用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的方法和設備的制造方法
【專利說明】用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的方法和設備
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的方法，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求7的前序部分的用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的設備。
[0002]從EP 0 892 585 A2知道一般方法和一般設備。
[0003]在生產(chǎn)纖維或絲線期間，為了引導并且特別是為了絲線的熱處理，通常知道使用具有經(jīng)加熱的輥殼的輥或?qū)Ыz輥(godet)，在經(jīng)加熱的輥殼的表面上引導纖維或絲線。在這樣的生產(chǎn)工藝期間，為了獲得關(guān)于纖維和絲線的期望物理特性，在輥殼上維持預定表面溫度是特別重要的。在這個意義上，還知道監(jiān)控輥殼的表面溫度。此處，優(yōu)選通過溫度傳感器實現(xiàn)監(jiān)控。然而，用于確定表面溫度的這樣的方法和設備基本上都具有在旋轉(zhuǎn)輥殼與固定裝置之間必然發(fā)生的信號傳輸?shù)娜秉c。因此，這樣的方法和設備不是本發(fā)明的主題。
[0004]EP 0 892 585 A2公開了一種用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的方法和設備，其中，在不使用傳感器的情況下確定表面溫度。為此目的，使用在輥殼中感應短路電流的感應線圈。因為由金屬材料形成的輥殼具有依賴于溫度的電導率，線圈的電流和電壓的測量值允許確定輥殼的相關(guān)溫度。
[0005]在已知方法和已知設備中，通過電源電壓操作感應線圈。在這種情況下，感應線圈生成在所有方向上傳播的磁場。在這個意義上，還包括輥殼的周圍區(qū)域(諸如，特別是輥支座、端壁或驅(qū)動軸)，使得在周圍環(huán)境中感應的電流同樣導致對這些部件加熱。此外，鄰近裝置的這些溫度影響線圈繞組中的電流和電壓。這樣的繼發(fā)效應導致輥殼的表面溫度僅以較低準確度被確定。
[0006]于是，本發(fā)明的目的是開發(fā)一種方法和設備，該方法和設備用于以能夠在不接觸的情況下以最高可能準確度確定普通類型的感應加熱的棍殼的表面溫度的方式，確定棍殼的表面溫度。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)該目標的一種方法在于，將電路中的線圈連接到電容器以形成振蕩電路，并且使振蕩電路利用在3000Hz到30000Hz范圍內(nèi)的交變電壓頻率操作。
[0008]對于設備，本發(fā)明的解決方案在于，電路中的感應線圈被連接到電容器以形成振蕩電路，并且用于給該電路供電的電壓源具有電壓模塊，該電壓模塊生成具有在3000Hz到30000Hz范圍內(nèi)的頻率的交變電壓。
[0009]本發(fā)明的有利開發(fā)通過各個從屬權(quán)利要求的特征和特征組合來限定。
[0010]本發(fā)明通過在振蕩電路中連接的感應線圈能夠產(chǎn)生集中在輥殼上的磁場的事實被區(qū)分。在3000HZ到30000Hz范圍內(nèi)的交變電壓頻率提升了電流位移(currentdisplacement)的效果，使得磁場的場線直接集中在包圍感應線圈的棍殼的殼區(qū)域中。由此可以避免加熱周圍區(qū)域。在這個意義上，能夠在感應線圈上測量的參數(shù)僅受輥殼的殼溫度影響。因此，僅從振蕩電路的溫度依賴參數(shù)的特征測量值就能夠以非常高的精確度確定輥殼的表面溫度。
[0011]在加熱輥殼期間，輥殼的電導率改變。在溫度升高的情況下，輥殼的電導率降低。因此，輥殼的有效電阻增加。從而，原理上，可以使用受輥殼的電導率和有效電阻影響的感應線圈的磁參數(shù)和電參數(shù)。所以，根據(jù)本發(fā)明的有利開發(fā)，能夠測量的參數(shù)是在振蕩電路的操作階段或者振蕩電路的靜止(quiescent)階段中的感應線圈的電感。因為取決于有效電阻和電導率的穿透深度對磁電路的電感有關(guān)鍵影響，所以關(guān)于相應表面溫度的結(jié)論能夠直接從電感的測量值獲得。電感的測量能夠在振蕩電路的操作階段或在振蕩電路的靜止階段兩者期間實現(xiàn)。振蕩電路的操作階段是電壓源被激活的狀態(tài)。另一方面，在振蕩電路的靜止階段中，電壓源被切斷。根據(jù)該狀態(tài)，必須選擇用于測量感應線圈的電感的合適測量手段。
[0012]原理上，一系列物理參數(shù)適于從電路的參數(shù)的測量和所存儲的數(shù)據(jù)確定表面溫度的實際值。例如，可以測量的參數(shù)是在振蕩電路中的電流和電壓之間的相位角。同樣，不僅激勵電壓和電容器電壓的幅值之間的比率，而且激勵電壓和線圈電壓的幅值之間的比率也受溫度影響，使得這些幅值比率也允許關(guān)于表面溫度的結(jié)論。而且，關(guān)于激勵電壓確定氣隙中的場強也允許溫度確定。
[0013]然而，特別優(yōu)選的變型例由本發(fā)明的開發(fā)表示，其中，被測量的參數(shù)是振蕩電路的操作階段中的振蕩電路的電流和電壓。
[0014]為此目的，根據(jù)本發(fā)明的設備具有分配給振蕩電路的用于測量電流的電流測量裝置和用于測量電壓的電壓測量裝置。因此，表明振蕩電路的電壓和電流之間的比率呈現(xiàn)出相對高的溫度依賴性。
[0015]為了獲得指示振蕩電路的操作階段內(nèi)的表面溫度的明確測量結(jié)果，根據(jù)優(yōu)選方法變型例，在振蕩電路的過渡階段終止之后測量振蕩電路的電流和電壓，其中，在測量階段期間確定電流的有效值和電壓的有效值。測量階段通常以在開始和結(jié)束時其都與所定義的電壓的過零點相關(guān)的方式被確定。
[0016]為了建立振蕩電路的操作階段和靜止階段，按照根據(jù)本發(fā)明的設備的開發(fā)，用于激活和去激活振蕩電路的電壓模塊被耦接到控制裝置。因此，操作階段和測量階段能夠彼此協(xié)調(diào)。
[0017]已經(jīng)證明，被提供用于溫度測量的感應線圈有利地同時加熱輥殼的相關(guān)區(qū)域是特別有利的。在這個意義上，感應線圈被用作用于加熱輥殼的加熱線圈的方法變型例是特別有利的。
[0018]為此目的，根據(jù)本發(fā)明的設備將感應線圈形成為加熱線圈，該加熱線圈在離輥殼短距離處被保持在線圈座上。
[0019]因此，根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，加熱線圈的控制能夠與表面溫度的實際值的確定有利地結(jié)合。
[0020]按照根據(jù)本發(fā)明的設備的有利開發(fā)，控制裝置被連接到評估裝置，其中，控制裝置或評估裝置具有用于比較輥殼的表面溫度的比較器。因此，表面溫度的實際值與表面溫度的預期值之間的連續(xù)比較是可能的，使得如果出現(xiàn)不允許的偏差，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓模塊的激活或去激活。
[0021]為了在振蕩電路中實現(xiàn)在3000Hz到30000Hz范圍內(nèi)的期望頻率，感應線圈優(yōu)選具有在10個至50個范圍內(nèi)的多個繞組。因此，場線的集中仍然能夠被進一步改善。
[0022]為了進一步解釋用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設備，根據(jù)本發(fā)明的設備的一些示例性實施方式將通過使用附圖更詳細地解釋，其中:
[0023]圖1示意性地示出用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的根據(jù)本發(fā)明的設備的第一不例性實施方式；
[0024]圖2示意性地示出用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的根據(jù)本發(fā)明的設備的又一不例性實施方式；
[0025]圖3示意性地示出根據(jù)圖1或圖2的示例性實施方式的電壓模塊的電壓曲線；
[0026]圖4示意性地示出集成在導絲輥中的用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的根據(jù)本發(fā)明的設備。
[0027]在圖1中，示意性地示出用于確定感應加熱的輥殼的表面溫度的根據(jù)本發(fā)明的設備的第一示例實施方式。輥殼6被部分地示出，并且輥殼6包圍在短距離處同心分配給輥殼6的感應線圈1。在該示例性實施方式中的感應線圈1通過線圈架8和相對大數(shù)量的繞組7示意性地示出。
[0028]感應線圈1連接到電路2中的電容器3和電壓源4以形成振蕩電路5。電壓源4耦接到控制設備11，通過控制設備11激活或去激活電壓源4的電壓模塊4.1。
[0029]振蕩電路5被分配有具有測量裝置9.1的測量設備9。在振蕩電路5中，振蕩電路5的參數(shù)通過測量裝置9.1測量，并且被饋送到連接至測量裝置9.1的評估裝置10。在該示例性實施方式中，測量裝置9.1以測量感應線圈1的電感的方式形成。
[0030]在可以經(jīng)由控制設備11在電壓模塊4.1上建立的操作階段中，經(jīng)由電壓模塊4.1生成具有在3000Hz到30000Hz范圍內(nèi)的電壓頻率的交變電壓。結(jié)果，在振蕩電路5中發(fā)生電容器3的連續(xù)重復充電和放電，其通過感應線圈1實現(xiàn)輥殼6的重復磁化并且感應出電流。
[0031]在該操作階段中，感應線圈1的電感通過測量裝置9.1被測量并且被饋送到評估裝置10。為了獲得輥殼6的表面溫度的實際值，在評估裝置10內(nèi)依照預定義算法并且結(jié)合所存儲的數(shù)據(jù)評估所測量的信號。為此目的，評估裝置10優(yōu)選具有可視化設備或輸出單元。在實現(xiàn)測量之后，電壓源4的電壓模塊4.1能夠經(jīng)由評估裝置10和控制設備11被去激活，使得振蕩電路5轉(zhuǎn)換到靜止階段。
[0032]根據(jù)測量設備9的選擇，另選地還存在在振蕩電路5的靜止階段期間測量感應線圈1的電感的可能性。在該情況下，為了獲得電感的相應溫度依賴測量值，使用測量電流。
[0033]原理上，為了確定輥殼中的溫度，還可以測量振蕩電路的其他參數(shù)。此處，在輥殼與振蕩電路中連接的感應線圈之間存在耦合(couple)是非常重要的。特別是受輥殼的溫度依賴電導率或受輥殼的溫度依賴磁導率影響的參數(shù)特別適于確定輥殼的相應溫度。除了電感之外，振蕩電路中的電流和電壓之間的相位角、激勵電壓與電容器電壓之間的幅值比率、激勵電壓與線圈電壓之間的幅值比率、或者另外關(guān)于激勵電壓的氣隙中的場強也適于作為參數(shù)。
[0034]不論選擇哪些參數(shù)作為用于確定溫度的測量值，都要求給振蕩電路饋送在3000Hz到30000Hz范圍內(nèi)的電壓頻率。此處，電壓頻率的等級直接作用于輥殼中的磁場的場線的集中。在這個意義上，高壓頻率特別適于獲得電流擴展(extens1n)的明顯效果，使得磁場線直接集中在輥殼的殼區(qū)域中。因此，能夠有利地避免磁場散射和對振蕩電路的外部影響。
[0035]為了如果可能的話，通過使用簡單算法獲得輥殼的表面溫度的實際值，在圖2中示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的設備的又一示例性實施方式。根據(jù)圖2的示例性實施方式