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专利名称：一种三辊式带材表面张力测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金工业检测技术领域，特别涉及金属带材生产轧制 现场对其表面拉伸张力的实时在线测量。
背景技术：
在当今工业测控中，带钢张力测量大多采用三辊式带钢表面张力测量 仪，该装置包括底架、导向辊、测力辊、传力支架、传感器、输出显示仪 表。其中，传感器为专用的压磁式测力传感器，专用的输出显示仪表可将 测力传感器输出的电信号转换成数字量，并通过计算后显示测量值。
这种装置存在问题，包括 一是测力传感器、输出显示仪表均为专用 仪器，无通用性，更换及维护成本高。二是现场设备安装工艺要求高，入 角和出角难以校调达到安装精度，影响测量结果。

实用新型内容
本实用新型的技术问题是提供一种三辊式带钢表面张力测量装置，它 采用通用的测力传感器，降低维护费用，并能准确测量带材表面张力。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于可编程控制器处理的 三辊式带钢表面张力测量装置，包括导向辊、测力辊、传力支架、传感器、 底座，测力辊的中心到两个导向辊的中心距相等，两个导向辊的标高一致， 使带材相导向辊的入角和出角相等；还包括可编程控制器和张力显示器， 可编程控制器与所述传感器连接，通过接收和处理传感器的电信号，向张 力显示器输出测量结果。
作为优选方案，所述可编程控制器包括，电源模块、CPU模块、A/0 模块、D/l模块、称重模块。其中，称重模块，其作用是将传感器输出的 毫伏信号转换成对应的数字力值，以内部总线送给CPU模块，并以TTY
接口模式送至张力显示器；A/0模块，其作用是将所测得的张力值数字信 号转换成模拟电信号，输出给工业制造现场的实时控制系统及相关执行机 构；D/I模块，其作用是接受操作人员的处理指令并转换为数字信号给CPU 模块；CPU模块，其作用是将称重模块转换的数字力值按照前述的函数 计算式计算，并将结果发送到TTY接口，同时将其余各个模块的状态按 照规定的程序进行处理。
进一步地，所述A/0模块与工业制造现场的实时控制系统之间通过隔 离器连接。
作为优选方案，所述传感器为两个，分别连接所述可编程控制器。
再优选地，所述称重模块包括两个通道，所述传感器分别通过该通道与 可编程控制器连接。
作为更加改进方案，本实用新型提供的三辊式带材表面张力测量装置， 还包括铰链和过载保护器，所述传力支架和底座的一端通过铰链连接；过 载保护装置安装在底座上，其顶部与传力支架保持毫米级间隙。
本实用新型所采用了通用传感器和可编程控制器，既实现了准确测量 的要求，又大幅度降低了维护成本。本实用新型采用了双通道的称重模块， 当一个传感器出现故障，系统仍可正常运行，提高了设备的可靠性。另外， 通过加装过载保护装置，防止传感器因过载而损害，减低了设备的故障率。


图1为三辊式带材表面张力测量装置一次部件的结构主视图。 图2为三辊式带材表面张力测量装置总体结构示意图。
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
具体实施方式
本实用新型从功能上划分为一次部分和二次部分， 一次部分为现场测 量的构造部分，二次部分为计算处理显示输出部分。如图1所示的一次部 件的结构主视图，包括底座1、导向辊3、导向辊座5、导向辊支架13、 测力辊4、测力辊支架14、传力支架2、传感器，传感器包括第一传感器
6和第一传感器16，绞链8、过载保护装置9。底座1为框架结构，是整 个一次部分的基础，水平固定于地面，导向辊座5分别固定安装在底座1 上两端的中间，导向辊支架13固定在导向辊座5上，支撑导向辊3，两 个导向辊的水平标高一致。传力支架2也为框架结构，位于两个导向辊座 5的中间，通过绞链8和第一传感器6、第二传感器(图1中被遮挡，未 示出)安装在底座1上，传力支架2与底座1二者所在的平面平行。测 力辊支架14安装在传力支架2上，支撑起测力辊4，测力辊4的中心到 两个导向辊3的中心距离相等。带钢7经过两个导向辊3和测力辊4时， 其相对于导向辊3的入角a和出角p，角a、 p为预设参数，且0(=(3。测 力部件传感器6为国产通用型称重传感器，位于测力辊4中心的正下方， 传感器6的承力轴线与测力辊4的中心垂线重合。在底座1和传力支架2 之间还安装过载保护装置9，过载保护装置9安装在底座1上，距传力支 架2的下表面有0.5mm的间隙，当出现崩带的情况，过载保护装置可有 效地防止传感器损坏。
除了底座1在水平面的安装外，上述各部件的安装均在一次部分的制 造厂房的同一基准水平面上完成，形成整体结构用于运输、吊装、安装， 减少现场的安装校调环节，确保带钢7相对导向辊3的入角a和出角(3 相等。
图2为三辊式带材表面张力测量装置总体结构示意图。图2中虚线以 上部分为一次部分的局部侧面示意图，包括传力支架2、第一传感器6、 第二传感器16和底座1，第一传感器6、第二传感器16分别位于传力支 架2和底座1的边框上。图2中虚线以下部分为三辊式带材表面张力测 量装置的二次部分。可编程控制器为西门子生产的S7-300PLC，它包括1 个电源模块1个、CPU模块、1个A/0模块、1个D/I模块、4个称重模 块，4个张力显示器通过TTY接口分别与4个称重模块连接，每个称重 模块包括A通道和B通道，如图2所示，A通道和B通道分别连接第--传感器6、第二传感器16。传感器与称重模块之间采用6线制接线方式， 屏蔽线接地。
设带钢的张力为T，测力辊所测的压力为F，则张力T与压力F之间
的函数关系式为 F
<formula>formula see original document page 6</formula>式中F为称重传感器的测量值(变量)
T为通过计算得到的张力值(变量)
a、 e分别为带钢相对导向辊的入角和出角，0=3且为常数。 测量时，带钢在张力T的作用下，对测力辊施加压力F，则传力支架 2有以绞链8的中心为原点，向逆时针方向旋转之趋势；第一传感器6、 第二传感器化作为支点分别承受大小为F/2的作用力，其同时向传力支 架施以大小与F/2相等，方向与压力F相反的作用力，使传力支架平衡。 接收第一传感器6、第二传感器16同时分别向A通道和B通道输出与F/2 对应的毫伏值的模拟电信号。称重模块将第一传感器6、第二传感器16 输出的毫伏电信号分别进行A/D转换，转换成对应的数字力值，送致CPU 模块。CPU模块将称重模块转换的数字力值按照前述的函数计算式计算， 并将结果发送到称重模块的TTY接口 ，通过与TTY接口连接的张力显示 器显示测量出的张力值。同时，A/0模块将所测得的张力值通过隔离器分 别转换成4-20mA和1-5V的模拟信号，输出给工艺计算机和现场的DCS 系统，供其进行实时控制。另外，D/l模块用于接受操作人员按何种模式 处理力的指令。在本装置正常工作情况下，称重模块将两个通道的信号求 和后得到一次部分测量出的压力F;但是，在有一个传感器损坏的情况下， 系统可根据操作人员的指令，将可用传感器传来压力的二倍作为应测得的 压力F。
最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本实用新型的技术 方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领
域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者 等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本 实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1、一种三辊式带材表面张力测量装置，包括导向辊、测力辊、传力支架、传感器、底座，测力辊的中心到两个导向辊的中心距相等，两个导向辊的标高一致，带材相导向辊的入角和出角相等；其特征在于，它还包括可编程控制器和张力显示器，可编程控制器与所述传感器连接，通过接收和处理传感器的电信号，向张力显示器输出测量结果。
2、 根据权利要求1所述的三辊式带材表面张力测量装置，其特征在于，所述可编程控制器包括，电源模块、CPU模块、A/0模块、D/l模块、称重 模块；其中，称重模块，其作用是将传感器输出的毫伏信号转换成对应的数字力值， 并以TTY接口模式送致张力显示器；A/0模块，其作用是将所测得的张力值转换成模拟信号，输出给工业 制造现场的实时控制系统及相关执行机构；D/I模块，其作用是接受操作人员的处理指令并转换为数字信号给CPU模块；CPU模块，其作用是将称重模块转换的数字力值按照前述的函数计算 式计算，并将结果发送到TT丫接口，同时将其余各个模块的状态按照规定 的程序进行处理。
3、 根据权利要求2所述的三辊式带材表面张力测量装置，其特征在于， 所述A/0模块与工业制造现场的卖时控制系统之间通过隔离器连接。
4、 根据权利要求2所述的三辊式带材表面张力测量装置，其特征在于， 所述传感器为两个，分别连接所述可编程控制器的相关模块。
5、 根据权利要求4所述的三辊式带材表面张力测量装置，其特征在于， 所述称重模块包括两个通道，所述传感器分别通过该通道与可编程控制器连 接。
6、 根据权利要求1至5之一所述的三辊式带材表面张力测量装置，其 特征在于包括铰链和过载保护器，所述传力支架和底座的一端通过铰链连 接；过载保护装置安装在底座上，其顶部与传力支架保持毫米级间隙。
专利摘要本实用新型涉及冶金工业检测技术领域，特别涉及金属带材生产轧制现场对其表面拉伸张力的实时在线测量装置。它提供了一种三辊式带材表面张力测量装置，包括导向辊、测力辊、传力支架、传感器、底座、可编程控制器和张力显示器，可编程控制器与所述传感器连接，通过接收和处理传感器的电信号，向张力显示器输出测量结果。它采用了通用传感器和可编程控制器，既实现了准确测量的要求，又大幅度降低了维护成本。同时，本实用新型采用双通道称重模块，当一个传感器出现故障，系统仍可正常运行，提高了设备的可靠性。另外，本测量装置还加装有过载保护装置，能防止传感器因过载而损害，减低了设备的故障率。本实用新型在冷轧薄板厂、硅钢厂、铜板厂等带材生产线有着广泛的应用前景。
文档编号G01L5/10GK201186296SQ20082006623
公开日2009年1月28日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者吕曜钢, 朱文清, 王卫平, 王靖强, 玖 陈, 陈晓灵 申请人:武汉钢铁(集团)公司