Падіння тиску в камері характеризує його пневматичний опір і є інтегральною характеристикою капіляра з точки зор у спроможності фо рм ува ти якісні ни тки і волокна, що залежить не тільки від геометричних п а р ам е тр і в, а і ві д чи сто ти п о ве р хн і і забрудненості капіляра. Після контро лю на о пи сан ом у п ри ла ді фі ль єра не п о тр ебує промивання, знежирення і висушування. Більше то го, проп ускання через капіляри стиснено го повітря дозволяє поряд з контролем капіляра ще й видалити з нього випадкові частинки пилу та бруду /що з'являється при транспортуванні, упаковці або тривалому зберіганні/. Не .дивлячись на значні переваги описаного пристрою пере д відомими , він має і суттєві недоліки, що зумовлені способом вимірювання, за сно ваним н а ре єстра ці ї ти ск у по ві тр я на вхідному кінці капіляра. Пневмосистема цього п ри стро ю п о вин на з абезпе чува ти висок у стабільність параметрів повітряного потоку, як по тиску, так І по витраті повітря, оскільки коливання їх бе з по се ре днь о вп л ива є на р ез уль та т вимірювання. Складність і висока вартість такої пневмовистеми погіршують показники всього приладу. Крім цього, необхідні високоточні засоби вимірювання тиску повітря на вході в капіляр. В основу запропоновано го вина ходу покладена задача удосконалення пристрою для контролю якості капілярів фільєри, в якому пневмати чна система осна щена порційним дозатором повітря у ви гляді дво х сполучени х посудин з робочою рідиною, одна з яких виконана у ви гляді вер тикальної тр убки з відкритим в атмосфе р у вер хнім кінцем а др уга за герметизована і через керований клапан підключена до джерела стисненого повітря, при цьому вимір ювальн ий за сіб виконано у ви гля ді дво х реєстраторів рівня рідини у вертикальній трубці, розміщених на різних висота х і підключених до електронного лічильника часу, в рез ультаті чого точно дозується кількість повітря, яке проходить через капіляр і то чно вимірюється час, за якій порція пові тря про ходи ть через капіляр , що дозво ляє то чно визна чи ти вели чин у пне вмати чн о го опо р у к ап іляр а фі ль єри , я ки й є інтегральною характеристикою спроможності капіляра формувати якісне волокно. Як видно з наве деного , робо та запропонованого пристрою заснована на тому, що пневмосистема форм ує порції пові тря точно заданого об'єму, котрі пропускаються крізь капіляр і викидаються в атмосферу з реєстрацією часу проходження кожної порції повітря через капіляр. При цьому, точність вимірювань забезпечується, з одного боку, конструкцією порційного дозатора повіт-ря, а з другого боку, конструкцією вимірювального засобу. В запропонованому порційному дозаторі кількість повітря в порції пропорційна сто вп у рідини у вер тикальній таблиці між реєстра торами ЇЇ рі вня. Всі параметри стовпа рідини, тобто діаметр трубки і відстань між реєстраторами рівня незмінні, а крім цього 27948 незмінні щільність рідини і сила гравітації, що діє на рідину. Таким чином, параметри стовпа рідини, а значить і кількість повітря, що подається в кожній порції повітря залишається незмінною. Виконання вимірювального засобу у вигляді дво х реєстраторі в рівня рі дини, підключеного до лі чильника ча су між її си гна лами до з во ля є п ро стими засобами забезпечити .дуже високу точність вимірювання часу про ходження порції по ві тря через капіляр. У запропонованому пристро ї лік ві до ван о вп лиа а тмосфер но го тиск у н а результа ти вимірювання за рахунок то го, що з одного боку - верхній кінець вертикальної трубки вільно сполучається з атмосферою, а з друго го боку - повітря з капіляра викидається в атмосферу, Все зазначене вище разом взяте і забезпечує високу точність вимірювань. Суть вина ходу ілюструється кресленням, на яшму зображена схема виконання пристрою. Запропонований пристрій включає стіл 1, для установлювання контрольованої фільери 2. Він може бути круглим, або прямокутним в залежності від форми фільєри, яка контролюється. Пристрій має тр убчастий держак 3, що споряджений еластичним наконечником 4 і підключений за допомогою гн учкого по вітр опроводу 5 через керований клапан 6 до джерела 7 стиснено го повітря /будь якої підходя щої для ці єї мети , конструкції/. У пневмосистему запропонованого пристр ою входи ть також і порційн ий дозато р повітря, який виконано у вигляді двох сполучени х посудин з робочою рідиною 8. При цьому, одна посудина ма є ви гля д вер тика льної тр убки 9 , вер хній кіне ць якої ві дкри тий s а тмосфер у, а нижній кінець занурений під рівень робочої рідини у др угій посудині /10/. Друга посудина, виконана герметичною і за допомогою повітропроводу Іі спо луча єть ся о дн о ча сно /з уже з гаданим / джерелом стисненого повітря через керований клапан із трубчатим держаком через гнучкий повітропровід. Вимірювальна система пристрою включає в себе два реєстра тори рівня робочої рідини 12 и 13, які розміщені на різній висоті на вертикальній тр убці , тобто вони ві дда-лені о дин від одного по висоті на відстань ДН . Реєстратори рівня найдоцільніше, виконати у вигляді сві тлодіод - фо тодіод. Вер хній 13 і нижній 12 реєстратори р і вн я п і дк лючен і до вхо ду е ле к тр он н о го лічильника часу 14, до виходу якого підключено, наприклад п оказ уючий прила д, запи суючи й пристрій, чи комп'ютер /що формує протокол вимірювань/. Над верхнім реєстратором рівня встановлено пусковий реєстратор рівня 15, який підключено на вхід керуючо го блока 16. Ви хід кер уючо го блока пі дключено до к еро вано го клапан у пневматично ї си стеми і до пуско вого входу лічильника часу. Зап ропон о вани й при стр ій пра цює так им чином. Фі льєра 2 , капіляри якої необхі дно контролюва ти , встано влюють на стіл 1. Після цього оператор підводить еластичний кінцевик 4 трубчастого держака 3 до капіляра фільєри з боку вхідно го о твор у і при тискає йо го до повер хні фі ль єри , чим за без пе чуєть ся герме ти чне спо лученн я де ржака з капі ля ром . В цьом у п о л ож е нн і о пе р а то р вк люча є в р о бо ту пневматичну систему шляхом натискання пускової кнопки в керуючому пристрої. В результаті цього відкри ва ється п ускови й клапа н 6 і стисне не повітря від джерела 7 розгалуджуеться на два напрямки; по перше, по гнучкому повітропроводу 5 до тр убча сто го .держак а 3 з е ла сти чн им кінцевиком 4 повітря надходить в капіляр фільєри і далі викидається в атмосферу; по друге - по повітропроводу II повітря надходить в герметичну п о с уди н у 1 0 , де вон о п і д ви щує ти ск н а д повер хне ю робо чо ї рідин и 8 і ви тісняє ЇЇ в ве р ти к а ль н у тр убк у 9 . Рі д и н а в тр убці подіймається пропорційно зростанню тиску в герметичній посудині. Як тільки рівень рідини в тр убці досягне пускового реєстратора 15 сигнал від нього на дходи ть в керуючий блок. 16 . При цьому, сигнал від керуючого блока потрапляє о дно ча сн о на ке ро вани й клапа н 6 , яки й закривається і на вхід лічильника часу 14, який обнулюється і приводиться в режим чекання З мом ен ту з акри ття к еро вано го к лап ан у 6 надходження стисненого повітря в пневмосистему від його джерела припиняється, а вихід його в атмосфер у через капіляр продовж ується. В результаті цього, рівень рідини в трубці починає п ада ти і як тільки він дося гне вер хньо го реєстратора 13 на вхід лічильника часу подається сигнал, за яким починається відлік часу, що триває до ти х пір, поки рівень рідини в трубці досягне нижнього реєстратора 12. За сигналом нижнього реєстратора відлік часу припиняється 1 на виході часу з'являється сигнал, який несе інформацію про якість контрольованого капіляра фільєри. Таким чином, вимірювальний засіб точно фіксує час, за який рівень рідини в вертикальній трубці знизиться на висоту , тобто від рівня верхнього реєстратора 13 до рівня нижнього реєстратора 12. Саме за цей час порція повітря /точно фіксованого об'єму / із герметичної посудини 10 витіснена стовпом рідини, що спустився в вертикальній трубці, виходить в атмосферу. Таким чином, вимірявши час, за який порція повітря /взята за одиничний об'єм/ пройшла крізь контрольований капіляр, визначають пневматичний опір капіляра, а саме він 1 є Ін тегральною характеристикою капіляра фільєри, тобто характеристикою здатності капіляра формувати волокно необхідної якості. Після цього оператор вводить еластичний кінцевик тр убча то го держака у вхідний о твір др уго го кап і ляр а 1 пр оце с вимі р юван ня повтор юється в порядк у, який описано ви ще . Таким чином, контролюють всі капіляри фільєри. Для п рак ти чн о го вик ор иста ння фі ль єр у вир обни цтві волоко н 1 н и ток з розп ла ві в 1 розчинів полімерів не має значення абсолютна величина пневматичного пору капіляра. Важливо з'ясува ти, що ні один Із капілярів /або гр упа капілярів/ помітно не відрізняється по цьому показнику від всі х інших капілярів фільери. Саме, такій вимозі відповідає описаний ви ще режим роботи пристрою. Для вимі-рювання абсолютного значення пневматичного опору капілярів в запропонованому приладі шкала повинна бути відтарована в абсолютних одиницях. Висока точність вимірювань в даному пристрої грун тується на забезпеченні однакових умов для формування порцій повітря 1 на точному відрахунк у часу проходження ци х порцій крізь 27948 вимірювальний капіляр. Всі ці якості пристрою досягн уті простими те хнічними за собами, які не викликають якихось проблем при виготовленні 1 експлуатації пристрою. 27948 27948 ДП "Український Інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до др ук у 6 0і /- 2001 р . Формат 60 x84 Ш. Обсяг 0 .3~Уобл.-вид.арк . Тираж 50 пр им Зам. &¥ Л УкрІНТЕІ Бул. Горького, 180, Київ, 03680 МСҐІ, Україна (044) 268-25-22