Структура силоизмерительной установки

Силовые параметры в прокатных станах (давление металла на валки; крутящие моменты, передаваемые на валки; натяжение полосы при прокатке) измеряют либо с целью контроля и регулирования технологического процесса, либо для исследования условий работы прокатных станов и его отдельных узлов для интенсификации технологического процесса и создания новых прокатных станов и вспомогательного оборудования.

Схема силоизмерительной установки представляет собой ряд последовательно соединенных преобразователей.

Схема силоизмерительной установки

ИП1 – первый измерительный преобразователь (упругий элемент);

ИП2- второй преобразователь (датчик, тензодатчик);

ИП3 – третий преобразователь (мост или полумост);

ИП4 – усилитель;

ИП5 – указатель (показывающий, регистрирующий прибор).

Первый преобразователь—преобразователь механической силы в упругую деформацию называют упругим элементом и он служит для восприятия силового параметра и преобразования его в линейное перемещение или изменение напряженного состояния.

Второй преобразователь — преобразователь линейного перемещения или изменения напряженного состояния в какую-либо электрическую величину.

Третий преобразователь служит для преобразования, изменения емкости, индуктивности, омического сопротивления, магнитного потока и других электрических параметров во изменение силы тока или напряжения, которые уже можно непосредственно усилить и измерить.

Для количественного увеличения (усиления) изменения силы тока или напряжения, если они малы, применяется усилитель. Для отсчета полученных результатов используют указатели или индикаторы.

С точки зрения целей измерения все силоизмерительные устройства можно разделить на две группы:

1) устройства, используемые кратковременно или периодически только в период исследования энергосиловых параметров процесса прокатки при опробовании новых технологических схем или нового оборудования;

2) устройства, находящиеся в непрерывной эксплуатации на стане.

1. УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ (ПЕРВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ)

Основное назначение упругого элемента — это преобразование силового параметра в упругую деформацию. В качестве упругих элементов могут использоваться: детали исследуемой машины (станины рабочих клетей при измерении давления металла на валки и шпиндели прокатных валков при измерении крутящих моментов), упругие элементы специальной конструкции, помещаемые в зону действия измеряемых сил.

Форму и размеры упругих элементов второй группы определяют исходя из требований:

1 Должна быть известна зависимость деформации упругого элемента от измеряемого усилия.

2Стабильность работы упругих элементов во времени.

3Частота собственных колебаний упругого элемента должна быть в несколько раз (7-10) больше частоты колебаний нагрузки.

2. ДАТЧИК (ВТОРОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ)

Для измерения малых линейных перемещений в прокатном производстве в качестве второго преобразователя используют омические, индуктивные, емкостные и некоторые другие датчики.

В качестве элемента, омическое сопротивление которого меняется под влиянием деформации, применяют либо металлическую проволоку (тогда датчики называются проволочными), либо фольгу (фольговыми). По конструктивному выполнению проволочные тензодатчик и можно разделить на наклеиваемые и ненаклеиваемые.

Наклеиваемый проволочный тензодатчик представляет собой тонкую проволоку диаметром 10—60 мкм, уложенную чаще всего зигзагообразно и наклеенную на эластичное тонкое прочное основание. К концам проволоки подпаяны выводные проводники. В фольговых тензодатчиках вместо проволоки применяют фольгу толщиной 0,5—10,0 мкм.

Тензодатчики наклеивают на исследуемую деталь или на упругий элемент, с которым они деформируются, как одно целое. Под действием деформации происходит изменение омического сопротивления проволоки, которое изменяется за счет изменения геометрических размеров (уменьшение поперечного сечения и увеличение длины) и изменения удельного сопротивления.

Наибольшее применение в тензодатчиках нашел константан. Применяются также нихром, манганин, хромель и другие материалы.

В качестве основания применяют бумагу и полимерные пленки, слюду и эпоксидные смолы. Для крепления тензодатчика к деталям используют различные клеи.

Основными параметрами наклеиваемых тензодатчиков являются: номинальное сопротивление, база и коэффициент тензочувствительности.

Базой тензодатчика называют расстояние между точками перегиба проволочной спирали (см. рис. 25, а). Применяемые на практике проволочные тензодатчики имеют базу 1,5-100 мм, а фольговые — от 0,4 мм и больше.

Коэффициент тензочувствительности тензодатчика равен (относительное изменение сопротивления/ отн изменение длины тензодатчика) и в основном зависит от материала проволоки.

Полупроводниковые тензодатчики имеют коэф. тензочувствительности в 2 порядка выше чем у проводниковых, но они имеют нестабильные характеристики во времени.

3.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ВЕЛИЧИНУ(ТРЕТИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ)

Изменения омического сопротивления, емкости, индуктивности и других параметров не могут быть непосредственно измерены приборами. В связи с этим требуется их преобразование в электрическую величину, которую можно усилить и измерить с высокой точностью. Такими величинами являются сила тока и напряжение.

Преобразование изменения омического сопротивления, емкости или индуктивности в изменение силы тока или напряжения производят двумя способами: непосредственным включением их в электрическую цепь измерительного прибора или с помощью мостовой схемы.

Несмотря на простоту схемы, преобразователи с непосредственным включением в электрическую цепь сопротивления, емкости и индуктивности имеют существенные недостатки:

1) при нулевом значении измеряемой величины по цепи протекает ток, что уменьшает точность измерения и делает схему чувствительной к температурным колебаниям;

2) требуются высокостабильные источники питания;

3) нелинейность зависимости изменения силы тока от изменения омического сопротивления и индуктивности.

В связи с этим большое распространение получили мостовые схемы, в основе которых лежит мост Уитстона (рис.б). Для сбалансированного моста ток в измерительной диагонали равен нулю, когда . Наибольшей чувствительностью обладает мост постоянного тока при примерно равных значениях сопротивлений всех плеч:R1=R2=R3=R4=R. Для тока моста с одним рабочим датчиком величина тока в измерительной диагонали

4. УСИЛИТЕЛИ

При измерении силовых параметров на прокатных станах используются электрические методы усиления. Наиболее широкое распространение получили магнитные и электронные усилители. Различают ламповые и полупроводниковые усилители. В зависимости от назначения различают усилители напряжения, тока и мощности. По характеру изменения во времени усиливаемого сигнала усилители делят на усилители переменного тока и усилители постоянного тока.

При измерении силовых параметров усиление сигнала наиболее часто оказывается необходимым при использовании проволочных и фольговых тензодатчиков, собранных в мост.

Блок схема измерительной цепи с тензоусилителем приведена на рисунке 31.

Принцип ее работы следующий. Мост, составленный из тензодатчиков R1—R4, наклеенных на упругом элементе, питается синусоидальным напряжением частотой f (несущая частота) от генератора. Возникающий на выходе моста (в результате разбаланса) сигнал, представляющий собой напряжение, промодулированное по амплитуде измерительным процессом , усиливается усилителем и далее подводится к демодулятору. В результате демодуляции на выходе фильтра возникает ток, изменяющийся по закону измеряемого процесса.

Входную цепь тензоусилителя выполняют в двух вариантах: для работы с выносным полумостом и для работы с выносным мостом. В первом случае на упругий элемент наклеивают два плеча, а другие два помещают в корпус тензоусилителя, во втором – все четыре плеча наклеивают на упругий элемент.

5. УКАЗАТЕЛИ

Последним элементом в структурной схеме измерительной установки является указатель. В качестве указателя (для визуальных отсчетов и записи) при измерении силовых параметров в прокатных станах применяют обычные стандартные стрелочные приборы (вольтметры и амперметры), катодные и светолучевые осциллографы.

В стрелочные указатели входит большая группа приборов, отличающихся по принципу преобразования электрической величины в механическое перемещение стрелки-указателя. К ним относятся магнитоэлектрические, электродинамические, электромагнитные и другие приборы. Общий недостаток всех стрелочных приборов — их большая инерционность. Поэтому их применение ограничено случаями прокатки с большой длительностью цикла.

Для измерения быстропеременных величин в цепях постоянного и переменного тока необходимо, чтобы частота собственных колебаний механической системы указателя была достаточно высокой. Для получения высокой частоты собственных колебаний необходимо иметь большой удельный противодействующий момент и возможно меньший момент инерции. Эта задача решена в светолучевых осциллографах. Отдельные элементы осциллографов можно разделить на четыре группы, выполняющие разные функции: 1) гальванометры; 2) регистрирующие устройства; 3) оптическая часть; 4) вспомогательные устройства.

К вспомогательным устройствам относятся электромеханические отметчики времени; регулируемые дополнительные сопротивления к каждому шлейфу; выключатели и переключатели двигателей, осветителей, электромагнитной муфты и др.(устройства для юстировки и идентификации сигналов, устройство для продольного графления бумаги.