主题 : 辊缝仪传感器的设计原理与应用
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楼主  发表于: 2010-03-24 23:39

辊缝仪传感器的设计原理与应用

辊缝仪传感器的设计原理与应用

引言
   
辊缝仪是一种由充电电池供电、由计算机控制、用来自动测量连铸机物理参数的测量装置。所获得的辊缝、外弧辊对接状况、辊弯曲、外弧辊对中、二冷水等测量结果可由连铸机维修维护人员分析,以识别出连铸机内部存在的可能会造成铸坯质量降低的问题。
辊缝仪从连铸机内通过,完成测量过程。所采集的数据存储在辊缝仪内部由充电电池供电的计算机中。在测量结束后,通过电缆将数据传送给便携式计算机。便携式计算机利用事先测得的校验数据和连铸机参数数据对所获得的测量数据进行处理,而后显示处理结果。

辊缝仪的机械结构
   
每台辊缝仪都针对具体的连铸机单独进行设计。辊缝仪的主壳体和辅助设备由结构钢焊接而成,并镀镍防腐。辊缝仪设计得非常坚固,能够胜任恶劣的工作环境。机械性能方面,壳体的设计可以承受不经常发生的、由驱动辊压下液压系统所造成的对辊缝仪壳体的轧压。
辊缝仪壳体内安装用于数据测量的所有传感器,传感器被安装在低于辊缝仪壳体的部位,以免受到损伤。角度仪传感器被安装在利用弹簧安装的角度仪板上,这样能不受辊缝仪位置的限制而自由地与辊面接触。辊转动传感器安装在辊缝仪壳体的内弧面和外弧面上,也是采用弹簧安装的。如图1所示。

 


图1  辊缝仪的机械结构
辊缝仪的各类传感器
3.1
辊缝测量传感器
    辊缝测量传感器用来测量辊缝、辊弯曲和外弧辊的对接状况。每个辊缝测量传感器都是一个用弹簧安装在不锈钢测量头内的密闭单元。当传感器头被压下时,传感器的输出电压从6v到0v与位移量成比例地线性变化。内弧面的传感器行程都比外弧面的传感器行程大,因为内弧面上的弹簧板会用力将辊缝仪推向连铸机外弧侧,这样使得辊缝仪内弧面上的传感器有较大的测量距离。传感器的输出直接送给辊缝仪内部计算机的模拟量输入接口卡。如图2所示。


 图2  内弧、外弧传感器       
3.2 辊转动传感器 
    辊转动传感器检测连铸机中轧辊的自由转动程度。 该读数只是一个粗略指示,因为不可能得到绝对测量读数。传感器中装有一个近位开关来探测轧辊,并且装有另一个近位开关来记录轧辊的转动状况。近位开关由5v稳压电源供电。其输出值为5v(当近位开关接近金属物体时)或0v(当近位开关没有接近金属物体时)。所有近位开关的输出数据都被直接送给数字终端卡。如图3所示。


图3  辊转动传感器
3.3 喷淋水测量传感器
    喷淋水测量传感器用来测量二冷水系统喷水状况,传感器的输出值与传感器上的测量膜所接收到的水量和水的速度成正比。其输出值为变化范围为0v(没有接收到喷水)到10v(最大喷水)的模拟电压值。每个喷水传感器信号都被输入一个滤波卡,对信号进行修正和滤波。如图4所示。


图4  喷淋水测量传感器
3.4 角度仪
    角度仪是用来测量与水平线所成的角度的传感器,利用角度仪通过测量连铸机外弧侧相邻两个轧辊的角度来检测外弧辊的对中状况。传感器的输出电压随其与重力方向所成的角度成正弦变化,当其测量轴处于+(-)47度时,其输出电压为+5v,当其测量轴处于-(+)47度时,其输出电压为-5v(辊缝仪的左右两侧相反)。通常情况下,传感器成45度角安装在测量板上,所以测量范围为-2度到+92度(当辊缝仪处于垂直位置时,读数为90度)。传感器的输出信号在输给辊缝仪模拟/数字输入卡之前通过电子滤波器。如图5所示。


图5  角度仪
辊缝仪测量原理
4.1
辊缝测量原理
    当辊缝仪平稳地通过连铸机各扇形段时,在辊缝仪外弧侧和内弧侧上的辊缝测量传感器与轧辊接触时采集辊缝的测量结果。辊缝仪内弧面和外弧面上的辊缝测量传感器成对使用,用以确定连铸机轧辊之间的绝对距离。对连铸机各对轧辊多处辊缝进行测量,用来设置浇铸板坯时各对轧辊的正确辊缝值。
    辊缝仪的设计保证了在测量时辊缝传感器平稳地沿直线通过被测量的轧辊。当测得的辊缝达到最小值时,计算机将内弧侧和外弧侧辊缝传感器的测量数据储存起来。通过与传感器校验结果对比可以将各个传感器的储存值转化成长度值,因而可以决定在该点部位传感器被压缩了多少距离。再加上辊缝仪各个传感器法兰到法兰的厚度值和计算出的偏差值(用来补偿辊缝仪在连铸机内所处的方位)来获得总的辊缝值。所获得的辊缝值再与此处辊缝的理论目标值对比,辊缝测量结果以对比后的误差值显示出。如图6所示。 


   图6  辊缝测量示意图  
4.2 外弧辊对接状况(orc)测量原理
    测量连铸机整个宽度范围内外弧辊的对接状况,辊缝仪外弧面上的传感器用来确定外弧辊辊面相对一条沿铸坯宽度方向放置的直线的偏差值。在安装在辊缝仪外弧侧的辊缝传感器检测到外弧辊辊冠时,从这些传感器的测量数据中可以获得外弧辊对接状况的测量结果。每个轧辊位置上每个传感器的延伸都须测量,以确定外弧面的轮廓状况。须从外弧面基准的校验结果中减去每个传感器的测量数据,来对外弧面传感器凹入辊缝仪壳体这一事实作出补偿,从而得知外弧辊的实际对接状况。沿辊缝仪宽度方向布置一系列辊缝传感器来给出外弧辊对接与水平直线偏离的状况。
    当出现正数值时,表明轧辊已磨损或有弯折。轧辊最左端和最右端会出现负数值时,表明轧辊上集聚了油垢或碎片。若整个显示区的宽度之内全都是正数值,则表示有两种可能性:要么是整个轧辊已塌陷,要么可能是由于内弧辊被提升而使得辊缝仪升高并与外弧辊相脱离。如图7所示。


图7  外弧辊对接状况(orc)测量示意图
4.3 辊弯曲检测原理
    当一对转动的弯曲的轧辊经过辊缝仪时,内弧辊和外弧辊所呈现的不同辊缝就会在检测系统中反映出来,这就是一对连铸机轧辊转动弯曲度或偏心度。与辊缝仪壳体垂直对齐的辊缝传感器用来在轧辊转动的时候多次测量辊缝。根据最大辊缝值与最小辊缝值之差可知道轧辊的弯曲状况辊缝仪利用沿其机身全长安装的各个辊缝传感器来读取每个轧辊上的三个测量读数。随着测量头从连铸机里穿过,弹簧板在轧辊上施加一个足以能使轧辊转动的负载。辊缝是由设在测量头上a、b和c处相同的传感器测量的。辊弯由a、b和c处辊缝读数的偏差值表示。假如a处的辊缝=220.5mm,b 处的辊缝=220.0mm,c处的辊缝= 220.5mm,所示的检测结果表明,这对轧辊当中存在着相当于0.5mm的弯曲状况。检测结果能表明哪一对轧辊有弯曲现象,但仍然需要作进一步的视觉检查,来找出弯曲的轧辊。如图8所示。


 图8  辊弯曲检测原理  
4.4 外弧辊对中(ora)测量原理
    测量连铸机的斜角对齐或背弧对中状况,被安装在利用弹簧安装的角度仪板上,测量相邻两个外弧轧辊的设计位置偏差值,即连铸机的背弧对中状况的测量。
    外弧辊对中结果通过轧辊与其相邻两个轧辊的对中误差值给出了外弧辊的背弧形状。任何一个轧辊偏离了预设弧线的偏差值超过了许用临界值时都会被标出。在角度仪测量板平稳地搭在两个相邻的轧辊上时,在轧辊的左右两侧测得了相邻两个轧辊连线与水平线所成的角度。这一位置的角度被在一定的时间内多次测量。测得的角度数据被分析处理,确定出一个精确的角度值并储存在辊缝仪内部计算机内。如图9所示。


图9  外弧辊对中(ora)的测量原理
4.5 辊转动的测量原理 
    辊转动是对各个轧辊自由转动的定量描述。辊转动的测量原理是基于与连铸机轧辊接触的测量辊转动角度的多少取决于接触表面的速度差的大小的原理。测量辊转动角度是利用近位开关来计数测量辊圆周上金属区域的数目的方法来获得的。辊缝仪被以恒定速度拉过连铸机,因而测量辊的表面速度也为此恒定速度。如果连铸机的轧辊自由转动,则它们的旋转速度与辊缝仪的运动速度相同。所以表面速度的差值为零,因而测量辊不应产生很大的转动。如果连铸机的轧辊不能自由转动,则其表面速度将为零,因而辊缝仪表面速度和轧辊表面速度将有速度差。这将引起测量辊转动。测量辊的外圆周上有许多孔。当这些孔在近位开关下通过时,将产生1和0的电脉冲信号。辊缝仪内部计算机将记录这些脉冲,当测量辊离开被测量的轧辊时,计算机将脉冲总数储存起来。这一脉冲总数将与给定直径轧辊的最大脉冲数的理论值对比,对比结果将以0%(在辊缝仪的作用下,轧辊完全自由转动)到100%(在辊缝仪的作用下,轧辊完全滞死)为刻度的图形给出。如图10所示。


图10  辊转动的测量原理
4.6 二冷水喷水测量原理
    二冷水的喷水状况由沿铸坯宽度方向的一些点所检测出的喷水量的多少而给出。当喷水测量传感器通过喷水区时,传感器向辊缝仪内部计算机输送一个变化的电压信号。这一电压信号与打在传感器上的喷水量成比例增加。传感器的输出信号将随着传感器移向喷水区中心而增加,当传感器移开喷水区中心时,输出信号将减小。计算机将会存储在整个喷水区内获得的最大输出值。如果需要对比各次测量的二冷喷水结果,则每次必需选用相同的连铸机喷水设置参数。如果选用了不同的连铸机喷水设置参数,则可进行铸坯宽度方向和轧辊与轧辊之间的喷水测量结果对比,但不能进行各次测量结果之间的对比。测量结果的显示仅仅给出了二冷喷水的存在,但不能给出传感器处确切的喷水量。

结束语
    通过对辊缝仪传感器的设计原理的探讨,可以看出,辊缝仪上的各类传感器都是非标特制的,而且每台辊缝仪都针对具体的连铸机单独进行设计。但是传感器的共性是检测原理都是类似的,对这种特制传感器的深入研究将进一步改进辊缝仪传感器的性能,将进一步推广辊缝仪在连铸机检修工作中的应用。