CN103759630B - 电工钢厚度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电工钢厚度测量装置及测量方法，该测量装置包括第一平行板电容器及第二平行板电容器，第一平行板电容器在电工钢穿过第一平行板电容器的两个极板之间时呈现第一电容值，第二平行板电容器用于在第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时呈现第二电容值；第一平行板电容器及第二平行板电容器的两个极板的相对面积和两个极板间距离均相等，第一平行板电容器及第二平行板电容器均连接至数据处理装置；数据处理装置用于根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度。本发明检测方法及检测装置的厚度检测精度不受灰尘、水汽及风等环境因素的影响，且在检测过程中对环境及人体不会造成辐射危害，使用便利。

Description

电工钢厚度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及电工钢加工领域，特别地，涉及一种电工钢厚度测量装置及测量方法。

背景技术

电工钢亦称硅钢片，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。随着电工钢加工工艺的改进及人们对电工钢产品品质控制要求的日益提高，对电工钢铁损测控的需求越来越迫切。人们已不满足实验室用爱泼斯坦方圈法测量电工钢片的铁损，要求在线连续进行铁损测量。

铁损的定义是单位质量的功率损耗。在生产线上，对连续运转的电工钢带进行质量直接测量是一件很困难的事，一般通过测量平均厚度来计算质量(计算公式：质量＝质量密度×平均厚度×平均宽度×走带速度)，其中走带速度取自生产线上的速度传感器。参照图1，现有测量平均厚度方法主要采用γ射线法和χ射线法，利用物质厚度不同对辐射源的吸收与散射不同的工作原理。对同种材料，厚度愈大，吸收辐射愈多，摄入核辐射探测器的射线强度愈小，测量电路检测得到反应射线强度的电信号，其精度在参比条件下可达±1μm，但受灰尘、水汽等环境条件的影响，其精度只有±4μm，导致铁损测量精度大幅下降，且γ射线法和χ射线法的相关测量设备昂贵，且测量时产生的射线会对环境和人体造成辐射危害。

发明内容

本发明目的在于提供一种电工钢厚度测量装置及测量方法，以解决现有的γ射线法和χ射线法测量时易受灰尘、水汽等环境条件影响、测量精度低及测量时造成辐射危害的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种电工钢厚度测量装置，包括

第一平行板电容器及第二平行板电容器，第一平行板电容器用于在电工钢穿过第一平行板电容器的两个极板之间时呈现第一电容值，第二平行板电容器用于在第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时呈现第二电容值；

第一平行板电容器及第二平行板电容器的两个极板的相对面积和两个极板间距离均相等，第一平行板电容器及第二平行板电容器均连接至数据处理装置；

数据处理装置用于根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度。

进一步地，第一平行板电容器的两个极板分别位于待测的电工钢的输送带的上、下侧面且相对平行设置，第一平行板电容器的两个极板在相向的内壁面上对应设有第一凹槽部；第二平行板电容器的两个极板在相向的内壁面上对应设有第二凹槽部，第一凹槽部与第二凹槽部的形状相同。

进一步地，第一平板电容器的两个极板及第二平行板电容器的两个极板均采用合金钢制成。

进一步地，数据处理装置包括：电容电压转换模块、模数转换模块及处理模块，其中，

电容电压转换模块用于将第一电容值转成第一电压值，及将第二电容值转换成第二电压值；

模数转换模块将第一电压值转换成第一数字量，及将第二电压值转换成第二数字量；

处理模块用于根据第一数字量及第二数字量计算得到电工钢的厚度。

进一步地，第一电容值及第二电容值与电工钢的厚度的函数关系为：

其中，d为电工钢的厚度，D为第一平行板电容器的两个极板间距离，C为第一电容值,C₀为第二电容值。

根据本发明的另一方面，还提供一种电工钢厚度测量方法，包括以下步骤：

获取第一平行板电容器的第一电容值，其中，第一电容值是第一平行板电容器的两个极板之间有待测的电工钢穿过时的电容值；

获取第二平行板电容器的第二电容值，其中，第二电容值是第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时的电容值，第一平行板电容器及第二平行板电容器的两个极板间的相对面积和两个极板间距离均相等；

根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度。

进一步地，第一电容值及第二电容值与电工钢的厚度的函数关系为：

其中，d为电工钢的厚度，D为第一平行板电容器的两个极板间距离，C为第一电容值,C₀为第二电容值。

进一步地，还包括：根据多个时刻测量得到的第一电容值及相应时刻对应的第二电容值计算得到多个时刻对应的电工钢的厚度，将多个时刻对应的电工钢的厚度取均值得到电工钢的平均厚度。

进一步地，还包括根据电工钢的平均厚度计算得到电工钢的质量，电工钢的质量的计算公式为：

m＝ρv＝ρSd’

其中，m为电工钢的质量，ρ为电工钢的密度，v为电工钢的走带速度，d’为电工钢的平均厚度，S为电工钢的面积。

进一步地，根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度的步骤包括：将第一平行板电容器呈现的第一电容值转成第一电压值；

将第二平行板电容器呈现的第二电容值转换成第二电压值；

将第一电压值及第二电压值分别经模数转换生成第一数字量及第二数字量，

根据第一数字量及第二数字量计算得到电工钢的厚度。

本发明具有以下有益效果：

本发明电工钢厚度测量装置及测量方法，采用两个平行板电容器对电工钢的厚度进行在线测量，其中，第一平行板电容器用于在两个电容极板间穿过待测电工钢时呈现第一电容值，第二平行板电容器用于在两个电容极板间无其他物体时呈现第二电容值，第一平行板电容器及第二平行板电容器均连接至数据处理装置，数据处理装置根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度，该检测方法及检测装置的厚度检测精度不受灰尘、水汽及风等环境因素的影响，且在检测过程中对环境及人体不会造成辐射危害，使用便利，且提高了电工钢在线连续进行铁损测量的精度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中射线法在线测量电工钢厚度的原理示意图；

图2是本发明优选实施例电工钢厚度测量装置的结构示意图；以及

图3是本发明优选实施例中第一平行板电容器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图2及图3，本发明的优选实施例提供了一种电工钢厚度测量装置，包括第一平行板电容器及第二平行板电容器，第一平行板电容器用于在电工钢穿过第一平行板电容器的两个极板之间时呈现第一电容值，第二平行板电容器用于在第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时呈现第二电容值；第一平行板电容器及第二平行板电容器的两个极板的相对面积和两个极板间距离均相等，第一平行板电容器及第二平行板电容器均连接至数据处理装置；数据处理装置用于根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度。

在本实施例中，第一平行板电容器包括平行相对设置的电容器极板3及电容器极板4，第二平行板电容器包括平行相对设置的电容器极板1及电容器极板2，电容器极板1与电容器极板2之间的距离和电容器极板3与电容器极板4之间的距离均为D，电容器极板1、电容极板2、电容器极板3及电容器极板4的表面积均为S，待测电工钢穿过电容器极板3与电容器极板4之间的区域，即穿过第一平行板电容器的两个极板之间的空间。本实施例中，待测电工钢为片状或者带状。

假设空气的介电常数为ε₀，第二平行板电容器作为参考电容器，用于呈现无电工钢片(带)时，电容器极板1与电容器极板2之间的电容值，即第二电容值C₀，第二电容值C₀为标准电容值，计算公式为：

当待测电工钢片(带)被传送入电容器极板3和电容器极板4之间时，此时两电容极板之间的电容值会发生变化，设此时的第一平行板电容器检测的电容值为C，即第一电容值C，计算公式为：

在公式(2)中，D为电容器极板3与电容器极板4之间的距离，ε₀为空气的介电常数，S为电容器极板3与电容器极板4之间的相对面积，d为待测电工钢的厚度。

由公式式(1)及公式(2)，通过换算，得出：

公式(3)中，d为电工钢的厚度，D为第一平行板电容器的两个极板间距离，C为第一电容值,C₀为第二电容值。由于D为定值，通过测量C和C₀的值，即可精确计算出待测电工钢片(带)的厚度d。本实施例中，通过第一平行板电容器呈现C，第二平行板电容器呈现C₀，且第一平行板电容器及第二平行板电容器均接入数据处理装置，则数据处理装置可实时测量C和C₀的值，并根据C和C₀的值计算得到待测电工钢片(带)的厚度，且本实施例中电容的测量精度可达到1×10^-15F，因此确保了待测电工钢片(带)厚度的测量精度。

参照图3，本实施例中，优选地，为了提高第一平行板电容器及第二平行板电容器的电容检测精度，电容器极板1与电容器极板2在相向的内壁面上对应设有第一凹槽部，电容器极板3及电容器极板4在相向的内壁面上对应设有第二凹槽部，第一凹槽部与第二凹槽部的形状相同。通过在第一平行板电容器及第二平行板电容器的两个极板上设计凹槽结构，使得第一平行板电容器及第二平行板电容器相对于平面型的极板结构的电容器的结构更稳固，从而避免了电容器极板间的形变及位移变化。优选地，第一平板电容器的两个极板及第二平行板电容器的两个极板均采用合金钢制成，使得电容器的两个极板间的形变小于1μm，从而确保了电容值的精确性。本实施例中，组成第一平行板电容器的电容器极板3、电容器极板4分别固定于待测的电工钢的输送带的上、下侧面且相对平行设置，本实施例中，通过在待测的电工钢的输送带两侧设置两条固定条，电容器极板3及电容器极板4的两侧分别通过两根螺钉与固定条固定连接，以防止电容器极板3与电容器极板4的形变。

优选地，本实施例中，数据处理装置包括：电容电压转换模块、模数转换模块及处理模块。其中，电容电压转换模块用于将第一平行板电容器呈现的第一电容值转成第一电压值，及将第二平行板电容器呈现的第二电容值转换成第二电压值；模数转换模块将第一电压值转换成第一数字量，及将第二电压值转换成第二数字量；处理模块用于根据第一数字量及第二数字量计算得到电工钢的厚度，由于第一数字量与第一电容值存在对应的函数关系，第二数字量与第二电容值存在对应的函数关系，再根据公式(3)即得到待测的电工钢的厚度。

本发明测量装置，采用第一平行板电容器及第二平行板电容器，其中，第一平行板电容器用于实时呈现穿过待测电工钢的两个极板间的第一电容值，第二平行板电容器用于实时呈现无其他物体时的两个极板间的第二电容值，将第二电容值作为参考电容值，来计算得到待测的电工钢的厚度，这样屏蔽了电容器的两极板在工作环境中的振动形变导致的电容值精度的影响，从而保证了电工钢的厚度测量精度。

根据本发明的另一方面，还提供一种电工钢厚度测量方法，包括以下步骤：

获取第一平行板电容器的第一电容值，其中，第一电容值第一平行板电容器的两个极板之间有待测的电工钢穿过时的电容值；

获取第二平行板电容器的第二电容值，其中，第二电容值是第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时的电容值；第一平行板电容器及第二平行板电容器的两个极板间的相对面积和两个极板间距离均相等；

根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度。

进一步地，第一电容值及第二电容值与电工钢的厚度的函数关系为：

其中，d为电工钢的厚度，D为第一平行板电容器的两个极板间距离，C为第一电容值,C₀为第二电容值。

优选地，本发明测量方法还包括：根据多个时刻测量得到的第一电容值及相应时刻对应的第二电容值计算得到多个时刻对应的电工钢的厚度，将多个时刻对应的电工钢的厚度取均值得到电工钢的平均厚度。

优选地，本发明测量方法还包括：根据电工钢的平均厚度计算得到电工钢的质量。电工钢的质量的计算公式为：

m＝ρv＝ρSd’

其中，m为电工钢的质量，ρ为电工钢的密度，v为电工钢的走带速度，d’为电工钢的平均厚度，S为电工钢的面积。

优选地，根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度的步骤包括：将第一平行板电容器呈现的第一电容值转成第一电压值；

将第二平行板电容器呈现的第二电容值转换成第二电压值；

将第一电压值及第二电压值分别经模数转换生成第一数字量及第二数字量，

根据第一数字量及第二数字量计算得到电工钢的厚度。

本发明电工钢厚度测量装置及测量方法，采用两个平行板电容器对电工钢的厚度进行在线测量，其中，第一平行板电容器用于在两个电容极板间穿过待测电工钢时呈现第一电容值，第二平行板电容器用于在两个电容极板间无其他物体时呈现第二电容值，第一平行板电容器及第二平行板电容器均连接至数据处理装置，数据处理装置根据第一电容值及第二电容值计算得到电工钢的厚度，该检测方法及检测装置的厚度检测精度不受灰尘、水汽及风等环境因素的影响，且在检测过程中对环境及人体不会造成辐射危害，使用便利，且提高了电工钢在线连续进行铁损测量的精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电工钢厚度测量装置，其特征在于，包括：

第一平行板电容器及第二平行板电容器，所述第一平行板电容器用于在所述电工钢穿过所述第一平行板电容器的两个极板之间时呈现第一电容值，所述第二平行板电容器用于在所述第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时呈现第二电容值；

所述第一平行板电容器及所述第二平行板电容器的两个极板的相对面积和两个极板间距离均相等，所述第一平行板电容器及所述第二平行板电容器均连接至数据处理装置；

所述数据处理装置用于根据所述第一电容值及所述第二电容值计算得到所述电工钢的厚度；

所述第一电容值及所述第二电容值与所述电工钢的厚度的函数关系为：

$d=\frac{D\left(C-C_0\right)}{C}$

其中，d为所述电工钢的厚度，D为所述第一平行板电容器的两个极板间距离，C为所述第一电容值，C₀为所述第二电容值；

在待测的电工钢的输送带两侧设置两条固定条，所述第一平行板电容器的两个极板分别经螺钉与所述固定条固定连接；所述第一平行板电容器的两个极板分别位于待测的所述电工钢的输送带的上、下侧面且相对平行设置。

2.根据权利要求1所述的电工钢厚度测量装置，其特征在于，

所述第一平行板电容器的两个极板在相向的内壁面上对应设有第一凹槽部；所述第二平行板电容器的两个极板在相向的内壁面上对应设有第二凹槽部，所述第一凹槽部与所述第二凹槽部的形状相同。

3.根据权利要求2所述的电工钢厚度测量装置，其特征在于，

所述第一平板电容器的两个极板及所述第二平行板电容器的两个极板均采用合金钢制成。

4.根据权利要求1所述的电工钢厚度测量装置，其特征在于，

所述数据处理装置包括：电容电压转换模块、模数转换模块及处理模块，其中，

所述电容电压转换模块用于将所述第一电容值转成第一电压值，及将所述第二电容值转换成第二电压值；

所述模数转换模块将所述第一电压值转换成第一数字量，及将所述第二电压值转换成第二数字量；

所述处理模块用于根据所述第一数字量及所述第二数字量计算得到所述电工钢的厚度。

5.一种电工钢厚度测量方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一所述的电工钢厚度测量装置，包括以下步骤：

获取第一平行板电容器的第一电容值，其中，所述第一电容值是所述第一平行板电容器的两个极板之间有待测的电工钢穿过时的电容值；

获取第二平行板电容器的第二电容值，其中，所述第二电容值是所述第二平行板电容器的两个极板之间无其他物体时的电容值，所述第一平行板电容器及所述第二平行板电容器的两个极板的相对面积和两个极板间距离均相等；

根据所述第一电容值及所述第二电容值计算得到所述电工钢的厚度；

所述第一电容值及所述第二电容值与所述电工钢的厚度的函数关系为：

$d=\frac{D\left(C-C_0\right)}{C}$

其中，d为所述电工钢的厚度，D为所述第一平行板电容器的两个极板间距离，C为所述第一电容值,C₀为所述第二电容值。

6.根据权利要求5所述的电工钢厚度测量方法，其特征在于，还包括：

根据多个时刻测量得到的所述第一电容值及相应时刻对应的所述第二电容值计算得到多个时刻对应的所述电工钢的厚度，将多个时刻对应的所述电工钢的厚度取均值得到所述电工钢的平均厚度。

7.根据权利要求6所述的电工钢厚度测量方法，其特征在于，还包括：

根据所述电工钢的平均厚度计算得到所述电工钢的质量，所述电工钢的质量的计算公式为：

m＝ρv＝ρSd’

其中，m为所述电工钢的质量，ρ为所述电工钢的密度，v为所述电工钢的走带速度，d’为所述电工钢的平均厚度，S为所述电工钢的面积。

8.根据权利要求5所述的电工钢厚度测量方法，其特征在于，所述根据所述第一电容值及所述第二电容值计算得到所述电工钢的厚度的步骤包括：

将所述第一平行板电容器呈现的第一电容值转成第一电压值；

将所述第二平行板电容器呈现的第二电容值转换成第二电压值；

将所述第一电压值及所述第二电压值分别经模数转换生成第一数字量及第二数字量，

根据所述第一数字量及所述第二数字量计算得到所述电工钢的厚度。