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电容塑膜厚度传感器及其在线检测系统研究

李玉明  
【摘要】:在塑料薄膜制造行业中,厚度是最重要的物理指标。薄膜厚度的均匀性直接关系到产品使用性能、等级品率及产品的销售价格。对于包装薄膜POF,例如餐具的包装膜,在受热收缩时薄的地方更容易破裂;对于涂覆薄膜,如大棚膜(PVC聚氯乙烯),其表面会涂一层防雾剂,薄膜厚度不均匀会造成涂层的厚度不均匀,降低薄膜的使用寿命。本课题研究开发薄膜生产在线厚度检测系统可以及时的调节和纠正生产线的工艺参数,减少次品率,节省原材料。共面电容式测厚系统的研制与应用是实现在线测量的重要方法之一,对提高塑膜产品质量和降低产品的原料消耗将起决定性作用。 目前国内整个塑膜制造行业配备的测厚仪比例非常低,主要配套为国外产品,由于进口测厚设备价格昂贵,只有少数经济实力及规模比较大的生产厂家配备。没有配备薄膜测厚系统的厂家只能凭经验或人工的办法进行后序测量,无法生产过程中保证产品的质量。 本课题测量塑料薄膜厚度过程原理是:经特殊设计的共面式电容传感器将塑膜厚度的变化转换为电容量的变化。精密正弦波激励源产生标准正弦波,对测量信号进行幅度调制后,经过精密仪用宽带放大电路进行积分运算放大,再进行全波整流电路和有源滤波电路进行解调,得到与被测膜厚相对应测量信号,校准放大电路对测量信号进行校正,实现了塑膜厚度到电压信号的转换。电压信号经过A/D数据采集卡,通过RS-485总线将电压信号上传到上位机,上位机软件对电信号进行数据量化处理、同步温度补偿及实时厚度波动的极坐标曲线和趋势曲线显示,并将测量的厚度剖面准确对应到模头螺栓的位置上,以便对厚度进行调节和超限报警。 本文首先对塑料薄膜测厚国内外的发展现状进行概述,随之展开电容式塑膜厚度检测系统的设计。其中电容塑膜厚度传感器探头的设计是重点,然后介绍检测系统的硬件,重点讲了检测机理电路的设计,包括正弦波振荡电路、运算式测量电路、全波整流电路、有源滤波电路、精密低噪稳压电源等。系统软件的设计分为底层程序设计和上层界面设计,底层程序包括串口通讯模块、数据处理模块、温度补偿模块和数据记录与查询模块。上层界面主要包括极坐标轮廓图、实时趋势图、参数设置界面和记录查询界面。最后介绍传感器的静态标定和系统的误差分析。


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