本發(fā)明涉及力傳感器，尤其是涉及一種王字型結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器。

背景技術(shù)：

軋制力傳感器是軋鋼設(shè)備的重要組成部分，在連續(xù)不間斷軋鋼作業(yè)中，為了保證軋機(jī)上的輥輪兩端的力值一致，需指示和控制軋制力，通常需要安裝軋制力傳感器來(lái)測(cè)量軋輥兩端的軋制力值。特別是對(duì)于高精度的軋板和帶鋼，對(duì)于板材厚度的精準(zhǔn)度以及均勻度完全取決于軋制力力值的控制，因此在高端板材領(lǐng)域軋制力傳感器至關(guān)重要。軋制力傳感器通常所受力值極大，產(chǎn)品規(guī)格從100～8000t不等，在軋鋼過(guò)程(咬鋼時(shí))中軋制力會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)峰值，數(shù)值會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)產(chǎn)品規(guī)格量程因此對(duì)于軋制力傳感器的抗過(guò)載能力要求較高。同時(shí)安裝環(huán)境較為惡劣，通常油污、高溫、水汽等條件下，使得軋制力傳感器要具備極強(qiáng)的耐介質(zhì)能力。

目前國(guó)內(nèi)鋼廠所使用的軋制力的傳感器以進(jìn)口為主，雖然軋制力傳感器安裝環(huán)境較差但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況而言，軋制力傳感器損壞的主要原因是非均布載荷以及彎矩應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致傳感器損壞。因?yàn)檐堉屏鞲衅魇敲媸芰鞲衅?，而傳感器為多組平行通孔結(jié)構(gòu)，有多個(gè)貼片孔和應(yīng)力釋放孔組成，在貼片孔內(nèi)均勻貼布了多個(gè)應(yīng)變計(jì)，從而形成多個(gè)應(yīng)變測(cè)力單元。

參見(jiàn)說(shuō)明書附圖的圖1～4，圖1～4中各標(biāo)記表示：P1為彈性主體；P11為貼片孔；P121為上應(yīng)力釋放孔；P122為下應(yīng)力釋放孔；P21軋輥接觸面；P22上均壓板上承壓面；P23上均壓板與傳感器接觸面；P24下承壓板與傳感器接觸面；P25基坑接觸面；P3軋輥；P41上均壓板；P42下承壓板；P5基坑；R1、R2為應(yīng)變片壓縮組成電阻；R3、R4(R3、R4為恒值電阻)為補(bǔ)償電阻；L1、L2為貼片位置；C為彈性主體P1的厚度；A為上均壓板P41的厚度；B為下承壓板P24的厚度。

在受力過(guò)程中應(yīng)變計(jì)壓縮形變短導(dǎo)致阻抗變小，將貼片孔內(nèi)所有的應(yīng)變計(jì)連接后分二組R1、R2合同補(bǔ)償電阻R3、R4(R3、R4為恒值電阻)進(jìn)行電路組橋。在無(wú)外力情況下R1、R2、R3、R4阻值相同，此時(shí)信號(hào)輸出端電壓為0。在傳感器受壓力下R1、R2阻值由于應(yīng)變計(jì)的壓縮而變小，R3、R4阻值恒定不變，這樣在信號(hào)輸出端就會(huì)產(chǎn)生電壓。我們通過(guò)檢測(cè)電壓大小通過(guò)儀表的放大轉(zhuǎn)換得出力值大小，但這種輸出的電壓信號(hào)較弱，抗干擾能力弱，同時(shí)靈敏度較低也大大影響產(chǎn)品的精度。由于這樣的電氣結(jié)構(gòu)，這就對(duì)于傳感器受力面的平整度有較高的要求，必須要保證70％以上的受力面同時(shí)受力，否則局部力值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)超過(guò)允許壓縮范圍而出現(xiàn)斷裂和脫落的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致傳感器的損壞。因?yàn)橐ＷC傳感器不損壞必須對(duì)于傳感器安裝結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求如圖3所示，此為使用最多傳感器安裝結(jié)構(gòu)，由上均壓板P41，彈性主體P1和下承壓板P24組成。上均壓板P41起到了一個(gè)力值均布的作用，同時(shí)上均壓板P41的上下接觸面易于再修復(fù)加工。下承壓板P24也可對(duì)安裝用的基坑P5長(zhǎng)期腐蝕所造成的不平起到一個(gè)緩沖作用。

但是在實(shí)際使用過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，由于基坑P5的深度尺寸有限，上均壓板P41和下承壓板P24的厚度不夠，有些甚至還遠(yuǎn)小于傳感器彈性主體P1厚度。由于基坑P5在軋鋼過(guò)程中長(zhǎng)期受到侵蝕產(chǎn)生高低不平，坑坑洼洼。這就對(duì)傳感器及上下壓板產(chǎn)生彎矩應(yīng)力。對(duì)于均勻材質(zhì)的抗彎截面模量的大小與厚度的平方成正比，W＝1/6bh²，其中b是寬度，h為材質(zhì)厚度?？箯澖孛婺Ａ吭酱髣t抗彎矩應(yīng)力能力越強(qiáng)。而此時(shí)基坑的抗彎截面模量的大小正好是W＝1/6b(A²+B²+C²),而且此時(shí)由于傳感器彈性主體P1厚度C大于上均壓板P41和下承壓板P24的厚度A和B，使得傳感器所受的彎矩應(yīng)力最大從而使得傳感器損壞，特別是軋鋼時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)峰值沖擊力。

基于現(xiàn)場(chǎng)所產(chǎn)生問(wèn)題，特別是基坑P5腐蝕嚴(yán)重程度的日益增加，很多產(chǎn)品使用不過(guò)1天就損壞，有人也提出了將上均壓板P41和下承壓板P24合并以提高基坑內(nèi)整體的抗彎截面模量。這樣雖然抗彎截面模量W＝1/6b[(A+B)²+C²]這樣就大幅度提高的抗彎矩應(yīng)力的能力，但基坑P5底面被腐蝕所產(chǎn)生的坑洼在沒(méi)有下承壓板P24的緩沖下直接與傳感器接觸，會(huì)導(dǎo)致傳感器局部過(guò)載嚴(yán)重而直接導(dǎo)致傳感器損壞。

如何克服存在的問(wèn)題，已成為業(yè)內(nèi)十分關(guān)注的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種王字型結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器，該王字形結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器可緩和基坑不平整對(duì)于傳感器應(yīng)變孔內(nèi)應(yīng)變計(jì)的影響，顯著增加傳感器原有的信號(hào)輸出，提升傳感器的精度，提高傳感器抗彎矩應(yīng)力的能力及抗軋制力沖擊的能力。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

王字型結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器，包括彈性主體和應(yīng)變片組成的電橋電路；其特點(diǎn)在于，所述彈性主體的外形為矩形，橫截面呈王字型，彈性主體厚度中央間隔設(shè)有平行的橫向貼片孔，每個(gè)橫向貼片孔內(nèi)貼有至少2片拉伸應(yīng)變片；所有的拉伸應(yīng)變片構(gòu)成惠世登電橋電路，構(gòu)成惠世登電橋電路中的一組電阻為壓縮組成電阻，另一組電阻為拉伸組成電阻；彈性主體間隔對(duì)稱設(shè)有以橫向貼片孔為基準(zhǔn)且與橫向貼片孔平行的上應(yīng)力釋放孔和下應(yīng)力釋放孔，彈性主體兩側(cè)沿縱向設(shè)有以橫向貼片孔為基準(zhǔn)且與橫向貼片孔垂直的上傳力導(dǎo)向槽和下傳力導(dǎo)向槽。

進(jìn)一步的：

所述彈性主體的外形為長(zhǎng)方形。

所述拉伸應(yīng)變片的數(shù)量根據(jù)實(shí)際量程所需來(lái)設(shè)定，所述電橋電路的數(shù)量根據(jù)由實(shí)際情況決定。如每個(gè)橫向貼片孔內(nèi)壁貼有10片拉伸應(yīng)變片，其中5片為壓縮片，另5片為拉伸片。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果如下：

在機(jī)械結(jié)構(gòu)上：增加了應(yīng)力釋放孔，這樣能有效的保證了拉伸應(yīng)變計(jì)的線性輸出；采用了王字型的彈性主體，相當(dāng)于在安裝傳感器時(shí)，將需用的上下壓板合并于傳感器上，形成了一體式傳感器，這樣可通過(guò)上下傳力導(dǎo)向槽將上下接觸面受力集中于貼片孔的應(yīng)變計(jì)采樣點(diǎn)上，這種結(jié)構(gòu)可顯著提高彈性主體的抗彎截面模量W＝1/6b(A+B+C)²，提高傳感器抗彎矩應(yīng)力的能力，從而大大提高了傳感器抗軋制力沖擊的能力。此外，王字型主體結(jié)構(gòu)也有效緩和了基坑不平整對(duì)于傳感器應(yīng)變孔內(nèi)應(yīng)變計(jì)的影響。經(jīng)試驗(yàn)，效果極佳。

在電氣結(jié)構(gòu)上：由于目前所使用的傳感器信號(hào)較弱，由于增加了應(yīng)力釋放孔，而且采用雙組貼片的模式，這樣在沒(méi)有壓力的情況下，電橋電路的R1＝R2＝R3＝R4，輸出為0；而在傳感器受壓力情況下，R1、R2由于應(yīng)變計(jì)壓縮而變小，R3、R4由應(yīng)變計(jì)拉伸而變大，這樣就大大增加傳感器原有的信號(hào)輸出，采樣點(diǎn)增加后提升了傳感器的精度，并且由于信號(hào)強(qiáng)度的變大，抗干擾也有明顯程度的提高。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有軋制力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的橫向A-A剖視示意圖。

圖3為現(xiàn)有軋制力傳感器的電橋電路示意圖。

圖4為現(xiàn)有軋制力傳感器安裝示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖5的橫向A-A剖視示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的電橋電路示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1～4，參見(jiàn)背景技術(shù)中的說(shuō)明。構(gòu)成惠世登電橋電路中的R1、R2為應(yīng)變片壓縮組成電阻，R3、R4(R3、R4為恒值電阻)為補(bǔ)償電阻。在無(wú)外力情況下R1、R2、R3、R4阻值相同，此時(shí)信號(hào)輸出端電壓為0。在傳感器受壓力下R1、R2阻值由于應(yīng)變片的壓縮而變小，而R3、R4阻值恒定不變，這樣在信號(hào)輸出端就會(huì)產(chǎn)生電壓，通過(guò)檢測(cè)電壓大小通過(guò)儀表的放大轉(zhuǎn)換得出力值大小。但這種輸出的電壓信號(hào)較弱，抗干擾能力弱，同時(shí)靈敏度較低也大大影響產(chǎn)品的精度。

參見(jiàn)圖5～8，王字型結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器，包括彈性主體1和應(yīng)變片組成的電橋電路；所述彈性主體1的外形為長(zhǎng)方形，橫截面呈王字型。在彈性主體1厚度中央間隔設(shè)有平行的10個(gè)橫向貼片孔11，每個(gè)橫向貼片孔11內(nèi)壁貼有10片拉伸應(yīng)變片，其中5片為壓縮片，另5片為拉伸片。所有的拉伸應(yīng)變片21構(gòu)成2個(gè)惠世登電橋電路。彈性主體1間隔對(duì)稱設(shè)有以橫向貼片孔11為基準(zhǔn)且與橫向貼片孔11平行的上應(yīng)力釋放孔121和下應(yīng)力釋放孔122，彈性主體1兩側(cè)沿縱向設(shè)有以橫向貼片孔11為基準(zhǔn)且與橫向貼片孔11垂直的上傳力導(dǎo)向槽131和下傳力導(dǎo)向槽132。

在受力過(guò)程中應(yīng)變片壓縮形變短導(dǎo)致阻抗變小，所有的應(yīng)變片經(jīng)連接后分成二組，構(gòu)成惠世登電橋電路。R1’和R2’代表拉伸應(yīng)變片電阻，R3’、R4’代表壓縮應(yīng)變片電阻，整體構(gòu)成一個(gè)惠世登電橋。其中L1位置的應(yīng)變計(jì)電阻和值為R1’，L2位置的應(yīng)變計(jì)電阻和值為R2’，L3位置的應(yīng)變計(jì)電阻和值為R3’，L4位置的應(yīng)變計(jì)電阻和值為R4’。(原電氣結(jié)構(gòu)R1和R2代表拉伸應(yīng)變片電阻，其中L1位置應(yīng)變計(jì)電阻和值為R1，L2位置應(yīng)變片電阻和值為R2，R3和R4為固定的補(bǔ)償電阻貼于應(yīng)變孔外部受力過(guò)程中不發(fā)生形變)。

安裝時(shí)，王字型的彈性體1安裝于基坑P5內(nèi)，王字型的彈性體1的厚度等于A+B+C(對(duì)照?qǐng)D4)。

本發(fā)明實(shí)施例具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：

在機(jī)械結(jié)構(gòu)上能有效的保證了拉伸應(yīng)變計(jì)的線性輸出。因采用了王字型的彈性體結(jié)構(gòu)，可將現(xiàn)有安裝用的上下壓板合并于傳感器上，通過(guò)4條傳力導(dǎo)向槽將上下接觸面受力集中于中間貼片孔的應(yīng)變計(jì)采樣點(diǎn)上，大大提高了彈性體的抗彎截面模量W＝1/6b(A+B+C)²提高了傳感器抗彎矩應(yīng)力的能力，也大大提高了傳感器抗軋制力沖擊的能力，同時(shí)王字型結(jié)構(gòu)也緩和了基坑不平整對(duì)于傳感器應(yīng)變孔內(nèi)應(yīng)變計(jì)的影響。