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CN102601976A - 一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法 - Google Patents

一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，所述挤出机上挤出物料出口处设有至少一个平板电容器，所述平板电容器的两个电极分别位于挤出物料的两侧，在塑料材料的挤出期间，测量平板电容器的电容值并由电容值与挤出物料厚度的函数关系确定挤出物料的相应厚度。本发明方法利用电容值变化反映电容器的两电极间挤出物料厚度变化的原理，通过测量位于挤出机挤出物料两侧的平板电容器的电容值的变化来评估塑料产品的产品厚度，本测量方法能实现在线测量，并且不需要与塑料产品直接接触，非常适合对表面质量要求很高的薄膜类产品的厚度测量。

Description

一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法
技术领域
本发明涉及用于塑料制品的挤出机装置，尤其是一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法。
背景技术
挤出机是用于加工高分子塑料产品的装置，挤出过程是指高分子（塑料）颗粒在料筒中通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立的压力下，被螺杆连续挤出机头的过程，挤出过程包括加料、熔融塑化、螺杆挤出等步骤，此过程虽历时较短，但熔体在挤出机中的状态发生很大变化，这些变化对最终产品的质量有着决定性的影响。
近年来，对塑料产品质量要求的日益提高，在加工过程中需要借助更快并且更可靠的在线测量控制方法。在生产过程中，这些控制方法需要尽早记录到各种质量参数的变化，在挤出生产过程中，现有的测量挤出产品质量的技术主要是离线点测量，例如将生产出的高分子产品取出进行组成成分分析，机械力学性能实验，厚度、密度测量实验等。然而，这些测量方式虽然可以得到产品的质量结果，但若检测出有问题的产品，根据这些问题反馈回去的需要调节生产参数的信息却已经是几个小时之后，远远滞后于实时生产的控制，此时早已导致了上吨产品的浪费，造成了不小的经济损失。
目前的挤出生产线在线测量方法，主要包括料筒内温度和料筒内压力在线测量这两种，然而这些均不能直接反映产品的最终质量，提供的信息量极其有限。例如申请号为200910206586.6的中国专利《用于测量挤出机的出口处的塑性化的塑料的温度的方法和装置》公开了一种利用待挤出材料的中声波的传播速度来测量塑料温度的方法及装置，但仅局限于在线的温度或者压力测试，无法测量反映塑料产品质量的厚度均匀性、密度一致性、混合均匀性或者冷却结晶均匀度等质量参数，从而不能直接反映塑料产品的最终质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于挤出机上的对塑料产品的厚度进行在线测量的厚度在线测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，所述挤出机上挤出物料出口处设有至少一个平板电容器，所述平板电容器的两个电极分别位于挤出物料的两侧，在塑料材料的挤出期间，测量平板电容器的电容值并由电容值与挤出物料厚度的函数关系确定挤出物料的相应厚度。
进一步作为优选的实施方式，测量所述平板电容器的电容值包括以下步骤：
经一电容电压转换模块将平板电容器检测的电容值转换为模拟电压值；
经一模数转换模块将所述模拟电压值经模数转换转化为数字量；
经一采集模块实时采集所述模数转换模块输出的数字量；
根据采集得到的电压值数字量及电压值与电容值的线性关系得到平板电容器的电容值。
进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器的电容值与挤出物料厚度的函数关系为：
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE002
；上式中，δ为挤出物料厚度，ε0为空气的介电常数，εr为挤出物料的介电常数，S为平板电容两电极的相对面积，D为平板电容器两电极的相对距离，Cx为平板电容器的电容值。
进一步作为优选的实施方式，该测量方法包括以下步骤：
经一电容电压转换模块将平板电容器检测的电容值转换为模拟电压值；
经一模数转换模块将所述模拟电压值经模数转换转化为数字量；
经一采集模块实时采集所述模数转换模块输出的数字量；
经一采集模块实时采集所述模数转换模块输出的数字量；
根据采集得到的电压值数字量和电容电压转换模块得到的电压值与挤出物料厚度之间的函数关系确定挤出物料的相应厚度。
进一步作为改进，该测量方法还包括将所述采集模块采集的数字量反馈给挤出机控制系统的步骤。
进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器位于挤出机上挤出头出口处，所述平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在所述挤出头出口处的对称两侧。
进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器位于挤出机上挤出头出口处，所述平板电容器的两个电极通过支架固定放置在所述挤出头出口处径向的对称两侧。
进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器的两个电极通过支架可以活动调节位置。
本发明的有益效果是：本发明挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，利用平板电容器电容值变化反映平板电容器的两电极间挤出物料厚度变化的原理，通过测量位于挤出机挤出物料两侧的平板电容器的电容值的变化来评估塑料产品的产品厚度，本测量方法能实现在线测量，并且不需要与塑料产品直接接触，非常适合对表面质量要求很高的薄膜类产品的厚度测量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明挤出机上塑料产品质量在线测量装置的结构原理图；
图2是本发明测量装置中平板电容器的结构示意图；
图3是本发明挤出机上塑料产品厚度的测量方法实施例中平板电容器的位置示意图；
图4是本发明厚度测量方法中平板电容器电容值测量的原理示意图。
具体实施方式
本发明挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，利用平板电容器电容值变化反映平板电容器的两电极间挤出物料厚度变化的原理，在对本发明测量方法进行说明之前，先具体介绍用于实施本发明测量方法的挤出机上塑料产品质量在线测量装置。
参照图1,一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置，包括用于测量挤出机上挤出物料质量参数的平板电容器10，所述平板电容器的两个电极位于挤出物料的两侧，所述平板电容器10的两个电极分别引出一条导线30连接至一电容测量单元20，电容测量单元20用来实时监测平板电容器10两电极间电容值的变化趋势，用户可以根据电容测量单元20采集到的电容值绘制出挤出物料的电容变化曲线，为闭环控制系统提供控制参数数据。
优选地，参照图1,所述电容测量单元20包括用于将所述平板电容器10测量的电容值转换为模拟电压值的电容电压转换模块21，所述电容电压模块21连接有一将模拟电压值转换为数字量的模数转换模块22，所述模数转换模块22连接有一连续采集模数转换模块22输出数字量的采集模块23。
参照图2,平板电容器10是基于电容原理设计的，包括对称的两个由金属板制成的电极11,挤出过程未发生时，两个电极11之间的介质层为空气12；当挤出过程发生时，两个电极11之间包含高分子熔体等挤出物料13构成的介质层。
在挤出过程发生时，参照图4,设定δ为挤出物料厚度，d为平板电容器的上电极与挤出物料之间的距离，S为平板电容器两电极的相对面积，D为平板电容器两电极的相对距离，C1为挤出物料上部空间的电容值，C2为挤出物料的电容值，C3为挤出物料下部空间的电容值；平板电容器的电容值为Cx。在挤出过程发生时，电容值Cx的计算公式为：
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE004
在上述公式1中，
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE006
为挤出物料上部空间的电容值，其中ε0为挤出物料的介电常数；
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE008
为挤出物料的电容值，其中为挤出物料的介电常数，δ为挤出物料的厚度；
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE010
为挤出物料下部空间的电容值。这样可以得出挤出物料的厚度δ为：
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE012
上述公式2即给出了平板电容器的电容值Cx与挤出物料的厚度δ之间的函数关系。
参照图3,在本发明优选实施例中，在挤出机的挤出头出口处41设有一平板电容器。挤出物料经过挤出头43而通过平板电容器时引起电容值Cx的变化。本领域技术人员可以理解，平板电容器10的两电极11的金属板互相电气隔离，即形成电容器，故将两电极11通过绝缘材料固定到挤出头出口处41的径向两侧，就可以测量挤出物料穿过两电极11引起的平板电容器10的电容值的变化。除了通过绝缘材料将平板电容器10的两电极11固定在挤出机上外，还可以借助外界支架将平板电容器10的两电极11固定设置在挤出机的相应位置，例如实施例中所述的挤出头出口处41的径向两侧；进一步，平板电容器10的两电极11的位置可以通过支架来活动调整，从而调整平板电容器10两电极间的相对距离或者适应挤出机的不同高度。
为了实现对平板电容器10的电容值的监测，在平板电容器10的两个电极10上分别引出一根导线30，所述导线30焊接在电极10的背部，一根导线30延长并连接到电容测量单元20内的电容电压转换模块21的一极，另一根导线30延长并连接到所述电容电压转换模块21的另一极。
本发明测量方法包括以下步骤：
电容电压转换模块21对所述平板电容器10的电容值进行测量并转换为模拟电压输出，输出的模拟电压与电容值呈线性关系，设定电容电压转换模块21输出的电压值为Vx,电容值
Figure 2012100900561100002DEST_PATH_IMAGE014
，对于一个对固定的系统来说，上式中m、n均为定值，因此经转换后的电压值Vx与电容值Cx成线性关系；
模数转换模块22将接收到的模拟电压值转换为数字量；
采集模块23对所述电压值数字量进行实时采集；
根据采集得到的电压值数字量及电压值与电容值的线性关系得到平板电容器的电容值。
根据公式2确定的电容值Cx与挤出物料的厚度δ之间的函数关系计算得出相应的挤出物料厚度δ。
由于经转换后的电压值Vx与电容值Cx成线性关系，本发明厚度测量方法亦可直接由电压值Vx测量挤出物料厚度δ，该测量方法的步骤包括：
经一电容电压转换模块21将平板电容器检测的电容值转换为模拟电压值；
经一模数转换模块22将所述模拟电压值经模数转换转化为数字量；
经一采集模块23实时采集所述模数转换模块22输出的数字量；
根据采集得到的电压值数字量和电压值Vx与挤出物料厚度Cx之间的函数关系确定挤出物料的相应厚度。
进一步作为优选的实施方式，采集模块23将采集得到的电压值的数字量反馈给挤出机控制系统50。优选地，电容测量单元20采用支架等固定方式固定，以接收来自平板电容器检测的电容值，并将电压值的数字量反馈给挤出机控制系统50。
挤出机控制系统50对反馈的电压值数字量进行连续采集并记录，同时记录当前时刻的挤出温度和压力等参数，即可得到电压-温度和电压-压力等参数曲线，根据这些曲线可以确定挤出产品厚度所对应的参数。控制系统通过预先设定所需要的厚度数值，计算出对应的电压数值，将实际反馈回来的电压值与预设值进行比较，并根据参数曲线调整温度和压力等影响挤出产品厚度的参数。通过这样的闭环控制系统，可以在挤出过程中进行自动调节，能够有效的提升挤出产品的质量。
本发明挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，采用平板电容器根据挤出物料穿过平板电容器电极间区域引起的电容值的变化，来测量挤出物料的厚度。由于电容器的反应速度快、测量精度高，并且在线测量的特点，可广泛应用与挤出机塑料制品领域。并且本测量方法不接触挤出物料的特点，可以测量表面质量要求很高的薄膜类产品的厚度。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，所述挤出机上挤出物料出口处设有至少一个平板电容器，所述平板电容器的两个电极分别位于挤出物料的两侧，其特征在于，在塑料材料的挤出期间，测量平板电容器的电容值并由电容值与挤出物料厚度的函数关系确定挤出物料的相应厚度。
2.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于，测量所述平板电容器的电容值包括以下步骤：
经一电容电压转换模块将平板电容器检测的电容值转换为模拟电压值；
经一模数转换模块将所述模拟电压值经模数转换转化为数字量；
经一采集模块实时采集所述模数转换模块输出的数字量；
根据采集得到的电压值数字量及电压值与电容值的线性关系得到平板电容器的电容值。
3.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于：所述平板电容器的电容值与挤出物料厚度的函数关系为：
Figure 2012100900561100001DEST_PATH_IMAGE001
；上式中，δ为挤出物料厚度，ε0为空气的介电常数，εr为挤出物料的介电常数，S为平板电容两电极的相对面积，D为平板电容器两电极的相对距离，Cx为平板电容器的电容值。
4.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于：该测量方法包括以下步骤：
经一电容电压转换模块将平板电容器检测的电容值转换为模拟电压值；
经一模数转换模块将所述模拟电压值经模数转换转化为数字量；
经一采集模块实时采集所述模数转换模块输出的数字量；
经一采集模块实时采集所述模数转换模块输出的数字量；
根据采集得到的电压值数字量和电容电压转换模块得到的电压值与挤出物料厚度之间的函数关系确定挤出物料的相应厚度。
5.根据权利要求4所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于：还包括将所述采集模块采集的数字量反馈给挤出机控制系统的步骤。
6.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于：所述平板电容器位于挤出机上挤出头出口处，所述平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在所述挤出头出口处的对称两侧。
7.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于：所述平板电容器位于挤出机上挤出头出口处，所述平板电容器的两个电极通过支架固定放置在所述挤出头出口处径向的对称两侧。
8.根据权利要求7所述的一种挤出机上塑料产品厚度的在线测量方法，其特征在于：所述平板电容器的两个电极通过支架可以活动调节位置。
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