CN102601977B - 一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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，所述平板电容器的两个电极位于挤出物料的两侧，所述平板电容器的两个电极分别引出一条导线连接至一电容测量单元。本发明挤出机上塑料产品质量在线测量装置，利用电容值变化反映电容器的两电极间介电常数变化的原理，通过测量挤出机挤出物料的电容值的变化来评估塑料产品的产品质量，本测量装置结构简单，并且可以在线实时监测挤出产品的厚度均匀性、密度一致性、混合均匀性和冷却结晶均匀度等质量参数，从而及时、准确地为加工过程提供可靠的控制参数，保证产品的加工质量，降低报废率，节省成本。

Description

一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置

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质量在线测量装置。

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质量进行在线监控的在线测量装置。

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，所述平板电容器的两个电极位于挤出物料的两侧，所述平板电容器的两个电极分别引出一条导线连接至一电容测量单元。

进一步作为优选的实施方式，所述电容测量单元包括用于将所述平板电容器测量的电容值转换为模拟电压值的电容电压转换模块，所述电容电压模块连接有一将模拟电压值转换为数字量的模数转换模块，所述模数转换模块连接有一连续采集模数转换模块输出数字量的采集模块。

进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器的个数为一个，平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在挤出机上挤出头出口处的对称两侧。

进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器的个数为一个，平板电容器的两个电极通过支架固定放置在挤出机上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，所述平板电容器的个数为两个，其中一个平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在挤出机上挤出头出口处的对称两侧，另一个平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在挤出机的冷却水槽出口处的对称两侧。

进一步作为优选的实施方式，所述平板电容器的个数为两个，其中一个平板电容器的两个电极通过支架固定放置在挤出机上挤出头出口处径向的对称两侧，另一个平板电容器的两个电极通过支架固定放置在挤出机的冷却水槽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质量在线测量装置，利用电容值变化反映电容器的两电极间介电常数变化的原理，通过测量挤出机挤出物料的电容值的变化来评估塑料产品的产品质量，本测量装置结构简单，并且可以在线实时监测挤出产品的厚度均匀性、密度一致性、混合均匀性和冷却结晶均匀度等质量参数，从而及时、准确地为加工过程提供可靠的控制参数，保证产品的加工质量，降低报废率，节省成本。

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是本发明测量装置中平板电容器在实施例一中的位置示意图；

图4是本发明测量装置中平板电容器在实施例二中的位置示意图；

图5是本发明测量装置中平板电容器电容值测量的原理示意图。

具体实施方式

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。

实施例一：

在实施例一中，平板电容器10的个数为一个，参照图3,平板电容器10的两个电极11通过绝缘材料沿径向固定在挤出机上挤出头出口处41的对称两侧。

挤出过程未发生时，平板电容器10的两个电极11之间的介质层为空气11,平板电容器10的电容值为C₀，                                               ，其中ε₀为电极之间介质的介电常数，S为两电极的相对面积，D为两电极间的相对距离。改变这3个参数中的任意一个，都会改变此平板电容器的电容值。

在挤出过程发生时，一旦挤出物料从挤出头43出来后经过平板电容器10，由于此时平板电容器10两电极11中间的介质层包含高分子材料，高分子材料和空气的介电常数不同，导致平板电容器10两电极11间的介电常数变化，从而改变平板电容器10的电容值。设有挤出物料通过时平板电容器10的电容值为C_X，参照图5,则其计算公式为：

 

在上述公式1中，为挤出物料上部空间的电容值，其中d为上面电极到挤出物料间的距离；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；为挤出物料下部空间的电容值。假设挤出物料上下部空间的电容值不变,即C1和C3不变。两种混合挤出物料的介电常数分别为ε₁和ε₂，设混合后的挤出物料的介电常数为ε₁₂,则电容值C_X的计算公式为：

     

由公式2可以得出电容值C_X与混合的挤出物料的介电常数ε₁₂的函数关系，则当两种物料混合均匀时，ε₁₂应该变化不大，因此电容值C_X应该在一段时间之后趋于稳定，变动不大。因此，根据公式2并结合采集模块23采集到的反映平板电容器10的电容值C_X的电压值可以监测挤出物料的混合均匀性。进一步，还可以将采集模块23采集到的电压值反馈至挤出机控制系统50，通过闭环控制系统控制混合物料的入料速度，形成精确控制的闭环控制系统。

实施例二：

在实施例二中，平板电容器10的个数为两个，参照图4,其中一个平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在挤出机上挤出头出口处41的对称两侧，另一个平板电容器的两个电极通过绝缘材料沿径向固定在挤出机的冷却水槽出口处42的对称两侧。

同理，在挤出过程中，本实施例中两个平板电容器的电容值的计算公式适用于公式1，即。

当挤出物料从挤出头43出来后经过位于挤出头出口处41的平板电容器10时，电容测量单元20可以测得挤出产品在料筒中的加热挤出过程是否均匀；

当挤出物料经冷却水槽44从位于冷却水槽出口处42的平板电容器10经过时，电容测量单元20可以测得挤出产品在冷却结晶过程中的均匀度。

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通过绝缘材料分别固定到挤出头出口处41和冷却水槽出口处42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。

平板电容器10的两电极11除了通过绝缘材料固定到挤出机上外，还可以通过外界的支架固定而放置在相应位置，如实施例中所述的挤出头出口处41和冷却水槽出口处42的径向两侧；进一步，平板电容器10的两电极11的位置可以通过外界的支架而调整，从而调整平板电容器10两电极11之间的距离或者适应挤出机的不同高度。

对于上述平板电容器10，在挤出成型前，挤出物料未进入平板电容器10的两电极之间，平板电容器两电极间的介质为空气，随着挤出过程的进行，挤出物料被送进两电极之间区域，平板电容器的电容值C_X发生变化。

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。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，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对所述数字量进行实时采集并进一步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，并将数字量电压值反馈给挤出机控制系统50。

挤出机控制系统50对反馈电压值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质量在线测量装置，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，来测量挤出物料的质量参数，例如厚度、混合均匀性等。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。并且本测量装置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 (5)

1.一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置，其特征在于：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（10）的两个电极（11）位于挤出物料的两侧，所述平板电容器（10）的两个电极（11）分别引出一条导线（30）连接至一电容测量单元（20）；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）输出的数字量的采集模块（23），所述采集模块（23）用于对数字量进行实时采集并进一步反馈给挤出机的控制系统；所述平板电容器（10）的个数为两个，其中一个平板电容器（10）的两个电极（11）通过支架固定放置在挤出机上挤出头出口处（41）径向的对称两侧，另一个平板电容器（10）的两个电极（11）通过支架固定放置在挤出机的冷却水槽出口处（42）径向的对称两侧；所述平板电容器（10）的两个电极（11）通过支架可以活动调节位置。

2.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置，其特征在于：所述平板电容器（10）的个数为一个，平板电容器（10）的两个电极（11）通过绝缘材料沿径向固定在挤出机上挤出头出口处（41）的对称两侧。

3.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置，其特征在于：所述平板电容器（10）的个数为一个，平板电容器（10）的两个电极（11）通过支架固定放置在挤出机上挤出头出口处（41）径向的对称两侧。

4.根据权利要求3所述的一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置，其特征在于：所述平板电容器（10）的两个电极（11）通过支架可以活动调节位置。

5.根据权利要求1所述的一种挤出机上塑料产品质量在线测量装置，其特征在于：所述平板电容器（10）的个数为两个，其中一个平板电容器（10）的两个电极（11）通过绝缘材料沿径向固定在挤出机上挤出头出口处（41）的对称两侧，另一个平板电容器（10）的两个电极（11）通过绝缘材料沿径向固定在挤出机的冷却水槽出口处（42）的对称两侧。