本發(fā)明涉及力傳感器，尤其是涉及一種王字型結構的軋制力傳感器。

背景技術：

軋制力傳感器是軋鋼設備的重要組成部分，在連續(xù)不間斷軋鋼作業(yè)中，為了保證軋機上的輥輪兩端的力值一致，需指示和控制軋制力，通常需要安裝軋制力傳感器來測量軋輥兩端的軋制力值。特別是對于高精度的軋板和帶鋼，對于板材厚度的精準度以及均勻度完全取決于軋制力力值的控制，因此在高端板材領域軋制力傳感器至關重要。軋制力傳感器通常所受力值極大，產品規(guī)格從100～8000t不等，在軋鋼過程(咬鋼時)中軋制力會產生瞬時峰值，數值會遠超過產品規(guī)格量程因此對于軋制力傳感器的抗過載能力要求較高。同時安裝環(huán)境較為惡劣，通常油污、高溫、水汽等條件下，使得軋制力傳感器要具備極強的耐介質能力。

目前國內鋼廠所使用的軋制力的傳感器以進口為主，雖然軋制力傳感器安裝環(huán)境較差但從現場實際使用情況而言，軋制力傳感器損壞的主要原因是非均布載荷以及彎矩應力過大導致傳感器損壞。因為軋制力傳感器是面受力傳感器，而傳感器為多組平行通孔結構，有多個貼片孔和應力釋放孔組成，在貼片孔內均勻貼布了多個應變計，從而形成多個應變測力單元。

參見說明書附圖的圖1～4，圖1～4中各標記表示：P1為彈性主體；P11為貼片孔；P121為上應力釋放孔；P122為下應力釋放孔；P21軋輥接觸面；P22上均壓板上承壓面；P23上均壓板與傳感器接觸面；P24下承壓板與傳感器接觸面；P25基坑接觸面；P3軋輥；P41上均壓板；P42下承壓板；P5基坑；R1、R2為應變片壓縮組成電阻；R3、R4(R3、R4為恒值電阻)為補償電阻；L1、L2為貼片位置；C為彈性主體P1的厚度；A為上均壓板P41的厚度；B為下承壓板P24的厚度。

在受力過程中應變計壓縮形變短導致阻抗變小，將貼片孔內所有的應變計連接后分二組R1、R2合同補償電阻R3、R4(R3、R4為恒值電阻)進行電路組橋。在無外力情況下R1、R2、R3、R4阻值相同，此時信號輸出端電壓為0。在傳感器受壓力下R1、R2阻值由于應變計的壓縮而變小，R3、R4阻值恒定不變，這樣在信號輸出端就會產生電壓。我們通過檢測電壓大小通過儀表的放大轉換得出力值大小，但這種輸出的電壓信號較弱，抗干擾能力弱，同時靈敏度較低也大大影響產品的精度。由于這樣的電氣結構，這就對于傳感器受力面的平整度有較高的要求，必須要保證70％以上的受力面同時受力，否則局部力值過大會導致應變計超過允許壓縮范圍而出現斷裂和脫落的現象，從而導致傳感器的損壞。因為要保證傳感器不損壞必須對于傳感器安裝結構有嚴格的要求如圖3所示，此為使用最多傳感器安裝結構，由上均壓板P41，彈性主體P1和下承壓板P24組成。上均壓板P41起到了一個力值均布的作用，同時上均壓板P41的上下接觸面易于再修復加工。下承壓板P24也可對安裝用的基坑P5長期腐蝕所造成的不平起到一個緩沖作用。

但是在實際使用過程中我們發(fā)現，由于基坑P5的深度尺寸有限，上均壓板P41和下承壓板P24的厚度不夠，有些甚至還遠小于傳感器彈性主體P1厚度。由于基坑P5在軋鋼過程中長期受到侵蝕產生高低不平，坑坑洼洼。這就對傳感器及上下壓板產生彎矩應力。對于均勻材質的抗彎截面模量的大小與厚度的平方成正比，W＝1/6bh²，其中b是寬度，h為材質厚度。抗彎截面模量越大則抗彎矩應力能力越強。而此時基坑的抗彎截面模量的大小正好是W＝1/6b(A²+B²+C²),而且此時由于傳感器彈性主體P1厚度C大于上均壓板P41和下承壓板P24的厚度A和B，使得傳感器所受的彎矩應力最大從而使得傳感器損壞，特別是軋鋼時產生的瞬時峰值沖擊力。

基于現場所產生問題，特別是基坑P5腐蝕嚴重程度的日益增加，很多產品使用不過1天就損壞，有人也提出了將上均壓板P41和下承壓板P24合并以提高基坑內整體的抗彎截面模量。這樣雖然抗彎截面模量W＝1/6b[(A+B)²+C²]這樣就大幅度提高的抗彎矩應力的能力，但基坑P5底面被腐蝕所產生的坑洼在沒有下承壓板P24的緩沖下直接與傳感器接觸，會導致傳感器局部過載嚴重而直接導致傳感器損壞。

如何克服存在的問題，已成為業(yè)內十分關注的課題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種王字型結構的軋制力傳感器，該王字形結構的軋制力傳感器可緩和基坑不平整對于傳感器應變孔內應變計的影響，顯著增加傳感器原有的信號輸出，提升傳感器的精度，提高傳感器抗彎矩應力的能力及抗軋制力沖擊的能力。

為實現本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

王字型結構的軋制力傳感器，包括彈性主體和應變片組成的電橋電路；其特點在于，所述彈性主體的外形為矩形，橫截面呈王字型，彈性主體厚度中央間隔設有平行的橫向貼片孔，每個橫向貼片孔內貼有至少2片拉伸應變片；所有的拉伸應變片構成惠世登電橋電路，構成惠世登電橋電路中的一組電阻為壓縮組成電阻，另一組電阻為拉伸組成電阻；彈性主體間隔對稱設有以橫向貼片孔為基準且與橫向貼片孔平行的上應力釋放孔和下應力釋放孔，彈性主體兩側沿縱向設有以橫向貼片孔為基準且與橫向貼片孔垂直的上傳力導向槽和下傳力導向槽。

進一步的：

所述彈性主體的外形為長方形。

所述拉伸應變片的數量根據實際量程所需來設定，所述電橋電路的數量根據由實際情況決定。如每個橫向貼片孔內壁貼有10片拉伸應變片，其中5片為壓縮片，另5片為拉伸片。

與現有技術比較，本發(fā)明的有益效果如下：

在機械結構上：增加了應力釋放孔，這樣能有效的保證了拉伸應變計的線性輸出；采用了王字型的彈性主體，相當于在安裝傳感器時，將需用的上下壓板合并于傳感器上，形成了一體式傳感器，這樣可通過上下傳力導向槽將上下接觸面受力集中于貼片孔的應變計采樣點上，這種結構可顯著提高彈性主體的抗彎截面模量W＝1/6b(A+B+C)²，提高傳感器抗彎矩應力的能力，從而大大提高了傳感器抗軋制力沖擊的能力。此外，王字型主體結構也有效緩和了基坑不平整對于傳感器應變孔內應變計的影響。經試驗，效果極佳。

在電氣結構上：由于目前所使用的傳感器信號較弱，由于增加了應力釋放孔，而且采用雙組貼片的模式，這樣在沒有壓力的情況下，電橋電路的R1＝R2＝R3＝R4，輸出為0；而在傳感器受壓力情況下，R1、R2由于應變計壓縮而變小，R3、R4由應變計拉伸而變大，這樣就大大增加傳感器原有的信號輸出，采樣點增加后提升了傳感器的精度，并且由于信號強度的變大，抗干擾也有明顯程度的提高。

附圖說明

圖1為現有軋制力傳感器結構示意圖。

圖2為圖1的橫向A-A剖視示意圖。

圖3為現有軋制力傳感器的電橋電路示意圖。

圖4為現有軋制力傳感器安裝示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例結構示意圖。

圖6為圖5的橫向A-A剖視示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例的電橋電路示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例的安裝示意圖。

具體實施方式

參見圖1～4，參見背景技術中的說明。構成惠世登電橋電路中的R1、R2為應變片壓縮組成電阻，R3、R4(R3、R4為恒值電阻)為補償電阻。在無外力情況下R1、R2、R3、R4阻值相同，此時信號輸出端電壓為0。在傳感器受壓力下R1、R2阻值由于應變片的壓縮而變小，而R3、R4阻值恒定不變，這樣在信號輸出端就會產生電壓，通過檢測電壓大小通過儀表的放大轉換得出力值大小。但這種輸出的電壓信號較弱，抗干擾能力弱，同時靈敏度較低也大大影響產品的精度。

參見圖5～8，王字型結構的軋制力傳感器，包括彈性主體1和應變片組成的電橋電路；所述彈性主體1的外形為長方形，橫截面呈王字型。在彈性主體1厚度中央間隔設有平行的10個橫向貼片孔11，每個橫向貼片孔11內壁貼有10片拉伸應變片，其中5片為壓縮片，另5片為拉伸片。所有的拉伸應變片21構成2個惠世登電橋電路。彈性主體1間隔對稱設有以橫向貼片孔11為基準且與橫向貼片孔11平行的上應力釋放孔121和下應力釋放孔122，彈性主體1兩側沿縱向設有以橫向貼片孔11為基準且與橫向貼片孔11垂直的上傳力導向槽131和下傳力導向槽132。

在受力過程中應變片壓縮形變短導致阻抗變小，所有的應變片經連接后分成二組，構成惠世登電橋電路。R1’和R2’代表拉伸應變片電阻，R3’、R4’代表壓縮應變片電阻，整體構成一個惠世登電橋。其中L1位置的應變計電阻和值為R1’，L2位置的應變計電阻和值為R2’，L3位置的應變計電阻和值為R3’，L4位置的應變計電阻和值為R4’。(原電氣結構R1和R2代表拉伸應變片電阻，其中L1位置應變計電阻和值為R1，L2位置應變片電阻和值為R2，R3和R4為固定的補償電阻貼于應變孔外部受力過程中不發(fā)生形變)。

安裝時，王字型的彈性體1安裝于基坑P5內，王字型的彈性體1的厚度等于A+B+C(對照圖4)。

本發(fā)明實施例具有如下突出優(yōu)點：

在機械結構上能有效的保證了拉伸應變計的線性輸出。因采用了王字型的彈性體結構，可將現有安裝用的上下壓板合并于傳感器上，通過4條傳力導向槽將上下接觸面受力集中于中間貼片孔的應變計采樣點上，大大提高了彈性體的抗彎截面模量W＝1/6b(A+B+C)²提高了傳感器抗彎矩應力的能力，也大大提高了傳感器抗軋制力沖擊的能力，同時王字型結構也緩和了基坑不平整對于傳感器應變孔內應變計的影響。