CN220304712U - 具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，涉及轧制技术领域。该测量仪包括测力计和二次仪表，测力计包括多个测力单元；每个测力单元内部设置有一个第一类孔和四个第二类孔，第一类孔内黏贴有四条电阻应变片；四条应变片连接成惠斯通电桥，测力方向相同的应变片连接成电桥对角，第一与第四应变片之间及第二与第三应变片之间接线端用于接收电桥激励电压信号，第一与第二应变片之间及第四与第三应变片之间接线端用于输出电桥输出电压信号。在测力计中分布多个测力单元，可检测出总的轧制力，还可判断是否发生偏载。将仪器电路前置到测力计内，消除了电阻应变片电桥激励电压衰减和模拟信号被干扰的问题，实现了轧制力的精确测量。

Description

具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪

技术领域

本实用新型涉及轧制技术领域，具体涉及一种具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪。

背景技术

金属板材由轧机轧制而成，板材的轧制力是生产中非常重要的一个参数，测量轧制力的传感器称为测力计，安装在轧机牌坊内，直接承受轧制力并将力值转换为电信号输出。受工作环境的制约，测力计为扁平结构，垂直高度约为74mm，具有过载能力高、皮实耐用、响应时间短的特点。

目前，轧制力测力计多为电阻应变片式，在测力计中承载轧制力的部件称为弹性体，弹性体内贴装电阻应变片，当测力计受力弹性体变形后，电阻应变片的阻值相应变化，从而得出轧制力。因为板材生产时，轧制力非常大，因而弹性体需要有较高的承载力和过载能力。

通常在轧钢生产现场，测力计与二次仪表通过一两百米长的电缆线连接，存在电阻应变片电桥激励电压衰减和模拟量信号被干扰的问题。

受轧机结构设计不完善、均压板变形、安装不平整等因素影响，轧制力不能均匀地传递到测力计的工作面上，使测力计发生偏载，不仅会影响轧制力的测量精度，而且在严重的情况下，会损坏测力计和轧机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，以解决轧制力的精确测量问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，该数字测量仪包括测力计和二次仪表，测力计用于获取力值数据并发送给二次仪表，二次仪表用于向测力计发送校准指令；

测力计包括多个测力单元、多个信号放大器以及处理单元，所述多个测力单元中的每个测力单元用于输出力值信号，所述多个测力单元中的每个测力单元与对应的信号放大器连接，信号放大器与处理单元连接，处理单元经由通讯模块与二次仪表通讯连接；

测力计的弹性体为扁平结构，每个测力单元的内部设置有延伸方向相同的一个第一类孔和四个第二类孔，第一类孔的直径大于第二类孔的直径，第一类孔和第二类孔中的每个孔的深度均短于弹性体的宽度，四个第二类孔均匀地分布在第一类孔的周围，第一类孔内黏贴有相同的四条电阻应变片，四条电阻应变片包括第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片，第一电阻应变片和第三电阻应变片设置在第一类孔内的上下两侧，第一电阻应变片和第三电阻应变片用于测量弹性体水平方向的应变，第二电阻应变片和第四电阻应变片设置在第一类孔内的左右两侧，第二电阻应变片和第四电阻应变片用于测量弹性体垂直方向的应变；

同一个第一类孔中的四条电阻应变片连接成惠斯通电桥，测力方向相同的电阻应变片连接成电桥的对角，在电桥中，第一电阻应变片与第四电阻应变片之间的接线端以及第二电阻应变片与第三电阻应变片之间的接线端用于接收电桥激励电压信号，第一电阻应变片与第二电阻应变片之间的接线端以及第四电阻应变片与第三电阻应变片之间的接线端用于输出电桥输出电压信号。

可选地，处理单元包括多个ADC模块和一个MCU模块，每一个信号放大器与所述多个ADC模块中对应的ADC模块连接。

可选地，弹性体的垂直高度为74mm。

可选地，测力单元的数量为3个。

可选地，在弹性体的表面上，在所述多个测力单元中的相邻两个测力单元中间的位置处，设置有条形凹槽，条形凹槽的延伸方向与第一类孔的延伸方向相同。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型提供的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪包括测力计和二次仪表，测力计用于获取力值数据并发送给二次仪表，二次仪表用于向测力计发送校准指令；测力计包括多个测力单元、多个信号放大器以及处理单元，所述多个测力单元中的每个测力单元用于输出力值信号，所述多个测力单元中的每个测力单元与对应的信号放大器连接，信号放大器与处理单元连接，处理单元经由通讯模块与二次仪表通讯连接；测力计的弹性体为扁平结构，每个测力单元的内部设置有延伸方向相同的一个第一类孔和四个第二类孔，第一类孔的直径大于第二类孔的直径，第一类孔和第二类孔中的每个孔的深度均短于弹性体的宽度，四个第二类孔均匀地分布在第一类孔的周围，第一类孔内黏贴有相同的四条电阻应变片，四条电阻应变片包括第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片，第一电阻应变片和第三电阻应变片设置在第一类孔内的上下两侧，第一电阻应变片和第三电阻应变片用于测量弹性体水平方向的应变，第二电阻应变片和第四电阻应变片设置在第一类孔内的左右两侧，第二电阻应变片和第四电阻应变片用于测量弹性体垂直方向的应变；同一个第一类孔中的四条电阻应变片连接成惠斯通电桥，测力方向相同的电阻应变片连接成电桥的对角，在电桥中，第一电阻应变片与第四电阻应变片之间的接线端以及第二电阻应变片与第三电阻应变片之间的接线端用于接收电桥激励电压信号，第一电阻应变片与第二电阻应变片之间的接线端以及第四电阻应变片与第三电阻应变片之间的接线端用于输出电桥输出电压信号。在测力计中分布多个测力单元，每个单元独立单独输出力值信号，测力计与二次仪表连接后，不仅能够检测出总的轧制力，还可以得出轧制力在测力计上的分布情况，判断是否发生偏载。将仪器电路前置到测力计内，测力计和二次仪表通过通讯的方式连接，消除了电阻应变片电桥激励电压衰减和模拟信号被干扰的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪的原理图；

图2A示出了本实用新型实施例提供的测力计的立体结构示意图；

图2B示出了图2A中提供的测力计的正视图；

图2C示出了图2B中提供的测力计的一个测力单元的放大图；

图2D示出了图2A中提供的测力计的俯视图；

图2E示出了图2D中的AA截面示意图；

图2F示出了图2E中的BB截面示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一个测力单元中的四片电阻应变片连接成的惠斯通电桥的电路图；

图4示出了本实用新型实施例提供的测力单元的校准流程示意图。

附图标记：100-弹性体；101-第一类孔；121、122、123、124-第二类孔；131-第一电阻应变片；132-第二电阻应变片；133-第三电阻应变片；134-第四电阻应变片；141-第一上工作面；142-第二上工作面；143-第三上工作面；105-条形凹槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

目前，轧制力测力计多为电阻应变片式，在测力计中承载轧制力的部件称为弹性体，弹性体内贴装电阻应变片，当测力计受力弹性体变形后，电阻应变片的阻值相应变化，从而得出轧制力。因为板材生产时，轧制力非常大，因而弹性体需要有较高的承载力和过载能力。通常在轧钢生产现场，测力计与二次仪表通过一两百米长的电缆线连接，存在电阻应变片电桥激励电压衰减和模拟量信号被干扰的问题。受轧机结构设计不完善、均压板变形、安装不平整等因素影响，轧制力不能均匀地传递到测力计的工作面上，使测力计发生偏载，不仅会影响轧制力的测量精度，而且在严重的情况下，会损坏测力计和轧机。因此，需要提出一种新型的轧制力数字测量仪。本实用新型是针对轧制力测力计工作时受力不均匀，发生偏载，测力计和二次仪表电缆线较长，激励电压衰减和模拟信号被干扰的问题，提出一种具有偏载检测功能的轧制力的数字测量系统。

图1示出了本实用新型实施例提供的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪的原理图。如图1所示，本实用新型提供的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪包括测力计和二次仪表，测力计用于获取力值数据(该数据来自于测力单元)并发送给二次仪表，二次仪表用于向测力计发送校准指令。

测力计包括多个测力单元、多个信号放大器(也就是图1中所示的仪器放大器)以及处理单元，所述多个测力单元中的每个测力单元用于输出力值信号，所述多个测力单元中的每个测力单元与对应的信号放大器连接，信号放大器与处理单元连接，处理单元经由通讯模块与二次仪表通讯连接。此处的通讯连接为双向数据传输连接。可选地，处理单元包括多个ADC模块(也就是模数转换器模块)和一个MCU模块(也就是处理芯片MCU)，每一个信号放大器与所述多个ADC模块中对应的ADC模块连接。在处理单元中，所述多个ADC模块与处理单元中的MCU模块连接。

如图1所示，二次仪表可以包括显示模块、DAC输出模块、数字量IO模块、处理芯片MCU，在二次仪表中，显示模块、DAC输出模块、数字量IO模块均与处理芯片MCU，二次仪表的处理芯片MCU经由通信模块与处理单元中的MCU模块通讯连接。

可选地，例如，如图1所示，测力单元的数量为3个，此时测力单元包括图1中所示的测力单元A、测力单元B以及测力单元C。应当理解，根据测力计的尺寸，测力单元也可以为其他数量。例如，当轧制力测力计的长度更长时，可以增加更多组的测力单元，仍然按照本实用新型所示的方式来设置轧制力测量系统。关于多个测力单元的相对位置，如图1所示，所述多个测力单元沿弹性体(如下文所述)的长度方向均匀布置。

图2A示出了本实用新型实施例提供的测力计的立体结构示意图；图2B示出了图2A中提供的测力计的正视图；图2C示出了图2B中提供的测力计的一个测力单元的放大图；图2D示出了图2A中提供的测力计的俯视图；图2E示出了图2D中的AA截面示意图；图2F示出了图2E中的BB截面示意图。

如图2A所示，测力计的弹性体100为扁平结构。可选地，弹性体100的高度约为74mm，例如，弹性体100的高度可以等于74mm。

每个测力单元的内部设置有延伸方向相同的一个第一类孔101(也就是图2A中的大孔)和四个第二类孔(也就是图2A中位于大孔四周的小孔)，具体地，第二类孔包括第二类孔121、第二类孔122、第二类孔123和第二类孔124，四个第二类孔的直径以及深度均相同。第一类孔101的直径大于第二类孔的直径，第一类孔101和第二类孔中的每个孔的深度均短于弹性体100的宽度(如图2F所示)，第一类孔101和第二类孔中的每个孔的深度相同。四个第二类孔(也就是第二类孔121、第二类孔122、第二类孔123和第二类孔124)均匀地分布在第一类孔101的周围。通过将四个小孔(也就是四个第二类孔)均匀地分布在大孔(也就是第一类孔101)周围，用以分散应力，使大孔中黏贴电阻应变片的区域应力分布均匀，可以保证电阻应变片与弹性体同等地变形。

第一类孔101内黏贴有相同的四条电阻应变片，如图2B所示，四条电阻应变片包括第一电阻应变片131、第二电阻应变片132、第三电阻应变片133和第四电阻应变片134，第一电阻应变片131和第三电阻应变片133设置在第一类孔101内的上下两侧，第一电阻应变片131和第三电阻应变片133用于测量弹性体100水平方向(也就是X方向)的应变，应变片受拉电阻值变大。第二电阻应变片132和第四电阻应变片134设置在第一类孔101内的左右两侧，第二电阻应变片132和第四电阻应变片134用于测量弹性体100垂直方向(也就是Y方向)的应变，应变片受压电阻值变小。

同一个第一类孔101中的四条电阻应变片连接成惠斯通电桥，第一电阻应变片131的电阻用R₁表示，第二电阻应变片132的电阻用R₂表示，第三电阻应变片133的电阻用R₃表示，第四电阻应变片134的电阻用R₄表示，如图3所示，测力方向相同的电阻应变片连接成电桥的对角，具体地，第一电阻应变片131和第二电阻应变片132连接成电桥左侧的上下桥臂，第四电阻应变片134和第三电阻应变片133连接成电桥右侧的上下桥臂。在电桥中，第一电阻应变片131与第四电阻应变片134之间的接线端以及第二电阻应变片132与第三电阻应变片133之间的接线端用于接收电桥激励电压信号U_E，第一电阻应变片131与第二电阻应变片132之间的接线端以及第四电阻应变片134与第三电阻应变片133之间的接线端用于输出电桥输出电压信号U_O。在弹性体100空载(也就是不受压)时，R₁、R₂、R₃、R₄的电阻值均相同，在轧制力测力计不受力的初始状态下U_O为零。当轧制力测力计受压时，X方向的电阻应变片R₁和R₃受拉增大，而Y方向的电阻应变片R₂和R₄受压减小，使输出电压U_O发生变化，即电压U_O代表轧制力测力计所受的力值信号。

二次仪表从测力计接收到每个测力单元的力值数据后，再将其求和得出总的轧制力，由于测力计包括多个测力单元，因此，可以根据每个测力单元的力值分布情况来判断测力计是否发生偏载，并相应的发出报警信号，确保轧机系统正常工作。

在测力计中分布多个测力单元，每个单元独立单独输出力值信号，测力计与二次仪表连接后，不仅能够检测出总的轧制力，还可以得出轧制力在测力计上的分布情况，判断是否发生偏载，具有检测偏载功能的特性。将仪器电路前置到测力计内，测力计和二次仪表通过通讯的方式连接，消除了电阻应变片电桥激励电压衰减和模拟信号被干扰的问题，从而实现了轧制力的精确测量。

可选地，如图1所示，在弹性体100的表面上，在所述多个测力单元中的相邻两个测力单元中间的位置处，设置有条形凹槽105，条形凹槽105的延伸方向与第一类孔101的延伸方向相同。通过设置条形凹槽105，可以减小弹性体100的上工作面上任一区域受力对其他区域的测力单元的影响，从而有利于更准确地判断偏载情况。例如在图1中，通过两个条形凹槽105，将弹性体100的上侧受压面分成了三个上工作面，包括：与左侧的测力单元对应的第一上工作面141、与中间的测力单元对应的第二上工作面142以及与右侧的测力单元对应的第三上工作面143。

测力计中的每个测试单元独立单独校准，图4示出了本实用新型实施例提供的测力单元的校准流程示意图。从测力计中的多个测力单元中选择任一未校准的测力单元作为指定测力单元，测力单元的校准过程包括如下步骤：步骤A、测力计中的每个测试单元空载；步骤B、二次仪表向测力计发送记录零点指令；步骤C、对指定测力单元(也就是图4中的“某一个测力单元”)加载额定压力；步骤D、二次仪表向测力计发送指定测力单元记录额定点的指令，指定测力单元校准完成；步骤E、如果所有的测力单元校准完成，则结束校准过程，如果存在未校准的测力单元，则将未校准的测力单元中的任一测力单元作为指定测力单元，并且执行步骤C至步骤D。

综上所述，通过将仪器电路前置到测力仪内，能够分区域测量轧制力；测力计和二次仪表通过通讯的方式连接，抗干扰能力强，消除了原来通过一两百米长的电缆线连接测力计和二次仪表，存在电桥激励电压衰减和模拟信号被干扰的问题；测量系统不仅能得出总轧制力，还能得出轧制力的分布情况，具有检测偏载功能的特性。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，其特征在于，所述数字测量仪包括测力计和二次仪表，所述测力计用于获取力值数据并发送给所述二次仪表，所述二次仪表用于向所述测力计发送校准指令；

所述测力计包括多个测力单元、多个信号放大器以及处理单元，所述多个测力单元中的每个测力单元用于输出力值信号，所述多个测力单元中的每个测力单元与对应的信号放大器连接，信号放大器与所述处理单元连接，所述处理单元经由通讯模块与所述二次仪表通讯连接；

所述测力计的弹性体为扁平结构，每个测力单元的内部设置有延伸方向相同的一个第一类孔和四个第二类孔，所述第一类孔的直径大于所述第二类孔的直径，所述第一类孔和所述第二类孔中的每个孔的深度均短于所述弹性体的宽度，所述四个第二类孔均匀地分布在所述第一类孔的周围，所述第一类孔内黏贴有相同的四条电阻应变片，所述四条电阻应变片包括第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片，所述第一电阻应变片和所述第三电阻应变片设置在所述第一类孔内的上下两侧，所述第一电阻应变片和所述第三电阻应变片用于测量所述弹性体水平方向的应变，所述第二电阻应变片和所述第四电阻应变片设置在所述第一类孔内的左右两侧，所述第二电阻应变片和所述第四电阻应变片用于测量所述弹性体垂直方向的应变；

同一个第一类孔中的四条电阻应变片连接成惠斯通电桥，测力方向相同的电阻应变片连接成电桥的对角，在所述电桥中，所述第一电阻应变片与所述第四电阻应变片之间的接线端以及所述第二电阻应变片与所述第三电阻应变片之间的接线端用于接收电桥激励电压信号，所述第一电阻应变片与所述第二电阻应变片之间的接线端以及所述第四电阻应变片与所述第三电阻应变片之间的接线端用于输出电桥输出电压信号。

2.根据权利要求1所述的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，其特征在于，所述处理单元包括多个ADC模块和一个MCU模块，每一个信号放大器与所述多个ADC模块中对应的ADC模块连接。

3.根据权利要求1所述的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，其特征在于，所述弹性体的垂直高度为74mm。

4.根据权利要求1所述的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，其特征在于，所述测力单元的数量为3个。

5.根据权利要求4所述的具有偏载检测功能的轧制力数字测量仪，其特征在于，在所述弹性体的表面上，在所述多个测力单元中的相邻两个测力单元中间的位置处，设置有条形凹槽，所述条形凹槽的延伸方向与第一类孔的延伸方向相同。