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"Appareil de mesure des fréquences"
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La présente invention concerne un appareil de mesure dea fréquences, et plus particulièrement l'utilisation d'un tel appa- reil de mesure des fréquences dans un appareil de déteotion d'une condition ou d'un état qui peut être utilisé pour détecter une condition variable et agir sur celle-ci. La présents invention peut s'appliquer particulièrement à un appareil servant à produire des fibres.
A mesure que les procédés d'utilisation des instrumenta servant à mesurer et régler des variables, des appareils et des processus sont devenus de plus en plus compliqués, les exigences de précision pour de tels procédés d'utilisation des instruments ont également augmenté pour assurer une vérification plus serrée de la qualité dos marchandises produites et des procédée utilisés. Des appareils de mesure de fréquence plus sensibles et les nouveaux concepts sel@n l'invention qui résultent de l'utilisation de dispositifs de mesure de fréquence plus précis conduisent à des produits et des procédés meilleurs.
Par exemple, il est bien connu que des matières thermoplastiques, telles que le vàrre, peuvent être étirées ou tréfilées pour former des fibres continues en amincissant des fileta provenant d'une filière associée à une masse de matière fondue.
La matière qui s'écoule est amincie au cours du procédé pour former des fibres individuelles qui sont rassemblées pour former un fil sous l'influence de forces de traction exercées par un dispositif d'enroulement qui collecte le fil pour en former un paquet. Dans ce cas, le fil est enroulé sur un tube collecteur monté sur une douille tournante du dispositif d'enroulement et il peut être col- lecté à des vitesses linéaires de l'ordre de 4.500 à 6.000 mètres par minute, ou plus.
Dans une telle fabrication des fibres, le but recherché est de produire des fibres dont les diamètres sont étroitement sembla- bles et des fibres individuelles de diamètre uniforme sur toute leur longueur. Si on pouvait obtenir une production de fibres pré- sentant une telle uniformité, le métrage de fil par kg de verre fourni de la filière serait constamment uniforme et ceci permettrait aux consommateurs d'avoir confiance dans la qualité du produit lorsque les diamètres du fil ou des fibres sont spécifiée.
Lorsque les fils sont collectés pour former une bobine, cependant, il se produit un accroissement progressif de la bobine pendant le cycle de formation habituel de cette dernière, qui dure par exemple de 6 à 30 minutes,, de sorte.que pour une vitesse donnée
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du tube collecteur, la vitesse linéaire d'amincissement est en fait augmentée progressivement et d'une façon sensiblement uni- forme jusqu'à une vitesse linéaire maximale au moment de la fin du cycle de formation de la bobine.
En d'autres termes, au début du cycle de formation de la bobine, la vitesse linéaire d'amincissement de la fibre provenant de la filière est déterminée par le diamètre extérieur du tube oolleoteur nu, mais à mesure que les fils s'accu- mulent dans la bobine, la vitesse d'affaiblissement dépend au con- traire du diamètre extérjeur des couches supérieures de fil. D'une manière générale, la vitesse linéaire d'amincissement augmente pro- gressivement depuis un minimum au début du -yole de formation d'une bobine jusqu'à une valeur maximale à la fin de ce cycle, lorsque la bobine est terminée.
Dans des conditions déterminées de tempé- rature du verre fourni par la filière, le diamètre des fibres col- lectées pour former des fils qui sont enroulés, diminue d'une façon correspondante et indésirable du. fait de cet accroissement de vitesse.
En conséquence, le métrage par unité de poids de verre bobiné varie également auive.nt que le fil est collecté au début ou à la fin de la bobine.
On a découvert que lorsque l'un des facteurs utilisés pour former les fils tel que la température de la matière thermoplasti- que émise de la filière oa bien la vitesse de rotation du dispositif. d'enroulement qui collecte le fil pour en former une bobine, est programmée ou lorsqu'on la fait varier suivant un régime déterminé adapté à la variation de vitesse linéaire d'affaiblissement, le diamètre des fibres peut être maintenu plus exactement uniforme.
Lorsqu'on utilise de telles conditions variables comme facteurs de réglage, telles que la température du verre ou la vitesse d'enrou- lement, il appartient alors à l'appareil de commande et de réglage d'agir avec la plus grande précision possible pour obtenir les meil- leurs résultats.
En conséquence, la présente invention a pour but de fournir : - un appareil de mesure perfectionné des fréquences qui est destiné à donner des indications ou des lectures de la fréquence ou d'autres conditions variables mesurées et qui est également des- tiné à donner un signal qui constitue une mesure de la condition variable et qui peut être utilisée pour corriger une variation programmée de cette condition ou de cet état.
- un appareil de détection d'une condition ou d'un état qui peut être utilisé pour régler l'appareil présentant la condition
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variables - un appareil servart à produire des fibres dans lesquelles une condition ou un état variable est réglé par un programme, la- quelle condition petit être détectée, les résultats de cette détec- tion étant utilisés pour corriger le procédé programmé choisi au préalable.
Pour obtenir ces résultats, la présente invention fournit un appareil de mesure des fréquences qui comprend un moyen servant à échantillonner un signal de la fréquence devant être mesurée, un moyen choisissant une période prédéterminée du signal de fréquence échantillonné, et un conpteur agissant sous l'action du moyen de sélection destiné à oompcer à une fréquence prédéterminée pendant la période choisie de la fréquence échantillonnée. La fréquence de comptage est supérieure à la fréquence des signaux qui eat mesurée et de ce fait le compte total qui est accumulé dans le compteur à la fin d'une période choisie constitue une mesure de la fréquence.
Le moyen de sélection peut comprendre un moyen sensible à une in- version de polarité de la fréquence mesurée. L'appareil peut compor- ter de plus un moyen servant \ choisir une seoondu période prédé- terminée du signal de fréquence échantillonné. On peut faire en sorte que le compteur soit influencé par le second moyen de sélec- tion et qu'il agisse de manière à effectuer son comptage pendant la seconde période choisie.
Des moyens peuvent alors être utilisés pour comparer les ocmptes totaux obtenu! au cours de la première et de la seconde périodes pour déterminer la précision de l'appareil de mesure des fréquences, ou bien si le premier compte a représenté une période prédéterminée complète,
La présente invention fournit également un appareil de détec- tion, de commande et de réglage d'une condition ou d'un état qui comprend un moyen servant à détecter une condition variable et à produire un signal de fréquence dans lequel la fréquence varie proportionnellement à la variation de la condition ou de l'état détecté.
Un tel appareil comprend un moyen servant à choisir une période prédéterminée du signal de fréquence et un copteur agissant sous l'action du moyen de sélection et qui est destiné à compter à une fréquence prédéterminée pendant la période choisie de la fré- quence détectée.
Comme indiqué plus haut, la fréquence de co@ptag@ est plus élevée que la fréquence du signal de la fréquence mesurée, le compte de fréquence constituant une mesure de la condition va- riable qui est détectée, Oomme exemple de conditions variables qui
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peuvent être détectées et/ou commandées ou réglées, on a représenté ici des modes de réalisation dans lesquels on détecte la vitesse du dispositif d'enroulement qui collecte les fibres pour en former une bobine, la température d'une filière qui contient des matières thermoplastiques fondues, le débit d'un fluide, le débit de parti- cules et une pression.
Afin d'agir sur les conditions variables, on peut utiliser des moyens oomparant le compte de la fréquence détectée avec une norme choisie au préalable, et un moyen agissant sous l'ac- tion du moyen de comparaison qui peut être utilisé pour modifier la condition variable, soit en modifiant un procédé programmé choisi au préalable soit en modifiant directement la variation de la condi- tion.
En particulier, la présente invention est représentée en détail dans un appareil servant à produire les fibres qui comprend un moyen servant à fournir une série de filets de matière fondue servant à former des fibres, une douille d'enroulement servant à amincir les filets pour en former des fibres continues et pour collecter ces fibres et en former un paquet, et un moteur servant à entraîner et à mettre en rotation la douille.
Si l'appareil servant à produire les fibres comprend un moyen de réglage du moteur comportant un moyen produisant des signaux de iréquence afin de régler la vitesse du moteur, un moyen d'entratne- ment variable monté de manière à entraîner le moyen produisant la fréquence, et un moyen fournissant des signaux auxiliaires program- més choisis au préalable adapté au régime d'accumulation de la tresse sur la douille pour faire varier la liaison entrele moyen d'entrai- nement variable et le moyen produisant la fréquence, cn peut alors utiliser un moyen pour détecter et mesurer la fréquence produite par le moyen produisant celle-ci.
En comparant la fréquence mesurée avec une norme de fréquence voulue. au mom&nt de la déteotion et de la mesure, on obtient un signal permettant de corriger les signaux auxiliaires suivant les résultats de la comparaison des fréquences.
S1, d'autre part, l'appareil servant à produira les fibres comprend un dispositif de mesure des températures monté dans un moyen de commande et de réglage, agencé de manière à fournir des signaux servant à régler un moyen de chauffage de la filière afin de maintenir la masse fondueune tenpérature donnée dans celle-ci des moyens peuvent être utilisés pour fournir des signaux auxiliai- res programmée au moyen de commande et de réglage afin de faire varier la température de la matse fondue suivant un régime adapté
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aux variations du régime d'amincissement*des* filera, en réponse l'accumulation des fils dans la bobine.
Dans ce cas, on peut utili- ser un moyen servant à détecter la température de la masse fondue et à produire un signal de fréquence, dans lequel la fréquence du signal varie proportionnellement à la variation de la température qui est détectée. Le signal de fréquence peut être mesuré, de pré- férence à l'aide d'un compteur, comme décrit précédemment, qui est influencé par un moyen de sélection destiné à choisir une période prédéterminée du signal. La fréquence mesurée peut être comparée avec une norme choisie au préalable et on peut utiliser des moyens qui agissent soua l'action du moyen de comparaison pour faire oorri- ger le moyen de commande et de réglage ou le moyen fournissant le signal programmé puxiliaire choisi au préalable.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la des- cription détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins an- nexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformea à l'invention.
Sur ces dessins,
La figur.e 1 représente un schéma général d'un appareil servant à produire des fibres de verre continues ; la figure 2 est une vue de face de la disposition générale de l'appareil qu'on voit sur la figure 1 ; la figure 3 représente sous forme graphique, la caractéristique de la vitesse en fonction du temps du moteur d'enroulement, qui est souhaitable pour régler d'une manièr@ optimale le diamètre des fi- bres : la figure 4 est unschéma synoptique représentant un circuit qui peut être utilisé pour régler la vitesse du mote @r du dispositif d'enroulement pour collecter les fibrec et en former une bobine ;
la figure 5 représente sous forme graphique la caractéristique souhaitable de temp4rature de la filière en fonction du temps, per- mettant d'obtenir un réglage optimal des fibres ; la figure 6 est un schéma synoptique représentant un circuit qui peut être utilisé pour régler le courant électrique fourni à la filière de l'appareil qu'on voit sur les figures 1 et 2 ; la fièvre 7 représente un appareil de mesure d'une condition variable selon l'invention, appliqué à la meaure du débit d'un fluide ; la figure 8 représente l'appareil de mesure d'une condition variable selon l'intention, appliqué à la mesure d'un débit de par-
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ticules ;
et- la figure 9 aprésente l'appareil de détection d'une condition variable suivant l'invention, appliqué à la mesure d'une pression.
Bien que la présente invention soit décrite ici à titre d'exemple et particulièrement en détail pour la production des fibres de verre, on verra d'après la description qu'elle peut s'appliquer aussi bien à la production de fibres en d'autres matières. De plus, bien que les conditions variable') qui sont représentées comme étant soumises à des mesures et à des réglages constituent: des utilisations particulières de l'invention décrite ici, il convient de noter que tous les modes de réalisation ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif.
En se reportant plue en détail aux dessins, la disposition générale d'un appareil servant à former et enrouler un fil qu'on voit sur les figures 1 et 2 est utilisée pour représenter l'appli- cation la plus particulière de la présente invention. Sur les figure@ 1 et 2, on a représenté une source de verre fondu, telle qu'un en- semble de fusion 10, auquel est associée une filière électrique 11 d'où s'écoulent des filets de verre fondu. La filière oomporte une série d'orifices alignés, de petites dimensions, qui forment les filets à partir desquels sont étirés ou tréfilés des filaments ou fibres 12.
La filière est en une matière conductrice résistant aux températures élevées tellp que du platire, et elle est pourvue de bornes 20 à ses extrémités oppoqées, sur lesquelles on applique un potentiel pour fournir un courant d'une intensité suffisante pour la chauffer à la température d'amincissement voulue pour le verre.
La force utilisée pour tirer les fibres 12 de la matière qui sort de la filière 11 est fournie par un appareil d'enroulement tel que l'enrouleur 15 du type à douille qui enroule le fil 14 formé par les fibres 12 sur un tube collecteur 16 de bobinage, sous forme d'une bobine 17 de forme générale cylindrique. Les fibres 12 sont d'habitude rassemblées par un appareil de rassemblement et d'appli- cation d'un apprêt 13 en un point qui se trouve entre le tube 16 de formation,de la bobine et la filière 11. Un fluide d'apprêt peut être fourni à l'appareil de rassemblement 13 par une source exté- rieure (non représentée; par l'intermédiaire d'un tube 19 disposé au-dessus de l'appareil de rassemblement.
Après formation, le fil 14 est contraint de se déplacer transversalement sur le tube collecteur 16 par un dispositif de va-et-vient en fil métallique en spirale 18, monté sur l'enrouleur 15.
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La figure 3 rcprca-.-nto t-."1"Lphi'1ue:ne!'\t unn f,m("'ton en forme de rampe ou psnte ou en d'autres termes, la manière de faire arier par échelons la vitocse du moteur de l'enrouleur par rapport au temps, afin d'assurer d'une manière efficace l'uniformité des fibres rendant tout un cycle X de format;on d'un paquet. Chaque échelon de
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variation de la vitesse de l'enrouleur correspondu un cycle X de formation d'un paquet.
Au début d'un cycle X, la vitesse de rotation du moteur de l'enrouleur et de la douille est maximale, tandis que pendant le ycle X, la vitesue de l'enrouleur est diminuée progres- si.vement jusqu'à une valeur minimale qui compense l'accroissement de vitesse linéaire du fil et dee fibres dû à leur accumulation dans la bobine. Pendant la période Y du graphique, la bobine termi- née peut être enlevée et un autre tube collecteur peut être mie en place sur la douille, ou bien, sur des mécanismes d'enroulement plus perfectionnés, une autre douille peut être avancée à une position repérée de recueil des fils.
Pendant la période Y, la vitesse de l'enrouleur peut être ramenée à la valeur initiale qu'elle présen- tait au début d'un cycle de formation d'une bobine pour préparer le début d'un autre cycle. La variation de vitesse de l'enrouleur pendant la période Y peut être effectuée facilement avant que le
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cycle de formation de la bobine soit prêt à cofumencer à nouveau.
I,a figure 4 repr±senre un agencement destiné à fournir des fibrps de diamètres uniformes en amincissant une série de fiDres à une vitesse linéaire uonetante, à la sortie d'une filière. La vi- tesse linéaire constante d'amincissement est obtenue, dans ce cas, en progressant la vitesse du moteur 30 de l'enrouleur suivant le
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iégime d'accumulr'tion du fil dans la bobine qui est enroulée sur la douille 15de l'enrouleur. La douille 15de l'enrouleur est entrai- née par le moteur 30 qui, dans ce mode de réalisation, peut être un moteur à vitesse variable sensible à la fréquence.
Le moyen de réglage de la vitesse du moteur comprend un moteur de réglage 40
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entraînant une génératrice de -ourant alternatif triphasé 42 par 11 im..ermédia1r& d'un embrayage r#.gr..étique 41, un générateur de fonction en dents de sele 43 commandant la liaison effectuée par l'embrayage magnétique entre le moteur de commande 40 et la généra-
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trice triphasée d2, Dans ce mode de rpa7 i srt ion, le moteur de com- mande 40 est de préférence un moteur synchrone à vitesse constante.
L'embrayage Iü9-gii.étique 4 cet, d'une manière avantageuse, un em- , brayage '1 ')nt le glisaer.ent peut être réglé en réponse à des signaux programmés choisis au pré@lable '-revenant du générateur 43 de la
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fonction en dents de soie. Le générateur de la fonotion en dents de soie fournit dea signaux programmée qui d'une manière avanta' geUS3 correspondent à l'accumulation du fil dans le paquet qui est enroulé, afin d'obtenir la fonction en forma de rampe du moteur de l'enrouleur qu'on voit sur la figure 3.
Pour assurer que le moteur 30 de l'enrouleur est entrainé à la vitesse voulue, un moyen de détection et de meaure de la fréquence fournit des signaux de fréquence qui correspondent à la vitesse du moteur. La fréquence produite par la génératrice à courant alterna- t if 42 est échantillonnée par une porte 50. On peut faire en sorte que la porte 50 laisse passer le signal échantillonné en recevant des signaux provenant d'une minuterie d'horloge 44, qui peut éga- lement commander le générateur 43 de fonction en forme de rampe et d'une minuterie de porte 51.
Un signal provenant de la minuterie d'horloge 44 indique que la vitesse du moteur 30 de l'enrouleur est réglée en réalité à ce moment par le générateur 43. La minuLerie d'horloge 44 peut également être réglée de manière à fournir un signal de conditionnement au début et/ou à la fin d'un cycle de formation d'une bobine, à des intervalles prédéterminés pendant le cycle de formation de la bobine, ou pendant tout ce cycle.
La minuterie de porte 51 peut être utilisée pour donner une période d'échantillonnage prédéterminée. On peut utiliser des minu- teries de porte à une série de postes de façon à faire partager le temps d'un même appareil de mesure des fréquences par une série de postes. C'est-à-dire qu'une minuterie de porte principale munie d'une série de sortiee peut être agencée de manière à faire ouvrir successivement des portes pour des signaux échantillonnés à partir d'une série de postes pour les envoyer à l'appareil de mesure des fréquence3. De même, une série de minuteries de portes., ne comportant chacune qu'une seule sortie peuvent être réglées ue manière à faire ouvrir successivement des portes reliées à des postes différents.
La minuterie de porte 51 peut être réglée de manière à maintenir la porte ouverte. pendant une période de durée prédéterminée. Dans un mode de réalisation, la minuterie de porte est réglée de préfé- rence de manière à maintenir la porte "ouverte" pendant un minimum d'une période et demie de la fréquence qui est mesurée. Normalement, les signaux qui proviennent de la minuterie d'horloge et de la minu- terie de porte doivent se produire simultanément pour faire "ouvrir" la porte 50...
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Un compteur 54 présente un régime de fréquence de comptage qui est relativement élevé en comparaison de la fréquence mesurée, -Par exemple, la fréquence d'un compteur d'un ordinateur nusérique peut être de l'ordre de quatre mégacycles par seconde. Le compteur peut compter pendant une période de durée pré terminée ou pendant une partie d'un cycle de la fréquence mesurée. Le compte aooumulé ou compte total à la fin de cette période prédéterminée ou de cette partie du cycle constitue une mesure de la fréquence échantillonnée, du fait que le compte constitue une mesure du tempe passé au couro de cette période ou de cette partie du cycle.
Si la fréquence du compteur est de quatre mégacycles, et ei la fréquerce mesurée est de 120 cycles ou périodes par féconde, alors le compteur accumule un total de 332.000 comptes pendant un cycle. De ce fait, si un compteur accumule le total indiqué ci-dessus pour un cycle, on sait alors que la fréquence de l'échantillon qui est mesuré était de cent vingts cycles par seconde. De même, si le compteur accumule la moitié du total indiqué ci-dessus pendant la moitié d'un cycle, on sait encore que la fréquence est de cent vingt cycles par seconde.
D'autres rapports fractionnels et d'autres multiples de ceux-ci ou bien des cycles entiers peuvent être utilisés de la môme manière pour donnar une mesure de la fréquence qui est échantillonnée.
Pour utiliser le système de comptage, l'appareil doit fonction- ne=- de manière à choisir une partie connue ou la totalité d'un cycle, ou bien encore un multiple de cycles ou ae périodes àe la fréquence' qui est mesurée. Les moyens servant à choisir une période ou une par- tie prédéterminée d'un cycle comprennent dans ce mode de réalisation un circuit d'équarissage 52 qui reçoit l'échantillon et qui le trans- met en une onde sensiblement carrée et un générateur de signaux de passage par zéro.
Bienu'on puisse utiliser un certain nombre de moyens pour marquer le début et la fin d'une période ou d'une partie prédéterminée d'un cycle, l'un des moyens qui conviennent le mieux à la présente Invention consiste à utiliser un oircuit qui tire un signal d'une onde rectangulaire ou carrée lorsqu'elle change de po- larité (ou passe par un niveau d'amplitude zéro) au moment qui mar- que la demi-période. Le signal de la demi-période peut être utilisé comme impulsion pour remettre à zéro le compteur 54 st lui faire commencer un nouveau cycle de comptage.
Si on désire comme partie ou période de comptage un cycle entier ou bien des multiples de la moitié du cycle, le générateur des si- anaux de passage par zéro peut comporter une combinaison de bascules
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ou un autre compteur de façon à ce qu'un nombre prédéterminé de passages par zéro doivent se produire avant que l'impulsion de "rétablissement"ou de remise au zéro soit appliquée au compteur principal 54. L'utilisation d'un certain nombre de passages par zéro pour régler la période de comptage peut être utile lorsque la différence ou le rapport entre le fréquence de comptage et la fré- quence mesurée n'est pas très important.
Le compteur 54 peut commencer à accumuler un compte depuis le début du moment où il a reçu le signal de fréquence mesurée du cir- cuit 50 de la porte jusque ce qu'il ait reçu le premier signal, de rétablissement ou de remise à zéro du générateur 53 de passage par zéro. Cependant, on ne sait pas si ceci constitue la partia nu pé- riode prédéterminée nécessaire pour la mesure.
Pour déterminer si la période prédéterminée oorreote s'est éooulée ou non, on peut utiliser un certain nombre de procédés.
D'abord, on peut faire en sorte que le compteur 54 ne soit sensible qu'au passage par zéro de la fréquence qui est mesurée. De cette manière, la compteur n'agirait pour faire des lectures ou donner des indications qu'aprèn qu'un premier signal de rétablis@ement ait été suivi par une période de comptage et par un second signal de réta- blissement. Ceci peut être réalisé en disposant une porte 61 entre la sortie d'une mémoire de compteur 70 recevant la sortie du comp- teur 54 et un convertisseur 62 et un dispositif G3 indicateur de fréquence.
La porte 61 peut être "ouverte" en réponse à un premier signal et à un second signal de rétablissement qui sont appliqués par l'in- termédiaire d'un circuit tel qu'une bascule 60 qui ne laisse passer qu'un signal sur deux. Le compte emmagasiné dans la mémoire 70 du compteur peut alors être transmis par la porte 61 à un convertisseur 62 qui transforme le compte accumulé en la fréquence correcte, la- quelle est ensuite indiquée dans le dispositif 63 qui indique la fréquence. Il est souhaitable, dans ce cas, d'appliquer à 12 mémoire 70 du compteur un signal de rétablissement retardé par l'intermé- diaire d'un circuit temporisateur 72 et en provenance du générateur 53 de paseage par zéro, afin de vider la mémoire du compteur pour la préparer à la mesure suivante.
Comme second procédé pour déterminer si la période correcte s'est éooulée ou non, un compte accumulé dans le compteur 54 avant un signal de rétablissement est emmagasiné dans la mémoire 70. Le compte suivant est alors oomparé avec le conpte emmagasiné dans la
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mémoire 70, par exemple à l'aide d'un ensemble de soustraction 71.
Si les comptes sont identiques ou ei leur différence ne correspond qu'@ une tolérance prédéterminée, alors lea deux périodes de comp- tage doivent avoir été sensiblement identiques et l'exigence de la période prédéterminée est satisfaite. Le compte accumulé pou l'une et l'autre périodes ou bien le total des deux périodes peut alors être utilisé pour exprimer la fréquence qui est mesurée. Si les comptes ne sont pas identiques ou s'ils ne rentrent pas dans une tolérance prédéterminée, on poursuit la comparaison des périodes suc- cessives jusqu'à ce que les comptes tombent dans les limites de tolérance admises.
La nécessité d'une tolérance est due souvent au fait que les éléments du circuit d'équarissage52 sont tels que ce dernier est incapable de rendre suffisamment verticaux les borde avant des ondes rectangulaires. Si on laisse une pente dans le bord avant de l'onde rectangulaire, le minutage des signaux de rétablissement provenant du générateur 53 des passages par zéro peut être légèrement décalé.
Une fois que la fréquence échantillonnée a été mesurée, le ré- sultat peut être utilisé pour corriger le signal appliqué par le générateur 43 de la fonction en dents de scie, s'il existe une dif- férence par rapport à la fréquence voulue qui est appliquée au moteur 30 de l'enrouleur.
Un premier procédé pour utiliser la fréquence échantillonnée consiste à comparer celle qui provient de la mémoire 70 du compteur avec une fréquence fournie par une mémoire programmée 80. Dans ce cas, il est inutile de transformer le compte de la mémoire 70 du fait que la mémoire programmée peut fournir la fréquence de compa- raison sous la forme d'un compte. Il convient de noter que la mé- moire programmée 80 peut être commandée par la. minuterie d'horloge 44 qui commande le générateur 43 de telle sorte que la fréquence de comparaison émise par la mémoire programmée 80 constitue la fré- quence correcte pour la partie choisie du cycle de la fonction en forme de rampe ou en forme de dents de acte.
Si les comptes de la fréquence mesurée et de la fréquence programmée sont les mêmes ou s'ils ne diffèrent que d'une tolérance admise. auoun signal de cor- rection n'est fourni par le circuit de comparaison 81 au générateur 43. S'il existe une différence, un signal qui correspond à cette différence est appliqua au générateur 43 pour corriger la commande de l'embrayage magnétique 41.
Un second procédé d'utilisation de la fréquence échantillonnée
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consiste à envoyer un signal provenant de la mémoire du compteur par l'intermédiaire d'une porte 75;directement au générateur 43 de la fonction en dents de soie pour permettre une comparaison in- terne avec un programme choisi au préalable dans le générateur 43.
La porte 75 peut être "ouverte" afin de laisser passer le signal de la mémoire 70 en réponse à un signal provenant d'un ensemble de to- lérance 74. L'ensemble de tolérance 74 fournit le signal de condi- tionnement en réponse à un élément indicateur de soustraction 73 d'après l'ensemble de soustraction 71 qui indique que la différence rentre dans la tolérance prescrite lorsque des périodes de comptage successives sont comparées.
On peut utiliser, sans sortir du cadre de la présente invention. des procédés de comparaison et de correction différents de ceux in- diqués plus haut. Des commutateurs sont représentés sur les divers conducteurs de façon à pouvoir choisir un procédé particulier.
Du fait que des différences sont calculées entre des périodes successives, on peat également utiliser e circuit de la figure 4 pour mesurer le taux de variation d'une fréquence qui est détectée.
La figure 5 représente graphiquement une fonction en forme de rampe ou de pente, ou en d'autres termes, la. manière de faire varier car échelons la température de la filière par rapport au temps afin d'obtenir d'une manière efficace des fibres uniformes pendant tout le cycle de formation du paquet. Chaque échelon de variation de température correspond au cycle X de formation du paquet. Au début du cycle X, la température de la filière est à une valeur minimale tandis que pendant le cycle elle augmente progressivement jusqu'à une valeur maximale qui compense l'accroissement de vitesse dû à l'accumulation du fil à la fin du cycle.
Pendant la période Y, de la figure 5, pendant que le paquet est enlevé et qu'un autre tube colleoteur est mis en place sur la douille (ou sur certaine mécanismes d'enroulement qu'une autre douille est mise à une position repérée), la température de la fi- lière est réduite à la valeur initiale qu'elle présentait au début du cycle pour préparer le début d'un autre cycle X de formation d'un paquet. On a trouvé que cette réduction de température peut être effectuée pendant une période de durée très courte en coupant le passage du courant à travers la filière.
Du fait (.le la différence de température élevée qui exiete entre la filière et l'atmosphère en- vironnante, la durée de la période néoeeeair pour-obtenir cette ré- duction de température eet de L'ordre de quelques secondes et elle
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est suffisamment rapide pour ne pas retarder le début d'un cycle suivant de formation d'un paquet. En d'autres termes, la réduction de température peut être effectuée en utilisant le temps qui s'é- coule pendant la période qui d'habitude est nécessaire pour dispo- ser un nouveau tube oolleoteur destina à réaliser un nouveau paquet.
La figure 6 représente un circuit électrique et des commandes associées servant à fournir de l'énergie pour chauffer la filière 11. D'une manière générale, le circuit de puissance comprend une self saturable 122 en série aveo un transformateur de puissance pour la filière. La filière est connectée au moyen de ses bornes 20 aux bornes de l'enroulement secondaire 124 d'un transformateur de
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puissance tandis que le primaire de l'enroulemen'1i 123 du transfor- mateur est monté en séile aveo la self saturable 122. Le circuit en série est connecté à des lignes d'alimentation appropriées L1, L2, telles que par exemple des lignes à 440 volts et 60 périodes, par l'intermédiaire des contacts 125 d'un disjoncteur et par deux oon- ducteure protégés d'une mêlera appropriée par des fusibles.
Les commandes servant à régler le courant destiné au circuit de puissance peuvent être émises par un ensemble 129 de type clas- sique de détection et de réglage de la température, tel qu'un en-
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semble du type bien connu comme ensemble "tlheeloo" qui peut être agencé de manière à fonctionner en liaison aveo un thermocouple 126
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de détection de la températura. Cet ensemble fonctionne de manière à détecter la température de la filière au moyen du thermoaouple 126 et de manière à indiquer par un signal la température à un appareil de mesure pourvu d'un moyen servant à régler au préalable la tempé- rature voulue.
Lorsque 16 signal de température appliqué à l'eneem- ble varie par rapport à une valeur préréglée, l'ensemble fonctionne de manière à fournir un signal de correction au circuit de puissan- ce au moyen de la self saturable, afin de régler l'intensité du courant pour la température souhaitée. Cependant, l'ensemble rém@- lateur reçoit non seulement le signal du thermocouple 126, mais
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également un signal auxiliaire qui correspond en fait 1 un ld.gJal de température erroné fourni par un ensemble 127.
La 8elt à noyau 8atu.rabl. 122 comporte un enroulonent à oovr- rent continu associé 130 qui, lorsqu'il cet excité, augmente la concentration du :tl,. dans la self, d'une manière owraot6ristique suivant sa courbe d'ahantation. L'énergie pour l'enroulement il courant oontinu130 est fournie par l'onromble régulateur de tempe- rature 129. LoI'8(U la concentration de flux dans la Mit 12Z à
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noyau saturable est élevée sur la courbe d'aimantation, tel qu'en un point qui se trouve juste en dessous du coude de la courbe, la réactance induotive de la self est minimale et le courant fourni au transformateur au moyen de son primaire est, d'une manière cor- respondante, à une valeur maximale.
Lorsque, cependant, l'intensité du courant oontinu dans l'enroulement 130 est un peu plus faible, de sorte que la concentration du flux dans la self s'arrête dans la région d'un point qui se trouve très en dessous du coude de la courbe, la réaotanoe inductive de la self est plus appréciable et l'intensité du oourant dans le primaire du transformateur est de ce fait plus faible. De cette manière, la valeur du oourant continu 'lui traverse l'enroulement 130 détermine la valeur de la réactance qui esten série avec le transformateur et détermine par suite la quantité d'énergie éleotrique fournie pour obtenir la température voulue de la filière 11.
Comme indiqué précédemment, on a trouvé qu'en faisant augmen- ter progressivement la température de la filière lorsqu'il se pro- duit des accroissements de vitesse d'amincissement des fibres, on peut produire des fibres d'un diamètre uniforme pendant la totalité de chacun des cycles de formation des paquets, pour Chaque paquet qui est bobiné. C'est-à-dire que lorsque la vitesse d'amincisse- ment augmente du fait de l'accumulation du fil dans un paquet, un accroissement progressif de la température de la filière suivant un régime correspondant, se traduit par l'établissement de variations de compensation dans les facteurs d'amincissement permettant de produire des fibres de diamètre uniforme aveo une tolérance très serrée.
En observant le fonctionnement d'une manière plus fondamen- tale, il semble que l'accroissement progressif de la température du verre fait en réalité écouler plus librement le verre do la fi- lière. De cette manière, on dispose une plus grande quantité de ma- tière fondue à mesure que la vitesse d'amincissement augmente ce qui permet de maintenir uniforme le diamètre des fibres do verre.
L'accroissement progressif de température peut être obtenu en appliquant par l'ensemble 127, un signal de température erroné à 1'ensemble de régulation 129, en même tempe que le signal de tem- pérature qui lui est appliqué par le thermocouple 126. L'ensemble 127 cet connecté à l'ensemble régulateur 129 en série aveo le ther- accouple et il cet agencé de manière à s'opposer au signal du ther- mooouple lorsque ce dernier augmente, de façon à indiquer d'aune ma- nière erronée à l'ensemble 129 que la température de la filière di-
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minue progressivement.
C'ent-ào-dire que 1'ensemble de régulât reçoit un signal de température erroné qui fait pe7Dretits su courant traversant la filière d'augmenter progressivement et de produire de ce fait un accroissement progressif de la température de la filière.
On peut adopter plusieurs typée d'agencements de circuits pour fournir ce signal erroné. Des agencements de Oirouite qui oon- viennent pour produire des signaux erronée tels que celui indique sous forme synoptique en 127 sur la figure 6, sont décrite dans le
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brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.126.268. De tôle biroute comprennent un moyen fournissant des signaux auxiliaires programmée au moyen de commande du chauffage de la masse fondue de la filière
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11 afin do faire varier la tecpéI'8"'" de cette masse fondue sui- vant un régime qui correspond aux .ations du taux d'aminoieoe- ment des fileta, en réponse à l'accumulation du fil dans le paquet.
Comme représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, un tel circuit peut être constitué par le circuit d'un tube à vide qui prolonge la caractéristique de charge d'un circuit résistance -* condensateur pour fournir une fonction en forme de rampe ou un si- gnal en courant continu croissant progressivement agence de ma- nière à s'opposer au signal du thermooouple.
Le signal de fonction en forma de rampe est de préférence émis au moment de la fermette d'un commutateur 128 qui est asso- oié d'une manière appropriée à l'appareil d'enroulement afin d'être actionné lorsque 1'enrouleur commence un cycle d'enroulement d'un paquet. Le commutateur peut être associé d'une manière oommode au
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méoat8me de va-et-vient de l'enrouleur, de façon à fonctionner due cette manière.
Le commutateur 128 peut également être agencé faoi- lement de mnn1l'6 à et: ouvert automatiquement l'appareil d' enro'\- lem&nt étant arrêté automatiquement lorsque le paquet a ausnuaté jusqu'à, sa dimension complète qui peut être déterminée en effectuant l'enroulement pendant une période of durée donnée, de façon à ac;h9- ver le oyole de formation du paquet.
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Du. fait des diamètres minuscules 8 fibres qù'*## obtient aveo les nouveaux prooédés, il est extrêmement souhaitable de pou- voir vérifier si la température de la masse fondue répond ou non
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oorreotsssnt à la fonction en forme de rampe fournie par l'ensemble 127.
Pour obtenir ce résultat, on utile. un moyen déteotant la tem- pérature de la masse fondue et produisant un signal de fréquence dans lequel le signal de fréquence varie proportionnellement à la
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variation de la température qui est détectée. Sur la figure 6, ceci est réalisé en utilisant un circuit oscillateur, ou un circuit pro- duisant une fréquence 140 qui oomprend des éléments sensibles à la température tels que des cristaux 141 et 142. L'un des éléments sensibles à la température, tels que l'élément 142 peut être isolé thermiquement ou bien il peut être maintenu à une température fixe prédéterminée.
L'autre composant sensible à la température, 141, est disposé de manière à détecter la ohaleur du corps fondu qui est contenu par la filière 11. Du fait des différences de température, les composants 141 et 142 produisent ou laissent passer des fréquen- ces différentes. Un circuit différentiel ou circuit de comparaison 143 est utilisé pour oomparer ces fréquences et pour donner une sor- tie appliquée à un ensemble 144 de mesure des fréquences qui varie proportionnellement à la variation de la température do la masse fondue.
L'ensemble 144 de mesure des fréquences comprend ua moyen ser- vant à mesurer la fréquence, tel que oelui représenté sur la figure 4, et à appliquer une sortie à un circuit de comparaison 145. Le circuit de oomparaison 145 reçoit également une entrée d'une norme 146 choisie au préalable. Cette norme choisie au préalable peut se présenter sous la forme d'un compte d'une fréquence, ou sous une forme comparable à l'entrée reçue de l'ensemble 144 par le circuit de comparaison 145. L'ensemble 146 qui fournit la nome choisie au préalable varie de préférence par échelons dans le temps suivant la partie du oyole de formation du paquet qui fait l'objet de la me- sure. Ceci peut être réalisé en prenant comme référence l'ensemble régulateur 129 eu en se reliant à oelui-ci.
En variante, le moyen de commutation 128 peut être utilisé pour connecter l'ensemble 146 fournissant la norme choisie au préalable de façon à ce qu'il agis- se pour fournir des séries successives de normes comparables à la partie du cycle qui est mesurée. Une minuterie d'horloge peut main- tenir le fonctionnement de l'ensemble 146 en phase avec le cycle de formation du paquet. Comme autre variante l'ensemble 146 peut fournir une entrée au circuit de comparaison 145 en provenance d'une mémoire d'un calculateur qui est programmée de manière à fournir les normee suivant le temps écoulé au cours du cycle de formation d'une bobine ou paquet qui est détecté.
Le circuit de comparaison 145 oompare les signaux reçus de l'ensemble 144 et de l'ensemble :46. S'il existe un écart par rap- port à la norme, un signal de correction est appliqué du circuit de
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comparaison 145 au circuit de commande Comme on le voit sur la figure 6, ce signal de correction peut être appliqué à l'ensemble 129 qui fournit le signal de température erroné. D'autres oonnexions appropriées peuvent être également réalisées pour corriger les signaux auxiliaires programmée suivant la différence entre la norme choisie au préalable et les résultats réels du moyen de com- mande, à ce moment.
On peut voir ainsi qu'on peut appliquer un réglage extrême- ment serré à la produotion des fibres. Ceoi est particulièrement important du fait que les fibres produites le sont aotuellemert suivant des diamètres tombant dans une gamme qui est extrêmement rapproohée des valeurs minimales de diamètres qu'on peut obtenir.
C'est-à-dire que si la température de la matière fondue se trouvant dans la filière 11 ou la vitesse du moyen d'amincissement varie faiblement au delà des limites de toléranoe réglées par les oomman- des lorsqu'on produis dos fibres d'un diamètre minimal, il peut en résulter des "ruptures" dans l'appareil produisant des fibres, ce qui amène des arrêt.. et une perte de production. Do ce fait,, il est extrêmement Important que de telles conditions variables utilisées pour la production des fibres soient réglées d'une manière très étroite. Môme lorsqu'elles sont réglées d'une manière étroite, les conditions variables peuvent être contraintes de varier par des pointes de la ligne d'alimentation, des variations des conditions de température ambiante, eto...
En se reportant à la figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation de l'appareil de détection et de réglage d'une con- dition selon l'invention qui comprend un moyen servant à détecter des conditions variables de débit d'un fluide. L'appareil de la fi- gure 7 comprend un moyen qui est ent@aîné par l'écoulement d'un fluide afin de produire un signal de fréquence A, dans lequel la fré- quenoe du signal varie proportionnellement au taux de débit du fluide. Un tel moyen sensible au débit d'un fluide peut être une hé- lice ou une turbine 150. L'hélioe ou la turbine 150 peut être reliée mécaniquement ou électriquement à un moyen servant à produire un si- gnal de fréquence A.
De plus, le mouvement de l'hélice ou de la tur- bine peut être déteoté par un moyen sensible aux vibrations qui convertit le signal reçu en un signal de fréquence proportionnel au débit du fluide.
En se reportant à la figure 8, on voit un appareil dans lequel la condition variable qui ast mesurée est le débit de particules.
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Le moyen de détection et de produotion du signal, dans ce cas, oom- prend un générateur de fréquence 160 comportant un élément réglable 161 qui dans ce cas peut être un condensateur réglable ou une self réglable dans le circuit d'un oscillateur et servant à faire varier la fréquence de sortie. Le moyen sensible au débit des particules peut comprendre dans ce cas un moyen de pesée 165 comportant un moyen indicateur 166. Le moyen indicateur 166 peut être couplé de manière à régler le oomposant réglable 161 afin de faire varier le signal de fréquence de sortie A de l'ensemble 160 proportionnelle- ment au débit des particules.
Le moyen de pesée 165 peut Atre sen- sible au poids des partioules qui s'écoulent ou bien il peut être déplacé le long d'un transporteur comportant une section de pesée.
La figure 9 représente un appareil dans lequel la condition variable qui est mesurée est une pression et dans lequel le moyen de déteotion et de produotion d'un signal oompr.end un moyen 170 ser- vant à déteoter la pression mesurée et oomprenant un moyen indioa- teur tel qu'un diaphragme mobile 171. A nouveau, un moyen 175 pro- duisant une fréquence peut être utilisé et oomporter un élément ré- glable 176, qui peut être un condensateur ou une self réglable monté dans le circuit d'un oscillateur, agissant sous l'action du moyen indicateur 171 en faisant varier la fréquence de sortie du moyen 175.
- e diaphragme peut être relié mécaniquement à l'élément réglable 176.
Bien qu'on ait représenté sur les figures 7, 8 et 9 des liai- sons directes, il oonvient de noter qu'on peut utiliser divers sys- tèmes indicateurs optiques ou autres, qui sont infiniment plus sen- sibles à de faibles variations afin de régler la sortie du moyen produisant la fréquence.
Si une liaison mécanique n'est pas suffi- samment raffinée pour enregistrer de faibles variations et donner la variation de fréquence de sortie voulue, on peut utiliser des systèmes optiques ou lumineux qui influencent la sortie ov le oom- portement d'éléments sensibles à la lumière, y compris un grand nom- bre de ceux-ci qu'on trouve dans le domaine des transistors actuel- lement, afin de produire les faibles variations voulues,
Sur les figures de 7 à 9, le signal de fréquence A produit peut être mesuré par l'appareil décrit précédemment pour donner une mesure de la condition variable. La mesure de la condition variable peut être utilisée pour modifier directement cette oondition ou bien pour modifier un signal auxiliaire programmé qui commande ou règle la condition variable.
Il va de soi que la présente invention a été décrite et repré- sentée à titre explicatif mais nullement limitatif, ot que l'on pour- ra introduire toute équivalence dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre défini par les revendications annexées.'
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"Frequency measuring device"
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The present invention relates to an apparatus for measuring frequencies, and more particularly to the use of such an apparatus for measuring frequencies in an apparatus for detecting a condition or state which can be used to detect a condition. variable and act on it. The present invention is particularly applicable to an apparatus for producing fibers.
As methods of using instrumentation for measuring and controlling variables, apparatus, and processes have become more and more complicated, the accuracy requirements for such methods of using instruments have also increased to ensure reliability. closer verification of the quality of the goods produced and the processes used. More sensitive frequency measuring devices and the new concepts according to the invention which result from the use of more precise frequency measuring devices lead to better products and methods.
For example, it is well known that thermoplastics, such as glass, can be stretched or drawn to form continuous fibers by thinning threads originating from a spinneret associated with a mass of molten material.
The flowing material is thinned in the process to form individual fibers which are brought together to form a yarn under the influence of tensile forces exerted by a winding device which collects the yarn to form a bundle. In this case, the wire is wound on a collecting tube mounted on a rotating sleeve of the winding device and it can be collected at linear speeds of the order of 4,500 to 6,000 meters per minute, or more.
In such fiber manufacture, the object is to produce fibers of closely similar diameters and individual fibers of uniform diameter throughout their length. If such a uniformity of fiber production could be achieved, the yarn yardage per kg of glass supplied from the die would be consistently uniform and this would give consumers confidence in the quality of the product when the yarn diameters or fibers are specified.
When the threads are collected to form a coil, however, there is a gradual increase in the coil during the usual formation cycle of the latter, which lasts for example 6 to 30 minutes, so that for a given speed
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of the collector tube, the linear thinning speed is in fact increased gradually and in a substantially uniform fashion to a maximum linear speed at the time of the end of the coil forming cycle.
In other words, at the start of the coil forming cycle, the linear rate of thinning of the fiber coming from the spinneret is determined by the outside diameter of the bare coil-forming tube, but as the threads accumulate. The rate of weakening depends on the outside diameter of the top layers of wire. In general, the linear thinning speed increases gradually from a minimum at the start of the coil forming yole to a maximum value at the end of this cycle, when the coil is complete.
Under specified temperature conditions of the glass supplied by the spinneret, the diameter of the fibers collected to form yarns which are wound up correspondingly and undesirably decreases. makes this increase in speed.
As a result, the yardage per unit weight of glass spooled also varies whether the wire is collected at the start or end of the spool.
It has been found that when one of the factors used to form the yarns, such as the temperature of the thermoplastic material emitted from the die, is the speed of rotation of the device. winding which collects the wire to form a coil, is programmed or when it is varied according to a determined regime adapted to the variation of linear speed of weakening, the diameter of the fibers can be kept more exactly uniform.
When such variable conditions are used as regulating factors, such as glass temperature or winding speed, then it is up to the control and regulating apparatus to act with the greatest possible precision to obtain the best results.
Consequently, the object of the present invention is to provide: - an improved frequency measuring apparatus which is intended to give indications or readings of the frequency or other variable conditions measured and which is also intended to give a signal which is a measure of the variable condition and which can be used to correct a programmed variation of this condition or state.
- an apparatus for detecting a condition or condition which can be used to adjust the apparatus exhibiting the condition
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variables - a servart apparatus for producing fibers in which a variable condition or state is set by a program, which condition can be detected, the results of this detection being used to correct the programmed process chosen beforehand.
To achieve these results, the present invention provides a frequency measuring apparatus which comprises means for sampling a signal of the frequency to be measured, means selecting a predetermined period of the sampled frequency signal, and a counter operating under the control. action of the selection means intended to oompce at a predetermined frequency during the selected period of the sampled frequency. The count frequency is greater than the frequency of the signals being measured and therefore the total count that is accumulated in the counter at the end of a chosen period is a measure of frequency.
The selection means may comprise a means responsive to a polarity inversion of the measured frequency. The apparatus may further include means for selecting a second predetermined period of the sampled frequency signal. The counter can be made to be influenced by the second selection means and to act so as to perform its counting during the second selected period.
Means can then be used to compare the total accounts obtained! during the first and second periods to determine the accuracy of the frequency measuring apparatus, or if the first count represented a complete predetermined period,
The present invention also provides an apparatus for detecting, controlling and adjusting a condition or state which comprises means for detecting a varying condition and producing a frequency signal in which the frequency varies in proportion to the frequency. the variation of the condition or state detected.
Such an apparatus comprises means for choosing a predetermined period of the frequency signal and a coptor acting under the action of the selection means and which is intended to count at a predetermined frequency during the chosen period of the detected frequency.
As stated above, the frequency of co @ ptag @ is higher than the signal frequency of the measured frequency, the frequency count being a measure of the varying condition that is detected, as an example of varying conditions that are detected.
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can be detected and / or controlled or adjusted, embodiments have been shown here in which the speed of the winding device which collects the fibers to form a coil, the temperature of a die which contains thermoplastic materials is detected melted, the flow rate of a fluid, the flow rate of particles and a pressure.
In order to act on the variable conditions, one can use means which compare the count of the detected frequency with a standard chosen beforehand, and a means acting under the action of the comparison means which can be used to modify the condition. variable, either by modifying a programmed process chosen beforehand or by directly modifying the variation of the condition.
In particular, the present invention is shown in detail in an apparatus for producing the fibers which comprises means for supplying a series of streams of molten material for forming fibers, a winding sleeve for thinning the threads to form fibers. forming continuous fibers and for collecting these fibers and forming a bundle thereof, and a motor for driving and rotating the socket.
If the apparatus for producing the fibers comprises motor adjusting means including means producing frequency signals to control the speed of the motor, variable drive means mounted to drive the frequency producing means. , and a means supplying programmed auxiliary signals chosen beforehand adapted to the accumulation regime of the braid on the socket to vary the connection between the variable drive means and the means producing the frequency, cn can then use means for detecting and measuring the frequency produced by the means producing it.
By comparing the measured frequency with a desired frequency standard. at the time of deteotion and measurement, a signal is obtained which makes it possible to correct the auxiliary signals according to the results of the comparison of the frequencies.
S1, on the other hand, the apparatus for producing the fibers comprises a temperature measuring device mounted in a control and adjustment means, arranged to provide signals for adjusting a heating means of the spinneret to to maintain the molten mass a given temperature therein means can be used to provide auxiliary signals programmed by means of control and adjustment in order to vary the temperature of the molten mass according to a suitable regime
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to variations in the thinning regime * of * filera, in response to the accumulation of threads in the spool.
In this case, a means for sensing the temperature of the melt and for producing a frequency signal, wherein the frequency of the signal varies in proportion to the change in temperature which is detected, can be used. The frequency signal can be measured, preferably with the aid of a counter, as previously described, which is influenced by selection means for choosing a predetermined period of the signal. The measured frequency can be compared with a standard chosen beforehand and it is possible to use means which act under the action of the comparison means to cause the control and adjustment means or the means supplying the chosen puxiliary programmed signal to be corrected. prior.
Other advantages and characteristics will emerge from the detailed description which follows, made with reference to the appended drawings which give, by way of explanation, but in no way limiting, several embodiments in accordance with the invention.
On these drawings,
Figure 1 shows a general diagram of an apparatus for producing continuous glass fibers; Figure 2 is a front view of the general arrangement of the apparatus seen in Figure 1; Figure 3 shows in graphical form the characteristic of the speed as a function of time of the winding motor, which is desirable for optimally adjusting the diameter of the fibers: Figure 4 is a block diagram showing a circuit which can be used to adjust the motor speed of the winding device to collect the fibers and form a coil;
Figure 5 illustrates in graphical form the desirable characteristic of spinneret temperature as a function of time to achieve optimum fiber tuning; Figure 6 is a block diagram showing a circuit which can be used to adjust the electric current supplied to the die of the apparatus shown in Figures 1 and 2; fever 7 represents an apparatus for measuring a variable condition according to the invention, applied to the measurement of the flow rate of a fluid; FIG. 8 represents the apparatus for measuring a condition varying according to the intention, applied to the measurement of a flow rate through-
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ticles;
and FIG. 9 shows the apparatus for detecting a variable condition according to the invention, applied to the measurement of a pressure.
Although the present invention is described herein by way of example and particularly in detail for the production of glass fibers, it will be seen from the description that it is equally applicable to the production of fibers and others. materials. Further, although the varying conditions which are shown as being subject to measurement and adjustment constitute particular uses of the invention described herein, it should be noted that all embodiments are given only. as an indication and not limiting.
Referring in more detail to the drawings, the general arrangement of an apparatus for forming and winding a yarn as seen in Figures 1 and 2 is used to illustrate the more particular application of the present invention. In FIGS. 1 and 2, there is shown a source of molten glass, such as a melting unit 10, with which is associated an electrical die 11 from which streams of molten glass flow. The die has a series of aligned orifices, of small dimensions, which form the threads from which filaments or fibers are drawn or drawn 12.
The die is made of a conductive material resistant to high temperatures such as platire, and it is provided with terminals 20 at its opposite ends, to which a potential is applied to provide a current of sufficient intensity to heat it to the temperature of thinning desired for the glass.
The force used to pull the fibers 12 out of the material coming out of the die 11 is provided by a winding apparatus such as the reel 15 of the socket type which winds the yarn 14 formed by the fibers 12 onto a collecting tube 16. winding, in the form of a coil 17 of generally cylindrical shape. The fibers 12 are usually gathered by a sizing gathering and applying apparatus 13 at a point between the forming tube 16, the spool and the spinneret 11. A sizing fluid. can be supplied to the collecting apparatus 13 from an external source (not shown; through a tube 19 disposed above the collecting apparatus.
After formation, the wire 14 is forced to move transversely on the collecting tube 16 by a reciprocating device made of spiral metal wire 18, mounted on the reel 15.
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Figure 3 rcprca -.- nto t -. "1" Lphi'1ue: ne! '\ T unn f, m ("' tone in the form of a ramp or psnte or in other words, the way to make arier by step the speed of the winder motor with respect to time, in order to efficiently ensure the uniformity of the fibers making a whole cycle X of format; or of a bundle. Each step of
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variation of the speed of the reel corresponds to an X cycle of forming a package.
At the start of an X cycle, the speed of rotation of the reel motor and the bush is maximum, while during the X cycle, the reel speed is gradually reduced to a value. minimum which compensates for the increase in linear speed of the yarn and fibers due to their accumulation in the spool. During period Y of the graph, the completed spool can be removed and another collector tube can be placed on the bushing, or, on more advanced winding mechanisms, another bushing can be advanced to a position. spotted collection of threads.
During period Y, the speed of the winder can be brought back to the initial value which it presented at the start of a cycle for forming a coil to prepare for the start of another cycle. The speed variation of the reel during the period Y can be carried out easily before the
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coil forming cycle is ready to co-start again.
I, Figure 4 shows an arrangement for providing fibers of uniform diameters by thinning a series of fibers at an uonetante linear speed at the outlet of a die. The constant linear speed of thinning is obtained, in this case, by increasing the speed of the motor 30 of the reel according to the
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yarn accumulation regime in the spool which is wound on the sleeve 15 of the reel. The reel socket 15 is driven by the motor 30 which, in this embodiment, may be a frequency sensitive variable speed motor.
The means for adjusting the speed of the motor comprises an adjusting motor 40
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driving a three-phase alternating-current generator 42 by 11 im..ermedia1r & a r # .gr..etic clutch 41, a sele-tooth function generator 43 controlling the connection made by the magnetic clutch between the motor of command 40 and the general
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three-phase trice d2. In this mode of rpa7 i srt ion, the control motor 40 is preferably a synchronous motor at constant speed.
The Iü9-gii.étique clutch 4 this, advantageously, a clutch '1') and the glisaer.ent can be adjusted in response to pre-selected programmed signals from the generator. 43 of the
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floss-tooth function. The bristle tooth function generator provides programmed signals which in an advantageous way correspond to the accumulation of the yarn in the bundle which is wound up, in order to obtain the ramping function of the motor of the machine. reel shown in figure 3.
To ensure that the reel motor 30 is driven at the desired speed, a frequency sensing and measuring means provides frequency signals which correspond to the speed of the motor. The frequency produced by the AC generator 42 is sampled by a gate 50. The gate 50 can be made to pass the sampled signal by receiving signals from a clock timer 44, which can be made to pass the sampled signal. Also control the function generator 43 in the form of a ramp and a door timer 51.
A signal from clock timer 44 indicates that the speed of reel motor 30 is actually set at this time by generator 43. Clock timer 44 can also be set to provide a clock signal. conditioning at the start and / or at the end of a coil forming cycle, at predetermined intervals during the coil forming cycle, or throughout this cycle.
Door timer 51 can be used to give a predetermined sampling period. Door timers can be used at a series of stations so that the time of the same frequency measuring device is shared by a series of stations. That is, a main door timer with a series of outputs can be arranged to successively open doors for signals sampled from a series of stations to send them to the station. frequency measuring device 3. Likewise, a series of door timers, each comprising only one output, can be set so as to successively open doors connected to different stations.
Door timer 51 can be set to keep the door open. for a predetermined period of time. In one embodiment, the door timer is preferably set to keep the door "open" for a minimum of a period and a half of the frequency being measured. Normally, the signals from the clock timer and the door timer must occur simultaneously to "open" door 50 ...
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A counter 54 has a counting frequency rate which is relatively high compared to the measured frequency, for example, the frequency of a digital computer counter may be on the order of four megacycles per second. The counter can count for a pre-terminated period of time or for part of a cycle of the measured frequency. The audited count or total count at the end of that predetermined period or part of the cycle is a measure of the sampled frequency, because the count is a measure of the time spent during that period or part of the cycle.
If the counter frequency is four megacycles, and the measured frequency is 120 cycles or periods per fertile, then the counter accumulates a total of 332,000 counts during one cycle. Therefore, if a counter accumulates the total shown above for one cycle, then the frequency of the sample being measured is known to be one hundred and twenty cycles per second. Likewise, if the counter accumulates half of the total indicated above during half of a cycle, we still know that the frequency is one hundred and twenty cycles per second.
Other fractional ratios and multiples thereof or whole cycles can be used in the same way to give a measure of the frequency which is sampled.
In order to use the counting system, the apparatus must operate so as to choose a known part or the whole of a cycle, or alternatively a multiple of cycles or ae periods at the frequency which is measured. The means for choosing a predetermined period or part of a cycle include in this embodiment a squaring circuit 52 which receives the sample and transmits it in a substantially square wave and a signal generator. zero crossing.
While a number of means can be used to mark the start and end of a predetermined period or part of a cycle, one of the most suitable means for the present invention is to use a blackout. which derives a signal from a rectangular or square wave when it changes polarity (or passes through a zero amplitude level) at the time that marks the half-period. The half-period signal can be used as a pulse to reset counter 54 to start a new counting cycle.
If it is desired as part or counting period an entire cycle or multiples of half of the cycle, the generator of the zero crossing signals can include a combination of flip-flops
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or other counter so that a predetermined number of zero crossings must occur before the "reset" or reset pulse is applied to the main counter 54. Using a number of zero crossings to set the count period can be useful when the difference or the relationship between the count frequency and the measured frequency is not very large.
Counter 54 can begin to accumulate a count from the time it begins when it receives the measured frequency signal from gate circuit 50 until it receives the first signal, reset or reset. zero crossing generator 53. However, it is not known whether this constitutes the predetermined period part necessary for the measurement.
To determine whether or not the predetermined period has elapsed, a number of methods can be used.
First, it is possible to ensure that the counter 54 is only sensitive to the zero crossing of the frequency which is measured. In this way, the counter would only act to take readings or give indications after a first reset signal was followed by a count period and a second reset signal. This can be achieved by providing a gate 61 between the output of a counter memory 70 receiving the output of counter 54 and a converter 62 and a frequency indicating device G3.
Gate 61 can be "opened" in response to a first signal and a second reset signal which are applied through a circuit such as flip-flop 60 which passes only one signal in two. . The count stored in counter memory 70 can then be transmitted through gate 61 to converter 62 which transforms the accumulated count into the correct frequency, which is then indicated in device 63 which indicates the frequency. It is desirable, in this case, to apply to memory 70 of the counter a delayed reset signal through a timer circuit 72 and from the zero-pass generator 53, in order to clear the memory. counter to prepare it for the next measurement.
As a second method of determining whether the correct period has elapsed or not, a count accumulated in counter 54 before a reset signal is stored in memory 70. The next count is then compared with the count stored in memory.
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memory 70, for example using a subtraction set 71.
If the counts are the same or their difference only matches a predetermined tolerance, then the two count periods must have been substantially identical and the requirement of the predetermined period is satisfied. The accumulated count for either period or the total of the two periods can then be used to express the frequency being measured. If the counts are not identical or if they do not fall within a predetermined tolerance, the comparison of successive periods is continued until the counts fall within the accepted tolerance limits.
The need for a tolerance is often due to the fact that the elements of the squaring circuit52 are such that the latter is incapable of rendering sufficiently vertical the edges before the rectangular waves. If a slope is left in the leading edge of the rectangular wave, the timing of the recovery signals from the zero crossing generator 53 may be slightly offset.
Once the sampled frequency has been measured, the result can be used to correct the signal applied by the generator 43 of the sawtooth function, if there is a difference from the desired frequency that is. applied to the motor 30 of the reel.
A first method for using the sampled frequency consists in comparing that which comes from the memory 70 of the counter with a frequency provided by a programmed memory 80. In this case, it is unnecessary to transform the count of the memory 70 because the memory programmed can provide the comparison frequency in the form of an account. Note that the programmed memory 80 can be controlled by the. clock timer 44 which controls generator 43 such that the comparison frequency output by programmed memory 80 is the correct frequency for the chosen part of the cycle of the ramp-shaped or act-toothed function .
If the measured frequency and programmed frequency counts are the same or if they differ only by an allowable tolerance. No correction signal is supplied by the comparison circuit 81 to the generator 43. If there is a difference, a signal which corresponds to that difference is applied to the generator 43 to correct the control of the magnetic clutch 41.
A second method of using the sampled frequency
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consists in sending a signal coming from the memory of the counter via a gate 75; directly to the generator 43 of the floss tooth function to allow an internal comparison with a program chosen beforehand in the generator 43.
Gate 75 can be "opened" to pass the signal from memory 70 in response to a signal from a tolerance set 74. Tolerance set 74 provides the conditioning signal in response to. a subtraction indicator element 73 based on the subtraction set 71 which indicates that the difference falls within the prescribed tolerance when successive count periods are compared.
It is possible to use, without departing from the scope of the present invention. comparison and correction methods different from those indicated above. Switches are shown on the various conductors so that a particular method can be selected.
Because differences are calculated between successive periods, the circuit of Fig. 4 can also be used to measure the rate of change of a frequency which is detected.
Figure 5 shows graphically a function in the form of a ramp or a slope, or in other words, la. This is how to vary the die temperature over time in order to efficiently obtain uniform fibers throughout the pack forming cycle. Each temperature variation step corresponds to the packet formation cycle X. At the start of cycle X, the temperature of the die is at a minimum value while during the cycle it gradually increases to a maximum value which compensates for the increase in speed due to the accumulation of the wire at the end of the cycle.
During period Y, of figure 5, while the package is removed and another collet tube is placed on the sleeve (or on some winding mechanisms that another sleeve is put in a marked position) , the temperature of the die is reduced to the initial value which it exhibited at the start of the cycle in order to prepare for the start of another cycle X for forming a bundle. It has been found that this temperature reduction can be effected for a very short period of time by cutting off the flow of current through the die.
Due to the high temperature difference which exists between the die and the surrounding atmosphere, the duration of the neoeair period to obtain this temperature reduction is of the order of a few seconds and it
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is fast enough not to delay the start of a subsequent packet formation cycle. In other words, the temperature reduction can be effected by using the time elapsing during the period which is usually required to dispose of a new roll-off tube for making a new package.
FIG. 6 shows an electrical circuit and associated controls serving to supply energy for heating the die 11. Generally, the power circuit comprises a saturable inductor 122 in series with a power transformer for the die. The die is connected by means of its terminals 20 to the terminals of the secondary winding 124 of a transformer of
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power while the primary of transformer winding 123 is mounted in seile with saturable inductor 122. The series circuit is connected to appropriate supply lines L1, L2, such as for example 440 volts and 60 periods, by means of contacts 125 of a circuit breaker and by two conduc- tors protected from an appropriate melange by fuses.
The commands used to adjust the current intended for the power circuit can be emitted by a unit 129 of the conventional type of detection and adjustment of the temperature, such as an in-
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appears to be of the type well known as a "tlheeloo" assembly which can be arranged to operate in conjunction with a thermocouple 126
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temperature detection. This assembly operates to sense the temperature of the die by means of thermoouple 126 and to signal the temperature to a measuring device provided with means for pre-setting the desired temperature.
When the temperature signal applied to the coil varies with respect to a preset value, the assembly operates so as to provide a correction signal to the power circuit by means of the saturable inductor, in order to adjust the current intensity for the desired temperature. However, the remulator assembly not only receives the signal from thermocouple 126, but
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also an auxiliary signal which in fact corresponds to an erroneous temperature ld.gJal supplied by a set 127.
The 8elt with 8atu.rabl core. 122 has an associated continuous coil 130 which, when energized, increases the concentration of: tl ,. in the choke, in an owraotristic manner following its ahantation curve. The energy for the winding of the continuous current 130 is supplied by the unromble temperature regulator 129. LoI'8 (U the concentration of flux in the Mit 12Z at
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saturable core is high on the magnetization curve, such that at a point which is just below the bend of the curve, the induotive reactance of the choke is minimal and the current supplied to the transformer by means of its primary is, correspondingly, to a maximum value.
When, however, the intensity of the continuous current in the winding 130 is a little lower, so that the concentration of the flux in the choke stops in the region of a point which is far below the elbow of the coil. the curve, the inductive reactance of the choke is more appreciable and the intensity of the current in the primary of the transformer is therefore lower. In this way, the value of the direct current 'passing through the winding 130 determines the value of the reactance which is in series with the transformer and consequently determines the quantity of electrical energy supplied to obtain the desired temperature of the die 11.
As previously noted, it has been found that by gradually increasing the temperature of the spinneret as increases in fiber thinning rate occur, fibers of uniform diameter throughout the entire process can be produced. of each of the pack-forming cycles, for Each pack that is wound. That is to say that when the thinning speed increases due to the accumulation of the yarn in a bundle, a progressive increase in the temperature of the die according to a corresponding regime, results in the establishment of compensating variations in thinning factors allow the production of fibers of uniform diameter with very tight tolerance.
Looking at the operation in a more fundamental way, it seems that the gradual increase in the temperature of the glass actually causes the glass to flow more freely through the die. In this way, more molten material is available as the thinning rate increases thereby keeping the diameter of the glass fibers uniform.
The gradual increase in temperature can be obtained by applying, via assembly 127, an erroneous temperature signal to control assembly 129, together with the temperature signal applied thereto by thermocouple 126. L 'set 127 this connected to the regulator assembly 129 in series with the ther- couple and it this arranged so as to oppose the signal of the thermooouple when the latter increases, so as to indicate in an erroneous manner to the assembly 129 that the temperature of the die
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gradually.
That is, the control assembly receives an erroneous temperature signal which causes the current through the die to gradually increase and thereby produce a gradual increase in the die temperature.
Several types of circuit arrangements can be adopted to provide this erroneous signal. Oirouite arrangements which are suitable for producing erroneous signals such as that shown in block form at 127 in Figure 6, are described in Figure 6.
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U.S. Patent No. 3,126,268. Sheet metal biroute include means providing auxiliary signals programmed by means of controlling the heating of the die melt
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11 in order to vary the size of this melt at a rate which corresponds to the changes in the starch level of the fileta, in response to the accumulation of yarn in the bundle.
As shown in the aforementioned United States patent, such a circuit can be constituted by the circuit of a vacuum tube which extends the load characteristic of a resistor - * capacitor circuit to provide a function in the form of a vacuum tube. ramp or a progressively increasing direct current signal arranged in such a way as to oppose the thermooouple signal.
The ramp-form function signal is preferably output at the time of closing of a switch 128 which is suitably associated with the winding apparatus to be actuated when the winder begins a reel. winding cycle of a package. The switch can be conveniently associated with the
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reciprocating mechanism of the reel, so as to operate in this manner.
The switch 128 can also be arranged conveniently from mnn1l'6 to and: automatically open the wrapping apparatus being stopped automatically when the packet has ausnuated up to, its full dimension which can be determined by carrying out winding for a given period of time, so as to ac; h9- ver the package forming oyol.
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Of. made of tiny 8 fiber diameters which '* ## gets with newer prooédés, it is extremely desirable to be able to check whether the temperature of the melt is responding or not
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oorreotsssnt to the ramp-like function provided by set 127.
To obtain this result, we use. means sensing the temperature of the melt and producing a frequency signal in which the frequency signal varies in proportion to the
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temperature variation that is detected. In Fig. 6 this is done using an oscillator circuit, or a frequency producing circuit 140 which includes temperature sensitive elements such as crystals 141 and 142. One of the temperature sensitive elements such that the element 142 can be thermally insulated or it can be maintained at a predetermined fixed temperature.
The other temperature sensitive component, 141, is arranged to sense the heat of the molten body which is contained by the die 11. Due to the differences in temperature, the components 141 and 142 generate or pass frequencies. different. A differential or comparison circuit 143 is used to compare these frequencies and to provide an output applied to a frequency measuring assembly 144 which varies in proportion to the change in temperature of the melt.
The frequency measuring assembly 144 comprises a means for measuring the frequency, as shown in FIG. 4, and for applying an output to a comparison circuit 145. The comparison circuit 145 also receives an input d 'a standard 146 chosen beforehand. This standard chosen beforehand can be in the form of a count of a frequency, or in a form comparable to the input received from the set 144 by the comparison circuit 145. The set 146 which provides the name chosen beforehand preferably varies in steps over time depending on the part of the packet-forming oyol which is the object of the measurement. This can be achieved by taking as a reference the regulator assembly 129 eu by connecting to it.
Alternatively, the switching means 128 can be used to connect the assembly 146 providing the standard chosen beforehand so that it acts to provide successive sets of standards comparable to the part of the cycle which is measured. A clock timer can keep the operation of assembly 146 in phase with the packet formation cycle. As another variant, the assembly 146 can provide an input to the comparison circuit 145 from a memory of a computer which is programmed so as to provide the standards according to the time elapsed during the cycle of formation of a coil or packet that is detected.
The comparison circuit 145 oompares the signals received from the set 144 and from the set: 46. If there is a deviation from the norm, a correction signal is applied from the control circuit.
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comparison 145 to the control circuit As can be seen in FIG. 6, this correction signal can be applied to the assembly 129 which supplies the erroneous temperature signal. Other suitable connections can also be made to correct the auxiliary signals programmed according to the difference between the standard chosen beforehand and the actual results of the control means, at that moment.
It can thus be seen that an extremely tight adjustment can be applied to the production of the fibers. This is particularly important because the fibers produced are also produced with diameters falling within a range which is extremely close to the minimum values of diameters obtainable.
That is, if the temperature of the molten material in the die 11 or the speed of the thinning means varies slightly beyond the tolerance limits set by the controls when producing dyed fibers. With a minimum diameter, this can result in "breaks" in the fiber-producing apparatus, leading to downtime and loss of production. Therefore, it is extremely important that such varying conditions used for the production of the fibers are regulated in a very narrow manner. Even when set in a narrow manner, varying conditions may be forced to vary by spikes in the power line, variations in ambient temperature conditions, etc.
Referring to Fig. 7, there is shown another embodiment of the apparatus for detecting and adjusting a condition according to the invention which comprises means for detecting varying conditions of flow rate of a. fluid. The apparatus of Figure 7 includes means which are fed by the flow of a fluid to produce a signal of frequency A, in which the frequency of the signal varies in proportion to the rate of flow of the fluid. . Such a means responsive to the flow of a fluid may be a propeller or a turbine 150. The propeller or turbine 150 may be mechanically or electrically connected to a means for producing a signal of frequency A.
In addition, the movement of the propeller or turbine can be deteotated by vibration sensitive means which converts the received signal into a frequency signal proportional to the flow rate of the fluid.
Referring to Figure 8, an apparatus is seen in which the variable condition which is measured is the particle flow rate.
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The means for detecting and producing the signal, in this case, include a frequency generator 160 comprising an adjustable element 161 which in this case may be an adjustable capacitor or an adjustable inductor in the circuit of an oscillator and serving to vary the output frequency. The particle flow responsive means may in this case include weighing means 165 including indicating means 166. Indicating means 166 can be coupled to adjust the adjustable component 161 to vary the output frequency signal A by. the whole 160 in proportion to the particle flow.
Weighing means 165 may be sensitive to the weight of the flowing particles, or it may be moved along a conveyor having a weighing section.
Fig. 9 shows an apparatus in which the variable condition which is measured is pressure and in which the means for detecting and generating a signal includes means 170 for detecting the measured pressure and including means indicating - motor such as a movable diaphragm 171. Again, a means 175 producing a frequency can be used and have an adjustable element 176, which can be a capacitor or an adjustable inductor mounted in the circuit of an oscillator. , acting under the action of the indicating means 171 by varying the output frequency of the means 175.
- The diaphragm can be mechanically connected to the adjustable element 176.
Although direct links have been shown in Figures 7, 8 and 9, it should be noted that a variety of optical or other indicator systems can be used, which are infinitely more sensitive to small variations in order to to adjust the output of the means producing the frequency.
If a mechanical link is not sufficiently refined to register small variations and give the desired output frequency variation, optical or light systems can be used which influence the output or the behavior of light sensitive elements. light, including many of these found in the field of transistors today, in order to produce the desired small variations,
In Figures 7 through 9, the frequency signal A produced can be measured by the apparatus described above to give a measure of the varying condition. The measurement of the variable condition can be used to directly modify this condition or to modify a programmed auxiliary signal which controls or regulates the variable condition.
It goes without saying that the present invention has been described and represented for explanatory purposes but in no way limiting, ot that any equivalence can be introduced into its constituent elements without departing from its scope defined by the appended claims.