纱线张力动态测试方法

纱线张力动态测试方法

Dynamic Testing M ethod for Y arn Tension

庾在海 吴文英 陈瑞琪

(东华大学机械工程学院,上海 200051)

摘 要 论述了各种纱线张力动态测试装置,提出了一种新型的环锭纺纱张力测试方法,利用传感器技术和计算机系统对纱线张力进行动态检测和实时控制,为生产过程自动化和提高产品质量提供了途径。关键词 环锭纺纱 纱线张力 测试 传感器

A bstract Vari ous d ynamic tes t d evices of tarn tension are described comprehensively and a ne w type of testin g method for rin g s pi ndle spinnin g tension is proposed.The yarn tension is d ynamic detected and controlled i n real ti me b y adopti ng transducer technology and com puter system.The method offers the path to process automation and enhance mnet of quality of products.Keyw ords Ring spindle spinnin g Yarn tension Test Transd ucer

0 引言

在纺织加工过程中,纱线张力是一个十分重要的参数。张力的大小和稳定直接关系到产品质量、生产效率以及后续加工的顺利进行。张力过大,会使纱线弹性伸长,强力受到损失,增加断头;张力过小,会影响卷装成形。此外由于纱线张力不是一个恒量,而是一个波动量,因此有必要对纱线张力进行动态测试。

1 纱线张力测试方法概述

1.1 电阻应变式

图1 双孔梁传感器结构图2 结构图

组成电阻应变式纱线张力测试装置的核心器件是电阻应变式传感器。由于双孔梁弹性体的输出和载荷之间的线性好、灵敏度高,所以目前一般不采用图2所示的实心悬臂梁结构。双孔梁传感器结构示意图图1所示,它主要由悬臂梁、导线轮、支架等组成。在双孔梁的上、下表面贴上4个应变电阻R 1~R 4,组成如图3所示的全桥电路。该应变转换为电阻的变化,然后通过电桥电路将电阻的变化转换成电量,经标定输给后续的信号处理装置,获取纱线张力及其变化信息。由于电阻应变式传感器具有精度

高、稳定性好、成本低、适用于各种环境等优点,因此该纱线张力测试装置常用在纺纱、络筒、整经以及织造中测量单纱的张力。

图3 全桥电路

图4 测试装置

1.2 磁电感应式

该装置的核心器件是变磁阻式传感器,如图4所示的是磁电感应式纱线张力测试装置。该装置由罗拉1、2、3,阻尼器4,平衡装置5和衔铁6等部分组成。当不工作时,活动衔铁处于平衡位置,次级没有电信号输出;当纱线运行时,由于纱线张力变化而导致衔铁上下移动,进而引起磁场磁通量发生变化,此时衔铁次级输出电信号,经处理后显示或记录纱线张力。1.3 电容式

该纱线张力测试装置的核心器件是差动电容式传感器,其结构图5。它主要由定极片、动极片、导线轮及支架组成。动极片本身为一弹性体,导纱轮的一端通过绝缘体与动极片固结在一起,形成悬臂梁。没有纱线通过时,初始极距 1= 2;当纱线张力作用于导纱轮上时,动极片因受力而产生上下移动,此时距离发生变化 ,电容量也相应发生变化 C ,其相对变化量为 C/C 。当距离的变化量 很小时,可以认为电容的变化量与 近似成线性关系。该变化量通过如图

5所示的电桥电路转换为电量,再经后面的配套装置

处理,显示或记录纱线张力。

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纱线张力动态测试方法 庾在海,等

图5 电容式纱线张力测试装置

2 新型纱线张力测试系统

随着纺织技术的飞速发展,纺纱速度越来越高,因此上述检测方式满足不了现代纺织工业的需要。近年来,随着各种相关科学理论和技术的日益成熟,特别是微电子技术、计算机技术、新材料和新工艺的广泛应用,使纱线张力测试技术取得了许多新的成果。2.1 带微型计算机的纱线张力测试系统

系统构成如图6所示,主要由传感器、放大器、PC 等组成。当纱线张力发生变化时,张力传感器检测到张力变化并产生电信号,对此电信号进行初步放大、检波、滤波等,将滤波后的有用信号输送给放大器进一步放大,通过A/D 转换器将信号转换成数字信号输入计算机处理,

最后通过打印机打印出检测结果。

图6 计算机纱线张力测试系统

2.2 CCD 图像传感器纱线张力测试系统

图像传感器是采用光电转换原理,将其感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号 图像 的一种功能器件。CCD 图像传感器的核心是电荷耦合器件CCD,它具有存贮、转移并逐一读出信号电荷的功能。如图7所示,应用CCD 图像传感器测量纱线张力的原理是在平行光源的照射下,通过光学系统将纱线直径的阴影反映在光电阵列上,从而使CCD 图像传感器输出与纱线阴影相对应的电信号,经过放大处理后输入计算机,记录或显示纱线张力大小及纱线张力的

变化情况。

图7 CCD 图像传感器纱线张力测试系统

假设纱线为弹性体,由材料力学可知,纱线的横向应变为: 1= d/d

(1)

式中: d 为纱线在外力作用下的线径变化值;d 为纱

线原始直径。

纱线横向应变与轴向应变的关系为

= 1/

式中: 为纱线泊松比。

轴向应力为: =P/S =E =E 1/ 将S = d 2/4及式(1)代入上式得

P =( Ed d)/(4 )

(2)

式中:P 为纱线张力;E 为纱线弹性系数。

由式(2)可知,只要测得了 d ,就可获得纱线张力。

3 细纱机纱线张力的测试方法

本文提出了一种利用光电技术,采取与纱线不直接接触的测试方法。

由文献[5]可知,纱线气圈张力为

T =T 0-m 2r 2

/2

(3)

式中:T 0为导纱钩处的纱线张力;m 为纱线密度; 为纱线回转角速度;r 为纱线的回转半径(在气圈上,其各点的半径是不同的)。

由于气圈纱线段高速回转,其图像不易获得。但从式(3)可以看出,如果知道导纱钩处的纱线张力T 0,即可通过计算求出气圈纱线张力。而从前罗拉到导纱钩处的纱线图像可以通过图像传感器获得,进而可求得该段纱线的张力,也可求得导纱钩处的张力,通过式

(3)即可求得气圈纱线张力。上述过程通过计算机处理即可显示即时气圈纱线张力大小,再通过计算机系统及网络技术建立纱线张力测试系统。这样,测试人员只需坐在办公室就可通过计算机了解纱线张力变化规律,并进行数据分析和处理,进而自动控制纱线生产质量。

4 试验

为了验证该装置的有效性,另外采用了电阻应变式传感器同时对纱线张力进行测量,并对两种测试方法的结果进行了比较。试验条件如下:

纺纱材料为腈纶;粗纱号数(te x)为465 7 2;细纱号数为35 2。其试验结果如表1所列。

表1 两种方法试验结果比较表

锭子速度r/min

卷绕位置应变式传感器测得结果(CN)

图像传感器测得结果(CN)

10000

顶端31 327 0底端

35 230 312000顶端34 529 6底端38 132 513000

顶端39 634 4底端

46 8

40 3

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自动化仪表 第26卷第10期 2005年10月

PROC ESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol.26No.10October 2005