Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния технологического контроля параметров осадительной ванны .
1.1. Исследование процесса формования вискозных волокон и влияния осадительной ванны на их качество. 11
1.2. Анализ методов и средств технологического контроля параметров осадительной ванны 15
1.3. Исследование дисперсной фазы осадительной ванны. 17
1.4. Сравнительный анализ методов измерения концентрации дисперсной фазы в жидких средах 19
1.5. Анализ технических средств контроля концентрации дисперсной фазы в жидких средах 29
1.6. Постановка задачи исследования 37
Глава 2. Исследование осадительной ванны как объекта контроля .
2.1. Исследование характеристик раствора осадитель ной ванны и его дисперсной фазы. 2.1.1. Исследование спектральных характеристик осадительной ванны 39
2.1.2. Исследование отклонения закономерности ослабления излучения от закона Бугера-Ламберта-Бера для дисперсного раствора осадительной ванны 43
2.1.3. Исследование индикатрисы рассеяния излучения дисперсным раствором осадительной ванны 47
2.1.4. Исследование скорости оседания частиц дисперсной фазы в растворе 49
2.2. Распределение частиц дисперсной фазы в формо вочном растворе в желобах прядильных машин 55
2.3. Выбор метода контроля 62
Глава 3. Исследование измерительного преобразователя концентрации дисперсной фазы формовочного раствора
3.1. Теоретический анализ способов измерения концентрации дисперсной фазы и структурных схем измерительного преобразователя 67
3.2. Математическая модель измерительного преобразователя информации 79
3.3. Исследование функции распределения случайной величины к-С 86
3.4. Методика расчета параметров измерительного преобразователя 89
Глава 4. Технические средства контроля осадительной ванны .
4.1. Выбор функциональных элементов и расчет парамет ров измерительного преобразователя концентрации дисперсной фазы 96
4.1.1. Выбор функциональных элементов 96
4.1.2. Расчет основных параметров измерительного преобразователя 104
4.2. Выбор состава и структуры технических средств контроля 111
4.3. Переносный прибор для измерения прозрачности осадительной ванны и его характеристики 113
4.4. Информационно-измерительная система контроля концентрации дисперсной фазы в осадительной ванне 119
Выводы 125
Глава 5. Экспериментальные исследования средств контроля
5.1. Метрологическое обеспечение средств контроля 126
5.2. Исследование метрологических характеристик оптико-электронных концентратомеров дисперсной фазы 130
5.3. Оценка эффективности повышения точности измере ний путем использования измерительного преобра зователя с 00С 134
Выводы 136
Общие вывод! 141
Литература 143
Приложение
- Анализ методов и средств технологического контроля параметров осадительной ванны
- Распределение частиц дисперсной фазы в формо вочном растворе в желобах прядильных машин
- Математическая модель измерительного преобразователя информации
- Выбор состава и структуры технических средств контроля
Введение к работе
Актуальность работы. В решениях ХХУІ съезда КПСС подчеркивается необходимость широкого внедрения приборов и систем управления, обеспечивающих комплексную механизацию и автоматизацию производственных процессов, улучшение условий труда, повышение производительности и качества выпускаемой продукции /і/.
Анализ состояния и перспектив автоматизации химико-технологических процессов и развития современных технических средств автоматики и вычислительной техники показывает, что совершенствование вискозного производства осуществляется путем децентрализации АСУ и создания систем управления локальными технологическими стадиями и крупными агрегатами с применением микро-ЭВМ /27/. Для эффективного управления вискозным производством необходима своевременная и достоверная первичная информация, получаемая путем аналитического контроля параметров с требуемой частотой и точностью /29,80/.
Формование является одной из самых сложных операций в производстве гидратцеллюлозных волокон и пленок. Оно включает одновременно протекающие диффузионные, реологические, массо- и тешгообменные процессы. Формовочный раствор, представляющий собой водный раствор серной кислоты, сульфатов натрия и цинка, в котором происходит формование волокон и пленок, во многом определяет их качество. Для эффективного управления режимом формования, необходимо оперативно измерять и обрабатывать значения информативных параметров с выдачей полученных результатов оператору и вводом в систему управления.
В настоящее время первичная информация о формовочном растворе воспринимается и выдается раздельно по каждому контролируемому параметру. При этом часть первичной информации получают лабораторными аналитическими методами. Учитывая то, что объект контроля распределен в пространстве и что на его параметры воздействует широкий спектр случайных возмущений, получаемая информационная модель технологического процесса неадекватна его реальному состоянию, чем усложняется оптимальное управление им.
В данной работе решаются задачи создания комплекса оптико-электронных информационно-измерительных средств, обеспечивающих качественный экспресс-контроль параметров технологического процесса формования. Экспресс-контроль непосредственно в ходе технологического процесса позволяет получать в достаточном объеме необходимую информацию о нем и своевременно диагностировать его состояние.
Таким образом, проблема получения первичной информации непосредственно в ходе технологического процесса формования является актуальной.
Решение указанной проблемы проводилось в соответствии с Межвузовской целевой комплексной программой работ на 1981-1985 годы Минвуза СССР "Разработка и применение методов и средств неразрушающего контроля качества промышленных изделий" /подпрограмма 4.1 по направлению: исследование и разработка технических средств неразрушающего контроля на волоконной оптике/; рекомендациями Всесоюзного НТС по измерительным устройствам на диэлектрических волноводах оптического диапазона /Могилев, 1983/; протоколом производственного совещания технического совета Могилевского ПО "Химволокно" им. В.И.Ленина.
Цель работы. Целью работы является исследование формовочного раствора как объекта контроля и управления, выявление информативных параметров, определяющих его состояние, выбор методов контроля, создание, теоретическое и экспериментальное исследование приборов технологического контроля и доведение результатов работы до промышленного применения.
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:
исследование оптических свойств и характеристик формовочного раствора и его дисперсной фазы;
разработка информационной модели объекта контроля;
разработка, теоретические и экспериментальные исследования измерительного преобразователя концентрации дисперсной фазы в формовочном растворе; разработка методики инженерного расчета и выбора его параметров;
экспериментальные исследования и испытания разработанных оптико-электронных устройств технологического контроля параметров формовочного раствора.
Методы исследования. Исследования проводились методом физического моделирования на лабораторных стендах и активного эксперимента на промышленных установках, спектрофотомет-рирования, а также по математическим моделям. В работе использовались элементы дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна диссертационной работы представлена следующими основными результатами:
- на основе теоретического анализа и экспериментальных
исследований осадительной ванны определены ее информативные
параметры и установлена их связь с качественными показателя-
ми формуемых волокон;
- исследованы оптические характеристики объекта контроля,
разработаны математические модели, предложена конструкция
и проведены теоретические исследования точностных характеристик измерительного преобразователя концентрации частиц дисперсной фазы в формовочном растворе;
предложена методика инженерного расчета параметров первичного волоконно-оптического преобразователя;
разработан алгоритм непосредственной оценки концентрации частиц дисперсной фазы в формовочном растворе на основе двухпараметрового метода измерения;
разработаны и исследованы в производственных условиях переносный прибор и информационно-измерительная система
для технологического контроля концентрации частиц дисперсной фазы, определены их технические характеристики.
Практическая ценность. Использование результатов диссертационной работы позволяет заменить малоэффективный лабораторный метод анализа концентрации частиц дисперсной фазы в формовочном растворе технологическим и повысить производительность контроля, что обеспечивает управление качеством вискозных волокон по ходу процесса формования за счет увеличения числа зон контроля.
Разработанная методика инженерного расчета параметров волоконно-оптического преобразователя может быть использована при проектировании оптико-электронных анализаторов концентрации дисперсной фазы в жидких средах.
Реализация результатов работы. Разработаны и внедрены на Могилевском заводе искусственного волокна им. В.В.Куйбышева стационарная информационно-измерительная система контроля
качества фильтрации формовочного раствора в процессе его регенерации, переносный оптико-электронный прибор для контроля состояния формовочного раствора в желобах прядильных машин.
Разработан и внедрен в НПО "Спектр" переносный оптико-электронный прибор для фотометрического анализа жидких сред.
Суммарный экономический эффект от внедрения составил 64,3 тыс. рублей.
Оптико-электронный концентратомер дисперсной фазы и методика расчета оптико-электронных устройств для измерения концентрации дисперсной фазы используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплине "Электрические измерения" для студентов, обучающихся по специальности 0628.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
всесоюзном научно-техническом совещании "Измерительные устройства на диэлектрических волноводах оптического диапазона" /Могилев, 1983/;
всесоюзной научно-технической конференции "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе" /Барнаул, 1981/;
1-ой всесоюзной межвузовской научно-технической конференции "Оптические и радиоволновые методы и средства нераз-рушающего контроля качества материалов и изделий" /Фергана, 1981/;
республиканской научно-технической конференции "Автоматический контроль и управление производственными процессами" /Могилев, 1983/;
республиканской научно-технической конференции "Пробле-
мы разработки и эксплуатации автоматизированных систем управления на предприятиях радиотехнической, электронной, приборостроительной и машиностроительной промышленности" /Могилев, 1981/;
- научно-технических конференциях и семинарах профессорско-преподавательского состава Могилевского машиностроительного института /Могилев, 1979-1984/.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе I авторское свидетельство.
Структура и объем работы, диссертационная работа представлена на 112 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 51 рисунок и 8 таблиц. Список использованной литературы включает 129 наименований на 13 страницах.
- II -
Анализ методов и средств технологического контроля параметров осадительной ванны
Эффективные методы и средства технологического контроля параметров осадительной ванны должны обеспечивать оперативность получения измерительной информации, достоверность результатов контроля и возможность использования их в АСУ ТП.
Контроль концентрации серной кислоты в осадительной ванне осуществляется анализатором состава осадительной ванны АСВ-2, представляющим собой стационарный автоматический непрерывно действующий прибор /101/. В качестве физико-химических параметров выбраны удельная электропроводность и плотность. Действие анализатора основано на измерении плотности и электропроводности осадительной ванны и последующем автоматическом вычислении концентрации серной кислоты. Основная погрешность измерения концентрации серной кислоты не превышает 1,5 г/л, что отвечает требованиям производства.
Для контроля температуры осадительной ванны используются серийно выпускаемые приборы, например, термометр сопротивления ТСМ-23 и электронный мост КСМ-3. Совместно с исполнительным регулирующим клапаном 254-32НЖ температура осадительной ванны поддерживается в заданных пределах автоматически.
Прозрачность осадительной ванны измеряется вручную в лабораторных условиях с помощью визуального турбидиметра, содержащего стеклянный цилиндрический сосуд, градуированный по высоте в единицах длины, например, в сантиметрах, под дном которого расположен чертеж сетки с линиями определенной толщины /57/. Снизу цилиндр освещается электрической лампой мощностью 40 Вт. Измерения выполняют сразу после отбора пробы раствора осадительной ванны из желоба прядильной машины. Анализируемый раствор перемешивают и наливают в стеклянный цилиндр. Через 2-3 минуты после наполнения цилиндра включают лампу и постепенно через отвод, имеющийся в его нижней части, сливают раствор осадительной ванны до отчетливого появления изображения сетки при наблюдении сверху. Высота оставшегося в цилиндре раствора измеряется в сантиметрах и является величиной контролируемого параметра /81/. Недостатками описанного метода контроля прозрачности являются: а/ необходимость предварительного взятия пробы; б/ значительная трудоемкость и длительность контроля /20 - 40 мин./; в/ субъективность оценки результатов измерения; г/ вредное влияние паров осадительной ванны на обслуживающий персонал.
Низкая эффективность существующего контроля прозрачности осадительной ванны приводит к нарушению стабильности процесса формования, снижению качества формуемых волокон, появлению брака /69, 83, 102, 105, 106/. Вопросам выбора наиболее эффективных методов и совершенствования технических средств контроля этого параметра и посвящена данная диссертационная работа.
В состав дисперсной фазы осадительной ванны входят твердые частицы различных органических и неорганических веществ, однако большую их часть составляет элементарная сера. При производстве вискозной нити её содержание в отработанной осадительной ванне колеблется в пределах от 15 до 18 мг/л /25/. Лабораторные исследования частиц дисперсной фазы с помощью микроскопа показывают, что они имеют сложную форму и разные размеры. Примерный состав частиц по размерам приведен в табл. I.I /ИЗ/. Из этих данных следует, что основное количество взвесей в осадительной ванне /более 80 %/ составляют частицы размером до 10 мкм.
Присутствие частиц больших размеров приводит к явлению седиментации, когда под действием сил гравитационного поля более крупные частицы выпадают в осадок. Это подтверждают результаты исследования скорости оседания частиц в зависимости от их размера /табл. 1.2/ /ИЗ/. Явление седиментации осложняет процесс формования, поэтому на производстве для размельчения крупных частиц в осадительную ванну добавляют специальные поверхностно-активные вещества /ПАВ/, обладающие диспергирующим свойством, например, диспергатор НФ. При этом размер частиц составляет 1-3 мкм, взвеси распределяются в объеме раствора равномерно и основная масса их уносится из желоба прядильной машины вместе с отработанной осадительной ванной. Для улучшения очистки отработанной осадительной ванны от взвесей методом флотации или с помощью кварцевых фильтров, в нее добавляют диспергатор бероль-виско-31, увеличивающий размер частиц до 40-100 мкм /15/.
Использование различных ПАВ отражается и на скорости оседания взвесей в растворе. Отсутствие публикаций по этому вопросу требует проведения дополнительных исследований, необходимых для определения периодичности и мест контроля на производстве.
Измерители концентрации дисперсных систем характеризуются узконаправленным применением. Это обусловлено большим разнообразием анализируемых дисперсных сред, различием свойств составляющих фаз, условий и пределов измерения /60/. Принцип их работы основан на определении физических или физико-химических параметров среды, зависящих от соотношения количеств сплошной /жидкой/ и дисперсной /твердой/ фаз. При выборе метода измерения и измерительного средства обычно руководствуются степенью различия какого-либо параметра, свойственного как жидкой, так и твердой фазе.
Наиболее часто измерение концентрации частиц дисперсной фазы осуществляется по плотности, проводимости, интенсивности поглощенной или рассеянной энергии излучения, пропускаемой через исследуемый раствор. На измерении плотности дисперсных
Распределение частиц дисперсной фазы в формо вочном растворе в желобах прядильных машин
Закономерности распределения взвесей в желобах исследовались на центрифугальних прядильных машинах типа ПЦ-250-И7 с точечной циркуляцией формовочного раствора на могилевском заводе искусственного волокна им. В.В.Куйбышева. Машины указанного типа имеют по II секций и по 7 прядильных мест в каждой секции. Конструктивной особенностью желобов обследованных машин является разное число циркуляционных отверстий по секциям.
Распределение взвешенных частиц в объеме формовочного раствора оценивалось по коэффициенту пропускания Т , измеренному на каждом прядильном месте и выраженному в процентах. Измерения проводились с помощью переносного волоконно-оптического измерителя прозрачности сред ИП-4 /67/. Так как при измерениях наблюдались различия в значениях X на отдельных прядильных местах одной и той же секции /рис. 2.II/, то для оценки содержания дисперсной фазы в целом по секции, определялось среднее значение коэффициента пропускания: где КІ = I 7 - номер прядильного места в секции.
Результаты экспериментальных исследований показывают, что распределение частиц дисперсной фазы в секциях с одинаковыми номерами на разных прядильных машинах имеет случайный характер /табл. 2.2/. Закономерность изменения усредненных значений коэффициента пропусканиягде N = I + 19 - число обследованных прядильных машин, по длине желоба, показана на рис. 2.12. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что значение величины Т зависит от числа циркуляционных отверстий в секции. С ростом их числа значения коэффициента пропускания Т увеличиваются. Следовательно, в секциях с максимальным числом отверстий /по 6-7 в каждой секции/ циркуляция раствора более стабильна и отработанная осадительная ванна не задерживается в желобе. Иная картина наблюдается в секциях с минимальным числом отверстий /по 3 отверстия в каждой секции/. Здесь параметр Т имеет самые низкие значения, что свидетельствует о нарушении циркуля ции формовочного раствора и, как следствие этого, накопление в его объеме частиц дисперсной фазы, непрерывно образующейся в результате протекания химических реакций /1.3/. Значительны его колебания и между отдельными прядильными местами в одной и тойже секции /графики 1-3 на рис. 2.II/. Такого явления не наблюдается в секциях с максимальным числом циркуляционных отверстий /графики 4, 5 на рис. 2.II/.
По результатам исследований было сделано предположение, что неравномерность распределения взвесей в формовочном растворе по длине желоба обусловлена нарушением циркуляции осади-тельной ванны вследствии засорения циркуляционных отверстий в трубопроводе крупными частицами взвесей и песком, вымываемым из кварцевых фильтров, а также сливных отверстий в желобах, которые постепенно зарастают" дисперсными частицами и обрывками волокон. Это предположение было подтверждено исследованием распределения взвесей в желобах обследованных ранее машин после окончания профилактического ремонта прядильного цеха, который проводится на предприятии ежегодно. Циркуляция раствора в желобах заметно улучшилась, что отразилось и на параметре Т /кривая 2 на рис. 2.12/. Следовательно, закономерность изменения параметра Т по длине желоба подвержена временному дрейфу, что связано с проведением периодических и текущих профилактических мероприятий с целью поддержания в заданных пределах технологического режима формования.
Нарушение циркуляции формовочного раствора в желобе прядильной машины сопровождается не только накоплением в нем взвесей, но и изменением других его параметров, основным из которых является концентрация серной кислоты Ск . Так как и расход серной кислоты, и образование дисперсной фазы происхо дят в результате протекания взаимосвязанных химических реакций /I.I - 1.3/, то между концентрацией дисперсной фазы и концентрацией серной кислоты в растворе должна существовать функциональная связь. Тогда коэффициент пропускания Т , по которому определяется концентрация дисперсной фазы, может служить косвенной количественной оценкой концентрации серной кислоты в процессе формования.
Для подтверждения этой гипотезы были проведены исследования, которые заключались в отборе проб формовочного раствора из желобов прядильных машин и определении концентрации серной кислоты. С« определялась в лабораторных условиях по методике, изложенной в стандарте предприятия /109/. Одновременно с отбором проб в тех же местах проводились измерения коэффициента пропускания раствора Т и его температуры. Коэффициент пропускания определялся с помощью переносного измерителя прозрачности ИП-4, температура - с помощью ртутного термометра.
В результате статистической обработки полученных экспериментальных данных было установлено существование положительной корреляционной зависимости между случайными величинами Т и Ск Для полученных выборок эмпирический коэффициент корреляции между Т и С к , который определялся по формуле /72/:gVK=(N-1)-V5CK- HC /2-13/ где N - число парных измерений Т и Ск ; ST - эмпирическая дисперсия Т ; $ск - эмпирическая дисперсия Ск J t и Ск -их средние значения, оказался равным 0,87, что говорит об их нелинейной зависимости /рис. 2.13/.Сопоставление совместно полученных экспериментально дан
Математическая модель измерительного преобразователя информации
Функция преобразования измерительного преобразователя концентрации дисперсной фазы зависит как от внутренних его параметров, так и внешних, отображающих условия эксплуатации. Рассмотрим влияние на неё внутренних параметров, к которым относятся геометрические размеры деталей преобразователя и физические параметры материалов, из которых они изготовлены.
Общим звеном измерительного преобразователя для всех его структурных схем, рассмотренных в параграфе 3.1, является ВОП. Поэтому математическое выражение для функции преобразования запишем в виде зависимости потока излучения от параметров оптических элементов ВОП и контролируемой среды при его прохождении от источника излучения до фотоприемника. Будем рассматривать прохождение излучения только по измерительному каналу, так как опорный канал идентичен ему и отличается лишь геометрическими размерами. Получим функцию преобразования для измерительного преобразователя с ООС /см. рис. 3.I./. Для других структурных схем её отличие будет состоять в разном значении параметра L .
Поток излучения, приходящий на входной торец 5, в общем виде описывается известной формулой /118/:где Тс - коэффициент пропускания контролируемой среды, определяемый по выражению /3.9/; t0 - коэффициент пропускания оптической схемы приемной части ВОД; э энергетическая яркость элемента выходного торца 8 жгута световодов І в направлении L /cL- апертурний угол жгута световодов 6/. Методика расчета потока излучения при прохождении его от ИИ до выходного торца 8 является типичной для передающих оптических систем оптико-электронных приборов и подробно изложена, например, в /117/, поэтому этот вопрос здесь не рассматривается. Для круглого торца 8 пределы интегрирования по Л равны 0+JL , по У они равны 0 + Zfi .
Так как телесный угол u) , в котором распространяется излучение, падающее на торец 5 /рис. 3.7/, намного меньше телесного угла Q , в котором распространяется весь поток излучения, вышедший из жгута I, то, с учетом его индикатрисы рассеяния /индикатрисы рассеяния волоконных жгутов световодов с различными типами заделки торцов описаны в /26//, можно положить, что в телесном угле и) торец 8 является косинусным излучателем с 3jL=C0ns . . Тогдал ОЕсли учесть, что для L D Sln oC D /41-2 , где D - диаметр торца 5, то имеем: /В дальнейшем будем пользоваться только энергетической системой физических единиц излучения, поэтому индекс "эи в обозначениях их опускается/.
При использовании в качестве носителя информации модулированного потока излучения, происходит потеря мощности сигнала. Это учитывается введением в выражение /3.21/ коэффициента модуляции kM , который определяет долю полезной, используемой в приборе мощности по отношению к мощности немодулиро-ванного сигнала /118/. Тогда для потока Фи выражение будет иметь следующий вид:
Соответственно величина потока в опорном канале будет определяться следующим образом:гдеБЕх.опг площадь входного торца 3 жгута световодов 4. Его энергетическая освещенность равна: где Ис - показатель преломления внутренних жил световодов; И - показатель преломления контролируемой среды. Согласно выражению /3.23/, это будет приводить к изменению освещенности входных торцов световодов 4 и 6. Погрешность при определении концентрации дисперсной фазы в этом случае может быть значительной. Чтобы обеспечить требуемую точность и устранить влияние этого явления, в измерительном преобразовате ле, работающем по двухканалы-юй схеме, необходимо выполнить условие равенства потоков Ф и Фг. /при отсутствии дисперсной фазы в растворе/. Это достигается выполнением равенства:
В измерительном преобразователе, работающим по однока-нальной схеме, это достигается коллимированием пучка излуче-ния, то есть обеспечивается постоянство угла о) . При этом улучшаются и энергетические характеристики измерительного преобразователя /увеличивается абсолютная величина потока, попадающего на фотоприемник, повышается отношение сигнал/ шум/, что может быть использовано и в двухканальных схемах. В простейшем случае колллимирование осуществляется посредством жгута световодов I и объектива 2 /рис. 3.8/.При использовании некогерентных источников излучения наибольшее распространение получила оптическая система, состоящая из конденсора 2, диафрагмы 3 и объектива 4 /рис. 3.9/.Потоки излучения, попадающие на фотоприемники измерительного преобразователя с ООС и коллиматором в передающей части ВОП, определяются следующим образом:
Выбор состава и структуры технических средств контроля
Получение искусственных волокон с заданными качественными показателями требует поддержания минимального содержания концентрации частиц дисперсной фазы в растворе осади-тельной ванны, не превышающего заранее установленный уровень. Периодический контроль поступающей в прядильные цеха осади-тельной ванны, осуществляемый в настоящее время на предприятиях, является недостаточным и позволяет выявить лишь явное нарушение в работе фильтрующих установок. По результатам такого контроля практически невозможно проанализировать динамику этого нарушения, чтобы реализовать систему управления с упреждением, то есть выработать необходимое корректирующее воздействие до того, как концентрация дисперсной фазы достигнет критического значения. Контроль этого параметра в прядильных машинах вообще не проводится из-за его большой трудоемкости и низкой производительности, что часто приводит к отклонению технологического режима формования от установленного регламента вследствие нарушения циркуляции осадитель-ной ванны в желобах прядильных машин и трубопроводах.
Значительно повысить уровень автоматизации и производительности контроля позволяет создание на основе разработанного измерительного преобразователя комплекса средств для измерения концентрации дисперсной фазы в осадительной ванне непосредственно в ходе технологического процесса. Состав и структура комплекса определяется на основании исходных данных по результатам экспериментальных исследований и изучения объекта контроля, технологического процесса формования, а также области предполагаемого применения, условий эксплуатации и формы представления результатов измерений.
Пространственная разобщенность объекта контроля делает экономически невыгодным и технически сложным реализацию единого универсального измерительного средства для сбора, отображения и документальной регистрации результатов измерений о параметрах формовочного раствора на каждой прядильной машине. Кроме того, объективность информации существенно зависит от места проведения измерений, что подтверждается результатами экспериментальных исследований.
В связи с этим, для проведения технологического контроля параметров осадительной ванны в желобах прядильных машин, был разработан и создан опытный образец переносного оптико-электронного измерителя прозрачности ИП-4 /67/.
Для контроля качества фильтрации отработанной осадительной ванны, была разработана и создана информационно-измерительная система контроля концентрации дисперсной фазы в регенерированной осадительной ванне перед поступлением ее в прядильный цех. Она обеспечивает непрерывный контроль, передачу, преобразование, отображение, первичную обработку и документальную регистрацию измерительной информации в реальном масштабе времени /2, 18/.
В основу технической реализации перечисленных средств контроля был положен принцип максимального использования агрегатных средств и приборов электроизмерительной техники от функциональных элементов до функциональных устройств, обеспечивающих согласованность параметров их входных и выходных цепей, а также информационную и эксплутационную совместимость /51/.
Несмотря на функциональную и техническую завершенность, они обеспечивают возможность включения их в состав информационно-измерительных и управляющих систем более высокого уровня, например, в состав терминальных систем управления технологическим процессом производства вискозных волокон, построенных на базе мини- или микро-ЭВМ /36, 55, 108/.
Структурная схема прибора приведена на рис. 4.6. . С учетом условий его эксплуатации /простоты очистки оптических поверхностей, контактирующих с осадительной ванной, возможности калибровки перед проведением измерений/, а также с целью упрощения конструкции, он выполнен по одноканальной схеме. Оптическая связь между источником излучения ИИ и фотоприемником ФП через контролируемый раствор реализована посредством одноканального ВОП. Функцию модулятора М потока излучения выполняет симметричный мультивибратор.
В приемной части прибора периодическая последовательность импульсов излучения преобразовывается фотоприемником ФП в электрический сигнал, который затем проходит усилитель переменного напряжения У, полосовой фильтр ПФ, демодулятор Д, фильтр низких частот ФНЧ и регистрируется прибором ИП. Электрическая принципиальная схема приемной части представ лена на рис. 4.8. Модулированное излучение, несущее информацию о концентрации дисперсной фазы в осадительной ванне, попадает на фотодиод V1 , и преобразовывается в нем в переменный электрический сигнал, который усиливается затем двухкас-кадным усилителем переменного напряжения. Первый каскад собран на полевом транзисторе V2.1 и имеет высокое входное сопротивление, второй каскад собран на операционном усилителе A.I.I микросхемы A.I. На втором операционном усилителе этой микросхемы /КІЛ/ собран активный полосовой фильтр, настроенный на частоту модуляции FM = I кГц.
Использование в первом каскаде усилителя полевого транзистора необходимо для согласования выходного сопротивления фотоприемника с входным сопротивлением операционного усилителя. Это позволяет также снизить уровень собственных шумов усилителя и улучшить отношение сигнал/шум приемной части прибора /129/.
Выделенная переменная составляющая полезного сигнала выпрямляется диодом УЦ , восстанавливается до амплитудного значения интегрирующим звеном R11C7 и подается через компаратор, собранный на сборке полевых транзисторов V5 , на стрелочный микроамперметр магнитоэлектрической системы с диапазоном измерения 0 - 100 мкА. Регулировка чувствительности осуществляется подстроечным резистором R6 . Потенциометры R16 и Rf служат для установки нуля и калиброванного значения прибора.Передающая и приемная электрические схемы прибора питаются от двух одинаковых стабилизированных источников напряжения СНІ и СН2, обеспечивающих требуемую точность измерений при снижении напряжения на выходе аккумуляторного источника
