[发明专利]一种塑料微管双气辅挤出用气体流量闭环控制装置和方法

权利要求书

1.一种用于塑料微管双气辅挤出的气体流量闭环控制装置，包括挤出单元(1)、双气辅单元(2)、测量单元(3)和控制单元(4)；其特征在于：所述的挤出单元(1)沿着塑料微管流动方向依次由挤出机(1-1)、口模(1-2)、冷却定径水槽(1-3)、牵引机(1-4)构成；所述的挤出机(1-1)为单螺杆或双螺杆挤出机；所述的口模(1-2)为双气辅挤出口模，内含内气辅气道、外气辅气道和熔体流道，口模(1-2)沿熔体流动方向依次主要由连接段、分流段、压缩段、定型段、气辅段构成，具体包括：连接管(1-2-1)、法兰(1-2-2)、机头体(1-2-3)、分流锥(1-2-4)、分流支架(1-2-5)、芯棒(1-2-6)、内口模(1-2-7)、压圈(1-2-8)、外气辅圆筒(1-2-9)、内气辅进气螺栓(1-2-10)、外气辅进气螺栓(1-2-11)和螺钉(1-2-12)构成；所述的冷却定径水槽(1-3)位于口模(1-2)出口处；所述的牵引机(1-4)为变频电机驱动的牵引机；所述的双气辅单元(2)由主气辅气路(2-1)、内气辅子气路(2-2)和外气辅子气路(2-3)构成，其中，主气辅气(2-1)路沿气体传输方向依次由空气压缩机(2-1-1)、气阀(2-1-2)、储气罐(2-1-3)、减压阀(2-1-4)和三通阀(2-1-5)构成，内气辅子气路(2-2)和外气辅子气路(2-3)沿气体流动方向均依次由气体质量流量控制器(2-2-1)、气体质量流量控制器(2-3-1)、流量计(2-2-2)、流量计(2-3-2)、气体加热器(2-2-3)和气体加热器(2-3-3)构成；所述的测量单元(3)主要有超声探测器(3-1)和表面粗糙度检测仪(3-2)，所述的控制单元(4)由信号放大器(4-1)、信号采集卡(4-2)和计算机(4-3)构成。

2.根据权利要求1所述的一种用于塑料微管双气辅挤出的气体流量闭环控制装置，其特征在于：所述的口模(1-2)和机筒由连接管(1-2-1)进行连接，并由法兰(1-2-2)进行固定。

3.根据权利要求1所述的一种用于塑料微管双气辅挤出的气体流量闭环控制装置，其特征在于：所述的口模(1-2)中，内气辅气体和外气辅气体进入气辅段部分时，其内气辅和外气辅的进气狭缝与定型段成一定角度，且角度范围为0-90度。

4.根据权利要求1所述的一种用于塑料微管双气辅挤出的气体流量闭环控制装置，其特征在于：所述的三通阀(2-1-5)，将气辅主气路分为内气辅子气路(2-2)和外气辅子气路(2-3)两部分。

5.根据权利要求1所述的一种用于塑料微管双气辅挤出的气体流量闭环控制装置，其特征在于：所述的测量单元(3)中的超声探测器(3-1)、表面粗糙度检测仪(3-2)分别与控制单元(4)中的信号放大器(4-1)、信号采集卡(4-2)和计算机(4-3)依次电气连接。

6.一种塑料微管双气辅挤出用气体流量闭环控制方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，将塑料原料通过挤出机(1-1)进料斗加载入机筒内，开启挤出机(1-1)电源，设置好加热器的温度，对挤出机(1-1)的机筒进行加热，时间约30分钟后，达到指定的加热温度，此时机筒内的塑料经过加热变为熔融熔体；

第二步，在熔体加热期间，开启双气辅单元(2)中的空气压缩机(2-1-1)，同时开启气阀(2-1-2)，将空压机出口与储气罐(2-1-3)进行连接，空气压缩机(2-1-1)工作，将空气压缩进入到空气压缩机(2-1-1)自带的小储气罐后，经过耐高压输气管送入储气罐进行存储，当气体压力达到0.7MPa时，空气压缩机(2-1-1)自动停止工作；

第三步，开启挤出机(1-1)的电机，调整好电机转动频率驱动螺杆在机筒内进行搅拌，将熔融塑料进行充分塑化、均匀分布，并同时将熔融熔体输送至机筒出口，由口模(1-2)的连接管(1-2-1)进入到口模熔体流道中，然后熔体依次经过分流段的分流锥(1-2-4)进行分流形成环形熔体，然后在经过压缩段进行压实处理，接着再经过内口模(1-2-7)和芯棒(1-2-6)构成的定型段流道；

第四步，开启储气罐(2-1-3)出口减压阀(2-1-4)的阀门，调节储气罐(2-1-3)出口压力，使从储气罐(2-1-3)出来的压缩气体以一定的压力输出，经过三通阀(2-1-5)分成内气辅子气路(2-2)和外气辅子气路(2-3)，再依次经过气体质量流量控制器(2-2-1)和气体质量流量控制器(2-3-1)控制气体的流量，由流量计(2-2-2)和流量计(2-3-2)对气体流量进行显示，再经过气体加热器(2-2-3)和气体加热器(2-3-3)对内气辅和外气辅气体进行加热，最后将一定流量并加热后的气体分别经过内气辅进气螺栓(1-2-10)和外气辅进气螺栓(1-2-11)进入到口模(1-2)的内气辅流道和外气辅流道中去；

第五步，当熔体经过定型段后，再经过内气辅和外气辅共同作用的气辅段，此时，内气辅气体由内气辅进气螺栓(1-2-10)进入到分流支架(1-2-5)和芯棒(1-2-6)的内气道，由芯棒(1-2-6)中间某个部位输出，在芯棒(1-2-6)的外壁面和环形熔体的内壁面之间形成内气辅气体层；同时，外气辅气体由外气辅进气螺栓(1-2-11)进入到内口模(1-2-7)和外气辅圆筒(1-2-9)构成的气室中，再经过狭缝进入到环形流道中，在环形熔体外壁面与口模内壁面之间形成外气辅气体层，经过内气辅和外气辅气体共同作用下挤出的塑料微管，在牵引机(1-4)以一定的牵引速度作用下连续挤出，并进入到冷却定径水槽(1-3)中进行冷却处理；

第六步，冷却后的塑料微管依次经过超声探测器(3-1)和表面粗糙度检测仪(3-2)，分别进行管径和表面凹凸程度的检测，然后，超声探测器(3-1)和表面粗糙度检测仪(3-2)将探测得到的塑料微管管径信息和表面粗糙度信息转换为对应的电压信号，并依次经过信号放大器(4-1)将电压信号进行放大处理，经过信号采集卡(4-2)对管径电压信号和粗糙度电压信号进行采集并转换为对应的数字信号，再由数据总线传输到计算机(4-3)进行分析处理；

第七步，由计算机(4-3)设置管径阈值V1和粗糙度阈值V2，将采集得到的实时管径电压信号和粗糙度电压信号与设置好的管径阈值和粗糙度阈值进行比较，根据对比后的判决，由计算机(4-3)输出指令，将实时管径电压信号与设置好的管径阈值的差值信号ΔV1，以及实时的粗糙度电压信号和粗糙度阈值之间的差值信号ΔV2，经过数据采集卡(4-2)的I/O接口，输出到气体质量流量控制器(2-2-1)和气体质量流量控制器(2-3-1)的输入端，来自动控制气体质量流量控制器中电磁阀的开合度，从而实现对气体流量的精密控制；

第八步，经过气体质量流量控制器(2-2-1)和气体质量流量控制器(2-3-1)调节后的内气辅气体和外气辅气体，经过流量计(2-2-2)和流量计(2-3-2)进行流量显示，再由加热器(2-2-3)和加热器(2-3-3)加热，由内气辅进气螺栓(1-2-10)和外气辅进气螺栓(1-2-11)进入到口模(1-2)中，然后，再重复第五步至第七步的步骤，最终实现稳定的塑料微管双气辅挤出操作。