王字型结构的轧制力传感器的制作方法

本发明涉及力传感器，尤其是涉及一种王字型结构的轧制力传感器。

背景技术：

轧制力传感器是轧钢设备的重要组成部分，在连续不间断轧钢作业中，为了保证轧机上的辊轮两端的力值一致，需指示和控制轧制力，通常需要安装轧制力传感器来测量轧辊两端的轧制力值。特别是对于高精度的轧板和带钢，对于板材厚度的精准度以及均匀度完全取决于轧制力力值的控制，因此在高端板材领域轧制力传感器至关重要。轧制力传感器通常所受力值极大，产品规格从100～8000t不等，在轧钢过程(咬钢时)中轧制力会产生瞬时峰值，数值会远超过产品规格量程因此对于轧制力传感器的抗过载能力要求较高。同时安装环境较为恶劣，通常油污、高温、水汽等条件下，使得轧制力传感器要具备极强的耐介质能力。

目前国内钢厂所使用的轧制力的传感器以进口为主，虽然轧制力传感器安装环境较差但从现场实际使用情况而言，轧制力传感器损坏的主要原因是非均布载荷以及弯矩应力过大导致传感器损坏。因为轧制力传感器是面受力传感器，而传感器为多组平行通孔结构，有多个贴片孔和应力释放孔组成，在贴片孔内均匀贴布了多个应变计，从而形成多个应变测力单元。

参见说明书附图的图1～4，图1～4中各标记表示：P1为弹性主体；P11为贴片孔；P121为上应力释放孔；P122为下应力释放孔；P21轧辊接触面；P22上均压板上承压面；P23上均压板与传感器接触面；P24下承压板与传感器接触面；P25基坑接触面；P3轧辊；P41上均压板；P42下承压板；P5基坑；R1、R2为应变片压缩组成电阻；R3、R4(R3、R4为恒值电阻)为补偿电阻；L1、L2为贴片位置；C为弹性主体P1的厚度；A为上均压板P41的厚度；B为下承压板P24的厚度。

在受力过程中应变计压缩形变短导致阻抗变小，将贴片孔内所有的应变计连接后分二组R1、R2合同补偿电阻R3、R4(R3、R4为恒值电阻)进行电路组桥。在无外力情况下R1、R2、R3、R4阻值相同，此时信号输出端电压为0。在传感器受压力下R1、R2阻值由于应变计的压缩而变小，R3、R4阻值恒定不变，这样在信号输出端就会产生电压。我们通过检测电压大小通过仪表的放大转换得出力值大小，但这种输出的电压信号较弱，抗干扰能力弱，同时灵敏度较低也大大影响产品的精度。由于这样的电气结构，这就对于传感器受力面的平整度有较高的要求，必须要保证70％以上的受力面同时受力，否则局部力值过大会导致应变计超过允许压缩范围而出现断裂和脱落的现象，从而导致传感器的损坏。因为要保证传感器不损坏必须对于传感器安装结构有严格的要求如图3所示，此为使用最多传感器安装结构，由上均压板P41，弹性主体P1和下承压板P24组成。上均压板P41起到了一个力值均布的作用，同时上均压板P41的上下接触面易于再修复加工。下承压板P24也可对安装用的基坑P5长期腐蚀所造成的不平起到一个缓冲作用。

但是在实际使用过程中我们发现，由于基坑P5的深度尺寸有限，上均压板P41和下承压板P24的厚度不够，有些甚至还远小于传感器弹性主体P1厚度。由于基坑P5在轧钢过程中长期受到侵蚀产生高低不平，坑坑洼洼。这就对传感器及上下压板产生弯矩应力。对于均匀材质的抗弯截面模量的大小与厚度的平方成正比，W＝1/6bh²，其中b是宽度，h为材质厚度。抗弯截面模量越大则抗弯矩应力能力越强。而此时基坑的抗弯截面模量的大小正好是W＝1/6b(A²+B²+C²),而且此时由于传感器弹性主体P1厚度C大于上均压板P41和下承压板P24的厚度A和B，使得传感器所受的弯矩应力最大从而使得传感器损坏，特别是轧钢时产生的瞬时峰值冲击力。

基于现场所产生问题，特别是基坑P5腐蚀严重程度的日益增加，很多产品使用不过1天就损坏，有人也提出了将上均压板P41和下承压板P24合并以提高基坑内整体的抗弯截面模量。这样虽然抗弯截面模量W＝1/6b[(A+B)²+C²]这样就大幅度提高的抗弯矩应力的能力，但基坑P5底面被腐蚀所产生的坑洼在没有下承压板P24的缓冲下直接与传感器接触，会导致传感器局部过载严重而直接导致传感器损坏。

如何克服存在的问题，已成为业内十分关注的课题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种王字型结构的轧制力传感器，该王字形结构的轧制力传感器可缓和基坑不平整对于传感器应变孔内应变计的影响，显著增加传感器原有的信号输出，提升传感器的精度，提高传感器抗弯矩应力的能力及抗轧制力冲击的能力。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

王字型结构的轧制力传感器，包括弹性主体和应变片组成的电桥电路；其特点在于，所述弹性主体的外形为矩形，横截面呈王字型，弹性主体厚度中央间隔设有平行的横向贴片孔，每个横向贴片孔内贴有至少2片拉伸应变片；所有的拉伸应变片构成惠世登电桥电路，构成惠世登电桥电路中的一组电阻为压缩组成电阻，另一组电阻为拉伸组成电阻；弹性主体间隔对称设有以横向贴片孔为基准且与横向贴片孔平行的上应力释放孔和下应力释放孔，弹性主体两侧沿纵向设有以横向贴片孔为基准且与横向贴片孔垂直的上传力导向槽和下传力导向槽。

进一步的：

所述弹性主体的外形为长方形。

所述拉伸应变片的数量根据实际量程所需来设定，所述电桥电路的数量根据由实际情况决定。如每个横向贴片孔内壁贴有10片拉伸应变片，其中5片为压缩片，另5片为拉伸片。

与现有技术比较，本发明的有益效果如下：

在机械结构上：增加了应力释放孔，这样能有效的保证了拉伸应变计的线性输出；采用了王字型的弹性主体，相当于在安装传感器时，将需用的上下压板合并于传感器上，形成了一体式传感器，这样可通过上下传力导向槽将上下接触面受力集中于贴片孔的应变计采样点上，这种结构可显著提高弹性主体的抗弯截面模量W＝1/6b(A+B+C)²，提高传感器抗弯矩应力的能力，从而大大提高了传感器抗轧制力冲击的能力。此外，王字型主体结构也有效缓和了基坑不平整对于传感器应变孔内应变计的影响。经试验，效果极佳。

在电气结构上：由于目前所使用的传感器信号较弱，由于增加了应力释放孔，而且采用双组贴片的模式，这样在没有压力的情况下，电桥电路的R1＝R2＝R3＝R4，输出为0；而在传感器受压力情况下，R1、R2由于应变计压缩而变小，R3、R4由应变计拉伸而变大，这样就大大增加传感器原有的信号输出，采样点增加后提升了传感器的精度，并且由于信号强度的变大，抗干扰也有明显程度的提高。

附图说明

图1为现有轧制力传感器结构示意图。

图2为图1的横向A-A剖视示意图。

图3为现有轧制力传感器的电桥电路示意图。

图4为现有轧制力传感器安装示意图。

图5为本发明实施例结构示意图。

图6为图5的横向A-A剖视示意图。

图7为本发明实施例的电桥电路示意图。

图8为本发明实施例的安装示意图。

具体实施方式

参见图1～4，参见背景技术中的说明。构成惠世登电桥电路中的R1、R2为应变片压缩组成电阻，R3、R4(R3、R4为恒值电阻)为补偿电阻。在无外力情况下R1、R2、R3、R4阻值相同，此时信号输出端电压为0。在传感器受压力下R1、R2阻值由于应变片的压缩而变小，而R3、R4阻值恒定不变，这样在信号输出端就会产生电压，通过检测电压大小通过仪表的放大转换得出力值大小。但这种输出的电压信号较弱，抗干扰能力弱，同时灵敏度较低也大大影响产品的精度。

参见图5～8，王字型结构的轧制力传感器，包括弹性主体1和应变片组成的电桥电路；所述弹性主体1的外形为长方形，横截面呈王字型。在弹性主体1厚度中央间隔设有平行的10个横向贴片孔11，每个横向贴片孔11内壁贴有10片拉伸应变片，其中5片为压缩片，另5片为拉伸片。所有的拉伸应变片21构成2个惠世登电桥电路。弹性主体1间隔对称设有以横向贴片孔11为基准且与横向贴片孔11平行的上应力释放孔121和下应力释放孔122，弹性主体1两侧沿纵向设有以横向贴片孔11为基准且与横向贴片孔11垂直的上传力导向槽131和下传力导向槽132。

在受力过程中应变片压缩形变短导致阻抗变小，所有的应变片经连接后分成二组，构成惠世登电桥电路。R1’和R2’代表拉伸应变片电阻，R3’、R4’代表压缩应变片电阻，整体构成一个惠世登电桥。其中L1位置的应变计电阻和值为R1’，L2位置的应变计电阻和值为R2’，L3位置的应变计电阻和值为R3’，L4位置的应变计电阻和值为R4’。(原电气结构R1和R2代表拉伸应变片电阻，其中L1位置应变计电阻和值为R1，L2位置应变片电阻和值为R2，R3和R4为固定的补偿电阻贴于应变孔外部受力过程中不发生形变)。

安装时，王字型的弹性体1安装于基坑P5内，王字型的弹性体1的厚度等于A+B+C(对照图4)。

本发明实施例具有如下突出优点：

在机械结构上能有效的保证了拉伸应变计的线性输出。因采用了王字型的弹性体结构，可将现有安装用的上下压板合并于传感器上，通过4条传力导向槽将上下接触面受力集中于中间贴片孔的应变计采样点上，大大提高了弹性体的抗弯截面模量W＝1/6b(A+B+C)²提高了传感器抗弯矩应力的能力，也大大提高了传感器抗轧制力冲击的能力，同时王字型结构也缓和了基坑不平整对于传感器应变孔内应变计的影响。