CN102928149A - 可消除摩擦力影响的张力传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种可消除摩擦力影响的张力传感器装置，包括两组张力应变片和压缩应变片组成的张力感应组件、内置信号处理器、两根测张辊、三根张力辊以及传感器安装座，所述传感器安装座上并排布置三根张力辊，在两两相邻的张力辊之间设有测张辊，三根张力辊所在直线与两根测张辊所在直线平行，所述测张辊上安装张力感应组件，所述张力感应组件与所述内置信号处理器电连接，所述内置信号处理器包括用以依照两个张力感应组件测得的压力值FNa、FNb计算得到的力Fa、Fb，再通过Fa、Fb计算得到当前张力值F：F=Fb+（Fb-Fa）/2的张力测量模块。本发明通过测量和计算可自动消除摩擦力的影响，得到更精确的张力值。

Description

可消除摩擦力影响的张力传感器装置
技术领域
本发明涉及一种张力传感器。
背景技术
张力传感器也叫张力检测器，是张力控制过程中，用于测量线材或带材张力值大小变化的仪器，对于常用的应变片型张力传感器，其张力应变片和压缩应变片按照电桥方式连接在一起，当受到外压力时应变片的电阻值也随之改变，改变值的多少将正比于所受张力的大小。
张力传感器的发展已非常成熟，张力传感器的型号及安装形式也分多种。由于张力传感器是通过压缩应变片的形式间接测量张力值的，所以，要获得线材或带材上的拉力值，通常通过张力辊和测张辊形成一定的包角，通过测张辊施加压力，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，张力传感器根据应变片电阻值的变化再通过内置信号处理器可计算得到所要测量的拉力值。
现有的成熟的张力传感器，带材或线材只需通过张力辊和测张辊绕出就可测出拉力值。但是张力传感器的测量值是由作用在侧张辊上的压力值间接得到的，那么通过测量计算得到的数值为测张辊两端带材或线材的拉力值，带材或线材再通过张力辊之后，由于摩擦力的影响，其张力值会改变。传感器测量出来显示的张力值为FN1，则测张辊一端拉绳的拉力为FN1，拉绳绕过张力辊之后，对于张力辊进行受力分析，设定拉绳与张力辊之间的摩擦力为f，那么根据力的平衡原理可以得到绳末端拉力值FN2=FN1+f。当线材或带材通过拉力传感器运动时，f为一个变动的力，摩擦力f的方向与绳与张力辊之间的相对位移有关，传感器无法通过内置信号处理器进行摩擦力的消除。
虽然通过提高张力辊表面加工精度、张力辊与传感器底座之间采用润滑轴承的方式来减少摩擦，但是，对于表面粗糙的待测量材料，或者与张力辊接触面积极大的板带材料，摩擦力的影响远远大于端部轴承自身摩擦阻力的影响，对测量结果产生影响，同样，对于一些超高精度的张力控制系统，已有的张力测量方法不能满足其精度的要求。
发明内容
为了克服现有传感器测量值受摩擦力影响、精度较低的不足，本发明提供了一种可消除摩擦力影响的张力传感器装置，通过测量和计算可自动消除摩擦力的影响，得到更精确的张力值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可消除摩擦力影响的张力传感器装置，包括两组张力应变片和压缩应变片组成的张力感应组件、内置信号处理器、两根测张辊、三根张力辊以及传感器安装座，所述传感器安装座上并排布置三根张力辊，在两两相邻的张力辊之间设有测张辊，三根张力辊所在直线与两根测张辊所在直线平行，所述测张辊上安装张力感应组件，所述张力感应组件与所述内置信号处理器电连接，所述内置信号处理器包括用以依照两个张力感应组件测得的压力值FNa、FNb计算得到的力Fa、Fb，再通过Fa、Fb计算得到当前张力值F：F=Fb+（Fb-Fa）/2的张力测量模块。
本发明的有益效果为：通过测量和计算可自动消除摩擦力的影响，得到更精确的张力值。
附图说明
图1是可消除摩擦力影响的张力传感器装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1，一种可消除摩擦力影响的张力传感器装置，包括两组张力应变片和压缩应变片组成的张力感应组件、内置信号处理器、两根测张辊、三根张力辊以及传感器安装座，所述传感器安装座上并排布置三根张力辊，在两两相邻的张力辊之间设有测张辊，三根张力辊所在直线与两根测张辊所在直线平行，所述测张辊上安装张力感应组件，所述张力感应组件与所述内置信号处理器电连接，所述内置信号处理器包括用以依照两个张力感应组件得到的力Fa、Fb，计算得到当前张力值F：F=Fb+（Fb-Fa）/2的张力测量模块。
本实施例中，基于上述张力传感器装置实现了可消除摩擦力影响的张力传感器得到准确的张力值的测量方法，包含以下步骤：
(1)、根据应变片电阻值的变化得到测张辊上压力的大小FN
板材或线材上的力通过测张辊传递给轴端的张力感应组件，根据现有的传感器的测量原理，板材或线材对测张辊的压力大小FN正比于应变片的电阻值，通过电阻值的变化就可得出板材或带材作用在测张辊上压力值的大小。
(2)、通过压力值FN得到测张辊一侧板材或带材上拉力值的大小
板材或带材通过测张辊时，与测张辊之间的夹角为一个不变的定值，FN为板材或带材两端的张力在测张辊径向上的分力。所以通过FN和夹角值可计算出测张辊一端板材或带材上张力的大小。计算过程中，侧张辊两端拉绳的拉力相等，实际上没有考虑摩擦力的影响，经过测量得到的拉力值为一个平均值。而相对于摩擦力来讲，拉绳的拉力值要大的多。如图1，我们令Fa=F2、Fb=F4，Fa、Fb为传感器通过FNa、FNb和夹角值计算得到的拉绳的张力值。
(3)、利用两组张力感应组件得到板材或线材与测张辊及张力辊之间的摩擦力大小，再在结果里消除摩擦力，得到精确的张力值。
线材或带材通过测张辊和张力辊时，其摩擦力f的大小和方向与待测量材料上的拉力大小、表面粗糙度、运动方向、材质有关。因此，在测张辊与张力辊直径和材质、表面粗糙度相同的前提下，可以认为带材与线材与单个测张辊或张力辊之间的摩擦力f近似相同。
我们以拉绳穿过两组传感器为例，如图1，F′、F1、F2、F3、F4、F为此段绳上的拉力，F端为测量端，Fa、Fb为通过张力感应组件a、b测量得到的拉绳一端的张力值大小，S、N为拉绳的两个运动方向。
1、当拉绳沿着S方向运动时。摩擦力f的方向与拉绳运动方向相反。
Fa=F2  Fb=F4
f的方向与待测量物料的运动方向相反 因此
F1=F′+f  F2=F1+f  F3=F2+f  F4=F3+f
由上式可得  F2=F′+2f
F4=F2+2f=F′+4f
所以  F4-F2=2f
f=(F4-F2)/2
Fa、Fb为已知量，所以由上式得到摩擦力f=（Fb-Fa）/2
当待测量材料沿着S的方向运动时，输出的拉力值精确为F=F4+f=Fb+f
即  F=Fb+（Fb-Fa）/2
2、当拉绳反向运动时，即拉绳沿着N方向运动时，摩擦力始终与拉绳运动方向相反,F为测量端。
Fa=F2  Fb=F4
f的方向与待测量物料的运动方向相反 因此
F4=F+f  F3=F4+f  F2=F3+f  F1=F2+f  F′=F1+f
由上式可得  F4=F+f
F2=F4+2f=F+3f
所以  F2-F4=2f
f=(F2-F4)/2
Fa、Fb为已知量，所以由上式得到摩擦力f=（Fa-Fb）/2
当待测量材料沿着S的方向运动时，输出的拉力值精确为F=F4-f=Fb-f
即  F=Fb-（Fa-Fb）/2=Fb+（Fb-Fa）/2
由1、2可知，无论拉绳往哪个方向运动，测量值结果相同。
3、当拉绳静止时，与张力辊和测张辊之间存在静摩擦。由1、2可知，测量的结果只与传感器a、b测量值有关。即F=Fb+（Fb-Fa）/2。
本发明采用两组张力传感器组件，通过内置信号处理器，计算出侧张辊与带材或线材之间的摩擦力，最终在结果里消除摩擦力的影响，得到更精确张力值。

Claims (1)

1.一种可消除摩擦力影响的张力传感器装置，其特征在于：包括两组张力应变片和压缩应变片组成的张力感应组件、内置信号处理器、两根测张辊、三根张力辊以及传感器安装座，所述传感器安装座上并排布置三根张力辊，在两两相邻的张力辊之间设有测张辊，三根张力辊所在直线与两根测张辊所在直线平行，所述测张辊上安装张力感应组件，所述张力感应组件与所述内置信号处理器电连接，所述内置信号处理器包括用以依照两个张力感应组件测得的压力值FNa、FNb计算得到的力Fa、Fb，再通过Fa、Fb计算得到当前张力值F：F=Fb+（Fb-Fa）/2的张力测量模块。
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