0 引言

冷軋廠在鋼帶的軋製生產過程中，鋼帶表麵的塗敷處理是一項重要的工藝流程。鋼板在軋製成所需厚度的鋼帶後，須進行塗敷處理。

在鋼帶塗敷工藝過程中，塗敷裝置是否正常運行，塗層能否均勻牢固，與塗敷裝置的取液輥、塗敷輥、鋼帶間的接觸壓力值息息相關。若接觸壓力過大，將加快橡膠製成的取液輥的磨損，甚至發生爆裂損壞，從而影響整個生產過程的進行。若接觸壓力太小，取液輥上的塗料難以均勻地傳遞給塗敷輥和鋼帶表麵，影響鋼帶表麵塗層的均勻和牢固，從而無法保證鋼帶的塗敷質量。因此，根據工藝流程的需要，設置多組測力傳感器測量和調節取液輥、塗敷輥和鋼帶之間的接觸壓力。

通常現場塗敷裝置是自帶進口 KYOWA 的環形應變式傳感器。但由於現場環境惡劣，傳感器的損壞率較高，每年采購進口傳感器是一筆相當大的開銷，因此我們進行了該傳感器的國產化研製工作。
本文討論了塗敷裝置的結構、測力傳感器的工作原理和結構設計及製作工藝，並介紹了所研製的測力傳感器的有關技術性能指標和在塗敷現場的應用效果。

1 塗敷裝置的測力傳感器

鋼帶塗敷裝置的結構。它是由一對相互對稱、結構相同的取液輥 A 與 B 和塗敷輥 A 與 B 組成的。
1、2 分別為塗料槽 A、B; 4、7 分別為取液輥 A、B，5、6 分別為塗敷輥 A、B;3 為鋼帶;8A、8B 為取液輥 A 的測力傳感器;9A、9B 為塗敷輥 A 的測力傳感器;10A、10B 為塗敷輥 B 的測力傳感器;11A、11B 為取液輥 B 的測力傳感器。

為確保鋼帶表麵塗層質量，取液輥 A 應緊靠塗敷輥 A，取液輥 B 應緊靠塗敷輥 B。為防止橡膠製成的取液輥因與塗敷輥接觸壓力過大而加速其損壞或爆裂，它們的接觸壓力 F 8A 、F 8B 、F 11A 、F 11B 由測力傳感器L 8A 、L 8B 、L 11A 、L 11B 測量和調節，使 F 8A 、F 8B 、F 11A 和 F 11B 盡量相等並符合塗敷工藝規定的要求。

同理塗敷輥 A 和 B 應緊靠鋼帶的兩個側表麵。它們的接觸壓力 F 9A 、F 9B 、F 10A 和 F 10B 分別由測力傳感器 L 9A 、L 9B 、L 10A 和 L 10B 測量和調節，使 F9A 、F 9B 、F 10A 、F 10B盡量相等並符合塗敷工藝規定的要求。
 

2 測力傳感器

測力傳感器按工作原理分類，主要分為以下幾類:電阻應變式、磁彈性式、振弦式、差動變壓器式、電容式和壓電式等。其中電阻應變式和磁彈性式被廣泛地應用於冶金行業中，磁彈性式的工作原理是借助於軟磁材料的磁彈性特性。當在磁彈性體的初級繞組施以磁彈性體處於磁飽和狀態的交流電流並對磁彈性體施加載荷時，其分布的磁力線發生伸縮變形和扭曲。這使得它的次級繞組輸出交流電信號，輸出的交流電信號

的增量正比於施加的載荷量。

磁彈性式傳感器的特點是輸出功率大、輸出阻抗小、抗幹擾能力強、抗過載能力強，能消除不均勻負載的影響，能在含腐蝕性油氣體的惡劣環境下穩定地工

作［7］ 。但它需要較大功率的勵磁交流電供電，精確度較低，反應速度較慢。

磁彈性式的製作工藝較為複雜，製作成本較高，外形尺寸也偏大。電阻應變式傳感器是通過粘貼在彈性體上的電阻應變片組成惠斯頓電橋。惠斯頓電橋將彈性體上的載荷線性地轉換成電信號而進行測量的。電阻應變式傳感器除精度高，反應時間快，過載能力強(可達 300%額定負載)，全密封防護(防護等級可達 IP68)外，它還具有製作工藝成熟，可設計成小、輕、低的小型多樣結構和製作成本低等優點，被廣泛地應用於工業各領域的稱重和測力。因此，選用電阻應變式傳感器用於鋼帶塗敷裝置中力的測量和調節是合適的［8］ 。

2． 1 電阻應變式測力傳感器

電阻應變式傳感器的機理是:粘貼在彈性體上的電阻應變片所組成的惠斯頓電橋在彈性體受力發生

這是一種小型輪輻式結構形式。它是由彈性體結構件、粘貼於彈性體上並組成惠斯頓電橋的電阻應變片、焊接於彈性體端麵的兩片密封金屬膜片和焊接於彈性體側邊的管狀引線導管以及四芯屏蔽線引出導線組成。

保證電阻應變式傳感器性能和質量是項非常複雜的係統工程，涉及到彈性體材料、彈性體結構、電阻應變片、膠粘劑、粘貼工藝、補償工藝、熱處理工藝和密封防護工藝等關鍵技術。

彈性體變形是彈性變形和塑性變形的合成，彈性變形和應力(外力)之間符合虎克定律。因實際的彈性體不是完全的剛體，存在著塑性變形，從而造成傳感器的非線性和滯後，所以應選用彈性極限高和綜合性能優良的材料來製作彈性體。

40CrNiMoA 是一種優質合金鋼。它具有良好的淬透性;調質狀態下，能在大截麵上獲得均勻配合良好的強度和韌性;較高的疲勞強度和較低的缺口敏感性;無明顯的回火脆性，彈性模量穩定性好;抗氧化性能好，金相組織穩定。采用這種型號的鋼材作為彈性體，則所製作的電阻應變式傳感器具有精確度高、長期穩定性好及環境適應性好等特點，因此被廣泛地應用於製作電阻應變式傳感器。我們認為選用 40CrNiMoA 作為彈性體材料是合適的。

彈性材料確定以後，彈性體結構的設計是非常重

要的技術環節，它是一個特殊形狀的功能結構件。它的功能是承受作用於傳感器的外力而產生反作用力，達到相對靜平衡。在外力的作用下，產生一個均勻穩

定的應變區域，使粘貼在此區域並組成惠斯頓電橋的應變片完成電信號的轉換。考慮到彈性體結構須具有良好的製作工藝和粘貼工藝以及密封防護性，並借鑒解剖的進口和典型電阻應變式傳感器的彈性體結構，將其設計成如圖 3 所示的彈性體結構。

確定彈性體材料和結構後，即可確定熱處理規範。采用高頻淬火和比較高溫的回火，使彈性體的硬度偏低，滯後減小。這是因為回火溫度高，鋼中碳的析出多，從而形成碳化物，使晶格扭曲減小，硬度減小，變形時晶格滑移的阻力相對較小，因此彈性體的彈性滯後就小。

電阻應變片是製作測力傳感器的核心元件，它選擇得正確與否，將直接影響到所製作的測力傳感器的性能和質量。鋼帶塗敷裝置的測力傳感器工作環境存在著溫度梯度和變化。所以必須選用合適的方法補償應變片的熱輸出和彈性模量隨溫度變化造成的傳感器靈敏度誤差，使得傳感器溫度零漂和靈敏度漂移誤差降低到允許誤差範圍內。

溫度自補償應變片能自動補償應變片的熱輸出，消除傳感器在無外力作用下的溫度零漂誤差。彈性模量自補償應變片起到普通應變片和彈性模量補償電阻

器的作用，將自動消除傳感器因彈性模量隨溫度變化所造成的靈敏度誤差。為製作精確度較高、性能良好的測力傳感器，選用溫度自補償與彈性自補償兼顧的高精度應變片是最理想的方法。如若選用的應變片的溫度自補償功能和彈性自補償功能與彈性材料(40CrNiMoA)能良好匹配，則傳感器的熱輸出(零點溫度漂移)和靈敏度漂移可優於 0． 002%FS/℃。試驗表明，選用這種性能的應變片粘貼在合適的彈性體上並組成惠斯頓電橋後，環境溫度變化引起的熱輸出和靈敏度變化降至允許誤差範圍內。這將保證所製作的傳感器具有良好的性能和質量。

所選用的應變片膠水除具有高膠合性、高絕緣性、蠕變小、滯後低、重複性好等性能外，還須充分考慮與彈性體熱膨脹係數匹配的性能。為能製作出精確度高、可靠性好的測力傳感器，粘貼膠在製作過程中有著舉足輕重的影響。應根據工作環境，使用條件和精確度要求確定或由應變片廠家推薦。應變片上的保護麵膠應具有良好的粘結性、很小的收縮性、良好的電絕緣性、密封性和耐老化性能以及耐高、低溫特性。在選用保護麵膠時，應尤為注意，才能起到有效保護應變片的作用。

應變片粘貼質量的好壞是決定電阻應變傳感器質量好壞的關鍵技術之一。因此必須嚴格按照粘貼工藝流程進行操作，根據測力傳感器精確度要求確定選用應變片係列和粘貼劑品種。其工藝流程是:應變片檢查和表麵處理→彈性體粘貼表麵進行機械化處理(去除油汙、鏽麵、氧化膜和鍍層) →清洗→劃線定位→應變片清洗幹燥→彈性體粘貼部位塗敷底膠並熱固化處理→應變片粘貼→ 135 ℃熱固化處理 2 h(專用夾具加壓 0． 1 ～0．3 MPa) →降至室溫卸壓→ 165 ℃熱固化處理 2 h→降至室溫→貼片質量檢查→引線組橋→焊接引線→質量檢查→防護處理。

以上概述了粘貼工藝過程的各項主要內容，更詳細的操作細節不再贅述［9］ 。
由於測力傳感器是工作在塗敷環境，是含有鉻酸等的腐蝕性氣體和潮濕的惡劣環境，所以應對粘貼好的應變片采取可靠實用的防護措施。通過激光焊接將兩片金屬膜片分別焊接在彈性體的兩側，長形空心圓組橋後焊接在四芯(或六芯)屏蔽信號線上，信號線穿越金屬圓管引出，信號線的長度約為 5 m。然後向金屬圓管灌注防護密封膠密封，采用分層灌注的方式密封，以提高密封效果。這樣利用金屬膜片和灌注防護［5］ 對應變片所處的內腔充以惰性氣體加以保護，將大大提高測力傳感器的使用壽命和性能。

2． 2 電阻應變式測力傳感器的技術指標

眾所周知，通過精心設計和嚴格細心的工藝製作，才能研製出質量高、性能好和適用的測力傳感器。對按照上述技術規範和工藝流程設計和製作的測力傳感器進行技術參數測試。

3 應用效果

研製成功的電阻應變式測力傳感器在我冷軋廠的塗敷裝置中進行一年多的生產試驗，用於塗敷裝置的上料棍與塗敷輥、塗敷輥與鋼帶接觸壓力的測力和調節，每台塗敷裝置共用 8 隻測量傳感器。試驗表明，所研製的電阻應變式測力傳感器能滿足我冷軋廠塗敷工藝流程的生產需要。與原進口產品相比較，它除了具有成本低、安裝拆卸方便、測量準確和便於調節外，還具有使用壽命較長的特點，完全能替代原設備的測力傳感器。目前該傳感器已在我冷軋廠推廣應用，並逐步替代壽命期已到或已損壞的測力傳感器，降低了生產成本，收到良好的經濟效益和社會效益。

4 結束語

塗敷裝置的上料棍、塗敷輥和鋼帶間的接觸壓力的測力是鋼帶塗敷工藝流程中比較關鍵的技術。文中敘述了電阻應變式測力傳感器的設計和製作及其在塗敷中的應用。測試和生產運行表明，所研製的測力傳感器成本低，工作壽命長，能完全滿足鋼帶塗敷生產的工藝要求，加以推廣使用，將收到良好的經濟效益和社會效益。

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