Электрические датчики в современной металлургии

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 отклонением 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.

Силоизмерительные датчики измерителей натяжения.

Кроме требований надежности и точности, к силоизмерительным датчикам для измерителей натяжения полосы предъявляется требование высокой механической жесткости в направлении действия измеряемого усилия, которое является непременным условием исключения возможности возникновения низкочастотных колебаний прокатываемой полосы вместе с измерительным роликом. Поскольку деформируемые (упругие) элементы силоизмерительных датчиков обычно изготавливаются из сталей, можно сформулировать два условия высокой жесткости: использование только деформаций растяжения и сжатия, а также минимизация механических напряжений. В измерителях натяжения полосы применяют тензорезисторные и магнитоупругие силоизмерительные датчики, собственные частоты которых достаточно высоки и одинаковы. В цехах холодной прокатки используют в основном измерители натяжения, разработанные ВНИИАчерметом и ВНИИметмашем. В измерителях ВНИИметмаша применяются силоизмерительные датчики типа ДСТ, работающие на сжатие.

Технические характеристики датчиков типа ДСТ

Номинальная нагрузка, кН 0,05; 0,1; 0,2;

0,5; 1; 2; 5; 10;

20; 50; 100; 200;

Допустимая погрешность, % ±0,5

Рабочий диапазон температур, °С……………………… - 30…+50;

Допускаемая температурная погрешность, %/°С ……………0,1

Напряжение питания, В……………………………………………12;

Габаритные размеры, мм ………….110X130X42…145X115X105

В измерителях натяжения ВНИИАчермета применяются магнитоанизотропные силоизмерительные датчики специальной конструкции. Имеются датчики двух конструктивных модификаций, отличающихся защитой токоподводящего кабеля.

Технические характеристики датчиков ДМ-5806 и ДМ-7091

Диапазон измерения усилия, кН……………………….. 1,0…50,0

Допустимая погрешность, % …………………………. ±1,0

Нелинейность выходной характеристики, % ………… ±1,5.

Перегрузочная способность, % …………………………… 150

Постоянная времени, с………………………………… 0,02

Выходное напряжение переменного тока, В……………. >3,0

Выходное сопротивление, Ом ………………………………….50

Потребляемая мощность, В А …………………………………20

Габаритные размеры, мм:

ДМ-5806 ………………………………………………… 60X90X110

ДМ-7091…………………………………………………..60X90X130

На станах и других агрегатах, обрабатывающих узкие и тонкие полосы, натяжения, а следовательно, и силы, действующие на измерительный ролик, могут не превышать десятки и сотни ньютонов. В этом случае возникают затруднения в обеспечении достаточной точности измерения при помощи силоизмерительных датчиков, работающих на сжатие. Тогда в качестве силоизмерительных датчиков могут быть использованы сильфоны, заполненные жидкостью или газом. При нагружении таких сильфонов измеряемой силой давление внутри их полости растет. По давлению судят о величине измеряемой силы. Измерителем давления может быть либо манометр, либо датчик, преобразующий давление в пропорциональный сигнал электрического тока.

3.4 Измерение толщины

Неотъемлемой частью системы автоматического регулирования является измеритель толщины. В настоящее время известно несколько способов измерения толщины полосы в процессе прокатки, среди которых необходимо выделить непосредственное (прямое) измерение с помощью толщиномеров и косвенное измерение, при котором толщина полосы определяется вычислением через другие параметры. Чаще всего для этой цели используют зависимость Головина-Симса:

,

где P - усилие прокатки; Mk - коэффициент жесткости клети; S0 - первоначальный зазор между валками.

Рассмотрим современные отечественные и зарубежные измерители толщины. В промышленности применяются бесконтактные измерители толщины, различные по конструкции и принципу действия - рентгеновские и радиоизотопные и контактные.

Процесс измерения должен быть бесконтактным, автоматическим и непрерывным.

Бесконтактные измерители толщины

Бесконтактные измерители толщины, которые используются в прокатном производстве, в основном используют - и - излучения радиоактивных изотопов и рентгеновское излучение.

Принцип действия измерителей основан на том, что при прохождении потока излучения через измеряемый материал происходит частичное поглощение лучей. Интенсивность прошедшего через измеряемый материал излучения ослабляется. Степень ослабления зависит от толщины материала и его химического состава.

Для одного и того же материала степень ослабления определяется лишь его толщиной, что и положено в основу работы бесконтактных измерителей толщины. Это позволяет измерять, например, толщину движущейся полосы в потоке производства бесконтактным и неразрушающим методами.

Интенсивность излучения после прохождения потока через измеряемый металл

,

где I0 - интенсивность измерения при нулевой толщине металла; - коэффициент поглощения, определяемый видом металла и длиной волны излучения;

h - толщина измеряемого металла.

В бесконтактных измерителях толщины в качестве источников ионизирующего излучения применяются рентгеновские блок-трансформаторы, - и - излучения радиоактивных изотопов. Применение того или иного типа излучателя определяется диапазоном измеряемых толщин. Например, диапазон толщины 0,002…1,2 мм контролируется измерителями с -излучением, а от 0,3 мм и выше с - и рентгеновским излучением.

Измерители с -источниками имеют меньшие габариты, проще в эксплуатации и невысокую относительную стоимость. Измерители с рентгеновскими установками имеют больший рабочий зазор, позволяют достигать высокое быстродействие.

При установке и эксплуатации измерителей толщины полосы на стане или агрегате могут появиться специфические ошибки, связанные с изменением наклона полосы в процессе прокатки, наличием воды, масла, эмульсии на полосе, нагревом полосы при холодной прокатке, неточностью введения в показания измерителя поправок на химический состав и структуру металла полосы. Для уменьшения ошибок в показаниях бесконтактных измерителей толщины необходимо:

- при установке измерителя принять меры, чтобы после перевалок при изменении диаметра рулона и др. изменение наклона полосы и измерительном блоке не превышало ±2°. Для этой же цели имеются стабилизирующие ролики на агрегатах резки и травления;

- удалять сжатым воздухом воду, эмульсию с полосы в месте измерения. При наличии на полосе воды, эмульсии, масла измеритель толщины дает завышенные показания;

- в процессе эксплуатации уточнять температуру полосы при различных режимах прокатки и вводить соответствующую коррекцию в показания измерителя толщины при помощи ручной регулировки. Для стали ошибка может достигать 0,35% при температуре полосы 150 °С после клети;

- на станах и агрегатах параллельно с бесконтактными измерителями толщины установить электроконтактные (например, М-211 завода «Калибр») с дистанционным управлением перемещения измерительного блока и пользоваться ими (в целях сохранения точности) только для проверки бесконтактных измерителей толщины во время заправки полосы, так как разброс химического состава полос в пределах, предусмотренных стандартом, вносит погрешность в их показания. Например, при измерении толщины полосы из стали с содержанием 0,1 и 0,3% С ошибка может составить 0,2%. Значительно большая ошибка возникает при измерении толщины полосы из легированных сталей разных плавок.

Измерители толщины, применяемые в системе автоматического регулирования толщины (САРТ); должны иметь минимальную погрешность измерения и высокое быстродействие. В измерителях толщины, основанных на затухании интенсивности потока излучения при прохождении через металл, выполнение этих требований взаимосвязано. Улучшение одной характеристики приводит к ухудшению другой или к значительному усложнению аппаратуры.

При рассмотрении быстродействия измерителей толщины полосы определяющим является быстродействие главного привода, так как оно в 1,5…2 раза больше, чем быстродействие электропривода нажимных винтов. В случае применения гидравлического нажимного устройства быстродействие измерителя толщины определяется быстродействием гидропривода.

Наибольшее распространение получили измерители рентгеновского излучения.

В табл. 2 приведены технические характеристики рентгеновских толщиномеров полосы конструкции ВНИИАчермета и НПО «СПЕКТР» (РИТ-4) г. Москва.

ВНИИАчерметом, кроме приведенных выше, разработаны более совершенные рентгеновские толщиномеры типов ИТХ-7140 и ТРГ-7138. По своим метрологическим характеристикам они соответствуют современным требованиям и существенно превосходят серийные толщиномеры типов ИТХ-5736, ИТХ-6170, ИТГ-5688.

Толщиномер типа ИТХ-7140 двухлучевой, компенсационного типа, с двумя источниками излучения и одним приемником, с непрерывным уравниванием потоков излучения при помощи компенсирующего клина в рабочем потоке, предназначен для измерения толщины полосы при холодной прокатке. Толщиномер типа ТРГ-7138 также двухлучевой, компенсационного типа, но с одним источником изучения и двумя приемниками для измерения толщины полосы при горячей прокатке.

Таблица 2. Технические характеристики рентгеновских толщиномеров полосы

Управление толщиномерами может быть как дистанционным, так и вручную с пульта управления. В настоящее время современные информационные технологии завоевывают устойчивое место в технологических процессах металлургии. Сбор данных и управление технологическим операциями осуществляют с помощью автоматизированных рабочих мест (АРМ).

Страницы: 1, 2, 3, 4