一种印刷机印版温度控制装置及其温度控制方法与流程

本发明属于印刷技术领域，涉及一种印刷机印版温度的控制，具体涉及一种印版温控印刷机印版温度控制装置及其温度控制方法。

背景技术：

近年，需要高速、高度的印刷技术的设计要求有增加的倾向。尤其在进行无水平滑印刷以及网点印刷的情况下，要求绝对的机械精度，且不可缺少各部分的温度管理，但在现实状况下，通过室内设有印刷机的室温管理、墨罐的温度管理、构成墨斗的出墨辊的温度管理来应对。

本来，在实际进行印刷时，印版滚筒的温度管理是重要的，但该温度管理比较困难，现状是对印版滚筒吹拂冷风从而进行冷却。因此，印版滚筒的温度管理不充分，会导致在启动印刷时，尤其在冬季等低温时的启动，由于因环境气体温度的降低，印版滚筒与印版一起成为低温状态，所以，印刷机需要长时间例如一小时以上的预热运转。

在温度达到合适温度之前，墨液的流动性差，想要实现合格印刷，需要大量的调整罐和时间。

在连续印刷后，紧接着出墨辊以及印版滚筒的温度出现急剧的上升，需要对各部分进行冷却。现有情况虽然充分进行了出墨辊的温度管理，但印版滚筒的温度管理不充分，因此，墨液的温度也与印版滚筒的温度上升一起急剧上升，墨液的性能发生变化，由此，墨液的流动状态以及转移性改变，在网点部及细微的设计部或非画线部显现出墨液污损或色不均的情况。操作者每次需要停止印刷线，并清扫印版、橡皮布以及处置向后续工序流出的劣质产品等，这些处理成为体力上的负担。另外，在操作者没有及时发现墨液污损、色不均等的情况下，由于生产了大量的劣质产品，在检查作业时也需要细心的注意，这种情况也增加了工作量。

因墨液的温度上升还会导致的墨液雾化的问题明显化，墨液供给装置各部分的污损变得严重。若供墨部各部分的污损进一步发展，则堆积的墨液飞散、落下，成为产生垃圾的主要原因。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种印版温控印刷机印版温度控制装置及其温度控制方法，通对印版的温度控制，解决了现有印刷机不能良好控制印版温度的情况，大大提高了印刷机的工作效率，减小了工人的工作强度，有效减少劣质印刷品的产生。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种印版温控印刷机印版温度控制装置，该装置包括印版滚筒、控制模块、温度控制模块、动力泵和监控模块，所述温度控制模块包括并联在一起的冷却模块、加热模块和常温管道，所述动力泵设置在连接出口与空气进口的管道上，所述控制模块设置在温度控制模块中的冷却模块上。

所述印版滚筒为中空结构，印版滚筒的两端分别设有空气进口和空气出口。所述温度控制模块上设有进口和出口，空气出口通过管道与温度控制模块的进口连通，温度控制模块的出口通过管道与印版滚筒的空气进口连通。所述监控模块包括四个以上的温度传感器，其中四个温度传感器中一个设置在印版滚筒内，两个分别设置在连接空气出口和空气进口的管道内部，一个设置在温度控制模块上的常温管道外部。温度控制模块的进口设有换向阀，所述换向阀以及监控模块与控制模块通过导线连接。所述温湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片R_ε1和R_ε2安装在半径为r₀的圆形膜片上，半导体应变片受压发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制模块连接信号处理单元用来获得信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。所述半导体检测单元中，一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在以圆形膜片圆心为中心，半径0.89r₀的同心圆的位置上。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路接收的半导体应变片的电阻响应值，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所连接电阻成正比。所述圆形膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r₀的同心圆为界。

本发明有益效果是:解决了现有印刷机不能良好控制印版温度的情况，大大提高了印刷机的工作效率，减小了工人的工作强度，有效减少劣质印刷品的产生。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的传感器中应变片的安装示意图。

图2是本发明的具体实施方式的传感器的结构示意图。

图3是本发明的具体实施方式的应变片的应变分布图。

图4是本发明的具体实施方式的传感器工作原理结构框图。

图5是本发明的具体实施方式的传感器的信号流程框图。

图6是本发明的具体实施方式的脉宽信号转换电路图。

图7是本发明的具体实施方式的印版温控印刷机印版温度控制装置的结构图。

图中1为杯形支座，2为空气密封腔，3为圆形膜片，4为半导体应变片R_ε1，5为半导体应变片R_ε2，6为印版滚筒。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-图2所示，一种印版温控印刷机印版温度控制装置，该装置包括印版滚筒6、控制模块、温度控制模块、动力泵和监控模块，所述温度控制模块包括并联在一起的冷却模块、加热模块和常温管道。所述印版滚筒6为中空结构，印版滚筒6的两端分别设有空气进口和空气出口。温度控制模块上设有进口和出口，空气出口通过管道与温度控制模块的进口连通，温度控制模块的出口通过管道与印版滚筒6的空气进口连通。所述动力泵设置在连接出口与空气进口的管道上。所述监控模块包括四个以上的温度传感器，其中四个温度传感器中一个设置在印版滚筒6内用于检测印版滚筒6内的温度，两个分别设置在连接空气出口和空气进口的管道内部分别用于检测进出印版滚筒6的空气的温度，剩余的一个设置在温度控制模块上的常温管道外部用于检测室温的温度。所述控制模块设置在温度控制模块中的冷却模块上。温度控制模块的进口设有换向阀，所述换向阀以及监控模块与控制模块通过导线连接，控制模块通过接收监控模块采集到的印版滚筒6内的温度信息、空气出口和空气进口处管道内空气的温度信息以及室温的信息控制换向阀的连通方向，即是连通冷却模块、加热模块和常温管道中的哪一个。

为了提高对印版内温度监控的灵敏度和提高响应速度，所述温度传感器使用解析法从多种因素激励中分离出相应的转换响应，设计了弹性膜片和杯行支座组成的干燥空气密封腔，并在圆形膜片3外表的圆心和靠周边的合适位置各配置半导体应变片。以此装置来接收空气中的多种激励信息，再经过二次变换和信号处理后，就可得到室温，相对温度和大气压等数据信息。温度量程为-10-40℃，RH％量程为0-100％，水汽分压量程为7500Pa。该装置中没有传统湿敏元件的时滞长、不稳定性和难以维护保养，从而本装置在恶劣环境中保持转换精度的长期稳定性，并便于维护。

所述温度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片R_ε14和R_ε25安装在半径为r₀的圆形膜片3上，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制模块连接信号处理单元用来显示信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。

所述半导体检测单元中，两个半导体应变片的电阻变化量相等，其中一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在半径0.89r₀的同心圆的位置上。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路中的电阻，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。所述圆形膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r₀的同心圆为界。所述信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值。所述信号处理单元中设有温度饱和水汽分压表，信号处理单元利用温度调用相应的饱和水汽分压值。所述温度传感器设置在圆柱形的杯形支座1上，圆形膜片3设置在杯形支座1的上表面，圆形膜片3选用黄铜膜片，杯形支座1和黄铜膜片之间设有空气密封腔2，两个半导体应变片4和5安装在黄铜膜片的表面。

所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感元件的计数之和呈单值对应函数关系，计算出应变片所受差压值、水蒸气分压值和温度值。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，利用温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度。

一种温度传感器的控制方法，所述方法步骤包括：步骤一、连接安装传感器电路，设置两个半导体应变片采集温度和气压；步骤二、调整两个半导体应变片的安装位置，确认两个半导体应变片的电阻变化量相等；步骤三、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单元进行脉宽转换，输出脉宽信号；步骤四、信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量，解析出温度和水蒸气分压信息，计算出待测点的相对湿度和大气压；步骤五、信号处理单元连接控制模块，控制模块接收待测点的温度、相对湿度和气压信息。

所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻半导体应变片之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感电阻的计数之和的对数成反比关系，计算出应变片所受差压值ΔP、水蒸气分压P_W和温度值t。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，根据温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度，式中为相对湿度，P_WS为大气压中在某一温度下的饱和水汽分压力。

一、大气状态参数

道尔顿定律指出，混合大气的总压力等于各组成气体的分压力之和，如公式(1)所示：

P_M＝P_d+P_W(Pa) (1)

式中P_M(Pa)为混合气体的总压力，P_d(Pa)为干燥大气的分压力，P_W(Pa)为空气中所含水蒸气分压力，其中P_W在P_M占最大份额，仅为5％左右，故P_M和P_d压力均比较接近标准大气压。

相对湿度(RH％)的公式为：

式中表示相对湿度，P_WS为大气压在某一温度下，饱和水汽分压力(Pa)，它随温度而变，可通过已知温度查表或由回归拟合曲线方程求得。由公式(1)可得，若通过仪表能测出差压P_M–P_d，即可计算出P_W，再以所测温度，在湿空气密度、水蒸气压力、含湿量对照表中找到P_WS，便可由公式(2)算出相对湿度(RH％)。

二、应变片及其转换特性

传感器中应变片的安装示意图如图1所示，传感器的结构示意图如图2所示，应变片的转换特性及应变分布如图3所示。温集成度相对湿度气压传感器整体是一个圆柱外形外壳，外壳包括杯形支座1和黄铜膜片，黄铜膜片覆盖在杯形支座1上，二者之间形成一个空气密封腔2，两个半导体应变片安装在黄铜膜片上，通过测量半导体应变片的电阻变化计算出温度传感器安装环境中的温度、相对湿度和大气压数据。分析计算温度、相对湿度和大气压所需的二次转换单元、信号处理单元可以安装在黄铜膜片上，也可以安装在杯形支座的侧边，通过线路连接传递信号。

混合大气压P_M均匀作用于弹性膜片的外表面，于是圆形膜片两侧的差压为：

ΔP＝P_M–P_re＝P_W+P_d-P_re(Pa) (3)

式中P_re＝4·10⁴(Pa)为密封腔中设定的参照压力，P_d＝101325(Pa)为标准大气压，从而可算出大气中水汽分压力P_W(Pa)

在差压ΔP作用下，圆形膜片表面上应力和应变的分布如下式所示：

径向应力：

径向应变：

式中，本发明中选用黄铜膜片弹性更好，E(Pa)为膜片弹性模量，约为7*10¹⁰Pa，μ约为0.33，为泊松比，r₀为圆形膜片3的外半径40(mm)，h为圆形膜片3的膜片厚度0.1(mm)，b为杯形支座的厚度5(mm)，杯形支座的高度10(mm)，ΔP作用在圆形膜片两侧的差压(Pa)，r(mm)为观察点的半径。

若将已知常数代入(4)式，可得圆心应力σ_r＝0＝8*10⁴*ΔP(Pa) (6)

应变片的灵敏系数K_ε和转换特性如公式(7)所示：

式中R₀为t＝0℃和ε_r＝0时应变片电阻(Ω)，K_ε约为125，ΔR_ε则为应变片在ε_r激励下电阻的变化量(Ω)，将(6)式代入(7)可得：

若将E＝7*10¹⁰Pa代入式可知，应变片所能输出的相对电阻变化，在最大量程下也只有10^-2量级，故需在装置中加入二次变换和信号处理电路，以获取所需的灵敏度和分辨力。

三、二次变换和信号传送流程

工作原理结构框图如图4所示，温度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元、信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制模块连接信号处理单元接收信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。

信号流程框图如图5所示，二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路由555定时器C1和C2组成，二次转换单元和信号处理单元还设有选通开关，选用C3开关，信号处理单元主要组成为C4单片机。图5中R_ε1和R_ε2在P_W和t激励下，各自产生不同的R₁和R₂响应，它们经两个相同的脉冲信号转换电路的C1、C2芯片555变换后，各自产生τ₁和τ₂(S)脉宽输出，该脉宽信号经C3开关选通后再送至C4单片机进行信号处理。脉冲信号转换电路如图6所示，电阻R连接在C定时器555的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。由于应变片的不同，两个脉冲电路中的电阻和输出脉宽可以用R₁和R₂、τ₁和τ₂表示。

脉宽转换公式：τ＝ln2·C·R(S)对应到两个脉冲信号转换电路即为：

τ₁＝ln2·C₀·R₁(S) (9)

τ₂＝ln2·C₀·R₂(S) (10)

式中τ₁和τ₂为两个半导体应变片对应的两路脉宽输出信号，R₁和R₂为半导体应变片的电阻变化值计量单位为Ω，C₀(F)为云母标准电容，约为0.72×10^-6F，上式表明脉宽输出与各自所接电阻R₁和R₂成正比。

四、在多因素输入时，合成响应的解耦处理

在τ₁和τ₂中隐含有水汽分压P_W和温度t两种信息，如何能让其在后续的数据处理中分离，需通过数据解耦技术来实现信息分离和复原。

R₁和R₂电阻变化公式为：

式中R₀＝1000Ω为基准电阻；B＝4850(K)为半导体应变片的阻温系数；T₀＝273(K)为参照温度；T(K)为输入温度；ΔR_ε1和ΔR_ε2分别为R₁和R₂在大气压力激励下各自产生的电阻增量。由以上两式可知，如能让ΔR_ε1和ΔR_ε2数值相同，但正负相反，即(11)和(12)式可变成：

将以上两式相减或相加，就可分离出P_W和t两种输入信息，即相加时R1+R2＝f_t(T)，和相减时R1-R2＝f_ε(P_W)，即和与差的结果只与单一输入信息一一对应，ΔR_ε1＝-ΔR_ε2＝ΔR_ε。

参见图2，整个圆形膜片外表面在差压ΔP作用下，以半径r＝0.63r₀为界，区分为正负两个应变区。靠圆心部分内圆为正ε区，而靠周边外圆部分则为负ε区，在此两个区域的合适位置上，可以找到ε数值相等但极性相反的两个点，其一在圆心处，r₁＝0，而另一点经(5)式计算为r₂＝0.89r₀处。在此两点上配置两片性能相同的半导体应变片，并让其中心与圆形膜片上参照点重合，于是就实现了(13)和(14)式的定量关系。

将(13)式加(14)式得

上式中已消除了ε信息对(R₁+R₂)数量上的干扰，然而R₁和R₂分别联接到555芯片的充放电电路中，故已无法将R₁和R₂直接相加，此时就需经过数据运算处理来实现。若让脉宽τ₁和τ₂在单片机中对时钟频率f₀计数，则有计数值N₁和N₂为：

N₁＝τ₁·f₀ (16)

N₂＝τ₂·f₀ (17)

τ₁+τ₂＝(N₁+N₂)/f₀(S) (18)

联立以上公式，并经过整理可得：

摄氏温度：t＝T-273(℃)(20)

式中各常系数是在R₀＝1000Ω，C₀＝7.2*10^-6F和f₀＝10MHZ条件下算出的。从R₁和R₂的二次转换信息中分离出应变和水蒸气分压P_W等信息，将(13)式减去(14)式，可得

R1-R2＝2ΔR_ε＝2R₀K_ε·ε(Ω) (21)

再利用τ₁-τ₂＝(N₁-N₂)/f₀和(5)、(9)、(10)式等联立，经整理可得，

ΔP＝10·(N₁-N₂)(Pa) (22)

公式(19)和(22)即为传感器的两种输入-输出特性方程，均有足够的灵敏度和分辨力。已知(RH％)＝P_W/P_WS，式中P_WS可通过温度t经查表或下述回归方程算出，

P_WS＝a·EXP(b·t)(Pa) (23)

式中a为6.16(Pa)，b为0.064(1/℃)为拟合常数，于是得

P_WS＝6.16·EXP(0.064·t)(Pa) (24)

大气压力不是一个定值，随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节温度变化而稍有改变，对P_W计算可近似地用下式描述：

P_W＝ΔP+P_re-Bf(T)+h·8.76(Pa) (25)

式中h为当地海拔高度(m)，系数8.76(Pa/m)为大气压衰减斜率，f(T)为温度修正系数可经过实验测量数据的拟合曲线而加以估算。由于在沿海地区冬夏气压变化比为1.02，而在青海地区冬夏比仅为1.0026。均随温度下降而略有增加。故当不考虑温度微小影响，且在沿海地区时，(25)式可简化为：

P_W＝ΔP+(P_re-B)＝10(N₁-N₂)+(P_re-B)(Pa) (26)

本文解析过程的理论基础之一是标准大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，公式(3)中P_d应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。所以本发明在信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值即传感器中的干燥空气腔内的分压力，结合信号处理单元计算出的大气中水蒸气分压力值，进而利用公式(1)：P_M＝P_d+P_W(Pa)计算出混合大气的压力值，即安装点的压力值。

至此，温度、相对湿度和大气压的数值都能计算求解出来。

本发明提供的温度传感器具有结构简单、易于实施。本发明中经解析法得到：大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比，而大气环境温度则与敏感元件的计数之和的对数成反比关系。本文解析过程的理论基础是物理大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。