Устройство для измерения деформации клети прокатного стана Советский патент 1992 года по МПК G01L1/12 G01B7/24 

Изобретение относится к технике для измерения деформации магнитоупругим методом и может быть использовано для измерения усилия прокатки по деформации стойки клети.

Известно устройство измерения усилия прокатки; включающее силоизмерительный

преобразователь, встраиваемый в силовой контур клети. К недостаткам устройства следует отнести большие габариты, энергоемкость, а также зависимость показаний от точки приложения нагрузки к преобразователю, что влечет за собой несоответствие измеряемого усилия показаниям, полученным при тарировке. Кроме того, при установке преобразователей в силовой контур клети невозможно проведение регламентных и ремонтных работ по устройству без останова стана.

Известно также устройство, называемое трансформатором деформации, которое воспринимает деформацию станины клети, пропорциональную усилию прокатки. Трансформатор деформации состоит из стержневых элементов двух различных сечений, одно из которых намного больше другого. На стержне меньшего сечения (измерительном) наклеены тензорезисторы. При этом длина измерительного стержня меньше расстояния между местами крепления всего трансформатора деформации. Таким образом, измеряемое относительное удлинение во столько раз превышает отно- сител-ьное удлинение станины, во столько длина стержня с тензодатчиками меньше длины участка станины, на котором укреплен трансформатор деформации.

К достоинствам устройства следует отнести удобство в обслуживании и замену преобразователя без остановки стана, малые габариты и энергоемкость по-сравнению с устройствами, встраиваемыми в силовой контур клети.

Недостатки устройства объясняются ис- пользованием для измерения деформации тензорезисторов, что определяет малую мощность выходного сигнала, плохую помехозащищенность и, следовательно, высокую погрешность измерения, низкую перегрузочную способность и невысокую надежность.

Наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому, принятое в качестве прототипа устройство для измерения де- формации клети прокатного стана, содержащий магнитоупругий датчик с намагничивающей и измерительной обмотками, элементы крепления датчика к стойке клети, кожух, стабилизированный блок пи- тания, блок выделения постоянной составляющей сигнала, разделяющую емкость, инвертирующий усилитель, два компаратора, устройство выборки-хранения, суммирующий усилитель, элемент И, формирователь импульсов. В этом устройстве измерительная обмотка соединена с входом блока вы- деления постоянной составляющей сигнал.., а выход последнего соединен с входами инвертирующего усилителя, уст- ройства выборки-хранения и, через разделительную емкость, с входом первого компаратора, выходы инвертирующего усилителя и устройства выборки-хранения соединены с входом суммирующего усилителя.

выход которого соединен с входом второго компаратора и измерительным прибором, а выход первого компаратора соединен с одним из входов элемента И, два других входа которого соединены: один - с входом формирователя импульсов, другой - с выходом второго компаратора, при этом вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний, а выход - с входом управления устройства выборки-хранения.

Прототип повышает точность измерения по сравнению с аналогом, так как обеспечивает обнуление выходного сигнала во всем промежутке времени, когда металла нет в клети.

Однако прототипу присущ и существенный недостаток; запрет на обнуление выра- батывается по переднему фронту информационного сигнала датчика (при входе металла в клеть), при этом компаратор 10 в устройстве срабатывает, когда величина информационного сигнала, поступившего на его вход, превысит уровень, соответствующий примерно 5-10% номинального усилия прокатки, а поскольку при этом теряется часть информации, то это обусловливает снижение точности измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается тем, что в известное устройство измерения деформации клети прокатного стана, содержащее установленный на стойке клети и закрытый кожухом магнитоупругий датчик с намагничивающей и измерительными обмотками, стабилизированный блок питания, соединенный с намагничивающей обмоткой, блок выделения постоянной составляющей сигнала, дифференциальный усилитель, суммирующий усилитель, два компаратора, элемент И, формирователь импульсов, блок памяти и измерительный прибор, причем измерительные обмотки соединены с входами блока выделения постоянной составляющей сигнала, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, первым входом суммирующего усилителя и первым входом блока памяти, дополнительно введены три элемента ИЛИ, тактовый генератор, два компаратора, два элемента И и формирователь импульсов, при этом выход дифференциального усилителя соединен с входами первого и второго компараторов, выход первого компаратора соединен последовательно с первым формирователем импульсов и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход первого элемента И соединен с входом второго формирователя

импульсов, своим выходом соединенного с первым входом второго элемента И1, выход которого соединен с входом третьего элемента И, связанного выходом с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом тактового генератора, выход тактового генератора соединен с вторым входом блока памяти, выход которого соединен с вторым.входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с вхо- дами третьего и четвертого компараторов, измерительным прибором и третьим входом блока памяти, выход третьего компаратора, соединен с входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход второго .элемента ИЛИ соединен с вторым .входом второго элемента И, выход четвертого компаратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.

Введение дополнительных электронных блоков и соответствующих связей между ними позволяет организовать команду на обнуление выходного сигнала (коррекцию) устройства по выходу металла из клети (по заднему фронту сигнала). При этом начало обнуления смещено относительно конца переходного процесса, вызванного выходом металла из клети, и осуществляется в течение времени to, которое заведомо меньше длительности паузы между двумя последовательными проходами металла через клеть.

На чертеже показана функциональная схема устройства измерения деформации клети прокатного стана.

Устройство содержит магнитрупругий датчик 1 с намагничивающей 2 и измерительными 3,4 обмотками, установленный на стойке клети 5 и закрытый кожухом б, а также стабилизированный блок 7 питания, блок 8 выделения постоянной составляющей сигнала, дифференциальный усилитель 9, четыре компаратора 10-13, два формирователя импульсов 14, 15, три элемента И 16-18, три элемента ИЛИ 19-21, суммирующий усилитель 22, блок 23 памяти и такто- вый генератор 24, причем измерительные обмотки 3 и 4 магнитоуправляемого датчика 1 соединены с входами блока 8 выделения постоянной составляющей выходного сигнала, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя 9, первым входом суммирующего усилителя 22 и первым входом блока 23 памяти, выход диффе- ренциального усилителя 9 соединен с входами первого 10 и второго 11 компараторов, выход первого компаратора 10 соединен -последовательно с первым формирователем 14 импульсов .и первым

входом первого элемента И 1 б, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора 11, выход первого элемента И If соединен с входом второго формирователя 15 импульсов, выход которою соединен с первым входом второго элемента И17, связанного выходом с входом третьего элемента И 18, связанного своим выходом с первым входом первого элемента ИЛИ 19, выход первого элемента ИЛИ 19 соединены с входом тэк тового генератора 24, выход тактового РбНе ратора 24 соединен с вторым входом блока 23 памяти, а его выход соединен с вторым входом суммирующего усилителя 22, выход которого соединен с входами третьего 12 и четвертого 13 компараторов, измерительными рибором 25 и третьим входом блока 23 памяти, выход третьего компаратора 12 соединен с входами второго 20 и третьего 21 элементов ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ 20 соединен с вторым входом второго элемента И 17, выход четвертого компаратора 13 соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 19. При работе клети прокатного стана ее стойка.деформируется. Деформация стойки

клети состоит из квазистатической бкл и динамической 5кл составляющих, Квазистатическая составляющая деформации обусловлена изменением температуры кле тй и в течение суток может как подниматься, так и снижаться, а динамическая составляющая обусловлена усилием, которое воздействует на валки при прокатке металла. Именно ее нужно измерить, чтобы определить усилие проката.

Для измерения деформации стойки маг- нитоупругий датчик и последовательно с ним включенное упругое звено жестко прикреплены к стойке на участке вдоль ее нейтральной линии на высоте очага деформации, Деформация этого участка стойки передается на магнитоупругий датчик и упругое звено. При работе клети тем- пература нагрева датчика и упругого звена также изменяется. Если бы температуры нагрева стойки и датчика с упругим звеном были в каждый момент времени равны и были равны температурные коэффициенты линейного расширения материалов, из которых они сделаны..то квазистзтическая составляющая деформации датчика с упругим звеном была бы равна нулю. Однако в каждый текущий момент времени существует разность температур нагрева стойки и датчика с упругим звеном, что обусловлено различием материалов, разным положением относительно источника тепла, различной

теплоемкостью и условиями охлаждения. Эта разность температур частично снижается благодаря кожуху, закрывающему датчик и прикрепленному к стойке клети, Упругое звено в виде одного или двух стержней, жесткость которых меньше жесткости датчика, также способствует снижению квазистатической деформации, приходящейся на маг- нитоупругий датчик. Оставшаяся часть квазистатической составляющей выходного сигнала, обусловленная температурным дрейфом клети и датчика, устраняется с помощью электронной части устройства. При подключении обмотки 2 намагничивания к стабилизированному блоку 7 питания в чувствительном элементе датчика 1 появляется магнитный поток, который индуцирует ЭДС в измерительных обмотках 3 и 4. работе стана стойка клети 5 деформируется. Деформация стойки передается на -датчик 1 через элементы крепления и упругое звено и распределяется между ними обратно пропорционально их жесткости. Деформация чувствительного элемента датчика 1 обусловливает изменение магнитного потока, сцепленного с измерительными обмотками 3 и- 4, и соответствующее изменение их выходных сигналов. Выходные сигналы измерительных обмоток 3 и 4, из которых один - растущий, а другой- падающий, поступают на входы блока 8 выделения постоянной составляющей сигнала (БПС). Здесь происходят выпрямление сигналов, сглаживание пульсаций, сложение их и масштабирование. На выходе этого блока формируется сигнал в виде постоянного напряжения, пропорционального деформации датчика.

Этот сигнал поступает на вход дифференциального усилителя (ДУ) 9. ДУ 9 осуще- ствляет выделение производной по переднему фронту информационного сигна/ dUi v ла при входе металла в клеть ( - . J и по

заднему фронту сигнала при выходе металdUi4

)

ла из клети

( dt

Отрицательная производная сигнала поступает на вход компаратора (К) 10 и запускает одновибратор, входящий в состав формирователя 14 импульсов (ФИ). На выходе ФИ 14 формируется и подается на первый вход элемента И 16 импульс запрета на прохождение сигнала через второй вход И 16. Длительность импульса запрета выбирается примерно равной длительности переходного процесса колебаний стойки клети, который может

возникнуть от удара при входе металла в клеть.

При окончании действия запрета на первом входе И 16 и наличии на втором

входе сигнала, поступающего с К 11 при выходе .металла из клети, на выходе И 16 появляется команда,- запускающая одно- вибратор, входящий в состав ФИ 15. Одновременно имеющаяся в ФИ 15 линия

0 задержки обеспечивает задержку поступления команды с выхода ФИ 15 на первый вход элемента И 17, что вызвано необходимостью обеспечить начало коррекции информационного сигнала (обнуление)только

5 после полного выхода металла из клети. При наличии на втором входе элемента И 17 разрешающего сигнала, пришедший на первый вход И 17, проходит на выход этого элемента и затем поступает на вход инвертора И

0 18. С выхода И 18 инвертированный сигнал поступает на первый вход элемента ИЛИ 19, При наличии разрешающего сигнала на втором входе ИЛИ 19 на его выходе появляется сигнал, запускающий тактовый генератор

5 (Т Г) 24, импульсы которого поступают на вход 2 реверсивного счетчика, входящего в состав блока 23 памяти (БП). На первый вход БП 23 приходит текущий сигнал Ui с выхода БПС 8. Этот сигнал содержит, кроме дина0 мической составляющей, обусловленной усилием прокатки, еще и квазистатическую, обусловленную разностью температур нагрева стойки и датчика.

На третий вход БП 23 приходит сигнал

5 Уз с выхода суммирующего усилителя (СУ) 22, равный разнице напряжений между текущим значением Ui информационного сигнала и величиной напряжения U2, хранящейся в блоке 23 памяти и соответст0 вующей выходному сигналу до момента входа металла в клеть. В зависимости от знака выходного сигнала 1)з на выходе СУ 22 устройство направления счета, входящее в состав БП 23, выдает команду об изменении

5 направления счета реверсивного.счетчика в БП 23. При этом на выходе БП 23 появляется сигнал LJ2, совпадающий по знаку с Ui. Реверсивный счетчик работает до тех пор, пока напряжение на выходе СУ 22 не станет

0. равным 0. Время коррекции задается ФИ 15, тактовой частотой ТГ 24 и выбирается меньшим длительности паузы между проходами металла через клеть.

Напряжение 11з с выхода СУ 22 поступа5 ет на вольтметр 25 и на входы компараторов К 12 и К 13. При отрицательной величине 1)з на выходе К 1.2 и на выходе ИЛИ 21 появляются сигналы. Первый из них, проходя через элементы ИЛИ 20, И 17, И 18, приходит на первый вход элемента ИЛИ 19. Сигнал с

выхода элемента ИЛИ 19 запускает ТГ 24, обеспечивая автоматическую коррекцию (обнуление) выходного сигнала независимо от появления сигнала на выходе ДУ 9.

При положительной величине Us на выходе К 13 появляется сигнал, поступающий на второй вход ИЛИ 19. На выходе ИЛИ 19 сигнал, запускающий ТГ24, появится в том случае, если на первом входе ИЛИ 19 появится по цепи ДУ 9 - К 11 - И 16 - ФИ 15 - И 17 - И 18 сигнал о выходе металла из клети. При этом на втором входе И 1.7 с выхода ИЛИ 20 обеспечивается наличие разрешения на прохождение этого сигнала.

Таким, образом, устройство измерения деформации клети прокатного стана позво-. ляет получить команду на коррекцию (обнуление) по заднему фронту выходного сигнала с временной задержкой, обеспечивающей начало коррекции только после полного выхода металла из клети. При этом время обнуления заведомо меньше паузы между двумя последовательными проходами металла через клеть, что исключает какую-либо потерю информации об усилии прокатки, а значит, обеспечивает высокую точность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения деформации клети прокатного стана, содержащее установленный на стойке клети и закрытый кожухом магнитоупругий датчик с намагничивающей и измерительными обмотками, стабилизированный блок питания, соединенный с намагничивающей обмоткой, блок выделения постоянной составляющей сигнала, дифференциальный усилитель, суммирующий усилитель, два компаратора, элемент И, формирователь импульсов, блок памяти и измерительный

прибор, причем измерительные обмотки соединены с входами блока выделения постоянной составляющей сигнала, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, первым входом суммирующего усилителя и первым входом блока памяти, о тли чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено тремя элементами ИЛИ, тактовым генератором, двумя компараторами, двумя элементами И и формирователем импульсов, при этом выход дифференциального усилителя соединен с входами первого и второго компараторов, выход первого компаратора соединен последовательно с первым формирователем импульсов и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход первого элемента И соединен .с входом второго формирователя импульсов, своим выходом соединенного с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом третьего элемента И, связанного выходом с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом тактового генератора, выход тактового генератора соединен с вторым входом блока памяти, выход которого связан с вторым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с входами третьего и четвертого компараторов, измерительным прибором и третьим входом блока памяти, выход третьего компаратора соединен с входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго элемента И, выход четвертого компаратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым

входом первого элемента ИЛИ.

tb V

Изобретение относится к технике для измерения деформации магнитоупругим методом. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения из информационного сигнала квазистатической составляющей, обусловленной разностью температур нагрева стойки клети и магнитоупругого датчика. Устройство содержит установленный на стойке клети маг- нитоупругий датчик с намагничивающей и измерительными обмотками. Намагничивающая обмотка запитана от стабилизированного источника питания. Измерительные обмотки соединены с входами блока выде- ления постоянной составляющей сигнала, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, первым входом суммирующего усилителя и первым входом блока памяти. Выход дифференциального усилителя соединен с входами первого и второго компараторов. Выход первого компаратора соединен последовательно с первым формирователем импульсов и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора. Выход первого элемента И соединен с входом второго формирователя импульсов, связанного своим выходом с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом третьего элемента И. Выход последнего связан с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом тактового генератора, связанного своим выходом с вторым входом блока памяти. Выход блока памяти соединен с вторым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с входами третьего и четвертого компараторов, измерительным прибором и третьим входом блока памяти. Выход третьего компаратора соединен с входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго элемента И. Выход четвертого компаратора соединён с вторым входом третьего .элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ. 1 ил. СО со ю