專利名稱：可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種張力傳感器。
背景技術：
張力傳感器也叫張力檢測器，是張力控制過程中，用于測量線材或帶材張力值大小變化的儀器，對于常用的應變片型張力傳感器，其張力應變片和壓縮應變片按照電橋方式連接在一起，當受到外壓力時應變片的電阻值也隨之改變，改變值的多少將正比于所受張力的大小。
張力傳感器的發展已非常成熟，張力傳感器的型號及安裝形式也分多種。由于張力傳感器是通過壓縮應變片的形式間接測量張力值的，所以，要獲得線材或帶材上的拉力值，通常通過張力輥和測張輥形成一定的包角，通過測張輥施加壓力，使張力傳感器敏感元件產生位移或變形，張力傳感器根據應變片電阻值的變化再通過內置信號處理器可計算得到所要測量的拉力值。
現有的成熟的張力傳感器，帶材或線材只需通過張力輥和測張輥繞出就可測出拉力值。但是張力傳感器的測量值是由作用在側張輥上的壓力值間接得到的，那么通過測量計算得到的數值為測張輥兩端帶材或線材的拉力值，帶材或線材再通過張力輥之后，由于摩擦力的影響，其張力值會改變。傳感器測量出來顯示的張力值為Fni，則測張輥一端拉繩的拉力為Fni，拉繩繞過張力輥之后，對于張力輥進行受力分析，設定拉繩與張力輥之間的摩擦力為f，那么根據力的平衡原理可以得到繩末端拉力值FN2=FN1+f。當線材或帶材通過拉力傳感器運動時，f為一個變動的力，摩擦力f的方向與繩與張力輥之間的相對位移有關，傳感器無法通過內置信號處理器進行摩擦力的消除。
雖然通過提高張力輥表面加工精度、張力輥與傳感器底座之間采用潤滑軸承的方式來減少摩擦，但是，對于表面粗糙的待測量材料，或者與張力輥接觸面積極大的板帶材料，摩擦力的影響遠遠大于端部軸承自身摩擦阻力的影響，對測量結果產生影響，同樣，對于一些超高精度的張力控制系統，已有的張力測量方法不能滿足其精度的要求。發明內容
為了克服現有傳感器測量值受摩擦力影響、精度較低的不足，本發明提供了一種可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置，通過測量和計算可自動消除摩擦力的影響，得到更精確的張力值。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置，包括兩組張力應變片和壓縮應變片組成的張力感應組件、內置信號處理器、兩根測張輥、三根張力輥以及傳感器安裝座，所述傳感器安裝座上并排布置三根張力輥，在兩兩相鄰的張力輥之間設有測張輥，三根張力輥所在直線與兩根測張輥所在直線平行，所述測張輥上安裝張力感應組件，所述張力感應組件與所述內置信號處理器電連接，所述內置信號處理器包括用以依照兩個張力感應組件測得的壓力值FNa、FNb計算得到的力Fa、Fb,再通過Fa、Fb計算得到當前張力值F F=Fb+ (Fb-Fa) /2的張力測量模塊。
本發明的有益效果為通過測量和計算可自動消除摩擦力的影響，得到更精確的張力值。
圖I是可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步說明。
參照圖1，一種可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置，包括兩組張力應變片和壓縮應變片組成的張力感應組件、內置信號處理器、兩根測張輥、三根張力輥以及傳感器安裝座，所述傳感器安裝座上并排布置三根張力輥，在兩兩相鄰的張力輥之間設有測張輥，三根張力輥所在直線與兩根測張輥所在直線平行，所述測張輥上安裝張力感應組件，所述張力感應組件與所述內置信號處理器電連接，所述內置信號處理器包括用以依照兩個張力感應組件得到的力Fa、Fb，計算得到當前張力值F :F=Fb+ (Fb-Fa) /2的張力測量模塊。
本實施例中，基于上述張力傳感器裝置實現了可消除摩擦力影響的張力傳感器得到準確的張力值的測量方法，包含以下步驟
(I)、根據應變片電阻值的變化得到測張輥上壓力的大小Fn
板材或線材上的力通過測張輥傳遞給軸端的張力感應組件，根據現有的傳感器的測量原理，板材或線材對測張輥的壓力大小FnE比于應變片的電阻值，通過電阻值的變化就可得出板材或帶材作用在測張輥上壓力值的大小。
(2)、通過壓力值Fn得到測張輥一側板材或帶材上拉力值的大小
板材或帶材通過測張輥時，與測張輥之間的夾角為一個不變的定值，Fn為板材或帶材兩端的張力在測張輥徑向上的分力。所以通過F1^P夾角值可計算出測張輥一端板材或帶材上張力的大小。計算過程中，側張輥兩端拉繩的拉力相等，實際上沒有考慮摩擦力的影響，經過測量得到的拉力值為一個平均值。而相對于摩擦力來講，拉繩的拉力值要大的多。 如圖1，我們令Fa=F2、Fb=F4，Fa,Fb為傳感器通過FNa、FNb和夾角值計算得到的拉繩的張力值。
(3)、利用兩組張力感應組件得到板材或線材與測張輥及張力輥之間的摩擦力大小，再在結果里消除摩擦力，得到精確的張力值。
線材或帶材通過測張輥和張力輥時，其摩擦力f的大小和方向與待測量材料上的拉力大小、表面粗糙度、運動方向、材質有關。因此，在測張輥與張力輥直徑和材質、表面粗糙度相同的前提下，可以認為帶材與線材與單個測張輥或張力輥之間的摩擦力f近似相同。
我們以拉繩穿過兩組傳感器為例，如圖1，F'、FpF2、F3、F4、F為此段繩上的拉力， F端為測量端，Fa、Fb為通過張力感應組件a、b測量得到的拉繩一端的張力值大小，S、N為拉繩的兩個運動方向。
I、當拉繩沿著S方向運動時。摩擦力f的方向與拉繩運動方向相反。
Fa=F2 Fb=F4
f的方向與待測量物料的運動方向相反因此
F1=F' +f F2=F^f F3=F2+f F4=F3+f
由上式可得F2=F' +2f
F4=F2+2f=F/ +4f
所以F4_F2=2f
f= (F4-F2) /2
Fa、Fb為已知量，所以由上式得到摩擦力f= (Fb-Fa) /2
當待測量材料沿著S的方向運動時，輸出的拉力值精確為F=F4+f=Fb+f
g卩 F=Fb+ (Fb-Fa)/2
2、當拉繩反向運動時，即拉繩沿著N方向運動時，摩擦力始終與拉繩運動方向相反，F為測量端。
Fa=F2 Fb=F4
f的方向與待測量物料的運動方向相反因此
F4=F+f F3=F4+f F2=F3+f F1=F^f F' =F^f
由上式可得F4=F+f
F2=F4+2f=F+3f
所以F2_F4=2f
f= (F2-F4) /2
Fa、Fb為已知量，所以由上式得到摩擦力f= (Fa-Fb) /2
當待測量材料沿著S的方向運動時，輸出的拉力值精確為F=F4-f=Fb_f
BP F=Fb- (Fa-Fb) /2=Fb+ (Fb-Fa)/2
由1、2可知，無論拉繩往哪個方向運動，測量值結果相同。
3、當拉繩靜止時，與張力輥和測張輥之間存在靜摩擦。由1、2可知，測量的結果只與傳感器a、b測量值有關。即F=Fb+ (Fb-Fa) /2。
本發明采用兩組張力傳感器組件，通過內置信號處理器，計算出側張輥與帶材或線材之間的摩擦力，最終在結果里消除摩擦力的影響，得到更精確張力值。
權利要求
1.一種可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置，其特征在于包括兩組張力應變片和壓縮應變片組成的張力感應組件、內置信號處理器、兩根測張輥、三根張力輥以及傳感器安裝座，所述傳感器安裝座上并排布置三根張力輥，在兩兩相鄰的張力輥之間設有測張輥，三根張力輥所在直線與兩根測張輥所在直線平行，所述測張輥上安裝張力感應組件，所述張力感應組件與所述內置信號處理器電連接，所述內置信號處理器包括用以依照兩個張力感應組件測得的壓力值FNa、Fn13計算得到的力Fa、Fb,再通過Fa、Fb計算得到當前張力值F =F=Fb+(Fb-Fa) /2的張力測量模塊。
全文摘要
一種可消除摩擦力影響的張力傳感器裝置，包括兩組張力應變片和壓縮應變片組成的張力感應組件、內置信號處理器、兩根測張輥、三根張力輥以及傳感器安裝座，所述傳感器安裝座上并排布置三根張力輥，在兩兩相鄰的張力輥之間設有測張輥，三根張力輥所在直線與兩根測張輥所在直線平行，所述測張輥上安裝張力感應組件，所述張力感應組件與所述內置信號處理器電連接，所述內置信號處理器包括用以依照兩個張力感應組件測得的壓力值FNa、FNb計算得到的力Fa、Fb，再通過Fa、Fb計算得到當前張力值FF=Fb+(Fb-Fa)/2的張力測量模塊。本發明通過測量和計算可自動消除摩擦力的影響，得到更精確的張力值。
文檔編號G01L5/10GK102928149SQ20121040456
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者單曉杭, 孫建輝, 周海清, 周丹鋒 申請人:浙江工業大學