Толщина холоднокатаных полос и методы ее измерения

     3 Принцип действия пневматических измерителей толщины листов основан на зависимости между расходом сжатого газа и площадью проходного сечения отверстия. При адиабатическом истечении эта зависимость может быть выражена формулой 

     р_х =

, 

     где р - давление газа перед измерительной  камерой;

     р_х - давление газа в измерительной камере;

     S₁ - проходное сечение в измерительную камеру с диаметром d;

     S₂ - проходное сечение зазора.

     При постоянных размерах проходного сечения S₁ и величине давления р давление в измерительной камере однозначно определяется размерами проходного зазора S₂.

     Для поддержания давления воздуха постоянным в пневматических измерительных системах перед измерительной камерой применяют специальные устройства - стабилизаторы, перед которыми обычно устанавливают фильтры для очистки воздуха.

     Пневматические  датчики обладают большой инерционностью, особенно если для измерения давления р_х применяют жидкостные манометры. Кроме того, они могут быть использованы только в свободной атмосфере.

     Для измерения толщины проката в  основном пользуются дифференциальным методом измерения, при котором положение контролируемого листа не оказывает влияния на точность измерения. В связи с тем, что показания пневматических датчиков зависят от скорости листов, данный метод применяют на станах холодной прокатки главным образом для измерения тонкой ленты при скорости прокатки < 2 м/сек.

     4 Ультразвуковые толщиномеры. Ультразвуковые колебания широко используют при определении толщины изделия (лист, стенка трубы), а также и в дефектоскопии.

     В зависимости от упругих свойств  среды в ней могут распространяться упругие волны различных типов, отличающиеся направлением смещения колеблющихся частиц. Если колебания частиц происходят в направлении, совпадающем с направлением распространения волны (с направлением луча), то такие волны называют продольными. Продольные волны могут распространяться в твердой, жидкой и газообразной средах. Вследствие того, что частицы среды при распространении в ней продольных упругих волн колеблются в направлении луча, структура продольной волны представляет собой чередование зон сжатия и разрежения. Продольные упругие колебания с частотой от 16 до 20 кгц воспринимаются человеком в виде звука. Продольные колебания более низких и более высоких частот не слышны и их называют соответственно инфра- и ультразвуковыми.

     Если  направление колебаний частиц среды  перпендикулярно направлению распространения волны, то волны называют поперечными или сдвиговыми. Сдвиговые волны могут распространяться только в твердой среде; газы и жидкости не обладают сдвиговой упругостью.

     На  свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны или волны Релея. При этом частицы совершают движение по эллипсам, ориентированным в плоскости, образованной лучом и нормалью к поверхности тела. Амплитуда колебаний частиц по мере удаления от свободной поверхности убывает по экспоненциальному закону, и поэтому волна распространяется в глубь тела лишь на глубину порядка длины волны.

     При распространении ультразвуковых колебаний (УЗК) в тонком листе, могут возникать  нормальные или свободные волны.

     Нормальные  волны возбуждаются обычно в результате трансформации продольных УЗК, падающих на поверхность листа под некоторыми углами, отличными от нуля. При этом фазовая скорость нормальной волны должна совпадать с фазовой скоростью падающей продольной волны.

     Для излучения и приема обычно используют пьезоэлектрические преобразователи.

     При измерении толщины листов наибольшее распространение получили резонансный метод и эхо-метод. Этими методами можно измерять толщину изделия при одностороннем доступе (например, трубы), а также выявлять расслоения в листах, в биметаллах и т.д.

     Основное  преимущество ультразвукового метода перед электромагнитными, рентгеновскими и другими методами контроля состоит в независимости результатов измерения от неоднородности и непостоянства электрической и магнитной структуры материала изделия и возможности измерения с высокой точностью как малых, так и больших толщин. 

     Для контроля толщины ленты, прокатываемой  на непрерывном стане холодной прокатки 630 и находящейся в движении между  клетями стана (скорость перемещения  выше 10 м/сек), необходимо применение такого метода, который мог бы обеспечить непрерывное измерение толщины движущейся полосы с достаточной точностью и передачу снятых сигналов на какое-либо считывающее устройство. Таким методом можно считать бесконтактный метод, использующий приборы, относящиеся по своему принципу действия к приборам, основанным на измерении степени поглощения электромагнитного излучения.  

 

     

     2 Физические основы выбранного метода измерения 

     Такой принцип действия, как измерение степени поглощения электромагнитного излучения или потока b-частиц, положен в основу работы многих измерителей толщины (толщиномеров), применяемых в настоящее время. Одним из таких приборов является рентгеновский толщиномер ТРХ-7195.

     Физические  основы выбранного метода измерения  частично были рассмотрены в первом разделе курсовой работы. Рассмотрим действие такого источника рентгеновского излучения, как рентгеновская трубка.

     В рентгеновской трубке происходят следующие  процессы:

     а) получение свободных электронов;

     б) их ускорение в некотором направлении;

     в) торможение электронов в препятствии, поставленном на их пути, с попутным возникновением рентгеновских лучей.

     В настоящее время наибольшее распространение  получил способ получения электронов, основанный на способности металлов испускать электроны.

     Измерение толщины листа, основанное на измерении ослабления интенсивности излучения при прохождении через контролируемый лист, можно осуществить тремя методами:

• абсолютным (прямым) методом;
• методом сравнения (дифференциальным методом);
• методом компенсации.

 

     При абсолютном методе мерой толщины полосы является абсолютное значение интенсивности излучения, измеренной после прохождения через контролируемый лист. Точность измерений по этому методу зависит от стабильности параметров источников излучения и погрешностей приемников излучения. 

     При измерении толщины полосы методом сравнения величину остаточного излучения после прохождения через контролируемый лист сравнивают с величиной остаточного излучения после прохождения через эталонный образец. Поток излучения в этом случае делится на две части, одна из которых облучает образец, другая – измеряемую полосу. Разность сигналов двух приемников воздействует на одно показывающее устройство. При измерении по этому методу не требуется высокой стабилизации параметров источника излучения, точность излучения повышается. 

     В случае применения метода компенсации остаточное излучение, прошедшее через полосу и эталонный образец, уравновешивается при помощи компенсирующего клина. По этому методу результат измерения сравнительно мало зависит от колебаний параметров источника излучения. Возможны два варианта компенсации: в первом под одним приемником проходит измеряемый материал, под другим находится компенсирующий клин; во втором варианте под одним приемником находится образец. Толщина которого равна предельному значению шкалы, а под другим - компенсирующий клин и измеряемый материал. Мерой толщины в обоих вариантах компенсации служит положение клина.

 

     

     3 Устройство, работа и характеристика измерителя 

     Рассмотрим  назначение, характеристики, устройство и работу толщиномера рентгеновский ТРХ-7195, применяемого для измерения толщины полосы. Данный прибор применяется в ОАО «ММК» в листопрокатном цехе №8 при производстве холоднокатаной ленты размерами 0,6-4,0Х10-465 мм различного назначения (для гибки, штамповки деталей; для изготовления труб, порошковой проволоки, лопат, деталей подшипников, изготовления пружин, измерительных лент, деталей машин и конструкций, деталей автомобилей, деталей цепей; для холодной штамповки; для упаковки, переката, эмалирования, чистовой вырубки; для крючковых штампованных цепей к сельхозмашиам). Толщиномер ТРХ-7195 установлен на

• пятиклетьевом стане 630 холодной прокатки (применяется для измерения толщины ленты при холодной прокатке);
• двухклетьевом дрессировочном стане 630 (применяется для измерения толщины полосы при дрессировке холоднокатаных отожженных полос.

 

1. Назначение  и технические  данные толщиномера 

ТРХ-7195

 

     1 Толщиномер рентгеновский ТРХ-7195 предназначен для автоматического непрерывного бесконтактного измерения толщины движущейся холоднокатаной металлической полосы и выдачи сигналов в стандартной аналоговой форме о величине отклонения толщины полосы от заданного размера.

     2 В толщиномере предусмотрена дистанционная перестройка параметров вручную и от управляющей вычислительной машины (УВМ).

     3 Толщиномер обеспечивает возможность использования его в системах регулирования толщины полосы на прокатных станах, а также в системах автоматической разбраковки полосы по толщине на агрегатах резки.

     4 Толщиномер изготавливается в исполнении Y для категории размещения 4 по ГОСТ 15150-69 и предназначен для эксплуатации в микроклиматических районах с умеренным климатом.

     5  В зависимости от условий заказа толщиномер выпускается на следующие пределы измерения, мм:

     0,2-1,0; 0,3-2,0; 0,5-4,0; 0,6-6,0; 1,0-8,0; 1,0-10,0; 1,0-12,0.

     Толщиномер  градуируется применительно к одной  марке материала с химическим составом по ГОСТ 1050-74 (основная градуировка).

     6 По специальным заказам толщиномер может изготовляться для измерения полос из легированных сталей и сплавов и цветных металлов, условная плотность которых отличается от 5320 более чем на ±10%. В этих случаях возможность применения толщиномера, верхний предел измерения толщиномера и марка стали, по которой проводится основная градуировка, согласуются при заказе.

     7 Толщиномер обеспечивает возможность введения поправок на марку материала в пределах ±9,9% от измеряемой толщины с дискретностью 0,1%.

     8 Предел допускаемой систематической составляющей погрешности не превышает:

                    ±2,0 мкм для толщины 0,2-0,4 мм,

                    ±0.5% от измеряемой величины 0,4-4,0 мм,

                    ±20 мкм для толщины >4,0 мм.

     9 Предел допускаемого среднего квадратического отклонения случайной составляющей по аналоговому выходу в процентах от верхнего предела измерения не превышает:

                    ±2,0 мкм для толщин до 1,0 мм;

                    ±0,2% от измеряемой величины для толщин выше 1,0 мм.

     Составляющие  погрешностей определены для нормальных условий:

  температура воздуха +20°С ± 5°С,

  относительная влажность 65 ± 15%,