一種紙漿濃度檢測裝置的製作方法

2024-03-10 14:30:15

專利名稱：一種紙漿濃度檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種紙漿濃度檢測裝置。
背景技術：
造紙工藝要求對紙漿濃度進行控制，濃度控制的好壞對最後成品紙的質量起到重要的作用。目前紙漿濃度的測量方式有主動式，如BTG的動刀，內旋式檢測儀，山河的外旋式，本實用新型外旋式。主動式測量的特點是，敏感元件(刀或者葉片)本身運動，對靜態或者流動的漿都可以進行測量。這類測量儀現階段效果最好，使用普遍。
要保證機械式主動式測量裝置的靈敏度和精度，普遍要解決的問題是要提高其精度，靈敏度，穩定性，首先要解決的最關鍵的問題是機械測量裝置摩擦力的影響。
機械式測量的基本原理敏感元件(刀或者葉片等)相對紙漿運動，紙漿會對敏感元件產生阻力(紙纖維對敏感元件的剪切力)，測量阻力就能感知濃度的大小，當所有其他因素固定，如敏感元件結構大小，安裝方式，運動速度，紙漿種類構成配比等，紙漿濃度愈高敏感元件運動時產生的阻力也愈大。
實際上就是對力的測量(對旋轉軸上的扭矩大小的測量)，測量方法有直接和間接測量方法。現存的產品幾乎都是間接測量方法，由於阻力大小會產生的別的效應，比如受阻力影響敏感元件運動速度會變慢，BTG的動刀，山河的外旋式都是利用這種效應來間接測量，BTG公司的動刀用的是光電開關測量運動周期的變化，山河公司利用軟特性電機在阻力增大時轉速會變慢的原理，測量速度的變化。BTG的內旋式濃度測量儀，是目前公認的最精密的濃度測量儀，但是其結構複雜成本高。由於要將敏感元件(葉片)上所受的阻力通過軸傳遞出來進行測量，要解決的兩個難題，一個是消除影響測量精度的密封元件的摩擦力，另一個是測量旋轉軸的扭矩(動扭矩)，BTG通過特殊設計(套在一起的雙軸結構，外層軸只起驅動和動密封作用，內層軸為測量軸，傳遞測量扭矩)儘可能的減少了密封摩擦力對測量的影響，動扭矩測量，BTG採用光學的方法，測量相位差的變化，並進行平衡，平衡相位差，這樣又極大程度的減少了內軸上O型密封圈的靜摩擦力對測量的影響。但是BTG的內旋測量儀儘管採取了特別的設計方法，但是還是對靜摩擦力對測量靈敏度的影響無法消除(比如軸承的靜摩擦力，密封圈的靜摩擦力)，而且結構複雜，採用的轉化補償平衡環節多，也會損失精度。

實用新型內容本實用新型需要解決的技術問題就在於克服上述缺陷，提供一種測量靈敏度高、精度高的紙漿濃度檢測裝置。
為解決上述問題，本實用新型採用如下技術方案本實用新型的紙漿濃度檢測裝置，包括電機、與電機輸出主軸相連接的攪拌軸，其中所述攪拌軸底端安裝有敏感元件，所述電機輸出主軸上安裝有兩個軸承，軸承的內圈安裝在旋轉主軸上，外圈固定在軸承支撐座上，軸承隨主軸旋轉。
其中所述軸承支撐座上固定有稱重傳感器。
其中所述電機為TDY型同步電機。
其中所述敏感元件為S形葉片型敏感元件。
本實用新型的紙漿濃度檢測裝的優點和積極效果在於本實用新型的特點之一就是克服了測量機構靜摩擦力對測量的影響。本實用新型並不是通過消除靜摩擦力(這是做不到的)來消除「爬行」現象，而是通過把靜摩擦變成動摩擦的辦法來消除測量中的「爬行」現象。本實用新型的設計不是用軸承去支撐電機座(外殼)，而是用軸承去支撐電機的旋轉軸，這樣就將軸承的靜支撐轉化成動支撐，電機軸帶動敏感元件(葉片)在被測介質中旋轉。整個電機的重量，電機連接軸和葉片的重量都是靠安裝在旋轉軸上的兩隻軸承來支撐，軸承的支撐是否可靠？長期使用是否會出現問題？本實用新型都在設計時經過仔細考慮，試驗也表明這樣的改進是非常成功的，兩隻軸承一直都是隨著電機軸的旋轉而旋轉，稱重傳感器上反映的測量結構與真實測量值(葉片上的扭矩)間的誤差為一微小的恆定值(動摩擦扭矩)，不再有測量的「爬行」現象，即使長期使用，軸承有磨損，摩擦扭矩變大，這樣的影響因素也是恆定的，是緩慢變化的，這種影響因素是可以忽略的，因為在線濃度變送器是用在生產過程控制上的，是經常需要重新標定的，每次標定都會消除「零點漂移」的影響，「零點漂移」不會一直累積下去的。試驗表明本實用新型的靈敏度，重複精度非常的高，甚至超過BTG的內旋式濃度變送器的相應指標，特別是重複精度，本實用新型做的更好，而且重複精度對測量和控制來說又是一個重要的指標，反映在控制結果上就是穩定。

圖1是本實用新型紙漿濃度檢測裝置的結構示意圖。
具體實施方式如圖1所示，本實用新型紙漿濃度檢測裝置，包括TDY型同步電機1、與TDY型同步電機1輸出主軸相連接的攪拌軸2，攪拌軸2底端安裝有S形葉片型敏感元件，電機1輸出主軸上安裝有兩個軸承4，軸承4的內圈安裝在旋轉主軸上，外圈固定在軸承支撐座10上，軸承4隨主軸旋轉。軸承支撐座10上固定有稱重傳感器5。本實用新型檢測裝置通過支架6安裝在紙漿測量捅7上，所述攪拌軸和S形葉片型敏感元件深入測量捅7內。
本實用新型S形葉片由電機驅動在紙漿中旋轉，旋轉的葉片會受到來自紙纖維的反向阻力，阻力大小反映出紙漿濃度的高低。柔性連接機構將電機上的反向旋轉力傳遞到稱重傳感器上進行測量。正反向限位塊起到對稱重傳感器過載保護的作用。柔性連接機構的另一功能是消除電機上下前後擺動對稱重傳感器測量的影響。這樣就可以直接測量旋轉軸上產生的力，力是採用稱重傳感器進行測量，使用現成的稱重傳感器產品好處是，稱重傳感器產品成熟，規格齊全，而且精度穩定性高，質量可靠。但是將稱重傳感器使用在本實用新型上，設計時要考慮過載保護，由於安裝運輸以及使用過程中都有可能產生過載，如果過載將會破壞傳感器，本實用新型設計了過載保護機構，而且非常可靠，本實用新型上的柔性連接機構的功能之一就是過載保護，當拉力過大時，由於彈簧具有伸縮性，壓在一起的滾珠和連杆可以脫開，而脫開程度又受到限位塊的限制，從而能把作用在稱重傳感器上的反向拉力限制在過載範圍內，而施加在稱重傳感器上的正向壓力由於傳感器自身的變形和限位，正向壓力也被限制在過載範圍內，所以這樣傳感器正反向受到的力都受到限制不會超過過載程度。驅動葉片旋轉的電機要求轉速恆定，不受電壓波動的影響。本實用新型選用永磁低速同步電機(TDY90-115)，115RPM，總量3.2Kg，輸入電流三相380V。該電機的特點是體積小重量輕，無齒輪減速機構直接輸出低轉速，這種電機長期工作無磨損，無需維護，而且輸出轉速恆定不受電網電壓波動影響。但是其輸出轉速有振動(像步進電機一樣)，容易引起測量機構的諧振，嚴重時運動機構無法工作，本實用新型成功避開了諧振頻率。另外，通過單片機對採樣數據的數字濾波處理，振動對測量結果的影響也被完全消除。另外，TDY電機溫升也很高，我們做電機選型實驗時，TDY電機的溫升最高可達70攝氏度，表面溫度達110攝氏度，這樣顯然影響電機的壽命，而且溫升過高稱重傳感器的溫漂也大。但是，通過我們降低輸入電壓，溫升已經可以控制在25攝氏度以內，完全達到使用要求，方法是接一個我們定做的三相變壓器，三相380V變三相250V。本實用新型外旋式紙漿濃度測量儀，開發經歷兩年時間，經過多次改型，特別是電機的選型就有多次，每次選用不同的電機，測量機構都要做重大的改變，電機功率從剛開始的400W，到200W，到最後現在的70W，轉速從200rpm，到60rmp，到現在確定的115rpm。現在通過我們使用上的改進，TDY90-115電機最適合本實用新型測量裝置。
敏感元件本實用新型採用S形寬葉片，S形葉片的旋轉直徑為160mm，葉片寬100mm。由於葉片尺寸大，靈敏度高，同時大尺寸寬葉片結構使得葉片也不易與纖維發送纏繞，這是所有機械式測量裝置在使用過程中都應該避免的，要是纏繞嚴重，測量值將發生嚴重偏移，不再有用。
本實用新型敏感元件葉片由TDY低速同步電機驅動，葉片在紙漿中旋轉產生的反向阻力通過軸最後傳遞到電機本身，但是電機上的扭矩並不等於敏感元件上的扭矩，還應減去軸承的摩擦力。設計時，設計者一般都是選用端面安裝方式的電機，要測量電機上的反向扭矩就不能夠通過螺釘把電機固定到支座上，而是把電機用軸承來浮動支撐，當電機軸帶動葉片旋轉，旋轉產生的反向力會傳遞到電機支撐座上，由於支持座用軸承浮動支持，必須要有另一反向力去平衡它，否則電機座也會旋轉。可以用彈簧去平衡，也可以用稱重傳感器去平衡，這樣都可以測量出平衡力的大小，同時也就測量了葉片的旋轉扭矩。但是這樣測量出來的扭矩並不完全等於葉片旋轉產生的扭矩，它們之間的差值是軸承的摩擦力，假如摩擦力為零，測量就是準確的，但是摩擦力不可能為零，而且這種影響因素有時還很厲害，比如使用久了軸承摩擦力會變大，安裝運輸時，軸承受到的衝擊力都會造成不可恢復的缺陷，使摩擦力變大。一開始，我們也是這樣設計的，但是設計出來的機構做原理試驗時，發現靈敏度不高，當在旋轉葉片上增加微小的阻力時，測力器件(比如稱重傳感器)上並無變化，只有當施加在葉片上的阻力增加到一定成度，測力器件才有反應，而且當把施加在葉片上的阻力撤銷時，測量值不能恢復到以前為值，這反應在測量精度上就是重複精度差，靈敏度差，分析原因是軸承靜摩擦力的影響，靜摩擦對測量結果產生了「爬行」效應。這種「爬行」誤差剛開始可能還不算太嚴重，因為剛安裝的軸承的狀況很好，隨著使用時間的推移，軸承的狀況會變差，由於軸承本身一直不轉動只是做靜支撐，軸承的滾珠和滾道總是在相同位置受到壓力和磨損，這樣該接觸點的靜摩擦力會越來越大。
本實用新型與類似產品的比較。國內同類型的產品有山河公司的外旋式濃度變送器，還未發現其他類似的產品。外旋測量方式不是現在才有的，而是很早之前就有了這樣的產品，這種測量方式曾經被否定過，主要是認為其測量裝置大，不先進，但是隨著安裝在管道上的測量產品暴露出來的一些固有問題的不可克服，如維護難，標定難，對環境要求高，對被測對象(紙漿)的打漿度(扣解度)要求高，一旦紙漿中的異物(如小麻繩，塑料薄膜碎片)纏繞和掛在敏感元件上，測量儀將失效，要維護就很困難。而外旋式就能克服這樣的問題，由於是敞開式的，將被測紙漿從主管道分流出來，到測量筒進行測量，紙漿的回流通過回流管又回到漿池。外旋式安裝也容易，維護和標定都很方便，適宜性強(對被測紙漿無特別要求)。由於外旋式的這些優點，使得它在現場使用時受到用戶的好評。本實用新型跟山河公司的產品雖然都是外旋測量方式，但是測量原理不一樣，山河採用軟特性電機的機械特性來感知測量力的變化，而本實用新型採用的是硬特性電機(TDY同步電機)驅動，通過稱重傳感器直接測力，無中間轉化環節對信號的損失，而且稱重傳感器是成熟的標準產品，可靠性高，無需擔心其質量問題。本實用新型上使用的TDY同步電機也是一個得到廣泛使用的國標產品，也無需擔心其質量問題。山河公司的外旋式產品在現場使用中也暴露出來一些固有的問題，如故障率高，主要是其軟特性電機容易壞，因為要提高靈敏度電機的特性要軟，但是特性越軟其驅動(輸出)功率就越低，輸出功率過低時，有時當葉片受到的阻力大(漿濃度過高，或纏繞異物)，電機不旋轉(所謂的過載了)，這樣測量結果理論上就變成無窮大，相應地反映在測量精度上就是測量精度低。山河的產品有一對固有的不可調和的矛盾，靈敏度和精度的矛盾，要提高靈敏度精度就會降低，要提高精度靈敏度就得降低。本實用新型就不存在這樣得問題，靈敏度和精度是協調一致的。
權利要求1.一種紙漿濃度檢測裝置，包括電機(1)、與電機(1)輸出主軸相連接的攪拌軸(2)，其特徵在於所述攪拌軸(2)底端安裝有敏感元件，所述電機(1)輸出主軸上安裝有兩個軸承(4)，軸承(4)的內圈安裝在旋轉主軸上，外圈固定在軸承支撐座(10)上，軸承(4)隨主軸旋轉。
2.權利要求1所述的檢測裝置，其特徵在於所述軸承支撐座(10)上固定有稱重傳感器(5)。
3.權利要求1所述的檢測裝置，其特徵在於所述電機為TDY型同步電機。
4.權利要求1-3之任一所述的檢測裝置，其特徵在於所述敏感元件為S形葉片型敏感元件。
專利摘要本實用新型公開了一種紙漿濃度檢測裝置，包括電機、攪拌軸、S形葉片敏感元件，所述攪拌軸和電機輸出主軸相連接，攪拌軸頂端安裝有敏感元件。它測量靈敏度和精度高，壽命長，免維護，結構也相對簡單。
文檔編號G01N11/14GK2763798SQ200420009209
公開日2006年3月8日 申請日期2004年7月29日 優先權日2004年7月29日
發明者楊明潤 申請人:楊明潤