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【摘 要】介绍压磁式与应变片式轧制力测量系统的主要产品介绍；对比研究了两套系统主要原理、功能；以两套测量系统在唐山钢铁公司一钢热轧厂使用情况为基础，对两种测量系统作比较。
【关键词】轧制力测量 应变片 励磁 压头 测量精度
唐山钢铁公司（以下简称“唐钢”）一钢热轧厂有两条热轧生产线：2002年投产的1810生产线建线时全线轧机使用的是ABB公司生产的励磁式轧制力系统；2005年投产的1700生产线全线使用的是KLEK公司的应变片式轧制力测量系统。轧制力测量系统在厚度自动控制系统、活套控制系统、不可逆轧机AMTC系统中起着关键性的作用。本文将对两种测量系统在实践使用的基础上，对其进行比较全面的比较，并且介绍了两种测量系统在应用中的经验，希望对读者在设备选型和日常维护中带来帮助。
一、轧制力测量系统介绍
（一）轧制力测量系统部件构成
两种测量系统组成部件结构基本相同，都是由两个现场轧制力传感器（简称“压头”）、两个现场信号转接箱、一套信号处理单元、连接电缆构成。传感器分别安装在轧机两侧，测量轧机两侧的轧制力；信号转接箱用于传感器与信号处理器信号转接；信号处理器用于处理现场传感器传输信号的处理计算，并对上位机传输计算出来模拟量的测量数据，及接收、传输上位机需要的的数字量信号。
（二）轧制力测量系统测量原理
ABB压磁式传感器是利用磁性材料在机械力作用下导磁率发生变化的原理工作的。这种传感器由若干薄钢片粘叠而成，在内部缠绕两组线圈，分别为励磁线圈和信号线圈，它们互成一定的角度。当在励磁线圈中通以交变电流时，励磁线圈中会产生磁场。因为励磁和信号两组线圈是互成一定角度的，所以只要传感器上没有负载，励磁线圈产生磁场将覆盖不到信号线圈。当传感器的收到测量方向的以机械力时，励磁线圈中的磁场发生变化，将信号线圈包容进了磁场。由于信号线圈中的磁场发生了变化，因此在该线圈中产生了感应电势。信号处理器再将这个感应电势转换成一个与被测力对应成比例的直流电压信号。
KLEK应变片式传感器利用电阻应变片在受到外力作用下阻值产生变化的工作原理。此传感器由一整块钢作为弹性体，在弹性体内部分布4片电阻应变片。应变片组成一个惠斯登全桥式等臂电桥，再由电缆由弹性体内部引出。在轧制力由测量方向的作用下，电桥电阻发生变化，在经处理器把电阻变化转化成为相应的电压信号，从而完成轧制力的测量。
二、压磁式轧制力测量系统与应变片式轧制力测量系统在实际使用中比较
系统性能要从各个元件比较几方面入手进行细致分析比较。
（一）传感器
传感器在轧机冷却水侵蚀和轧机咬钢横向切力作用下易造成机械损坏和内部线路绝缘降低、内部线路故障等现象。压磁式传感器由若干薄钢片粘叠而成，长期使用后钢片之间会产生缝隙。而应变片式传感器由一整块钢作为弹性体，产生缝隙情况不常出现。因此，压磁式传感器比应变片式传感器容易出现机械损坏和内部线路损坏。
由于应变片式传感器是由应变片电阻变化来反馈轧制力变化，电路连接点接触状态对测量准确度影响较大。为此，传感器与其连接到信号转接箱的电缆制作成为一体结构，对传感器的维护与更换带来不便。
轧制力测量系统的现场传感器一般安装在支撑辊下方的换辊车上，传感器上下均安装有垫板，而传感器测量面与垫板接触面大小对测量准确性有着较大的影响。在轧机长期使用后，由于机械变形使得传感器测量面与垫板接触面产生变化，因此接触面大小对测量准确性影响越小越好。
压磁式传感器需要轧制力较平均的分配在测量接触面上才能使磁场发生准确变化，因此此种测量系统对接触面要求较高。而应变片式轧制力测量系统是由四片压力应变片构成，轧制力分配在应变片上即可测量出准确轧力，所以应变片式测量系统对接触面要求相对较低。
（二）信号转接箱
应变片式信号转接箱只是为电路连接点起保护作用，而压磁式信号转接箱内部还承载了LC震荡回路和变压器。
（三）信号处理单元
压磁式测量系统由于需要较大功率电源和供电电路复杂等原因造成其比较应变片式信号处理单元结构复杂、占用空间大。
三、轧制力测量系统在使用中经验
（一）传感器测量接触面大小判断
前文提到传感器测量接触面大小对轧制力测量准确性影响较大，接触面大小判断方法如下：在机械安装许可的情况下，取一块与传感器测量面积相同，厚度为0.5mm左右厚度的紫铜板安装在传感器与垫板之间，轧制一段时间后可取出铜板观察，可分析出接触面大小。由于紫铜板传力能力和自身硬度关系，还可以提高传感器测量接触面积，可以短期使用在接触面积不良的轧机上。
（二）线路主要故障查找
压磁式测量系统线路故障主要出现在LC震荡回路中，主要是电容老化，容值降低所引起的。可以使用万用表交流档测量传感器供电电压。所测出来的电压如果比同型号传感器的高，多数是由于电容老化容值降低引起的。用此方法可以判断电容的老化情况。
应变片式测量系统测量准确性与线路连接点接触状态有着重要联系。如果出现测量轧制力与实际轧制力相比偏低的情况，在排除传感器老化的前提下，可检查连接点接触是否良好。
（三）传感器老化判断
传感器是测量系统中重要组成元件，其老化程度严重影响测量的准确性。判断其老化与否主要有两侧轧制力比较，测量内部线路阻值，测量线路绝缘等手段，这些方法在设备工程师手册上都有详细介绍，这里不再付述。
值得一提的是压磁式传感器在出现故障时的特征现象既是在轧制过程中一侧压头的轧制力出现陡降，陡降幅度大致在20%左右，另一侧未出现异常；而再次测量有回到正常状态。轧制力曲线出现陡降，如下图：
这种现象多数是由于励磁回路短路造成，而励磁回路阻值只有0.3～0.5Ω，在传感器检查时不容易发现。
【关键词】轧制力测量 应变片 励磁 压头 测量精度
唐山钢铁公司（以下简称“唐钢”）一钢热轧厂有两条热轧生产线：2002年投产的1810生产线建线时全线轧机使用的是ABB公司生产的励磁式轧制力系统；2005年投产的1700生产线全线使用的是KLEK公司的应变片式轧制力测量系统。轧制力测量系统在厚度自动控制系统、活套控制系统、不可逆轧机AMTC系统中起着关键性的作用。本文将对两种测量系统在实践使用的基础上，对其进行比较全面的比较，并且介绍了两种测量系统在应用中的经验，希望对读者在设备选型和日常维护中带来帮助。
一、轧制力测量系统介绍
（一）轧制力测量系统部件构成
两种测量系统组成部件结构基本相同，都是由两个现场轧制力传感器（简称“压头”）、两个现场信号转接箱、一套信号处理单元、连接电缆构成。传感器分别安装在轧机两侧，测量轧机两侧的轧制力；信号转接箱用于传感器与信号处理器信号转接；信号处理器用于处理现场传感器传输信号的处理计算，并对上位机传输计算出来模拟量的测量数据，及接收、传输上位机需要的的数字量信号。
（二）轧制力测量系统测量原理
ABB压磁式传感器是利用磁性材料在机械力作用下导磁率发生变化的原理工作的。这种传感器由若干薄钢片粘叠而成，在内部缠绕两组线圈，分别为励磁线圈和信号线圈，它们互成一定的角度。当在励磁线圈中通以交变电流时，励磁线圈中会产生磁场。因为励磁和信号两组线圈是互成一定角度的，所以只要传感器上没有负载，励磁线圈产生磁场将覆盖不到信号线圈。当传感器的收到测量方向的以机械力时，励磁线圈中的磁场发生变化，将信号线圈包容进了磁场。由于信号线圈中的磁场发生了变化，因此在该线圈中产生了感应电势。信号处理器再将这个感应电势转换成一个与被测力对应成比例的直流电压信号。
KLEK应变片式传感器利用电阻应变片在受到外力作用下阻值产生变化的工作原理。此传感器由一整块钢作为弹性体，在弹性体内部分布4片电阻应变片。应变片组成一个惠斯登全桥式等臂电桥，再由电缆由弹性体内部引出。在轧制力由测量方向的作用下，电桥电阻发生变化，在经处理器把电阻变化转化成为相应的电压信号，从而完成轧制力的测量。
二、压磁式轧制力测量系统与应变片式轧制力测量系统在实际使用中比较
系统性能要从各个元件比较几方面入手进行细致分析比较。
（一）传感器
传感器在轧机冷却水侵蚀和轧机咬钢横向切力作用下易造成机械损坏和内部线路绝缘降低、内部线路故障等现象。压磁式传感器由若干薄钢片粘叠而成，长期使用后钢片之间会产生缝隙。而应变片式传感器由一整块钢作为弹性体，产生缝隙情况不常出现。因此，压磁式传感器比应变片式传感器容易出现机械损坏和内部线路损坏。
由于应变片式传感器是由应变片电阻变化来反馈轧制力变化，电路连接点接触状态对测量准确度影响较大。为此，传感器与其连接到信号转接箱的电缆制作成为一体结构，对传感器的维护与更换带来不便。
轧制力测量系统的现场传感器一般安装在支撑辊下方的换辊车上，传感器上下均安装有垫板，而传感器测量面与垫板接触面大小对测量准确性有着较大的影响。在轧机长期使用后，由于机械变形使得传感器测量面与垫板接触面产生变化，因此接触面大小对测量准确性影响越小越好。
压磁式传感器需要轧制力较平均的分配在测量接触面上才能使磁场发生准确变化，因此此种测量系统对接触面要求较高。而应变片式轧制力测量系统是由四片压力应变片构成，轧制力分配在应变片上即可测量出准确轧力，所以应变片式测量系统对接触面要求相对较低。
（二）信号转接箱
应变片式信号转接箱只是为电路连接点起保护作用，而压磁式信号转接箱内部还承载了LC震荡回路和变压器。
（三）信号处理单元
压磁式测量系统由于需要较大功率电源和供电电路复杂等原因造成其比较应变片式信号处理单元结构复杂、占用空间大。
三、轧制力测量系统在使用中经验
（一）传感器测量接触面大小判断
前文提到传感器测量接触面大小对轧制力测量准确性影响较大，接触面大小判断方法如下：在机械安装许可的情况下，取一块与传感器测量面积相同，厚度为0.5mm左右厚度的紫铜板安装在传感器与垫板之间，轧制一段时间后可取出铜板观察，可分析出接触面大小。由于紫铜板传力能力和自身硬度关系，还可以提高传感器测量接触面积，可以短期使用在接触面积不良的轧机上。
（二）线路主要故障查找
压磁式测量系统线路故障主要出现在LC震荡回路中，主要是电容老化，容值降低所引起的。可以使用万用表交流档测量传感器供电电压。所测出来的电压如果比同型号传感器的高，多数是由于电容老化容值降低引起的。用此方法可以判断电容的老化情况。
应变片式测量系统测量准确性与线路连接点接触状态有着重要联系。如果出现测量轧制力与实际轧制力相比偏低的情况，在排除传感器老化的前提下，可检查连接点接触是否良好。
（三）传感器老化判断
传感器是测量系统中重要组成元件，其老化程度严重影响测量的准确性。判断其老化与否主要有两侧轧制力比较，测量内部线路阻值，测量线路绝缘等手段，这些方法在设备工程师手册上都有详细介绍，这里不再付述。
值得一提的是压磁式传感器在出现故障时的特征现象既是在轧制过程中一侧压头的轧制力出现陡降，陡降幅度大致在20%左右，另一侧未出现异常；而再次测量有回到正常状态。轧制力曲线出现陡降，如下图：
这种现象多数是由于励磁回路短路造成，而励磁回路阻值只有0.3～0.5Ω，在传感器检查时不容易发现。