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0引言

冷軋廠在鋼帶的軋制生產(chǎn)過(guò)程中，鋼帶表面的涂敷處理是一項(xiàng)重要的工藝流程。鋼板在軋制成所需厚度的鋼帶后，須進(jìn)行涂敷處理。

在鋼帶涂敷工藝過(guò)程中，涂敷裝置是否正常運(yùn)行，涂層能否均勻牢固，與涂敷裝置的取液輥、涂敷輥、鋼帶間的接觸壓力值息息相關(guān)。若接觸壓力過(guò)大，將加快橡膠制成的取液輥的磨損，甚至發(fā)生爆裂損壞，從而影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行。若接觸壓力太小，取液輥上的涂料難以均勻地傳遞給涂敷輥和鋼帶表面，影響鋼帶表面涂層的均勻和牢固，從而無(wú)法保證鋼帶的涂敷質(zhì)量。因此，根據(jù)工藝流程的需要，設(shè)置多組測(cè)力傳感器測(cè)量和調(diào)節(jié)取液輥、涂敷輥和鋼帶之間的接觸壓力。

通?，F(xiàn)場(chǎng)涂敷裝置是自帶進(jìn)口KYOWA的環(huán)形應(yīng)變式傳感器。但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，傳感器的損壞率較高，每年采購(gòu)進(jìn)口傳感器是一筆相當(dāng)大的開(kāi)銷(xiāo)，因此我們進(jìn)行了該傳感器的國(guó)產(chǎn)化研制工作。
本文討論了涂敷裝置的結(jié)構(gòu)、測(cè)力傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作工藝，并介紹了所研制的測(cè)力傳感器的有關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)和在涂敷現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果。

1涂敷裝置的測(cè)力傳感器

它是由一對(duì)相互對(duì)稱(chēng)、結(jié)構(gòu)相同的取液輥A與B和涂敷輥A與B組成的。

1、2分別為涂料槽A、B;4、7分別為取液輥A、B，5、6分別為涂敷輥A、B;3為鋼帶;8A、8B為取液輥A的測(cè)力傳感器;9A、9B為涂敷輥A的測(cè)力傳感器;10A、10B為涂敷輥B的測(cè)力傳感器;11A、11B為取液輥B的測(cè)力傳感器。

為確保鋼帶表面涂層質(zhì)量，取液輥A應(yīng)緊靠涂敷輥A，取液輥B應(yīng)緊靠涂敷輥B。為防止橡膠制成的取液輥因與涂敷輥接觸壓力過(guò)大而加速其損壞或爆裂，它們的接觸壓力F8A、F8B、F11A、F11B由測(cè)力傳感器L8A、L8B、L11A、L11B測(cè)量和調(diào)節(jié)，使F8A、F8B、F11A和F11B盡量相等并符合涂敷工藝規(guī)定的要求。

同理涂敷輥A和B應(yīng)緊靠鋼帶的兩個(gè)側(cè)表面。它們的接觸壓力F9A、F9B、F10A和F10B分別由測(cè)力傳感器L9A、L9B、L10A和L10B測(cè)量和調(diào)節(jié)，使F9A、F9B、F10A、F10B盡量相等并符合涂敷工藝規(guī)定的要求。
 

2測(cè)力傳感器

測(cè)力傳感器按工作原理分類(lèi)，主要分為以下幾類(lèi):電阻應(yīng)變式、磁彈性式、振弦式、差動(dòng)變壓器式、電容式和壓電式等。其中電阻應(yīng)變式和磁彈性式被廣泛地應(yīng)用于冶金行業(yè)中，磁彈性式的工作原理是借助于軟磁材料的磁彈性特性。當(dāng)在磁彈性體的初級(jí)繞組施以磁彈性體處于磁飽和狀態(tài)的交流電流并對(duì)磁彈性體施加載荷時(shí)，其分布的磁力線發(fā)生伸縮變形和扭曲。這使得它的次級(jí)繞組輸出交流電信號(hào)，輸出的交流電信號(hào)

的增量正比于施加的載荷量。

磁彈性式傳感器的特點(diǎn)是輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)，能消除不均勻負(fù)載的影響，能在含腐蝕性油氣體的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定地工

作［7］。但它需要較大功率的勵(lì)磁交流電供電，精確度較低，反應(yīng)速度較慢。

磁彈性式的制作工藝較為復(fù)雜，制作成本較高，外形尺寸也偏大。電阻應(yīng)變式傳感器是通過(guò)粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋?；菟诡D電橋?qū)椥泽w上的載荷線性地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)而進(jìn)行測(cè)量的。電阻應(yīng)變式傳感器除精度高，反應(yīng)時(shí)間快，過(guò)載能力強(qiáng)(可達(dá)300%額定負(fù)載)，全密封防護(hù)(防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP68)外，它還具有制作工藝成熟，可設(shè)計(jì)成小、輕、低的小型多樣結(jié)構(gòu)和制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域的稱(chēng)重和測(cè)力。因此，選用電阻應(yīng)變式傳感器用于鋼帶涂敷裝置中力的測(cè)量和調(diào)節(jié)是合適的［8］。

2．1電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器

電阻應(yīng)變式傳感器的機(jī)理是:粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)變片所組成的惠斯頓電橋在彈性體受力發(fā)生形

這是一種小型輪輻式結(jié)構(gòu)形式。它是由彈性體結(jié)構(gòu)件、粘貼于彈性體上并組成惠斯頓電橋的電阻應(yīng)變片、焊接于彈性體端面的兩片密封金屬膜片和焊接于彈性體側(cè)邊的管狀引線導(dǎo)管以及四芯屏蔽線引出導(dǎo)線組成。

保證電阻應(yīng)變式傳感器性能和質(zhì)量是項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到彈性體材料、彈性體結(jié)構(gòu)、電阻應(yīng)變片、膠粘劑、粘貼工藝、補(bǔ)償工藝、熱處理工藝和密封防護(hù)工藝等關(guān)鍵技術(shù)。

彈性體變形是彈性變形和塑性變形的合成，彈性變形和應(yīng)力(外力)之間符合虎克定律。因?qū)嶋H的彈性體不是完全的剛體，存在著塑性變形，從而造成傳感器的非線性和滯后，所以應(yīng)選用彈性極限高和綜合性能優(yōu)良的材料來(lái)制作彈性體。

40CrNiMoA是一種優(yōu)質(zhì)合金鋼。它具有良好的淬透性;調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，能在大截面上獲得均勻配合良好的強(qiáng)度和韌性;較高的疲勞強(qiáng)度和較低的缺口敏感性;無(wú)明顯的回火脆性，彈性模量穩(wěn)定性好;抗氧化性能好，金相組織穩(wěn)定。采用這種型號(hào)的鋼材作為彈性體，則所制作的電阻應(yīng)變式傳感器具有精確度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好及環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于制作電阻應(yīng)變式傳感器。我們認(rèn)為選用40CrNiMoA作為彈性體材料是合適的。

彈性材料確定以后，彈性體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重

要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它是一個(gè)特殊形狀的功能結(jié)構(gòu)件。它的功能是承受作用于傳感器的外力而產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡。在外力的作用下，產(chǎn)生一個(gè)均勻穩(wěn)

定的應(yīng)變區(qū)域，使粘貼在此區(qū)域并組成惠斯頓電橋的應(yīng)變片完成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換?？紤]到彈性體結(jié)構(gòu)須具有良好的制作工藝和粘貼工藝以及密封防護(hù)性，并借鑒解剖的進(jìn)口和典型電阻應(yīng)變式傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)。

確定彈性體材料和結(jié)構(gòu)后，即可確定熱處理規(guī)范。采用高頻淬火和比較高溫的回火，使彈性體的硬度偏低，滯后減小。這是因?yàn)榛鼗饻囟雀?，鋼中碳的析出多，從而形成碳化物，使晶格扭曲減小，硬度減小，變形時(shí)晶格滑移的阻力相對(duì)較小，因此彈性體的彈性滯后就小。

電阻應(yīng)變片是制作測(cè)力傳感器的核心元件，它選擇得正確與否，將直接影響到所制作的測(cè)力傳感器的性能和質(zhì)量。鋼帶涂敷裝置的測(cè)力傳感器工作環(huán)境存在著溫度梯度和變化。所以必須選用合適的方法補(bǔ)償應(yīng)變片的熱輸出和彈性模量隨溫度變化造成的傳感器靈敏度誤差，使得傳感器溫度零漂和靈敏度漂移誤差降低到允許誤差范圍內(nèi)。

溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片能自動(dòng)補(bǔ)償應(yīng)變片的熱輸出，消除傳感器在無(wú)外力作用下的溫度零漂誤差。彈性模量自補(bǔ)償應(yīng)變片起到普通應(yīng)變片和彈性模量補(bǔ)償電阻

器的作用，將自動(dòng)消除傳感器因彈性模量隨溫度變化所造成的靈敏度誤差。為制作精確度較高、性能良好的測(cè)力傳感器，選用溫度自補(bǔ)償與彈性自補(bǔ)償兼顧的高精度應(yīng)變片是最理想的方法。如若選用的應(yīng)變片的溫度自補(bǔ)償功能和彈性自補(bǔ)償功能與彈性材料(40CrNiMoA)能良好匹配，則傳感器的熱輸出(零點(diǎn)溫度漂移)和靈敏度漂移可優(yōu)于0．002%FS/℃。試驗(yàn)表明，選用這種性能的應(yīng)變片粘貼在合適的彈性體上并組成惠斯頓電橋后，環(huán)境溫度變化引起的熱輸出和靈敏度變化降至允許誤差范圍內(nèi)。這將保證所制作的傳感器具有良好的性能和質(zhì)量。

所選用的應(yīng)變片膠水除具有高膠合性、高絕緣性、蠕變小、滯后低、重復(fù)性好等性能外，還須充分考慮與彈性體熱膨脹系數(shù)匹配的性能。為能制作出精確度高、可靠性好的測(cè)力傳感器，粘貼膠在制作過(guò)程中有著舉足輕重的影響。應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境，使用條件和精確度要求確定或由應(yīng)變片廠家推薦。應(yīng)變片上的保護(hù)面膠應(yīng)具有良好的粘結(jié)性、很小的收縮性、良好的電絕緣性、密封性和耐老化性能以及耐高、低溫特性。在選用保護(hù)面膠時(shí)，應(yīng)尤為注意，才能起到有效保護(hù)應(yīng)變片的作用。

應(yīng)變片粘貼質(zhì)量的好壞是決定電阻應(yīng)變傳感器質(zhì)量好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此必須嚴(yán)格按照粘貼工藝流程進(jìn)行操作，根據(jù)測(cè)力傳感器精確度要求確定選用應(yīng)變片系列和粘貼劑品種。其工藝流程是:應(yīng)變片檢查和表面處理→彈性體粘貼表面進(jìn)行機(jī)械化處理(去除油污、銹面、氧化膜和鍍層)→清洗→劃線定位→應(yīng)變片清洗干燥→彈性體粘貼部位涂敷底膠并熱固化處理→應(yīng)變片粘貼→135℃熱固化處理2h(專(zhuān)用夾具加壓0．1～0．3MPa)→降至室溫卸壓→165℃熱固化處理2h→降至室溫→貼片質(zhì)量檢查→引線組橋→焊接引線→質(zhì)量檢查→防護(hù)處理。

以上概述了粘貼工藝過(guò)程的各項(xiàng)主要內(nèi)容，更詳細(xì)的操作細(xì)節(jié)不再贅述［9］。
由于測(cè)力傳感器是工作在涂敷環(huán)境，是含有鉻酸等的腐蝕性氣體和潮濕的惡劣環(huán)境，所以應(yīng)對(duì)粘貼好的應(yīng)變片采取可靠實(shí)用的防護(hù)措施。通過(guò)激光焊接將兩片金屬膜片分別焊接在彈性體的兩側(cè)，長(zhǎng)形空心圓組橋后焊接在四芯(或六芯)屏蔽信號(hào)線上，信號(hào)線穿越金屬圓管引出，信號(hào)線的長(zhǎng)度約為5m。然后向金屬圓管灌注防護(hù)密封膠密封，采用分層灌注的方式密封，以提高密封效果。這樣利用金屬膜片和灌注防護(hù)［5］對(duì)應(yīng)變片所處的內(nèi)腔充以惰性氣體加以保護(hù)，將大大提高測(cè)力傳感器的使用壽命和性能。

2．2電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的技術(shù)指標(biāo)

眾所周知，通過(guò)精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格細(xì)心的工藝制作，才能研制出質(zhì)量高、性能好和適用的測(cè)力傳感器。對(duì)按照上述技術(shù)規(guī)范和工藝流程設(shè)計(jì)和制作的測(cè)力傳感器進(jìn)行技術(shù)參數(shù)測(cè)試。

3應(yīng)用效果

研制成功的電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器在我冷軋廠的涂敷裝置中進(jìn)行一年多的生產(chǎn)試驗(yàn)，用于涂敷裝置的上料棍與涂敷輥、涂敷輥與鋼帶接觸壓力的測(cè)力和調(diào)節(jié)，每臺(tái)涂敷裝置共用8只測(cè)量傳感器。試驗(yàn)表明，所研制的電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器能滿足我冷軋廠涂敷工藝流程的生產(chǎn)需要。與原進(jìn)口產(chǎn)品相比較，它除了具有成本低、安裝拆卸方便、測(cè)量準(zhǔn)確和便于調(diào)節(jié)外，還具有使用壽命較長(zhǎng)的特點(diǎn)，完全能替代原設(shè)備的測(cè)力傳感器。目前該傳感器已在我冷軋廠推廣應(yīng)用，并逐步替代壽命期已到或已損壞的測(cè)力傳感器，降低了生產(chǎn)成本，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4結(jié)束語(yǔ)

涂敷裝置的上料棍、涂敷輥和鋼帶間的接觸壓力的測(cè)力是鋼帶涂敷工藝流程中比較關(guān)鍵的技術(shù)。文中敘述了電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)和制作及其在涂敷中的應(yīng)用。測(cè)試和生產(chǎn)運(yùn)行表明，所研制的測(cè)力傳感器成本低，工作壽命長(zhǎng)，能完全滿足鋼帶涂敷生產(chǎn)的工藝要求，加以推廣使用，將收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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