Ультразвуковое устройство для измерения линейных перемещений элементов клети прокатного стана

Ультразвуковое устройство для измерения линейных перемещений элементов клети прокатного стана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

t

09) %Ф 01) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 1

{21) 3370440/22-02

:(22) 23.12 ° 81 (46) 07.05ЛЗ. Бюл. М 17 (72) Э.Ч. Сейдак и А.S. Розенберг (71) Всесоюзный научно-исследова-, тельский институт автоматизации черной. металлургии (53) 621.771..06:62-52(088.8}

° (56) 1. Патент ФРГ 41 2622505, кл. В 21 В 37/08, 1977. (54)(57) 1 УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

ЭЛЕМЕНТОВ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА, содержащее:измерительную камеру, заполненную жидкостью, отражатели ультразвуковых. колебаний, помещенные в камеру и взаимодействующие с подвижными элементами клети, излучатель ультразвуковых импульсов, приемник и измеритель времени распространения ультра" звуковых импульсов, один вход которого подсоединен к излучателю ультразвуковых импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и точности устройства, в него введен блок за:держки сигнала на пропорциональное времени распространения ультразвуковых импульсов время, вхоД которого подсоединен к приемнику ультразвуковых импульсов, а выход - к второму входу измерителя времени распространения ультразвуковых импулЬсов.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блрк задерж- Я ки сигнала выполнен в виде счетчика числа импульсов от многократно отраженных ультразвуковых колебаний.

1 1015

Изобретение относится к прокатке, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть использовано в системах автоматического регулирования толщины, профиля и формы полос, прокатываемых на непрерывных прокатных станах, в частности на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содер" жащее измерительную камеру, заполненную жидкостью, отражатели ультразвуковых колебаний, помещенные в камеру и взаимодействующие с подвижными элементами клети, излучатель ультразвуковых импульсов, приемник и измеритель времени распространения ультра" звуковых импульсов, один вход которого подсоединен к излучателю ультразвуковых импульсов, а второй вход подсоединен к излучателю ультразвуковых импульсов 1).

Линейные перемещения элементов щзети прокатного стана приводят к пропорциональному изменению расстояния между отражателями ультразвуковых колебаний и к изменению времени распространения ультразвуковых импульсов между этими отражателями. Измеряя время распространения ультразвуковых импульсов, можно определить перемещение элементов клети. Основная погрешность такого ультразвукового измерительного устройства определяется его разрешающей способностью 6 5, которая, в свою очередь, связана с разрешающей способностью измерителя времени распространения ультразвуковых импульсов d и скоростью распространения ультразьjKo вых колебаний с соотношением

d 5=ñÀ.. Ъ

-7

При С = 1200-1500 м/с и Д+ = 10 с

4 g= 0,12-0,15 мм.

Дальнейшее же повышение разрешающей способности измерителя времени распространения ультразвуковых импульсов связано с большими практическими трудностями, так как приводит к усложнению схемы и конструкции всей аппаратуры устройства (излучателя и приемника ультразвуковых импульсов, измерителя времени распространения и т.д.) вследствие зобходимости увеличения частоты ультразвуко вых колебаний и ужесточению требова944 2 ний к формированию электрических сигналов.

Цель изобретения -,увеличение разрешающей способности и точности изме"

5 рения линейных перемещений элементов клети прокатного стана.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковое устройство для измерения линейных перемещений эле10 ментов клети прокатного стана, содержащее измерительную камеру, заполненную жидкостью, отражатели ультразвуковых колебаний, помещенные в камеру и взаимодействующие с подвижными эле15 ментами клети, излучатель ультразвуковых импульсов, приемн"к и измеритель времени распространения ультра" звуковых импульсов, один вход которого подсоединен к излучателю ультразвуZ0 ковых импульсов, введен блок задержки сигнала на пропорциональное времени распространения ультразвуковых импульсов время. вход которого подсоедйнен к приемнику ультразвуковых импульсов, 25 а выход - к второму входу измерителя времени распространения ультразвуковых импульсов.

Блок задержки сигнала выполнен в виде счетчика числа импульсов от многократно отраженных ультразвуковых ко30 лебаний

Включение между выходом приемника и входом измерителя времени распространения ультразвковых импульсов блока задержки сигнала эквивалентно измене-.

35 нию соотношения (коэффициента передачи ) между перемещением элементов кле" ти и изменением расстояния между отражателями. В этом случае перемещение элементов клети b.S определяет40 ся по формуле

ЬЬ=С

К+4 а разрешающая способность устройства соответственно равна д Я =c А, 4 где Д1 - изменение времени появления сигнала на выходе блока задержки при

50 перемещении элементов клети йа величину ЬЯ;

К - коэффициент, численно равный отношению времени задержки к фактическому рвемени пробега ультразвуковых импульсов между отражателями.

При использовании в качестве блока задержки счетчика числа импульсов от многократно отраженных ультразву ковых колебаний, после поступления на его вход И импульсов; выражение для, разрешающей способности примет вид

A = --— с

С

Я„п

Ф упри измерении удвоенных расстояний между отражателями).

Как видим, разрешающая способность устройства увеличивается по сравнению с известным в И раз. Принимая во вни!

О мание, что одна из составляющих погрешности измерительного устройства, а именно основная погрешность, определяется его разрешакнцей способностью то и увеличение разрешающей споФ

15 собности приводит к увеличению точности измерения линейных перемещений элементов клети.

На чертеже представлена схема ультразвукового устройства для измерения линейных перемещений элементов 2э клети прокатного стана.

Устройство содержит измерительную камеру 1, состоящую из наружного стакана 2 с фланцем, помещаемого в " специальное отверстие в подушке 3 25 верхнего рабочего валка клети, внут- реннего стакана 4, имеющего полость, заполненную жидкостью, например смесью спирта и воды, с упирающимся в опорную .поверхность подушки 6 нижнего зр рабочего валка клети цилиндрическим щупом 7. В жидкость полости 5 погружен прикрепленный к наружному стакаку стержень 8, нижний торец которд" го используется как отражатель ультра, звуковых колебаний. Относительное перемещение наружного 2 и внутрен..ного 4 стаканов проявляется также в изменении глубины погружения стерж-: ня 8 в жидкость. Распорная пружи46 на 9,между дном наружного стакана 2 и внутренним стаканом 4 предназначена для обеспечения постоянного контакта между щупом 7 и опорной поверхностью подушки 6 нижнего рабочего вал- . ! ка. Во внутреннем стакане 4 под стерж-45 .;нем 8 размещен излучающий пьезоэлемент 10, который одновременно выпол-няет функцию второго отражателя ультразвуковых колебаний и с подсоединенным к его входу генератором И элект- 56 рических импульсов образует излучатель 12 ультразвуковых импульсов. Из» лучающий пьезоэлемент 10 окружен кольцевым приемным пьезоэлементом 13, который с подсоединенным к его выхо- 55 ду формирователем .14 электрических импульсов образует приемник 15 ультразвуковых импульсов. Выход формирова44 4 теля 14 подсоединен к входу блока 16 задержки сигнала на пропорциональное времени распространения ультразвуковых импульсов время (счетчика числа импульсов.от многократно отраженных ультразвуковых колебаний), а выход счетчика 16 - к первому входу измерителя 17 времени распространения ультразвуковых импульсов. Выход генератора 11 подсоединен также к .второму входу измерителя 17 времени распространения ультразвуковых импульсов и к входу установки счетчика 16 в нулевое состояние.

Устройство работает следующим образом.

Электрические импульсы от генератора 11 периодически, например, через каждые 0,01 с, возбуждают излучающий пьезоэлемент 10 излучателя 12 ультразвуковых импульсов. Одновременно с возбуждением излучающего пьезоэлемента электрический импульс генератора 1l запускает измеритель 17 времени распространения ультразвуковых импульсов и устанавливают счетчик 16

) в нулевое состояние, б

После каждого возбуждения в полос ти 5 камеры 1 начинает распространяться импульс ультразвуковых колебаний.

После отражения от отражателя 8 импульс ультразвуковых колебаний достигает приемного 13 и излучающего 10 пьезоэлементов, отражается от них и снова распространяется в сторону отражателя 8. Благодаря многократному . ! отражению от излучающего пьезоэлемента 10 и отражателя 8 на выходе прием-. ника 15 возникает после каждого возбуждения излучающего элемента 10, по" следовательность электрических импульсов с периодом, соответствующим времени пробега ультразвуковых. колебаний от излучающего пьезоэлемента- 10 до отражателя 8 и обратно. !

Эти импульсы через формирователь 14 ,переводят счетчик 16 в состояние, со ответствукнцее числу импульсов, по:ступившему на его вход. После прихода заданного числа импульсов, например десяти,на выходе счетчика появляется сигнал, который останавливает измеритель 17 времени распространения ультразвуковых импульсов. Процесс возбуждения излучающего пьезоэлемента 10, формирования электрических сигналов, соответствующих возбуждению электрических сигналов, соответствующих возбужденно приемного пьезоэлемен5 10159 та, отраженными импульсами ультразвуковых колебаний и измерения времени от начала возбуждения излучающего пьезоэлемента до появления на выходе счетчика 16 сигнала повторяется с при- ходом каждого электрического импульса от генератора 11.

Под действием пружины 9 внутренний стакан 4 своим щупом 7 упирается в поверхность подушки 6 нижнего рабочего 1в валка. При перемещении подушки 3 верх,него рабочего валка относительно подушки 6 нижнего рабочего валка соответственно перемещается внутренний стакан 4 относительно наружного стака-1 на 2. Расстояние между отражателями также изменяется.

Определяя по формуле

Е

8=G an где - время от начала возбуждения

20 излучающего пьезоэлемента до появления сигнала на выходе счетчика числа импульсов;

И вЂ” число импульсов, поступивших на вход счетчика до появления на его

25 выходе сигнала, расстоянием междуотражателями можно определить пере"

3 мещение подушек рабочих валков как разницу расстояний 9 и 6 между отражателями, соответствующих положени-Зв ям подушек до и после их перемещения.

При разрешающей способности измерителя времени распространения ультразвуковых импульсов д+ = 10 с, 44 d основная погрешность и разрешающая способность описаннного ультразвуко-. вого измерительного устройства равна (Ж

d5= С вЂ” = 1200 ° 10

Дп 2.10

= 0,06 мм, где С = 1200 м/с - скорость распространения ультразвука в смеси спирта и воды; -и = 10 - число записанных в счетчике импульсов, т.е. разрешающая способность измерительного устройства повышена по сравнению с известным устройством в 10 раз. Точность устройства за счет уменьшения в 10 раз основной погрешности также увеличивается.

Использовние изобретения для измерения взаимного положения подушек рабочих валков в клетях непрерывного стана при регулировании толщины полосы обеспечит повышение точности геометрических размеров готовой по" лосы - снижение продольной разнотолщинности с 0,05-0,06 до 0,030,04 мм, улучшение формы готовой полосы, уменьшение брака и снижение простоев стана при настройке и ре" гулировании толщины floJlocbl

Годовая экономия на снижении себестоимости продукта в результате внедрения изобретения на одном стане

2000 горячей прокатки Череповецко" го метзавода составит 500000 руб.

1 0159 4"

Составитель И. Рыбьев редактор Л. Алексеенко Техреа И.Гергель КорректорВ Бутягин

Заказ 3271/6 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 ОЯ Москва И-35 Рабская наб. д /5 . Филиал ПОП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,