Устройство для контроля вязкости полимера в процессе экструзии

(51)5 6 01 К 11/14 ЕТ ическии институт А, Ук йн и Б,К,Чо х А. Е.етоды21,1147,Диффузия и змерений, -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Малкин А. Я., Чальвязкость полимеров, ММХимия, 1979, с, 91,Патент США М. 384кл, 0 01 К 11/00, 1974,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЯЗКОСТИ ПОЛИМЕРА В ПРОЦЕССЕ ЭКСТРУЗИИ(57) Изобретение относится к переработке пластических масс в экструзионных установках и может быть использовано в кабельной технике в составе экструзионных линий по производству кабелей и проводов. Цель изобретения - повышение точности контроИзобретение относится к переработке пластических масс в экструзионных установках, а конкретнее к устройствам контроля параметров полимера в ходе технологического процесса изолирования проводов и кабелей,Известны устройства для измерения вязкости полимера - ротационные вискозиметры, Наиболее распространенным среди ротационных приборов является устройство, содержащее снабженный многоступенчатой коробкой скоростей электродвигатель, а также соосные внешний и Ы 3. , 1712832 А 1 ля вязкости полимера в процессе экструзии путем выделения из общего момента нагрузки электропривода экструдера составляющей, пропорциональной вязкости полимера в зоне дозирования. Устройство содержит промышленный экструдер для переработки плавких полимеров, датчик тока в цепи якоря электропривода экструдера и датчик частоты оборотов шнека экструдера, Новым является введение измерителя взаимной дисперсии, первый вход которого соединен с выходом датчика тока в цепи якоря электропривода экструдера, а выход соединен с первым входом блока деления, выход которого подключен ко входу усилителя, выход последнего является выходом устройства, при этом кинематически связанный со шнеком экструдера датчик частоты оборотов шнека экструдера выходом соединен со вторым входом измерителя взаимной дисперсии и со входом измерителя дисперсии, выход которого подключен ко второму входу блока деления. 1 ил,внутренний цилиндры, При этом внешний цилиндр выполнен полым, а внутренний цилиндр кинематически связан с приводным валом электродвигателя с возможностью вращения внутри внешнего цилиндра. Приводной вал выполнен разрезным и снабжен помещенным в разрезе упругим элементом, служащим для измерения крутящего момента, В зазор между поверхностями цилиндров помещают исследуемый материал, вязкость которого пропорциональна величине крутящего момента при заданной фиксированной частоте вращения внутреннего цилиндра.параметра дпя оценки вязкости, так как со- вр Известен экструзионный реометр, содержащий экструдер, дополнительно оснащенный головкой, выполненной в виде капиллярной трубки или их набора, Вязкость полимера пропорциональна величине измеренного датчиком на входе в головку давленйя при заданной постоянной производительности экструдера, определяемой по массе выдавливаемого в единицу времени прлимера.Наиболее близким техническим решением является устройство для определения вязкости и жидкости, содержащее шнековый экструдер, счетчик потребляемой мощности, включающий датчики напряжения и тока якоря привода экструдера, датчик частоты оборотов шнека эструдера, датчики температуры цилиндра экструдера, датчик давления массы, выходы которых подключены через аналого-цифровой преобразователь к шине процессора данных, к выходам которого подключены, дисплей и сигнальный прибор,Устройство определяет величину фактической мощности, потребляемой экструдером за заданный промежуток времени процесса прессования, а также расчетную величину (оценку) мощности, потребляемой экструдером для жидкости с заранее известной внутренней вязкостью, По результатам сравнения значений фактической мощности со значением, полученным расчетным путем, определяется внутренняя вязкость исследуемой жидкости, Недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная следующими причинами,Во-первых, не учитывается ряд факторов, влияющих на потери мощности, выбранной в качестве параметра для оценки вязкостй (состояние кинематических узлов привода шнека, неравномерность температурных полей и т.д,), во-вторых, используемые коэффициенты определяются лишь для конкретного экструдера, находящегося в конкретном техническом состоянии и работающего в конкретном режиме с конкретным материалом, в-третьих, применяемые для оценки мощности сложные эмпирические формулы остаются адекватными в качестве математических моделей только при малых изменениях режимных параметров, таких как скорость вращения шнека, тогда как известно, что потребляемая мощность привода шнека реально изменяется в зависимости от условий работы пропорционально ЙЯ, где 1о2, что не учтено в предлагаемой модели, в-четвертых, неудачен сам выбор мощности как ставляющая мощности, определяемая моментом сопротивления трения и различнаяна разных скоростях, обуславливает методическую погрешность измерения, которая5 не учтена, в-пятых, устройство конструктивно представляет собой сложный вычислительный комплекс на базе ЭВМ с наборомустройств сопряжения с объектом, имеющий высокую стоимость, требующий высо 10 коквалицифированного обслуживающегоперсонала,Целью изобретения является повышение точности контроля вязкости полимера впроцессе экструзии,15 Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для контроля вязкости полимерав процессе экструзии содержит экструдер,датчик частоты вращения шнека экструдера, датчик тока в цепи якоря электроприво 20 да экструдера, который выходом соединен спервым входом измерителя взаимной дисперсии, выход которого соединен с первымвходом блока деления, выход которого подключенн ко входу усилителя, выход последне 25 го является выходом устройства, при этомдатчик частоты вращения шнека экструдера, кинематически связанный со шнекомэкструдера, выходом соединен со вторымвходом измерителя взаимной дисперсии и30 со входом измерителя дисперсии, выход которого подключен ко второму входу блокаделения.Введение блоков для оценки дисперсиии взаимной дисперсии сигналов частоты вра 35 щения шнека экструдера и тока якоря электропривода экструдера, используемых вместе сусилителем и блоком деления для непрерывного контроля вязкости полимера впроцессе экструзии, повышает точность40 контроля; Это обусловлено тем, что отклонения частоты вращения шнека экструдераот заданного значения являются информативным параметром, позволяющим выделить из момента нагрузки составляющую,45 пропорциональную вязкости полимера,Кроме того, исключается ошибка измерения, вызываемая постоянной составляющеймомента сопротивления, обусловленной эффектом пристенного "скольжения - прили 50 пания" полимера. Непрерывный контрольвязкости - важнейшего реологического параметра расплава полимера - в ходе технологического процесса экструзии напромышленных установках позволяет орга 55 низовать обратную связь в системе оптимального управления процессомформирования изоляции кабелей и проводов. При этом точность контроля вязкостине снизится и в условиях вариации скоростиащения шнека в ходе технологического(3) процесса изолирования, например, в условиях функционирования системы автоматической стабилизации диаметра изоляции путем регулирования частоты вращения шнека экструдера. 5Уравнение, описывающее баланс моментов электропривода экструдера имеет вид= Кмя - Кв Ж - Мтбмбт,где- момент инерции вращающихся частей привода, приведенный к валу двигателя;а - частота оборотов шнека экструдера; 15Кв - коэффициент, пропорциональныйсредней вязкости среды;Км - коэффициент пропорциональностимежду вращающим моментом М = К и токомякоря электропривода, определяется конструкцией двигателя и потоком намагничивания,Кв в - момент сопротивления, определяемый вязкостью полимера в зоне дозирования; 25Мт - момент сопротивления, определяемый трением между материалом и поверхностями экструдера в зонах загрузки исжатия,Функции в(с) и я(т) являются случайными. Уравнение (1) позволяет определитьвзаимосвязь их вероятностных характеристик,Для математических ожиданий уравнение (1) запишется в виде 35= Кмпзя Квптад - пт б ПЗцв Ф где вя, п 1,и гпт - математические ожидания 40соответствующих реализаций сигналов я(с),иф) и Мт(с),Вычитая из уравнения (1) уравнение (2),получим уравнение для центрированныхслучайных процессов45 СУУмножая уравнение (3) на в, получим прсле взятия математического ожидания уравнение для дисперсии г Он0,5= КмОду - , КвО 010 с., (4) 55 гт где Ов- дисперсия сигнала в(т);Оы - взаимная дисперсия между сигналами в(т) и 4(т); О, - взаимная дисперсия между сигналами М(т) и Мт(1),Если время измерения дисперсий не превышает периода стационарности слуочайной функции в(т), то левая часть выра. жения (4) равна нулю, так как дисперсия О= сопз.еО,= 0 с учетом отсутствия корреляции между в(т) и Мф), (Мф) = сопзс): а в в оО= М го Мт) = Мт М щ = 0 (5) Таким образом, из выражения (4) находим коэффициент Кв, определяющий вязкость полимера Анализ выражения (6) показывает, что в отличие от прототипа, вариации частоты вращения в в предлагаемом устройстве являются положительным фактором, позволяющим осуществить контроль вязкости в процессе экструзии путем оценки вероятностных характеристик частоты вращения шнека экструдера и тока якоря электропривода экструдера,На чертеже показана схема устройства для контроля вязкости полимера в процессе экструзии,Оно содержит экструдер 1, датчик 2 тока в цепи якоря электропривода экструдера, который своим выходом соединен с первым входом измерителя 3 взаимной дисперсии, выход которого соединен с первым входом блока 4 деления, выход которого подключен ко входу усилителя 5 с коэффициентом усиления, равным Км, Датчик 6 частоты вращения шнека экструдера выходом соединен.со вторым входом измерителя 3 взаимной дисперсии и со входом измерителя 7 дисперсии, выход которого подключен ко второму входу блока деления.Датчики 2 и 6 являются штатными датчиками любой экструзионной установки. Блок 4 и усилитель 5 являются широко распространенными стандартными блоками преобразования сигналов и могут быть выполнены, например, на операционных усилителях. Реализации измерителя 7 дисперсии и измерителя 3 взаимной дисперсии также известны. Предлагаемое устройство может быть применено практически на любой экструзионной установке и обеспечит по сравнению с существующими техническими решениями следующие преимущества:а) вероятностный подход к оценке информативного параметра (частота враще1712832 Составитель Д, УклейнРедактор Н, Каменская Техред М,Моргентал Корректор С. Шев Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 каз 531 ВНИИП Производственно ельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 ния шнека) в предлагаемом устройстве обеспечивает более высокую точность, контроля вязкости в условиях возмущений в отличие от детерминированного подхода в устройстве-прототипе; 5б) устройство содержит 2 датчика режимных параметров в устройстве прототипе - 6 датчиков), что упрощает и удешевляет устройство;в) применение блоков оценки вероятно стных характеристик позволяет обойтись без сложного вычислительного комплекса на базе ЭВМ, что также упрощает и удешевляет устройство;г) устройство значительно проще в на стройке и эксплуатации, так как не требует задания всех необходимых параметров математической модели в соответствии с конкретным экструдером, материалом и технологическими условиями переработки, 20 а также корректировки параметров модели в процессе эксплуатации экструдера,Формула изобретения Устройство для контроля вязкости полимера в процессе экструзии, включающее шнековый экструдер, датчик частоты оборотов шнека экструдера и датчик тока в цепи якоря электропривода экструдера, о т л ич а ю щ е с я тем, что, с целью повышения точности контроля вязкости полимера в процессе экструзии, оно содержит измеритель взаимной дисперсии, первый вход которого соединен с выходом датчика тока в цепи якоря электропривода экструдера, а выход соединен с первым входом блока деления, выход которого подключен к входу усилителя, выход последнего является выходом устройства, при этом кинематически связанный со шнеком экструдера датчик жесткости оборотов шнека экструдера своим выходом соединен со вторым входом измерителя взаимной дисперсии и с входом измерителя дисперсии, выход которого подключен к второму входу блока деления,