專利名稱：一種自動控制熱塑物件之間熔合過程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動控制熱塑物件之間熔合過程的方法。
所謂電熔合接頭(electro-fusion joint)(以下稱為‘EF接頭’)可以并且已經(jīng)用于把一個物件與另一個物件作固定連接。用熱塑樹脂制成的那些物件的例子包括水管、排水管以及煤氣管。每個EF接頭包括一個殼體以及嵌于其中的加熱電線，該殼體也是用合適的熱塑樹脂做成的。把電流供給加熱電線，用來對熱塑接頭和管子加熱并使它們部分熔化，從而使它們互相連成一個整體。
現(xiàn)有技術(shù)的電熔合控制器(下面稱為‘EF控制器’)有一些適于對加熱電線供電的控制方式。那些與EF接頭的類型有關(guān)的控制方式存儲在EF控制器的存儲裝置中。為自動控制熔合過程的電功率，將針對所用的EF接頭選用最合適的控制方式。
然而，在加熱電線(即電阻器)的電阻和溫度系數(shù)方面，不同制造商的EF接頭的電特性是互不相同的。一臺EF控制器只能與一種類型的EF接頭相匹配，因此，管道工由于必須備全各種各樣的EF接頭而受到經(jīng)濟(jì)損失。
因此，本發(fā)明的一個目的是對所有類型和每種類型中的各種熱塑管子和接頭提供一種自動控制熔合過程的方法。
這里提供的方法包括如下的步驟(1)響應(yīng)于指示熔合過程開始的起始信號，把電流供給電阻器，該電阻器用作把熱塑樹脂的相對并且互相緊密接觸的表面層熔合在一起的加熱器，當(dāng)電功率增加到預(yù)定電平時，計算電阻器的電特性，還通過對電阻器作通-斷控制，計算樹脂的比熱；(2)在相繼的一些階段中，逐級地增加電功率，并且根據(jù)已在步驟(1)中測得的電特性和比熱，而在每一階段檢測電特性的變化系數(shù)，并且對電阻器作進(jìn)一步的通-斷控制，在每一階段檢測比熱的變化系數(shù)；以及(3)最后，當(dāng)在步驟(2)中測得的比熱的變化系數(shù)達(dá)到或小于一個預(yù)定值時，就停止增加電功率，但仍然繼續(xù)通-斷控制，直到比熱本身等于或小于一個預(yù)定值時，才停止供給電功率。
步驟(3)可以這樣來改變，當(dāng)從所述步驟(3)的通-斷控制開始經(jīng)過一段時間后，就停止供給電功率，這里，這段時間是用在步驟(2)中測得的比熱值計算得的。
按照本發(fā)明，根據(jù)在熔合過程的同時測得的電阻器的電特性以及樹脂的物理性質(zhì)，將為加熱和部分熔化樹脂物件的電功率確定一個最佳電平。這樣，用包括任何種類樹脂做的物件可以成功地和準(zhǔn)確地熔合在一起。
在下述圖中示出了本發(fā)明的一些實施例

圖1是對在實施例中把熱塑物件熔合在一起的熔合過程進(jìn)行自動控制的控制圖；圖2是實施例中的EF接頭和EF控制器的前透視圖；圖3是EF接頭管套部分的剖面圖；圖4是另一種EF接頭的剖面圖；圖5是可熔帶子的前視圖；以及圖6是另一種可熔帶子的前視圖。
把示于圖2的EF接頭和EF控制器用作自動控制熱塑物件熔合過程的實施例，并按示于圖1的控制圖來控制其熔合過程。T形EF接頭1有三個管套部分3，熱塑樹脂管子2的端部將在這些部分被固定地連接起來。從每個管套部分的端面向外伸出一對端部引線腳4。用參照號碼5概括地表示的EF控制器有一塊用來自動控制熔合過程的內(nèi)置的CPU(即中央處理器)。由控制器伸出的控制電線7在其末端有一接頭6與端部引線腳4緊配。由控制器引出的電纜9在其自由端有一個用以插入電源插座的插頭8?？刂破?進(jìn)一步包括起動開關(guān)10、停止開關(guān)11和指示器12。
能把管子2固定在各自的管套部分3。EF接頭1的每個管套3具有在其內(nèi)嵌入了獨立加熱電線13的內(nèi)表面。如圖3所示，作為前面已經(jīng)提到過的電阻器，每根加熱電線13是由芯線和復(fù)以與EF接頭1相同的熱塑材料的包層構(gòu)成的。把加熱電線13加以彎折，形成U形的端部并從該端部延伸出一對平行的腳。把彎折的導(dǎo)線13加以盤繞，嵌在管套部分3的內(nèi)表面之內(nèi)，并使腳的自由端固定于端部引線腳4。
EF控制器5的兩個接頭6與各自的端部引線腳4緊配。
在工作時，把EF控制器5的插頭8插入電源插座，并把管子2的端部插入EF接頭1的管套部分3。在把接頭6接至由管套部分3伸出的端部引線腳4之后，就接通起動開關(guān)10以對EF接頭1開始實施熔合過程的自動控制。
如圖1所示，當(dāng)起動按鈕10接通后，就有一起始信號送至CPU，以開始控制過程。說得詳細(xì)些，就是把某個起始強(qiáng)度的功率供給加熱電線13，使它的溫度由環(huán)境溫度T1開始上升。CPU連續(xù)不斷地檢測電壓和電流(即安培)并且計時。
自動控制方法的第一個步驟如下所述。在電功率已經(jīng)到達(dá)預(yù)定電平的一點上，作為電特性來計算電阻的變化系數(shù)。然后，在一段給定的時間內(nèi)，按固定的時間間隔，繼續(xù)對加熱電線作通-斷控制，從而通過例如所謂的PID(即，比例-積分-微分，proportional-inte-gral-differential)計算來確定有關(guān)樹脂的比熱。在這一階段，將粗略地估計出加熱電線的與溫度有關(guān)的電阻系數(shù)和樹脂的比熱。在所描述的實施例中，加熱電線的通-斷進(jìn)行了三次，所述導(dǎo)線的溫度由此在T2和T3之間(更準(zhǔn)確些說，由于系統(tǒng)存在一些延遲，在一稍高于T2的溫度和另一稍低于T3的溫度之間)反復(fù)地升降。從圖1可見，這樣的通-斷操作是當(dāng)電線13的溫度升至T2時開始的，而這個溫度足夠低，樹脂是不會熔化的。(參照符號P1、ΔI1以及ΔT1-ΔT5分別表示電功率的一個峰值、該最高點和最低點之間的差值以及每個最高點和接于其后的最低點之間的時間間隔。)自動控制方法的第二個步驟如下所述。這里，根據(jù)已經(jīng)在第一個步驟中測得的比熱以及電阻的變化系數(shù)，在相繼的一些階段中逐級提高供給加熱電線的電功率。在這一步驟中，在每一階段中進(jìn)一步計算電阻的變化系數(shù)。在每一階段中，通過對加熱電線進(jìn)一步實施通-斷操作，還定出比熱的變化系數(shù)。因而對在第一個步驟中得到的加熱電線與溫度有關(guān)的電阻系數(shù)和樹脂比熱的粗略估算值加以判斷，看它們是否準(zhǔn)確。如果判斷為不準(zhǔn)確，則這些值可以在本步驟中校正。在本步驟中，將為樹脂建立一個最合適的加熱條件。在所描述的實施例中，把電功率升高了四次而達(dá)到越來越高的電平，并在每個階段中進(jìn)行一次通-斷操作。更詳細(xì)些說，加熱電線13的溫度從T2升至T4，接著降至T5。然后，控制溫度再次從T5升至T6，并隨后暫時降至T7。溫度進(jìn)一步從T7升至T8再降至T9，接著升至T10再降至T11。再最后收斂于目標(biāo)溫度T10。最后一階段，即，本例中的第四階段，對于確定最合適的加熱條件來說是重要的。有這樣一些情形，它們只要一個第一階段就足以建立起熔合過程中最合適的加熱條件，然而也有為此目的而需要五個階段或更多階段的情形。最好將反復(fù)升降階段的最大數(shù)目，例如，限制為10。電源供給應(yīng)在最后一階段(即第10階段)結(jié)束時停止，并發(fā)出報警。無論如何，所描述的間歇地增加加熱電線13的功率供給，對于防止樹脂被加熱到可造成它熱變質(zhì)的溫度而言是有效的。(符號P2-P5，ΔI2-ΔI4，以及ΔT6-ΔT8中的每一個表示電功率在相鄰的最大值之間的差值、一個最大值和下一個最小值之間的差值以及相鄰最小值之間的時間間隔。)本方法的第三個步驟如下所述。當(dāng)在第二個步驟中測得的比熱的變化系數(shù)(更確切些說，在本發(fā)明書中是指其倒數(shù))正好達(dá)到或變得比預(yù)定值小的時候，就停止增加提供的功率。通-斷控制將繼續(xù)，直至比熱本身達(dá)到或變得比預(yù)定值小的時候，就停止供給電功率。在所描述的實施例中，當(dāng)逐漸增加的功率把電線13加熱至最佳溫度T10時，比熱變化系數(shù)將小于預(yù)定值。此后，停止增加功率而通-斷仍將繼續(xù)一段時間以保持加熱電線13的溫度處于其最佳值T10處。在這樣一個達(dá)到平衡的操作中，當(dāng)樹脂溫度趨向電線溫度時，在通-斷操作一周中觀察到電動率差值將逐漸小。這意味著被電線13加熱的樹脂的比熱朝幾乎為零的方向逐漸減小，表明樹脂在熔化。樹脂物件必需的表面部分將以這種方式熔化，而電源供給將被切斷以結(jié)束熔合過程。
可以這樣來改變第三個步驟，從通-斷控制開始，經(jīng)過一段時間后就停止提供電功率，而這段時間是用在第二個步驟中測得的比熱值計算得的。
圖4是可以運用這種方法的另一種類型的EF接頭1a的剖面圖。作為一個整體而言，這個接頭1a是管套形的，它有兩個相對的端部來容納要連接于它的管子2a的端部。本情形中的加熱電線13a是這樣的，它使電兩根管子的端部同時熔化，以與這個接頭變?yōu)橐粋€整體。電線13a是螺旋狀嵌在接頭1a中的裸電線，它在中間區(qū)域繞得較稀而在端部區(qū)域繞得較密。由接頭1a的側(cè)面向外伸出的端部引線腳4a與電線13a的端部相接。EF控制器5的接頭6同樣與端部引線腳4a緊配，而電功率也如同上面所描述的那樣以相同的方式提供。
圖5示出由熱塑樹脂做的可熔帶子14。這種帶子由前基層和后基層15a和15b，以及夾在兩層之間的兩根加熱電線16構(gòu)成。電線16曲折地橫過帶子并在其整個長度內(nèi)延伸。在使用時，從很長的帶子上取用一段長度合適的帶子，把從所截長度一端伸出的電線16的兩個端子在電氣上互相連接。然后把所截的這段帶子附著在或者以其它方式固定在熱塑物件的一部分或者要熔合在一起的那些部分上。而在帶子所截長度另一頭處，使電線16的另外兩個端子與EF控制器5的接頭6緊配，為實現(xiàn)熔合過程，接著要對控制器加以激勵。這種帶子14對于熔合任何在其內(nèi)部沒有嵌入加熱電線的熱塑物件是有用的，并且可用于所述物件的任何表面形狀。在一特殊應(yīng)用中，為提供大尺寸的結(jié)實的不滲透的薄片來復(fù)蓋地下的垃圾坑，可以采用數(shù)條這樣的帶子14，把具有給定寬度的單張熱塑樹脂薄片沿它們的平行邊熔合在一起。這樣的大張薄片可以有效地防止各種有害物質(zhì)透入泥土。即使由于所述單張薄片的形狀和尺寸多種多樣而使可熔帶子14的長度顯著變化，仍可成功地和準(zhǔn)確地使用這里提供的自動控制方法。
圖6示出另一種可熔帶子14a。這種帶子包括作為基層17的碳纖維編織物。用作陰極和陽極的一對電線18附在或固定于基層的縱向邊上。把電線18的端子接至EF控制器5的接頭6以對基層17加熱。也可以取與所描述的第一種帶子14相同的方式，即熔化基層的方式，來使用這種帶子14a。
總起來說，本發(fā)明提供了一種自動控制熔合過程的方法，根據(jù)在熔合過程中同時測得的電線的電特性以及樹脂的物理性質(zhì)，對于加熱和部分熔化樹脂物件用的電線建立起最佳的工作條件。這樣，用包括任何類型樹脂做成的物件都能成功地和準(zhǔn)確地熔合在一起。
在這里提出的方法中，不再需要已嵌入EF接頭內(nèi)的，各種電阻值的，對它先作檢測以明確接頭所屬類型的任何附加電阻器。這樣，現(xiàn)在生產(chǎn)EF接頭就可以更加省錢，而且EF控制器對于其接頭而言的結(jié)構(gòu)也可以簡單。
再者，曾經(jīng)是造成熔合不良的一個消極因素的，在現(xiàn)有技術(shù)的EF接頭與管子之間存在有可變縫隙的缺點如今也不復(fù)存在，由于在熔合的過程中測量樹脂的比熱，因而任何縫隙或間隙將不再以無法預(yù)知的方式對熔合過程產(chǎn)生有害的影響。
權(quán)利要求
1.一種自動控制熱塑物件熔合過程的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)響應(yīng)于指示熔合過程開始的起始信號，把電流供給電阻器，該電阻器用作把熱塑樹脂的相對并互相緊密接觸的表面層熔合在一起的加熱器，在電功率增加到預(yù)定電平時，計算電阻器的電特性，并通過對電阻器作通-斷控制，來計算樹脂的比熱；(2)在相繼的一些階段中，逐級地增加電功率，并且根據(jù)已在步驟(1)中測得的電特性和比熱，而在每一階段檢測電特性的變化系數(shù)，并且對電阻器作進(jìn)一步的通-斷控制，而在每階段檢測比熱的變化系數(shù)；以及(3)最后，當(dāng)在步驟(2)中測得的比熱的變化系數(shù)達(dá)到或小于一個預(yù)定值時，就停止增加電功率，但仍然繼續(xù)通-斷控制，直到比熱本身等于或小于一個預(yù)定值時，停止供給電功率。
2.一種自動控制熱塑物件熔合過程的方法，該方法包括下述步驟(1)響應(yīng)于指示熔合過程開始的起始信號，把電流供給電阻器，該電阻器用作把熱塑樹脂的相對并互相緊密接觸的表面層熔合在一起的加熱器，當(dāng)電功率增加到預(yù)定電平時，計算電阻器的電特性，并通過對電阻器作通-斷控制，來計算樹脂的比熱；(2)在相繼的一些階段中，逐級地增加電功率，并且根據(jù)已在步驟(1)中測得的電特性和比熱，而在每一階段檢測電特性的變化系數(shù)，并且對電阻器作進(jìn)一步的通-斷控制，而在每一級上檢測比熱的變化系數(shù)；以及(3)最后，當(dāng)在步驟(2)中測得的比熱的變化系數(shù)達(dá)到或小于一個預(yù)定值時，就停止增加電功率，但仍然繼續(xù)通-斷控制，直到從本步驟(3)的通-斷控制開始經(jīng)過一段時間后，就停止供給電功率，而這段時間是用在步驟(2)中測得的比熱值計算得的。
全文摘要
一種自動控制熱塑樹脂物件熔合過程的方法是分段完成的。為把樹脂相對的表面熔合在一起，響應(yīng)于起始信號，把電流供給電阻器。當(dāng)功率增加到給定電平時，計算電阻器的電特性，并由對電阻器的通-斷控制，來計算樹脂的比熱。再根據(jù)電特性和比熱，逐級增加功率，并由進(jìn)一步的通-斷控制，確定每一階段上的電特性和比熱的變化系數(shù)。最后，當(dāng)比熱的變化系數(shù)達(dá)到或小于給定值時，就停止增加功率，但仍繼續(xù)通-斷控制，直到比熱等于或小于預(yù)定值時，才停止供給功率，從而為把包括任何類型的熱塑樹脂的任何物件準(zhǔn)確熔合在一起，建立一個最佳的工作條件。
文檔編號B29C65/22GK1120490SQ9411632
公開日1996年4月17日 申請日期1994年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月11日
發(fā)明者熊谷勝 申請人:東亞高級繼手巴爾布制造株式會社, 特殊工業(yè)株式會社