Электрические датчики в современной металлургии (стр. 4 из 8)
Кроме того, при работе привода через шестеренную клеть, когда, например, оба валка четырехвалкового стана имеют привод от одного двигателя, распределение моментов между валками может существенно отличаться. Причин такого отличия много. Основным из них является различие диаметров рабочих валков и коэффициентов трения о полосу верхнего и нижнего рабочих валков.
Тензорезисторные измерители крутящего момента
При передаче крутящего момента круглым валом траектории главных деформаций (растяжение и сжатие) направлены под углом 45° к оси вала (рис. 8, а, б). Поэтому для измерения деформации кручения вала, а следовательно, и крутящего момента тензорезисторы наклеиваются на поверхность вала, как показано на рис. 8, в.
Четыре тензорезистора моста являются активными по отношению к измеряемому напряжению. Направление деформации зависит от направления действия скручивающего момента. Если момент приложен в направлении против часовой стрелки, как показано на рис. 8, а, сопротивления R1 и RЗ увеличиваются, а R2 и R4 уменьшаются, вызывая дисбаланс моста. Если момент действует в направлении по часовой стрелке, как показано на рис. 8, б, сопротивления R1, RЗ уменьшаются, а R
2и R4 увеличиваются, обусловливая дисбаланс моста в другую сторону.
Рис. 8. Тензорезисторные измерители крутящего момента
Питание тензомоста напряжением U1 осуществляется через контактные кольца 1, закрепленные через изолирующие втулки 2 па вращающемся валу. Токосъемниками в данном случае могут быть графитовые щетки 3 или ртутные контакты. Сигнал дисбаланса моста U подается на теизоусилитель 4 и далее на устройство индикации или регистрации 5. Работа измерительных устройств, сигналы с которых передаются через трущиеся контакты, дает частые сбои из-за потери этого контакта. Кроме того, трущиеся контакты являются источником т. ЭДС, появление которой обусловливает дополнительную погрешность. Для ликвидации этой погрешности применяют различные бесконтактные системы питания и передачи информации с вращающегося вала на «наземную» аппаратуру.
Погрешность измерителей с помощью тензорезисторного моста не превосходит 1% от полной шкалы.
Магнитоупругие измерители момента
Принцип действия магнитоупругих измерителей крутящего момента основан на рассмотренном явлении возникновения анизотропии магнитной проницаемости под действием измеряемого момента (рис. 9). Под действием вращающего момента вал скручивается. В нем возникают растягивающие
и сжимающие 
напряжения. Магнитные сопротивления участков вала R1, R2, R3, R4, расположенные между катушками возбуждения A, B и измерительными катушками C и D, изменяются под действием механических напряжений, что приводит к дисбалансу магнитного моста, состоящего из этих сопротивлений. Напряжение дисбаланса является мерой измеряемого момента.Валы шпинделей главных приводов прокатных станов обычно имеют значительные размеры и вращаются с переменной скоростью при частом реверсировании. Поэтому простейший измеритель, приведенный на рис. 9, имеет значительную скоростную погрешность и погрешность, связанную с изменением расстояния от поверхности вала до возбуждающего и измерительного магнитопроводов. Изменение расстояния может быть вызвано эксцентриситетом, температурными деформациями, погрешностями монтажа и т.п.
Рис. 9. Магнитоупругий измеритель момента
Промышленные измерители изготавливаются в виде кольца, расположенного вокруг вала, момент на котором контролируется. Такая конструкция представляет собой несколько магнитоупругих датчиков, что позволяет существенно снизить дополнительные погрешности. Имеются магнитоупругие измерители крутящего момента, выпускаемые шведской фирмой ACEA, известные под названием «тордукторы», измерители Института автоматики (г. Киев) и Южно-Уральского государственного университета.
3.3 Измерение натяжения полосы
Натяжение полос и лент на станах холодной прокатки и других агрегатах по их холодной обработке создается двигателями. Доля мощности, затрачиваемая на упругое растяжение полосы, различна.
Тем не менее, в ряде случаев именно по мощности двигателя судят о натяжении полосы. Погрешность в этих случаях относительно невелика, если, кроме создания натяжения, ток двигателя затрачивается на компенсацию аэродинамических потерь, потерь на трение и т.п. и можно применять электрические измерители натяжения, работающие, как правило, по току двигателя.
Если мощность двигателя расходуется на пластическую деформацию изменение скорости металла или на ускорение маховых масс узлов прокатного оборудования, то выделить долю тока, создающую натяжение, трудно, и погрешность измерения становится значительной.
В таких случаях применяют электромеханические измерители натяжения, в которых измерение осуществляется при помощи специального силоизмерительного датчика, вырабатывающего выходной сигнал, пропорциональный величине натяжения. Существует условное деление электромеханических измерителей натяжения полосы на прямые и косвенные.
Станина 1 двухвалковой клети установлена на гибких опорах 2, имеющих податливость в направлении прокатки. Силоизмерительный датчик 3, жестко закрепленный на фундаменте, воспринимает равнодействующую сил, действующих по оси прокатки. В первом приближении усилие F, воспринимаемое датчиком:
,где T1 и T2 – натяжения полосы;
– удельный вес прокатываемого металла; S – площадь поперечного сечения прокатываемой полосы; v – скорость прокатки; 
– относительное обжатие полосы.Отсюда следует, что при помощи силоизмерительного датчика можно измерять разность натяжений, приложенных к полосе, с погрешностью на величину силы, затрачиваемой на ускорение полосы вследствие ее обжатия в валках. Если намерять таким образом натяжение, создаваемое тянущими роликами, в которых обжатия не производится, то точность измерения будет вполне удовлетворительной. Если использовать прямой метод для измерения натяжения в четырехвалковой клети со смещенными осями рабочих валков, то дополнительная составляющая горизонтальной силы, обусловленная отклоне
нием равнодействующей усилия прокатки от вертикального направления, также будет являться погрешностью 
,где P – усилие прокатки.
Теоретически обе рассматриваемые погрешности могут быть исключены, но для этого дополнительно необходимы измерители скорости, измерители усилия прокатки и относительного обжатия, а также задатчики удельного веса и площади поперечного сечения полосы. Это, с одной стороны, существенно усложняет измерения. С другой стороны, дает несущественное повышение точности в производственных условиях из-за погрешности в установке заданий и в результате суммирования погрешностей каждого преобразования.
При косвенном методе измерения натяжения полосы силоизмерительным датчиком воспринимается не само натяжение, а доля реакции механизма, уравновешивающая натяжение полосы.
На рис. 10, б приведена схема измерения натяжения полосы между клетями четырехвалкового стана косвенным методом. Для измерения полосу при помощи специального измерительного ролика 1 отклоняют от направления прокатки. Измерительный ролик, имеющий превышение над уровнем прокатки, опирается на силоизмерительный датчик, воздействуя на него с усилием
,где
– угол между уровнем прокатки и направлением движения полосы;Т – натяжение полосы; Q – масса ролика и полосы.
Соотношение между усилием, приходящимся на датчик, и натяжением полосы составляет обычно 1: 10. В рассмотренной схеме в межклетевом промежутке устанавливается только один ролик измерителя натяжения полосы. Измеритель, построенный по этой схеме, называется однороликовым.
Основным его недостатком является изменение превышения ролика над уровнем прокатки при установке в стан рабочих валков различного диаметра. Для устранения этой погрешности применяются измерители с автоматической настройкой превышения ролика. При такой настройке измерительный ролик опускают заведомо ниже уровня прокатки. Заправляют в стан полосу, натягивают ее вращением валков клети и поднимают ролик при помощи специального механизма до соприкосновения с полосой. Затем снимают натяжение, а ролик поднимают на заданную величину превышения над уровнем прокатки. Контролируется превышение при помощи специального отсчетного устройства.
Влияние изменения уровня прокатки устраняют также при помощи трехроликовых измерителей. В трехроликовом измерителе полоса зафиксирована относительно измерительного ролика, и поэтому изменение положения или размеров соседних роликов или валков стана (агрегата) не влияет на показания измерителя. Основным недостатком трехроликовых измерителей является погрешность, обусловленная жесткостью полосы. Исследования показывают, что погрешность уменьшается по мере уменьшения толщины прокатываемой полосы и с ростом ее удельного натяжения. Удельные натяжения при прокатке конструкционных сталей составляют не менее 70…80 МПа. В этом случае погрешность для полос толщиной менее 3 мм практически не зависит от величины натяжения. Систематическая же погрешность может быть учтена при составлении программ прокатки полос.