Устройство для измерения деформации клети прокатного стана

(71) Киевский институт автоматики им.съезда КПСС(56) Штельцер Р, Исследование методомерения усилий прокатки. 1977, ч. 19, с.Авторское свидетельство СССРМ 1350484, кл. 6 01 В 7/24, 1985(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯФОРМАЦИИ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТ(57) Изобретение относится к техникеизмерения деформации магнитоупрметодом. Цель изобретения - повышточности измерения за счет исключениинформационного сигнала квазистатской составляющей, обусловленной растью температур нагрева стойки клемагнитоупругого датчика. Устройстводержит установленный на стойке клетинитоупругий датчик с намагничивающизмерительными обмотками. Намагничющая обмотка запитана от стабилизироного источника питания. Измерительобмотки соединены с входами блока вления постоянной составляющей сигнвыход которого соединен с входом дифференциального усилителя, первым входом суммирующего усилителя и первым входом блока памяти. Выход дифференциального ХХЧ усилителя соединен с входами первого ивторого компараторов. Выход первого компаратора соединен последовательно с первым формирователем импульсов и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго комв из- паратора. Выход первого элемента И соеди-9, нен с входом второго формирователяимпульсов, связанного своим выходом с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом третьего эле- ДЕ. мента И. Выход последнего связан с первым АНА входом первого элемента ИЛИ, выход котодля рого соединен с входом тактового генератоугим ра, связанного своим выходом с вторым ение входом блока памяти. Выход блока памяти я из соединен с вторым входом суммирующего иче- усилителя, выход которого соединен с вхозно- дами третьего и четвертого компараторов, ти и. измерительным прибором и третьим входомсо- блока памяти. Выход третьего компаратора маг- соединен с входами второго и третьего элеей и ментов ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ ива- соединен с вторым входом второго элеменван- та И. Выход четвертого компаратора соединые нен с вторым входом третьего элемента ыде- ИЛИ, выход которого соединен с вторым ала, входом первого элемента ИЛИ. 1 ил.Изобретение относи измерения деформаци методом и может быть измерения усилия прока стойки клети,Известно устройство прокатки; включающее стся к технике дл и магнитоупруги использовано дл тки по деформаци преобразовате контур клети. К дует отнести б кость, а также точки приложен телю, что влече измеряемого ус измерения усили илоизмерительны ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И, встраиваемый в силовой едостаткам устройства слеьшие габариты, энергоемависимость показаний от я нагрузки к преобразоваза собой несоответствие лия показаниям, получен 17163395 10 15 20 30 35 40 45 50 55 ным 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 йревышает относительное удлинение станины, во столько длина стержня с тензодатчиками меньше длины участка станины, на котором укреплен трансформатор деформацииК 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 обьясняются использованием для измерения деформации тензореэисторов, 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 деформации клети прокатного стана, содержащий магнитоупругий датчик с намагничивающей и измерительной обмотками, элементы крепления датчика к стойке клети, кожух, стабилизированный блок питания, блок выделения постоянной составляющей сигнала, разделяющую емкость, ичвертирующий усилитель, два компаратора, устройство выборки-хранения, суммирующий усилитель, элемент И, формирователь импульсов. В этом устройстве измерительная обмотка соединена с входом блока выделения постоянной составляющей сигнал, а выход последнего соединен с входами инвертирующего усилителя, устройства выборки-хранения и, через разделительную емкость, с входом первого компараторэ, выходы инвертирующего усилителя и устройства выборки-хранения соединены с входом суммирующего усилителя,выход которого соединен с входом второго компарэтора 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 вырабатывается 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 компарэтора, 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 охад которого соединен с выходом второго компэратора, выход первого элемента И соединен с входом второго формирователяимпульсов, 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 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 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 клетй (по заднему фронту сигнала). При этом начало обнуления смещено относительно конца переходного процесса. вызванного выходом металла из клети, и осуществляется в течение времени то, 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 магнитоупругий датчик 1 с намагничивающей 2 и измерительными 3, 4 обмотками, установленный на стойке клети 5 и закрытый кожухом 6, а также стабилизированный блок 7 питания, блок 8 выделения постоянной составляющей сигнала, дифференциальный усилитель 9, четыре компарэтора 10-13, два формирователя импульсов 14, 15; три элемента И 16-18, три элемента ИЛИ 19-21, суммирующий усилитель 22, блок 23 памяти и тактовый генератор 24, причем измерительные обмотки 3 и 4 магнитоуп равляемого 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 дифференциального 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 16, второй в.;од которого соединен с выходом второго компаратора 11, выход первого элемента 1 1 б соединен с входом второго формирователя 5 15 импульсов, выход которого соединен спервым входом второго элемента И 17, связанного выходом с входом третьего элемента И 18, связанного своим выходом с первым входом первого элемента ИЛИ 19, выход первого 10 элемента ИЛИ 19 соединены с входом так- .тового генератора 24, выход тактового гейератора 24 соединен с вторым входом блока 23 памяти, а его выход соединен с вторым входом суммирующего усилителя 22, выход 15 которого соединен с входами третьего 12 ичетвертого 13 компараторов, измерител- ным прибором 25 и третьим входом блока 23 памяти, выход третьего компаратора 12 соединен с входами второго 20 и третьего 21 20 элементов ИЛИ, выход второго элементаИЛИ 20 соединен с вторым входом второгоэлемента И 17, выход четвертого компаратора 13 соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 21, выход которого соединен 25 с вторым входом первого элемента ИЛИ 19.При работе клети прокатного стана еестойка деформируется. Деформация стойки клети состоит из квазистатической д и диьнэмической дхл составляющих, Квазистатическая составляющая деформации обусловлена изменением температуры кле ти 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 магнитоупругий 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 температура нагрева датчика и упругого авена 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 квазистатическэя 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, различнойтеплоемкостью 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 магнитоупругий датчик, Оставшаяся часть квазистатической составляющей выходного сигнала, обусловленная температур.ным 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 появ- ляется магнитный поток, который индуцирует ЭДС в измерительных обмотках 3 и 4, ,При 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 обмЬтками 3 и 4, и соответствующее изменение их выходных си гнал о в. В ыходн ые сигнал ы изме рител ьных обмоток 3 и 4, из которых один - растущий, а другой - падающий, поступают на входы блока 8 выделения постоянной составляющей сигнала (БПС). Здесь проис-. ходят выпря мление 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 осуществляет выделение производной по переднему фронту информационногЬ сигнал 01 ла при входе металла в клеть ( -- ) и поС 1 заднему фронту сигнала при выходе металла из клети (),б 1Отрицательная 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 может50 равным О. Время коррекции задается ФИ15, тактовой частотой ТГ 24 и выбирается меньшим длительности паузы между проходами металла через клеть.Напряжение Оз с выхода СУ 22 поступает на вольтметр 25 и на входц компараторовК 12 и К 13. При отрицательной величине Оз на выходе К 12 и на выходе ИЛИ 21 появляются сигналы. Первцй из них, проходя черезэлементы ИЛИ 20, И 17, И 18, приходит на первый вход элемента ИЛИ 19. Сигнал с 5 1020 25 3035 40 45 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 задержки обеспечивает задержку поступления команды.с выхода ФИ 15 на первый вход элемента И 17, что. вызвано необходимостью обеспечить начало коррекции информационного сигнала (обнуление) толькопосле полного выхода металла из клети. Приналичии 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 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 (ТГ) 24, импульсы которого поступают на вход 2 реверсивного счетчика, входящего в состав блока 23 памяти(БП). На первый вход БП 23 приходит текущий сигнал 01 с выхода БПС 8, Этот сигнал содержит, кроме динамической составляющей, обусловленной усилием прокатки, еще и квазистатическую, обусловленную разностью температур нагрева стойки и датчика.На третий вход БП 23 приходит сигналОз с вь 1 хода суммирующего усилителя (СУ) 22, равный разнице напряжений между текущим значением 01 информационного сигнала и величиной напряжения 02, хранящейся в блоке 23 памяти и соответствующей выходному сигналу до момента входа металла в клеть. В зависимости от знака выходного сигнала.Оз на выходе СУ 22 устройство направления счета, входящее в со-. став БП 23, выдает команду об изменении направления счета реверсивного. счетчика в БП 23. При этом на выходе БП 23 появляется сигнал 02, совпадающий по знаку с 01. Реверсивный счетчик работает до тех пор, пока напряжение на выходе СУ 22 не станетвыхода элемента ИЛИ 19 запускает ТГ 24, обеспечивая автоматическую коррекцию (обнуление) выходного сигнала независимо от появления сигнала на выходе ДУ 9,При положительной величине Оз на выходе К 13 появляется сигнал, поступающий на второй вход ИЛИ 19, На выходе ИЛИ 19 сигнал, запускающий ТГ 24, 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 17 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 дифференци ального усилителя, первым входом суммирующего усилителя и первым входом блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено тремя элементами ИЛИ, тактовым ге нератором, двумя компараторами, двумяэлементами И и формирователем импульсов, при этом выход дифференциального усилителя соединен с входами первого и второго компараторов, выход первого ком паратора соединен последовательно с первым формирователем импульсов и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход первого элемента И соеди нен .с входом второго формирователяимпульсов, своим выходом соединенного спервым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом третьего элемента И, связанного выходом с первым вхо дом первого элемента ИЛИ, выход которогосоединен с входом тактового генератора, выход тактового генератора соединен с вторым входом блока памяти, выход которого связан с вторым входом суммирующего уси лителя, выход которого соединен с входамитретьего и четвертого компараторов, измерительным прибором и третьим входом блока памяти, выход третьего компаратора соединен с входами второго и третьего эле ментов ИЛИ, выход второго элемента ИЛИсоединен с вторым входом второго элемента И, выход четвертого компаратора соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым 40 входом первого элемента ИЛИ.Реда кт ректор М,Демчи изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 604 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5