各種傳感器在新型漿紗機(jī)中的應(yīng)用原理解析

紡織是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱和出口創(chuàng)匯的重要來源，現(xiàn)代織造設(shè)備是紡織生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的保障?，F(xiàn)代織造設(shè)備集精密機(jī)加工、電氣電子、液壓、氣動(dòng)、儀表、油浴、中央潤(rùn)滑、電腦控制于一體，復(fù)合多學(xué)科科技發(fā)展的最新成果。漿紗工序是紡織廠的心臟，“漿紗一分鐘，布機(jī)一個(gè)班”，國(guó)外也有好的紗漿，等于布織了一半的說法。然而漿紗機(jī)是實(shí)現(xiàn)漿紗工藝目標(biāo)的基礎(chǔ)，作為漿紗機(jī)中“神經(jīng)系統(tǒng)”的各種傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和控制各種工藝目標(biāo)的首要環(huán)節(jié)，是尖端電子技術(shù)在機(jī)電一體化的現(xiàn)代紡織領(lǐng)域的具體體現(xiàn)，是現(xiàn)代漿紗機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)漿紗機(jī)的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代漿紗機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)之一就是自動(dòng)化（自動(dòng)檢測(cè)與控制）和信息化（數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確、全面、數(shù)字化、圖形化、網(wǎng)絡(luò)化的反饋和處理）。傳感器的使用是現(xiàn)代漿紗機(jī)自動(dòng)化和信息化建設(shè)的前提。紡織工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)摒棄過去“機(jī)械維護(hù)與電器維護(hù)彼此分離、管理人員、工藝人員與設(shè)備維修人員分離”的理念，才能適應(yīng)新的“機(jī)電一體化、工藝與設(shè)備相互滲透、相互融合”的新形勢(shì)。掌握傳感器這一高新技術(shù)在漿紗機(jī)上的具體應(yīng)用能有助于技術(shù)人員掌握設(shè)備的綜合性能，為設(shè)備維護(hù)、技術(shù)改造和產(chǎn)品升級(jí)打下基礎(chǔ)。因而有必要對(duì)于傳感器自漿紗機(jī)上的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 漿紗機(jī)所用傳感器的主要類型及性能評(píng)價(jià)

1．1 定義與主要類型

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器定義為：能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測(cè)裝置，并滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，因而是檢測(cè)與自動(dòng)控制和信息化的前提。新型漿紗機(jī)所用傳感器按工作原理：分為電阻（主要有熱敏、濕敏等）、電感、霍爾、超聲波、應(yīng)變片、光電等傳感器。按被測(cè)物理量分：有力、位移、速度、溫度、濕度及角度等傳感器。

1．2 性能評(píng)價(jià)

傳感器的性能用其靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性衡量，靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。動(dòng)態(tài)特性常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)表示。

2 傳感器在新型漿紗機(jī)的應(yīng)用

傳感器在新型漿紗機(jī)上用于經(jīng)軸退繞直徑、回潮率、烘筒與漿槽溫度、各區(qū)張力、各區(qū)伸長(zhǎng)率、運(yùn)行速度、檢測(cè)等。

2．1 鉑熱電阻式溫度傳感器用于溫度檢測(cè)與控制

2．1．1 傳感器的選擇

在工業(yè)應(yīng)用中，溫度的檢測(cè)，有熱電偶和熱電阻兩種形式，熱電偶一般適用于測(cè)量500℃以上的較高溫度。對(duì)于500℃以下的中、低溫度，熱電偶的輸出的熱電勢(shì)很小，這對(duì)二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量；而且在較低溫區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對(duì)誤差也非常突出。所以測(cè)量中、低溫度一般使用熱電阻溫度測(cè)量?jī)x較為合適。漿紗機(jī)的烘筒的烘燥溫度一般低于150℃，漿液溫度小于或等于100℃，故可以采取熱電阻式傳感器。

2．1．2 熱電阻傳感器的測(cè)溫原理與選擇

熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻的特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在工程控制中的應(yīng)用極其廣泛。

電阻值和溫度一般可以采用以下的近似關(guān)系式：

Rt=Rt0［1 α（t一t0）］

式中：Rt為溫度t時(shí)阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=O℃）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。

2．1．3 鉑熱電阻傳感器在漿紗機(jī)上的應(yīng)用

漿紗機(jī)主要采用的是金屬鉑熱電阻傳感器。鄭紡機(jī)GA308，SUCKER-S432漿紗機(jī)、等漿紗機(jī)采用的是Pt-100鉑熱電阻，測(cè)量范圍0～200℃，最大電流20 mA，相對(duì)于銅電阻，鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小。

鉑熱電阻溫度傳感器檢測(cè)并結(jié)合控制單元控制漿液溫度、烘燥溫度在工藝范圍之內(nèi)。該傳感器屬熱敏電阻傳感器。

2．1．4 鉑熱電阻傳感器檢測(cè)溫度的方法

鉑熱電阻溫度傳感器檢測(cè)的烘筒或漿液溫度，經(jīng)過電橋輸出與溫度成比例的電壓信號(hào)，通過運(yùn)算放大器進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換器，將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過光電隔離器送入微處理器CPU，實(shí)際溫度與預(yù)定溫度之差經(jīng)CPU按一定規(guī)律運(yùn)算輸出，經(jīng)光電隔離器、D／A轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)器后形成模擬電流信號(hào)；控制單元采用斷開式或位式控制方式，斷開式控制方式由電磁閥控制薄膜閥的啟閉，當(dāng)溫度低于設(shè)定值就打開蒸汽。這種方式對(duì)于熱慣量很大的烘筒來說，檢測(cè)精度就很差，現(xiàn)已經(jīng)為具有PID調(diào)節(jié)功能的位式控制方式所取代。

GA308、卡爾邁耶、津田駒HS20、HS40、祖克S432漿紗機(jī)等采用此方式，其特點(diǎn)是可以通過比例閥線性調(diào)節(jié)氣缸閥開度，控制蒸汽流量，即越接近設(shè)定值，蒸汽閥門越開越小，反之亦然，以控制溫度，其原理框圖見圖1。

2．2 超聲波位移傳感器應(yīng)用于經(jīng)軸退繞直徑檢測(cè)

保證退繞區(qū)各經(jīng)軸間經(jīng)紗退繞張力一致是漿紗工藝控制的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)漿紗機(jī)采用千米夾紙條結(jié)合經(jīng)軸夾調(diào)節(jié)制動(dòng)力來控制經(jīng)軸的退繞張力，保證各個(gè)經(jīng)軸退繞張力均勻一致，以減少機(jī)白回絲，祖克SUCKER-S432新型漿紗機(jī)的AB張力調(diào)節(jié)器采用機(jī)械張力檢測(cè)裝置檢測(cè)退繞張力，反饋至氣動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥與設(shè)定值比較后，輸出氣壓信號(hào)來調(diào)節(jié)退繞張力，仍是一種機(jī)械式反饋、控制裝置。

鄭紡機(jī)的GA301漿紗機(jī)采用超聲波傳感器檢測(cè)經(jīng)軸的退繞直徑，電腦控制自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)氣缸的氣壓來保持退繞張力的恒定。超聲波傳感器利用的是超聲波的反射特性進(jìn)行空間測(cè)量和定位。由于測(cè)試距離很短，故其衰減性可以忽略不計(jì)。

2．3 測(cè)濕傳感器用于回潮率的檢測(cè)、反饋

漿紗回潮率是衡量漿紗質(zhì)量的重要指標(biāo)。回潮率直接影響漿膜的彈性、漿紗耐磨性、織造開口清晰度、回潮率過高還會(huì)導(dǎo)致窄幅長(zhǎng)碼布。因而對(duì)回潮率的檢測(cè)與控制具有至關(guān)重要的意義。漿紗機(jī)采用濕敏電阻傳感器測(cè)試漿紗回潮率。

2．3．1 測(cè)試原理

紡織材料的導(dǎo)電性隨含水量而異，回潮率與漿紗電阻符合如下關(guān)系：

W=A Blg R

式中：W為漿紗回潮率（％）；R為漿紗電阻（MΩ）；A，B為常數(shù)，由纖維的種類、紗線密度決定。

由于電阻和回潮率的對(duì)數(shù)成比例關(guān)系，當(dāng)回潮率發(fā)生很小變化時(shí)，電阻值卻變化很大，因而根據(jù)這種原理設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器能達(dá)到很高的靈敏度和精度。

2．3．2 測(cè)試方法

作為測(cè)濕傳感器的測(cè)濕電極給漿紗加上一定量的測(cè)量電壓，隨回潮率的變化，漿紗電阻發(fā)生變化，通過漿紗的電流也相應(yīng)變化，變化的電流在控制儀中放大并轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，與預(yù)設(shè)的回潮率電壓相比較，然后由控制電路發(fā)出脈沖信號(hào)，控制漿紗機(jī)升降速（結(jié)合霍爾測(cè)速發(fā)電機(jī)）以控制回潮率。

GA301漿紗機(jī)采用美國(guó)Strandberg公司生產(chǎn)的M601測(cè)濕儀；祖克SUCKER-S432漿紗機(jī)采用RMSR-7K測(cè)濕儀等，均屬于濕敏電阻傳感器。

2．4 電阻應(yīng)變片式張力傳感器檢測(cè)漿紗張力

漿紗各區(qū)張力是漿紗重要工藝內(nèi)容，一般漿紗各區(qū)張力的控制原則是：小退繞張力、微漿槽張力、勻烘燥張力、中分絞張力、大卷繞張力。為實(shí)現(xiàn)這一工藝目的，就需要對(duì)漿紗個(gè)各區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，這是工藝調(diào)節(jié)控制的前提。

2．4．1 應(yīng)變片張力傳感器的應(yīng)用

應(yīng)變片式張力傳感器用來檢測(cè)漿紗機(jī)各區(qū)（漿槽、烘燥、分絞及卷繞）的張力大小，并采用雙曲線鐵炮（如祖克SUCKER-S432漿紗機(jī)）、雙曲線鐵炮 XP1（如***大雅TAYA500、鄭紡機(jī)GA301漿紗機(jī)等）以及較為先進(jìn)的各區(qū)變頻調(diào)速器控制個(gè)單元電機(jī)速度（如鄭紡機(jī)GA308，蘇州圣元ASGA368）以調(diào)節(jié)各區(qū)速比以調(diào)節(jié)張力。

卡爾邁耶、津田駒漿紗機(jī)采用應(yīng)變片式壓力傳感器來檢測(cè)退繞張力，經(jīng)紗張力的合力作用于位于檢測(cè)輥軸承底部的壓力傳感器，傳感器發(fā)出的電流或電壓信號(hào)輸入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將測(cè)量值和設(shè)定值進(jìn)行比較、計(jì)算，改變對(duì)電控比例閥的控制電流或電壓，調(diào)整比例閥的輸出氣壓，使加壓氣缸改變對(duì)經(jīng)軸的制動(dòng)阻尼，直至測(cè)量值與設(shè)定值相等。從而保持退繞張力的恒定，這種控制形式由于檢測(cè)輥固定，不需擺動(dòng)，可以減少慣性的影響，靈敏度高于祖克漿紗機(jī)。

2．4．2 電阻應(yīng)變式傳感器工作原理

基于電阻應(yīng)變效應(yīng)原理，用金屬電阻絲制作成電阻應(yīng)變片，將其粘貼在彈性體上。測(cè)量時(shí)，當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。

電阻應(yīng)變計(jì)把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成△R／R后（△R為阻值絕對(duì)變化量，R為電阻值）。應(yīng)變電阻變化一般都很微小，這樣小的電阻變化既難以直接精確測(cè)量，又不便直接處理。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計(jì)的△R／R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。通常采用惠斯登電橋電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。

惠斯登電橋的優(yōu)點(diǎn)是抑制溫度變化的影響、抑制干擾、補(bǔ)償方便等。
來源；工控網(wǎng)