Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Спектрометрические методы используются для точных измерений линейных и угловых размеров практически во всех требуемых диапазонах измерений. Так, линейные размеры с помощью этих методов можно измерять, начиная с размеров атомных решеток (10^-12 м) и кончая расстояниями, которые необходимо определять при исследовании дальности космоса.

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные спектрометрические методы, к которым относятся локационный, интерферометрический и голографический.

Локационный метод. Для измерения расстояний (размеров) в различных средах широко применяется локационный метод, основанный на измерении времени прохождения измеряемого размера измерением, скорость которого известна и остается неизменной в процессе измерений. Практически для реализации локационного метода можно использовать все виды излучения, включая радиоактивное, но особенно развиты методы и средства радио -, оптической и акустической локации. При использовании звуковых и ультразвуковых волн локационный метод часто называю эхо - звуковым, а при использовании радиоактивного излучения – время – пролетным методом.

Обычно измеритель и приемник находятся на одной границе измеряемого размера, а на другой границе устанавливается специальный отражатель или в качестве последнего используется граница объекта, до которого определяется расстояние.

Радиооптические локационные методы применяются в основном для измерений больших расстояний – от десятков и сотен метров до многих миллионов километров.

Акустическая локация используется в твердых, жидких и газообразных средах для измерения размеров и расстояний от единиц миллиметров до нескольких километров, т.е. в том диапазоне, в котором применение радио - и оптической локации затруднено из-за необходимости измерять очень малые временные интервалы (10^-9 …10^-11 с). Такие интервалы с большой скоростью распространения электромагнитных волн, или вследствие быстрого затухания электромагнитных колебаний в жидких и твердых средах.

Скорость распространения звуковых и ультразвуковых колебаний в воздухе около 333 м/с, в морской воде 1500 м/с, в металлах 3000 …10000 м/с, т.е. на 4…6 порядков меньше скорости распространения электромагнитных колебаний. Это позволяет использовать акустическую локацию для измерения небольших расстояний.

Схема аппаратуры для реализации локационного метода содержит излучатель, излучающий в объект измерения сигнал от генератора колебаний, модулированных модулятором, на который также подается сигнал от модулирующего генератора. Сигнал, прошедший через измеряемый объект (или отраженный от него) поступает на приемник, усиливается усилителем и подается на схему измерения времени прохождение сигнала через длину расстояние. На эту же схему подается опорный сигнал от модулирующего генератора. С выхода схемы сигнал подается на индикатор размер.

Основными источниками погрешностями измерения являются, неточность измерения времени прохождения сигнала через среду или материал объекта измерения, а также зависимость скорости звука от температуры, плотности и химического состава среды.

Интерференционный метод. Этот метод измерения линейных и угловых размеров и перемещений основан на сравнении измеряемой величины с пространственной естественной шкалой электромагнитных или акустический волн, с использованием интерференционных свойств, обусловленных волновой природой природой излучения. Существуют различные модификации интерферометрического метода и многочисленные шины интерферометров. Наиболее широко развиты методы оптической интерферометрии, точность и области, применения которых значительно увеличены в результате применения лазерных источников излучения. Лазерное излучение характеризуется высокой пространственной и временной когерентностью, вследствие чего оно является идеальным источником света для получения ярких и четких интерференционных картин, что позволяет осуществлять автоматический счет интерференционных полос. Метод лазерной интерференции основан на сравнении измеряемого размера с длиной волны излучения от стабилизированного по частоте лазера. Лазерные интерферометры сейчас успешно используются не только в лабораторной практике, но и для точных измерений в производственных условиях, особенно в машиностроении, где они применяются в координатно-измерительных машинах, а также для измерения различных размеров в гибких автоматизированных производствах. Интерференционный метод с использованием лазерного излучения применяется для измерения размеров от долей микрометра до десятков метров.

2.2 Разнотолщинность

Измерение толщины основано на анализе сигналов, поступающих от датчиков, действие которых основано на различных физических принципах. Помимо редко сегодня применяемых механических толщиномеров, существуют такие, работа которых основана на измерениях отражаемого или поглощаемого пленками электронного-, гамма-, оптического излучения или времени распространения в пленках ультразвукового излучения. Наибольшее распространение сегодня получили измерительные системы основанные на измерениях диэлектрических потерь у пленочных материалов.

Однако, для оценки толщины важно выбрать не только подходящий принцип измерения, но и эффективную методику интерпретации полученных результатов. Для наглядного представления изобразим сечение пленки в следующем виде, рисунок 2.1 :

Рисунок 2.1 – Условное представление сечения полиэтиленовой пленки

Если теперь замерить толщину и найти значения с максимальной и минимальной толщиной, вид сигнала измерения, рисунок 2.2.

Рисунок 2.2 – Графическое изображения измерения отклонения толщины от заданного значения

По рисунку 2.2 получим оценку разнотолщинности пленки следующего вида:

(2.2)

Для высококачественной пленки со средней толщиной 100 микрон этот показатель может достигать значения 10 микрон или 10%. При оценке качества полимеров обычно пишут 100мкм +/-5%. По сути, это усредненное значение. Нам же надо найти величину наибольшего отклонения толщины.

На практике используются различные физические принципы измерения толщины пленок. Толщину можно измерить механическим путем с помощь микрометра, либо путем измерения сигнала, прошедшего сквозь пленку или отраженного от нее, рисунок 2.3 (а, б) соответственно.

а) Механическое измерение;б) безконтактное измерение

Рисунок 2.3 –Виды измерения сигнала.

Из вышеприведенных рисунков видно, что ни один из применяемых способов не дает точного значения измеряемой толщины. При этом, если измеренный сигнал усредняет значения толщины в пятне измерения, то механическое измерение в реальности измеряет значения “пиков”, игнорируя информацию о “впадинах” в пятне измерения (рисунок 2.4 а,б – соответственно).

а) сигнал бесконтактного измерения, б) механическое измерение

Рисунок 2.4 –Результаты измерения

На приведенном выше рисунке показано, как и чем образ, полученный в результате недостаточно точных измерений, отличается от оригинала. Очевидно, что важнейшая информация о микронеровностях поверхности при недостаточной точности измерения будет просто потеряна. На производсвте это к тому, что данные показатели придется измерять не во время, а после изготовления продукции.

Повышение точности измерения теоретически позволяет решить эту проблему, хотя до практического воплощения дело может дойти нескоро. Но борьба за уменьшение площади пятна измерения имеет большое практическое значение и по другим соображениям, которые можно проиллюстрировать следующими примером изображенном на рисунках 2.5 и 2.6.

Рисунок 2.5 – Иллюстрация разнотолщинности, образец №1

Рисунок 2.6 – Иллюстрация разнотолщинности, образец №2

На рисунках приведен схематический пример двух увеличенных образцов сечения пленки. Минимальные и максимальные значения толщины у обоих образцов совпадают, но затраты материала на изготовление указанных образцов будут совершенно разными. Парадоксально, но если оценивать разнотолщинность двух приведенных образцов по принятым в отрасли методам и стандартам измерения толщины пленок, то оба представленных на рисунках образца будут иметь одинаковую разнотолщинность.

Ее допустимое значение, согласно все еще действующему в России ГОСТ 10354–82, составляет 20%, а допуск на толщину – соответственно ± 20 %. Это означает, что для пленки с номинальной толщиной, например, 100 мкм ее минимальное допустимое значение составит 80, а максимальное – 120 мкм.

Как видим, проблема заключается в методе оценки. Существующие методики определения разнотолщинности дают оценку максимума и минимума толщины стандартного образца, измеренного в заданных точках, чего недостаточно для оценки качества и стоимости производства.

Рисунок 2.7 – Профилограмма образца плёнки

Профиль толщины однго из плёночных образцов рукавной плёнки, изображен на рисунке 2.7, максимальная толщина которой составляет 96мкм, минимальная – 76мкм, средняя – 86 мкм ( всего сделано 75 измерений в равноудалённых друг от друга точках на кольцевом срезе плёнке длиной 2200мм).

Разнотолщинность играет также ключевую роль. Пленка с повышенной разнотолщинностью становится непригодной для получения качественных сварных швов, для ламинирования и переработки на скоростных машинах. Для переработки пленки на скоростных флексографских машинах допуск по толщине составляет +/ -3-4 процента, обычно это1 -2 микрона. Допуск по толщине термоусадочных пленок для скоростной полуавтоматической упаковки составляет +/ - 4 -6 процентов, пищевики любят пленку с разнотолщинностью не более +/- 5-6 процентов. Но особенно высокие требования предъявляются к пленкам для ламинирования, у которых разброс толщин должен приближаться к +/- 2 процентам.

По динамике ее изменения разнотолщинности в непрерывном процессе экструзионного формования пленки различают быстро и медленно меняющуюся продольную разнотолщинность. В первом случае временной период колебания толщины пленки составляет до 100 с. Причиной «быстрой» продольной разнотолщинности пленки может быть, неравномерная во времени подача расплава ПМ из щели фильеры вследствие пульсации несовершенных экструзионных витков или систем дозирования, колебаний температуры, дрейфа охлаждающего воздуха. Относительно скоротечные процессы изменения толщины пленки могут также вызываться нестабильностью пленочного рукава, ошибками системы регулирования диаметра рукава или несовершенной конструкцией системы внутреннего охлаждения, большими вариациями скорости тянущих или охлаждающих валов, повышенной температурой зоны загрузки и рядом других причин. «Медленная» продольная разнотолщинность, в процессе которой изменения толщины пленки имеют промежуток времени до часов и даже рабочих смен, чаще всего связана с загрязнением фильтров расплава ПМ и его неоднородностью, а также, с неисправностями и несовершенством системы охлаждения пленочного рукава.

«Медленную» продольную разнотолщинность регулируют путем изменения скорости процесса, например, за счет управления оборотами главного привода или привода вытяжки плёнки с использованием величин о расходе сырья, поступающих с объектов измерения на автоматизированные системы дозирования. С «быстрой» разнотолщинностью способна бороться система автоматизированного регулирования диаметра рукава, а так же разработка конструкции систем внутреннего охлаждения и синхронизированный контроль тянущих валов.

Поперечная разнотолщинность сильно влияет на скорость и качество процессов переработки пленки, таких, как нанесение рисунка, сварка и ламинирование. В этом смысле продольная разнотолщинность не столь критична. Однако с точки зрения экономии сырья нет разницы между продольной и поперечной разнотолщинностью.

За четверть века, прошедших с момента появления ГОСТа, накоплен большой новый опыт производства и переработки пленок. Появились принципиально новые виды пленок и пленкообразующих видов полимеров. Требования потребителей и переработчиков к стабильности толщины полимерных пленок стали гораздо жестче условий, определенных государственным стандартом. Более того, практика показывает, что простого нормирования минимального и максимального значений сегодня, как будет показано далее, уже недостаточно.

Если толщина пленки становится меньше допустимой, то возрастает вероятность разрыва пленочного полотна в процессе его получения, что связано с дополнительными затратами на остановку процесса и потерями полимерного материала (ПМ). Однако значительно худшие последствия влечет за собой несвоевременное обнаружение недопустимых отклонений толщины.

Из сказанного очевидно, что тема данного исследования весьма актуальна, поскольку она направлена на определения и создание методов и средств измерения и контроля толщины полимерной пленки в процессе ее производства.

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭКСТРУЗИИ С РАЗДУВОМ РУКАВА

3.1 Характеристика процесса получения рукавных пленок как объекта управления

Анализ процесса производства рукавных полимерных пленок как объекта управления характеризуется: производством пленок различных типов, F = {T_polymer, _f⁰, w_f⁰}, определяемых типом пленкообразующего полимера T_polymer, заданной шириной w_f⁰ полотна и толщиной _f⁰ плёнки; многообразием типов экструдеров, которые характеризуются геометрическими параметрами _extrud = {_scr, _die}, включающими параметры модульных шнеков _scr = {D, L, B, H}, и параметры кольцевых формующих головок различной конфигурации _die = {d, ₀,}, где D — диаметр шнека экструдера, м; L, B, H — длина, шаг нарезки глубина канала; d, ₀, — наружный диаметр и толщина формующей щели головки, (м);

Ключевыми стадиями процесса получения рукавных пленок являются:

экструзия (i = 1), в ходе которой сыпучий полимерный материал подаётся в загрузочный отсек, нагревается, плавится, перемешивается в канале шнека экструдера и выдавливается через кольцевую формующую головку.

Характеристики

Список файлов ВКР