Электрические датчики в современной металлургии

– электромеханические – тензорезистивные, термоэлектрические, термомеханические, термокондуктометрические, манометрические;

– электрохимические – кондуктометрические, потенциометрические, полярографические;

– оптические – фотоколометрические, рефракторометрические, оптико-акустические, нефелометрические;

– электронные и ионизационные, индукционные, хроматогра-фические, радиоизотопны

е, магнитные.

– по типу переменных объекта управления (часто используется в прокатном производстве) – датчики технологических переменных (температура, толщина проката и др.) и устройств управления (положением валков, скоростью вращения валков и др.)

3. Датчики измерения технологических переменных

Из всего многообразия источников измерения первичной информации, в металлургии, датчики измерения технологических переменных занимают особое место. Дело заключается в том, что информация о параметрах проката, сорта, одним словом, заготовки представляет особый интерес. Эта информация необходима как для проведения технологического процесса изготовления заготовки или конечного продукта, так и для управления структур металлургического предприятия. Одним словом она необходима в современных информационных технологиях, которая применяется, как в АСУ ТП, так и в АСУ П.

3.1 Измерение усилий прокатки

Измерение усилия прокатки производится обычно прямым методом, однако иногда используется и косвенный метод.

При прямом методе датчик, преобразующий усилие в электрический сигнал, стремятся сконструировать таким образом, чтобы вся измеряемая сила замыкалась на датчик, т.е. датчик деформировался бы под действием полной силы.

На рис. 2 приведены схемы установки датчиков усилия прокатки в четырехвалковой клети. При прямом методе усилие прокатки измеряют датчиками 1, установленными над гайкой нажимного винта, датчиками 2, установленными между торцом нажимного винта и подушкой верхнего опорного валка, и датчиками 3, установленными между станиной и подушкой нижнего опорного валка. Усилие прокатки косвенным методом измеряют при помощи тензометра 4.

Погрешность датчиков, установленных над верхней – 2 (Рис. 2), и под нижней – 3 опорными подушками валка, существенно меньше, чем при установке их над гайкой нажимного винта – 1. Однако при установке датчика под подушкой нижнего опорного валка не удается получить достаточной равномерности распределения нагрузки по его рабочей поверхности. Обычно предпочитают устанавливать датчик над верхней опорной подушкой.

Способы преобразования деформации в электрический сигнал можно разделить на две основные группы.

К первой группе относятся способы, основанные на измерении деформации какой-либо базовой длины нагружаемого элемента под действием измеряемой силы. Для этого на поверхности этого элемента закрепляют тем или иным способом преобразователи деформации в электрический сигнал.

Ко второй группе относятся способы, основанные на изменении каких-либо свойств нагружаемого элемента. К этой группе относятся все типы магнитоупругих преобразователей, в которых под действием механических напряжений происходит изменение магнитных свойств, а также полупроводниковые и тензорезисторные преобразователи, если они непосредственно воспринимают нагрузку, а не деформацию какого-то узла. В настоящее время в прокатном производстве нашли место прецизионные датчики усилия, которые используют такие физические явления, как магнитострикция, прямой и обратный пьезоэффект и др.

Датчики усилия на тензометрическом преобразователе. В основе работы тензометрических датчиков (тензорезисторов) лежит тензоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводниковых или полупроводниковых материалов при их механической деформации.

Характеристикой тензоэффекта материала служит коэффициент тензочувствителъности S, определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:

,

где ; – приращение сопротивления при изменении длины l на ; Е – модуль упругости материала; – механическое напряжение.

Изменение сопротивления составляет

,

где – относительное удлинение тензорезистора;

R – начальное сопротивление тензорезистора.

Для высокоомных проводников, например, коэффициент тензочувствительности считается постоянным и равен S = 1,9…2,9 [3].

Для обеспечения длительной работы без разрушения относительные деформации упругого элемента не должны превышать одной – двух тысячных, при которых измерение сопротивления составляет 0,1…0,2%. Точное измерение таких величин является сложной задачей. Такой датчик относится к параметрическим датчикам и поэтому наиболее распространена мостовая схема измерения (рис. 1).

Измерители усилия прокатки с упругими цилиндрическими элементами с тензорезисторными преобразователями изготавливает английская фирма, «Davy Instruments». Эти датчики имеют относительно большую высоту, что зачастую препятствует их применению. Для упругого цилиндрического элемента погрешность, связанная с изменением распределения нагрузки на его рабочей поверхности при работе на стане, укладывается в приемлемые рамки, если отношение высоты цилиндра к его диаметру не меньше двух. При неравномерном нагружении рабочей поверхности боковые поверхности цилиндра и его центр деформируются неодинаково: в одном случае более загруженным может быть центр, а в другом – периферия.

Для уменьшения погрешности, связанной с изменением характера распределения удельных нагрузок, канадская фирма «Kelk» применяет распределение тензорезисторных преобразователей по поперечному сечению цилиндра.

Подобного распределения можно добиться, если изготавливать упругий элемент в виде кольца и наклеивать тензорезисторы на его внешних и внутренних поверхностях. Измерители усилия с упругими элементами в форме кольца изготавливает ВНИИметмаш.

Датчики ВНИИметмаша серии М выпускаются на усилия 0,1…20 МН.

В качестве тензорезистивного материала можно использовать сплавы с малым температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) (манганин, константан, нихром, никелин), платиносеребрянные и платиновольфрамовые полупроводниковые материалы (германий, кремний). Наиболее распространены тензорезисторы, выполненные из металла. Они разделяются на проволочные и фольговые.

Проволочные тензорезисторы выполняют из проволоки диаметром 0,002…0,05 мм, которую укладывают частыми петлями на тонкую бумагу или лаковую пленку и приклеивают к ней (рис. 4, а). К концам проволоки припаивают или приваривают медные выводы. Сверху преобразователь покрывают лаком. Материал для пленки выбирают в зависимости от условий эксплуатации. Резисторы на пленке из клея БФ-2 работают в диапазоне температур от -40 до 70 °С, а на бакелитовом лаке – до 200 °С. Для более высоких температур используют специальные высокотемпературные клеи или цементы.

 Скачать реферат