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图3.5 应变梁式传感器
(4)附着式轧制力传感器
在轧机生产过程中, 轧制力信息对保证安全生产、优化轧制规程、实现生产过程自动化和最优控制等都具有重要意义。利用轧制力传感器获取轧制力信息、构建轧机行为监测系统,以最大限度地提高轧机效能是当前旧轧机改造的重点。传统的支承式轧制力传感器, 由于必须安装在机架与轧辊轴承座之间, 因此, 安装、文护非常困难, 且削弱轧机刚度, 影响轧机的有效开口度,从而严重制约了对旧轧机的现代化改造。为此, 设计了一种可随时安装于轧钢机机架立柱上的附着式轧制力传感器, 并根据其信号特点设计了相应的信号零点校准电路。
在轧钢过程中, 轧制力F 通过轧辊轴承座传递到两座机架上, 轧制力传感器就是通过分别测量作用在两座机架上的分轧制力F1求和得到轧制力F。由于两座机架结构相近, 测量方法完全相同, 故仅取一座机架讨论。图1所示为最常用的闭式机架结构简图。根据机架结构及其受力况, 可将其简化为一矩形自由框架, 分析该力学模型可知, 机架立柱主要承受拉伸和弯曲应力的作用。对于承受弯曲应力的机架立柱, 可找到弯曲应力为0的中性轴O-O,则在机架立柱的中性轴上(图1 中的O-O 线) 仅存在拉应力δT , 由材料力学知
（3.3）
式中 F1为机架所受的分轧制力, N; E 为机架立柱材料的弹性模量(常数), N /m2; A 为机架立柱的横截面积(常数),m2; εT 为机架立柱中性轴上的应变。可见当用电阻应变计测出εT , 就得到了分轧制力F1。但在实际应用中, 由于εT较小, 且机架立柱表面粗糙, 不宜粘贴长期使用的应变计,为此, 研制了具有应变放大功能、附着在机架立柱中性轴上的传感器-- --附着式轧制力传感器。该传感器的结构特征及安装方式如图3.6所示。
图3.6 附着式轧制力传感器工作原理图
由图可见, 传感器为一三段式结构的二力杆. , 上下两段的横截面积较大且相等, 设为A’总长设为L’;中间段的横截面积较小, 设为a, 长度为l。由于传感器两端固定在机架立柱中性轴上, 因此, 传感器与机架立柱中性轴具有同样的变形。设在机架立柱中性轴L 长度范围内的变形为ΔL, 则同样长度的三段式传感器各段的变形设为上段、下段总变形为ΔL’,中间段为Δl, 则
（3.4）
式中ε’为传感器上段、下段的应变; ε为传感器中间段的应变。又由材料力学知, , 则
（3.5）
结合式( 3.4)、式( 3.5)得
（3.6）
由上式可见, 只要将电阻应变计粘贴在传感器的中间段, 通过测量ε就可得到分轧制力F1; 如果设计传感器时,使α≤A’, 则由式( 3.5)可见, εT < ε, 即该传感器具有应变放大功能。
测量轧辊工作时的输出力，由于轧板形状受此影响。固必须选用适合动态测量的传感器，另一方面须考虑到测试过程中应避免偏心状态，而产生的测试误差。综上所述，固采用应变型圆柱式力传感器，其结构简单，规格多，易于采购，价格便宜。
3.2.2 压下机构位移传感器的选择与设计方案
位移传感器的应用范围十分广泛，如冶金行业的轧钢设备，机械行业等。并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线或测试系统中对模拟量的智能控制与检测。压下机构位移传感器：其作用是将位移这一非电量的物理量转换成电量。压下机构位移传感器在金属薄带轧机主传动及测试系统上即将压下机构在调整轧辊位置时自身的移动量转换成电量信号。