測壓儀

冶金軋鋼機上測量壓力的儀器

測壓儀是一種用於冶金工業軋鋼機上測量軋制壓力的儀器,是實現軋機自動化和鋼板厚度自動控制的關鍵設備;也可以用於重工業、礦山和化工部門作為測力和稱重工作的設備。測壓儀由壓磁式測力與稱重感測器(測壓頭)與相應的二次儀錶組成。

作用


測壓儀是用來測定並指示軋制壓力的元件。它可以置於壓下螺絲和上支承輥軸承座之間,考慮到該處經常運動對固定測量線路帶來的影響,有的把它安裝在下支承輥軸承座的下面,但這時必須把測壓儀密封好,防止水和氧化鐵皮的浸蝕。也有把它置於壓下螺母的上部。
測壓儀對現代熱帶鋼連軋機的操作起著重要的作用,在厚度自動控制系統中,它是一個重要的參變數,根據它所檢測的值的大小,將信號輸入於厚度自動控制系統中,以調整壓下量,控制帶鋼的厚度。它也是軋機的一個安全指示信號,當指示的軋制力大於規定的負荷時,操作者即可採取措施,防止設備事故的發生。

分類


測壓儀通常又稱為壓頭,種類很多,主要因由機械參數轉換為電參數的感測元件的種類而異,在測量軋制壓力中,應用較廣的有電阻應變式和壓磁式兩種。電阻應變式的工作原理基於金屬導體的應變效應,即導體的電阻隨機械變形量而變化,輸出功率較小,通常需經放大才能指示,抗干擾能力也比較差,故在軋機上作永久性壓頭應用不多。壓磁式感測元件是利用鐵磁材料(磁彈性)的物理效應:即應力對磁性的影響,將被測力轉變成電參數。與電阻應變式、電感式、電容式、電壓式等感測元件相比。它具有輸出功率大,不用放大器,抗干擾能力強,精度高,線性度好,動態響應時間小(約幾十毫秒)等優點。特別是它能在有灰塵、水和腐蝕性氣體等惡劣環境中長期運行,維護方便且壽命較長,因此在軋鋼機壓力測量中得到廣泛採用。
壓磁式測力與稱重感測器是一種基於磁性材料具有磁彈效應(即沿受力方向的導磁率將發生變化)的原理,將力或重量正比地轉變為電信號的一二次變換器
對測壓儀,所施的壓力越大,產生的感應電動勢也越大。將這個感應電動勢送人二次儀錶,就可以建立力或重量與電壓(或電流)的線性關係

壓磁式


壓磁式感測元件是由許多冷軋硅鋼片的沖片組成,片與片之間用環氧樹脂粘貼起來。作幾十噸至幾千噸測量用的沖片的形狀如下圖所示,由四個單元組成,每個單元有四個小孔和兩個大孔,大孔用於穿固定螺釘,小孔用於繞線圈。
壓磁式壓頭沖片
壓磁式壓頭沖片
一個單體的壓磁式感測元件的原理如下圖所示,孔1、2的中心聯線和孔3、4的中心聯線相互垂直,孔1和2間繞有勵磁繞組(即一次繞組)W,孔3和4間繞有次級繞組(二次繞組)W,當勵磁繞組中通過一定的交變電流時,鐵芯中就產生磁場。現設想把孔間分成A、B、C、D四個部分,在不受外力時,鐵芯中磁性各向同性,A、B、C、D四個部分的導磁率μ是相同的,這時磁力線軸對稱分佈,合成磁場強度平行於二次繞組W平面,磁力線不與W交鏈,故不會在其中感應出電動勢(下圖a)。
壓磁式感測器原理
壓磁式感測器原理
在壓力P的作用下,A、B區域產生很大的壓應力σ(σ應在2公斤/毫米以下,約為材料屈伏點的1/10左右,以保持沖片材料的磁彈性),於是A、B區域導磁率μ下降,磁阻增大(對磁致伸縮係數為正的材料如硅鋼片而言),而C、D區域壓應力很小,導磁率μ基本不變,這樣部分磁力線不通過A、B區域,而繞過C、D區域閉合(上圖b),於是磁力線被扭曲變形,合成磁場強度H不再與W平面平行,磁力線與W交鏈,在二次繞組礦W中感應出電動勢E。壓力P愈大,轉移的磁通愈多,E值也愈大。與壓力P相對應的感應電勢E,經過專門的測量電路,可用電流I或電壓V顯示出來,用儀錶指示或作為厚度自動控制系統的輸入信號。

結構


大噸位壓磁式測壓儀多採用如下圖所示的結構,測壓元件放置在一個長方形的鋼製殼體中,它與殼體之間用環氧酚醛玻璃布板隔開,測量導線從殼體的側面引出。上蓋板和下底板,也叫力傳板,應有一定的硬度、強度和機械加工平直度,它與測壓元件的接觸面加工光潔度應在▽7以上,使之接觸均勻。底板上的銷釘用作測壓儀的定位。
壓磁式測壓儀結構
壓磁式測壓儀結構