专利名称：一种纸浆浓度检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种纸浆浓度检测装置。
背景技术：
造纸工艺要求对纸浆浓度进行控制，浓度控制的好坏对最后成品纸的质量起到重要的作用。目前纸浆浓度的测量方式有主动式，如BTG的动刀，内旋式检测仪，山河的外旋式，本实用新型外旋式。主动式测量的特点是，敏感元件(刀或者叶片)本身运动，对静态或者流动的浆都可以进行测量。这类测量仪现阶段效果最好，使用普遍。
要保证机械式主动式测量装置的灵敏度和精度，普遍要解决的问题是要提高其精度，灵敏度，稳定性，首先要解决的最关键的问题是机械测量装置摩擦力的影响。
机械式测量的基本原理敏感元件(刀或者叶片等)相对纸浆运动，纸浆会对敏感元件产生阻力(纸纤维对敏感元件的剪切力)，测量阻力就能感知浓度的大小，当所有其他因素固定，如敏感元件结构大小，安装方式，运动速度，纸浆种类构成配比等，纸浆浓度愈高敏感元件运动时产生的阻力也愈大。
实际上就是对力的测量(对旋转轴上的扭矩大小的测量)，测量方法有直接和间接测量方法。现存的产品几乎都是间接测量方法，由于阻力大小会产生的别的效应，比如受阻力影响敏感元件运动速度会变慢，BTG的动刀，山河的外旋式都是利用这种效应来间接测量，BTG公司的动刀用的是光电开关测量运动周期的变化，山河公司利用软特性电机在阻力增大时转速会变慢的原理，测量速度的变化。BTG的内旋式浓度测量仪，是目前公认的最精密的浓度测量仪，但是其结构复杂成本高。由于要将敏感元件(叶片)上所受的阻力通过轴传递出来进行测量，要解决的两个难题，一个是消除影响测量精度的密封元件的摩擦力，另一个是测量旋转轴的扭矩(动扭矩)，BTG通过特殊设计(套在一起的双轴结构，外层轴只起驱动和动密封作用，内层轴为测量轴，传递测量扭矩)尽可能的减少了密封摩擦力对测量的影响，动扭矩测量，BTG采用光学的方法，测量相位差的变化，并进行平衡，平衡相位差，这样又极大程度的减少了内轴上O型密封圈的静摩擦力对测量的影响。但是BTG的内旋测量仪尽管采取了特别的设计方法，但是还是对静摩擦力对测量灵敏度的影响无法消除(比如轴承的静摩擦力，密封圈的静摩擦力)，而且结构复杂，采用的转化补偿平衡环节多，也会损失精度。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题就在于克服上述缺陷，提供一种测量灵敏度高、精度高的纸浆浓度检测装置。
为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案本实用新型的纸浆浓度检测装置，包括电机、与电机输出主轴相连接的搅拌轴，其中所述搅拌轴底端安装有敏感元件，所述电机输出主轴上安装有两个轴承，轴承的内圈安装在旋转主轴上，外圈固定在轴承支撑座上，轴承随主轴旋转。
其中所述轴承支撑座上固定有称重传感器。
其中所述电机为TDY型同步电机。
其中所述敏感元件为S形叶片型敏感元件。
本实用新型的纸浆浓度检测装的优点和积极效果在于本实用新型的特点之一就是克服了测量机构静摩擦力对测量的影响。本实用新型并不是通过消除静摩擦力(这是做不到的)来消除“爬行”现象，而是通过把静摩擦变成动摩擦的办法来消除测量中的“爬行”现象。本实用新型的设计不是用轴承去支撑电机座(外壳)，而是用轴承去支撑电机的旋转轴，这样就将轴承的静支撑转化成动支撑，电机轴带动敏感元件(叶片)在被测介质中旋转。整个电机的重量，电机连接轴和叶片的重量都是靠安装在旋转轴上的两只轴承来支撑，轴承的支撑是否可靠？长期使用是否会出现问题？本实用新型都在设计时经过仔细考虑，试验也表明这样的改进是非常成功的，两只轴承一直都是随着电机轴的旋转而旋转，称重传感器上反映的测量结构与真实测量值(叶片上的扭矩)间的误差为一微小的恒定值(动摩擦扭矩)，不再有测量的“爬行”现象，即使长期使用，轴承有磨损，摩擦扭矩变大，这样的影响因素也是恒定的，是缓慢变化的，这种影响因素是可以忽略的，因为在线浓度变送器是用在生产过程控制上的，是经常需要重新标定的，每次标定都会消除“零点漂移”的影响，“零点漂移”不会一直累积下去的。试验表明本实用新型的灵敏度，重复精度非常的高，甚至超过BTG的内旋式浓度变送器的相应指标，特别是重复精度，本实用新型做的更好，而且重复精度对测量和控制来说又是一个重要的指标，反映在控制结果上就是稳定。
图1是本实用新型纸浆浓度检测装置的结构示意图。
具体实施方式如图1所示，本实用新型纸浆浓度检测装置，包括TDY型同步电机1、与TDY型同步电机1输出主轴相连接的搅拌轴2，搅拌轴2底端安装有S形叶片型敏感元件，电机1输出主轴上安装有两个轴承4，轴承4的内圈安装在旋转主轴上，外圈固定在轴承支撑座10上，轴承4随主轴旋转。轴承支撑座10上固定有称重传感器5。本实用新型检测装置通过支架6安装在纸浆测量捅7上，所述搅拌轴和S形叶片型敏感元件深入测量捅7内。
本实用新型S形叶片由电机驱动在纸浆中旋转，旋转的叶片会受到来自纸纤维的反向阻力，阻力大小反映出纸浆浓度的高低。柔性连接机构将电机上的反向旋转力传递到称重传感器上进行测量。正反向限位块起到对称重传感器过载保护的作用。柔性连接机构的另一功能是消除电机上下前后摆动对称重传感器测量的影响。这样就可以直接测量旋转轴上产生的力，力是采用称重传感器进行测量，使用现成的称重传感器产品好处是，称重传感器产品成熟，规格齐全，而且精度稳定性高，质量可靠。但是将称重传感器使用在本实用新型上，设计时要考虑过载保护，由于安装运输以及使用过程中都有可能产生过载，如果过载将会破坏传感器，本实用新型设计了过载保护机构，而且非常可靠，本实用新型上的柔性连接机构的功能之一就是过载保护，当拉力过大时，由于弹簧具有伸缩性，压在一起的滚珠和连杆可以脱开，而脱开程度又受到限位块的限制，从而能把作用在称重传感器上的反向拉力限制在过载范围内，而施加在称重传感器上的正向压力由于传感器自身的变形和限位，正向压力也被限制在过载范围内，所以这样传感器正反向受到的力都受到限制不会超过过载程度。驱动叶片旋转的电机要求转速恒定，不受电压波动的影响。本实用新型选用永磁低速同步电机(TDY90-115)，115RPM，总量3.2Kg，输入电流三相380V。该电机的特点是体积小重量轻，无齿轮减速机构直接输出低转速，这种电机长期工作无磨损，无需维护，而且输出转速恒定不受电网电压波动影响。但是其输出转速有振动(像步进电机一样)，容易引起测量机构的谐振，严重时运动机构无法工作，本实用新型成功避开了谐振频率。另外，通过单片机对采样数据的数字滤波处理，振动对测量结果的影响也被完全消除。另外，TDY电机温升也很高，我们做电机选型实验时，TDY电机的温升最高可达70摄氏度，表面温度达110摄氏度，这样显然影响电机的寿命，而且温升过高称重传感器的温漂也大。但是，通过我们降低输入电压，温升已经可以控制在25摄氏度以内，完全达到使用要求，方法是接一个我们定做的三相变压器，三相380V变三相250V。本实用新型外旋式纸浆浓度测量仪，开发经历两年时间，经过多次改型，特别是电机的选型就有多次，每次选用不同的电机，测量机构都要做重大的改变，电机功率从刚开始的400W，到200W，到最后现在的70W，转速从200rpm，到60rmp，到现在确定的115rpm。现在通过我们使用上的改进，TDY90-115电机最适合本实用新型测量装置。
敏感元件本实用新型采用S形宽叶片，S形叶片的旋转直径为160mm，叶片宽100mm。由于叶片尺寸大，灵敏度高，同时大尺寸宽叶片结构使得叶片也不易与纤维发送缠绕，这是所有机械式测量装置在使用过程中都应该避免的，要是缠绕严重，测量值将发生严重偏移，不再有用。
本实用新型敏感元件叶片由TDY低速同步电机驱动，叶片在纸浆中旋转产生的反向阻力通过轴最后传递到电机本身，但是电机上的扭矩并不等于敏感元件上的扭矩，还应减去轴承的摩擦力。设计时，设计者一般都是选用端面安装方式的电机，要测量电机上的反向扭矩就不能够通过螺钉把电机固定到支座上，而是把电机用轴承来浮动支撑，当电机轴带动叶片旋转，旋转产生的反向力会传递到电机支撑座上，由于支持座用轴承浮动支持，必须要有另一反向力去平衡它，否则电机座也会旋转。可以用弹簧去平衡，也可以用称重传感器去平衡，这样都可以测量出平衡力的大小，同时也就测量了叶片的旋转扭矩。但是这样测量出来的扭矩并不完全等于叶片旋转产生的扭矩，它们之间的差值是轴承的摩擦力，假如摩擦力为零，测量就是准确的，但是摩擦力不可能为零，而且这种影响因素有时还很厉害，比如使用久了轴承摩擦力会变大，安装运输时，轴承受到的冲击力都会造成不可恢复的缺陷，使摩擦力变大。一开始，我们也是这样设计的，但是设计出来的机构做原理试验时，发现灵敏度不高，当在旋转叶片上增加微小的阻力时，测力器件(比如称重传感器)上并无变化，只有当施加在叶片上的阻力增加到一定成度，测力器件才有反应，而且当把施加在叶片上的阻力撤销时，测量值不能恢复到以前为值，这反应在测量精度上就是重复精度差，灵敏度差，分析原因是轴承静摩擦力的影响，静摩擦对测量结果产生了“爬行”效应。这种“爬行”误差刚开始可能还不算太严重，因为刚安装的轴承的状况很好，随着使用时间的推移，轴承的状况会变差，由于轴承本身一直不转动只是做静支撑，轴承的滚珠和滚道总是在相同位置受到压力和磨损，这样该接触点的静摩擦力会越来越大。
本实用新型与类似产品的比较。国内同类型的产品有山河公司的外旋式浓度变送器，还未发现其他类似的产品。外旋测量方式不是现在才有的，而是很早之前就有了这样的产品，这种测量方式曾经被否定过，主要是认为其测量装置大，不先进，但是随着安装在管道上的测量产品暴露出来的一些固有问题的不可克服，如维护难，标定难，对环境要求高，对被测对象(纸浆)的打浆度(扣解度)要求高，一旦纸浆中的异物(如小麻绳，塑料薄膜碎片)缠绕和挂在敏感元件上，测量仪将失效，要维护就很困难。而外旋式就能克服这样的问题，由于是敞开式的，将被测纸浆从主管道分流出来，到测量筒进行测量，纸浆的回流通过回流管又回到浆池。外旋式安装也容易，维护和标定都很方便，适宜性强(对被测纸浆无特别要求)。由于外旋式的这些优点，使得它在现场使用时受到用户的好评。本实用新型跟山河公司的产品虽然都是外旋测量方式，但是测量原理不一样，山河采用软特性电机的机械特性来感知测量力的变化，而本实用新型采用的是硬特性电机(TDY同步电机)驱动，通过称重传感器直接测力，无中间转化环节对信号的损失，而且称重传感器是成熟的标准产品，可靠性高，无需担心其质量问题。本实用新型上使用的TDY同步电机也是一个得到广泛使用的国标产品，也无需担心其质量问题。山河公司的外旋式产品在现场使用中也暴露出来一些固有的问题，如故障率高，主要是其软特性电机容易坏，因为要提高灵敏度电机的特性要软，但是特性越软其驱动(输出)功率就越低，输出功率过低时，有时当叶片受到的阻力大(浆浓度过高，或缠绕异物)，电机不旋转(所谓的过载了)，这样测量结果理论上就变成无穷大，相应地反映在测量精度上就是测量精度低。山河的产品有一对固有的不可调和的矛盾，灵敏度和精度的矛盾，要提高灵敏度精度就会降低，要提高精度灵敏度就得降低。本实用新型就不存在这样得问题，灵敏度和精度是协调一致的。
权利要求1.一种纸浆浓度检测装置，包括电机(1)、与电机(1)输出主轴相连接的搅拌轴(2)，其特征在于所述搅拌轴(2)底端安装有敏感元件，所述电机(1)输出主轴上安装有两个轴承(4)，轴承(4)的内圈安装在旋转主轴上，外圈固定在轴承支撑座(10)上，轴承(4)随主轴旋转。
2.权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述轴承支撑座(10)上固定有称重传感器(5)。
3.权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述电机为TDY型同步电机。
4.权利要求1-3之任一所述的检测装置，其特征在于所述敏感元件为S形叶片型敏感元件。
专利摘要本实用新型公开了一种纸浆浓度检测装置，包括电机、搅拌轴、S形叶片敏感元件，所述搅拌轴和电机输出主轴相连接，搅拌轴顶端安装有敏感元件。它测量灵敏度和精度高，寿命长，免维护，结构也相对简单。
文档编号G01N11/14GK2763798SQ200420009209
公开日2006年3月8日 申请日期2004年7月29日 优先权日2004年7月29日
发明者杨明润 申请人:杨明润