电容测厚仪
关于热得快的一些改进原理叙述
关于热得快的两项改进原理叙述班级：机械0804姓名：学号：3080301126指导教师：李青林1 引言1.1 现状及其需改进发展的原因“热得快”又名快速电加热器，因其轻捷方便、价廉巧小而被广泛应用。
但现在市面上销售的普通热得快都极易造成危险，引起灾难。
特别在广大校园里，由热得快引起的火灾频频，惨剧不断，发人深省，令人深思（例如08年4月，上海商学院女生因使用热得快不当，引起火灾，宿舍4人未能及时逃离全部遇难，让人伤饬，令人感怀）。
痛定思痛，改进热得快势在必行。
1.2 引起火灾的设计缺陷原因有二：一是，普通热得快插电即烧，若水瓶水不足，很容易造成干烧，热量来不及扩散，烧破保护层，燃掉电阻丝，造成短路，引起火灾；二是，热得快长时工作，忘记断电，引起灾难。
对于此上两个问题，我们将使用介电常数式电容传感器测水深功能避免干烧；根据热继电器自动断电功能，让水烧开后自动切断电源避免其长时工作。
2 功能分析及改进2.1 普通热得快结构及工作原理简析普通热得快的加热螺圈通常是用一种较细的金属管绕制成的，管内装有电热丝，然后灌入氧化镁粉之类的绝缘材料，把电热丝封装固定在管中间，使它不与管壁接触。
电热丝的两端再分别与电源线相接。
通电后，电流从电热丝中流过，电热丝便发热。
如果把“热得快”浸没在液体中，热量通过液体很快散发出来，这样就能使液体很快被加热。
2.2 自动断电功能原理解析自动断电原理属于双金属片温控原理，就是根据物体热涨冷缩原理，在温度变化下由于涨缩程度不一样而使双金片弯曲，使金属材料定向变形,温度回复到常温后（双金属片回复原位碰到设定的触点或开关），使设定的电路（保护）重新开始工作。
原理结构图如下：当电源XP接通时，K1-1是闭合的，煮水发热器EH并联在电路中，可以烧开水。
煮水指示灯VD2也并联在电路中，可以检验电路通断，串接电阻R1可以减低电流保护电路。
热继电器K1，电阻R2，断电沸水控制开关K1-2，整流二极管VD1并联在另一电路中。
浅谈IMS测厚仪故障原因及解决措施
摘要：多功能测厚仪是钢产品生产过程中的重要仪器设备，其故障问题能够对产品生产质量、效率产生严重的负面影响，阻碍钢铁企业的发展。
鉴于此，本文以某钢厂IMS多功能测厚仪异常现象为案例，对其故障问题产生原因进行了系统性的讨论分析，提出了相应的改善措施。
关键词：IMS测厚仪；故障原因；改进措施一、概述多功能测厚仪是一种用于对热轧带钢的厚度进行监测以及记录的测量设备，目前已经在冶金行业中得到了广泛的使用。
2019年，某钢铁公司引进了德国IMS测厚仪，它被安装到F7精轧设备上，能够对热轧带钢的凸度、楔度、厚度等有关参数进行检测，并直接参与到精轧轧机的AGC自动厚度管控之中，和钢产品生产及质量有着紧密的联系。
该仪器采用高压发生器产生155kV的高电压，再由一根特制的高压电缆与X射线管相连，从而为X射线的发射提供有效的环境。
X射线管通常安装在测厚仪的C型架下臂处，上臂安装电离室接受从X射线管定向发射出来的X射线，被测带钢从C型架上、下两臂间穿过，而不是直接与测厚仪接触。
因此，对X射线管的研究具有重要意义，可以在下臂处安装大量的射线强度探测器，能够探测出射线在经过带钢后的强度。
自从该单位将热轧机组投入使用后，由于IMS测厚仪的异常状况，一直影响着企业的生产节拍，特别是IMS测厚仪的高压电源在运行过程中，经常出现灯丝电流上升的故障问题。
从控制流线可以看出，由于高压控制发生装置的故障问题，将使测厚仪不能正常运行，从而引起测厚仪的停机，长时间的停机将严重影响公司的产品效益。
所以，有必要对这一测厚仪中的高压控制发生装置故障原因进行分析并提出可靠的解决方案。
二、结构原理（一）硬件组成高压控制发生装置主要包括两个部件：一是高压发生器，二是高压控制单元。
高压控制单元是对X射线管电压以及管电流进行控制的重要部分，高压发生器则是管电压以及管电流产生的执行部分，利用高压控制单元对高压发生器展开的有效控制，通过电缆把高压发生器和X射线管进行有效的连接。
CH 2 传感器原理3-4节 容 感 WL解析
N — 线圈匝数； i — 线圈中的电流； — 通过线圈的磁通量； Rm — 磁路的总磁阻 Rm= RF + R ， RF为 铁芯和衔铁的磁阻； R为空气隙磁阻。
若不考虑磁路的铁损，且空气隙 较小： l1 l2 2 磁路总磁阻 Rm ( ) 1 A1 2 A2 0 A0
电容测厚仪
轧辊
定极板
动极板
被测带材
定极板
转速测量
1 2 3
4
1 2 3 4
— — — —
齿轮 定极 电容传感器 频率计
60 f n z
(r/min) rpm
土壤含水率纵向分布测量
滑动探头外形呈鼓状，由PVC塑料制成，外壁上镶嵌有两个 金属环状电极。只要两电极间的高频电场能量足以穿透套管， 则电极间电场耦合强度与套管外的土壤含水量有关。
式中：l1、l2 — 铁芯和衔铁的导磁长度； 1、2 — 铁芯和衔铁的磁导率； A1、A2 — 铁芯和衔铁的导磁截面积； — 气隙长度； 0 — 空气磁导率，0=410-7 H/m ； A0 — 空气隙导磁截面积。
NΦ N 2 L i Rm
x l
bx
CB
b(l x)
1
C0 C0
CA
CB
1 2
x 1 2 1 l 1 2 1 2
式中：1= - 2 。
总电容: 灵敏度:
C C0 C0
2
x l
C0 1 2 1 dC S dx l 1 2 1 2
电容C与极距成反比，非线性。
0
C
0
极距变化引起的电容量变化为：
A C
电容式位移传感器
29
（三）变介质型电容位移传感器
电容液位计
有液体介质后传感器的电容值为：
外筒内径 内筒外径
C
C0
2 ( 2
ln r2
- 1)
/ r1
h
传感器总高度 介质高度
C 2 ( 2 - 1) h
ln r2 / r1
变介质电容式液位传 感器
K C S 0
可见，变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即 输出与输入呈线形关系
23
（1）线位移型
l
动极板
b0
图中所示线位移式传感器：
固定极板
l0
0
当动极板移动△L后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改 变，其值为
C S b0 0 0
l b0l0 0
精度要求也高了。故一般在极板间采用高介电常数的材料如， 放置云母、塑料膜等介电常数高的物质作为介质。
——存在线性误差，在实际应用中，为了提高灵敏度，减 小非线性，改善线性度，可采用差动式结构。
12
双板式差动电容器 为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。
上静片
δ１
Ｃ１
动
б２
Ｃ２
片
ε
下静片
两定板和中间一块动板组成差动结构
32
电容测厚仪
11 1 1
C C1 C2 C3
C1
d
C2 δ
C3
C2
S
S
/
1 /
C2 S
1 1 C1 C3 01S / d1 01S / d 2 d / 0
C1 C3 C1C3 01S / d1*01S / d 2
IMS
厚差指示
图１ 测 厚 仪 安 装 图 示 ３ Ｉ ＭＳ测 厚仪 的测 量 原 理 ３ ． １ 电 离 室 的 工 作原 理
图２ 测 量 原 理 图 ４ Ｉ ＭＳ测厚仪 的 日常使用与维护 测厚仪的测量与信号转换过程如图 ２所示。ｘ射线 电离室 ４ ． １ Ｘ射线的辐射范围的人身 防护 是检测射线 强度 的装 置，电离室相 当于一个平行 板电容器 ，将 操 作手在 日常生产 中要避 免辐射对人 体的不 良影 响，注意 升压整流出来的 ３ ５ ｋ Ｖ 的电压加在极板之间，产 生一个强 电场 。 测厚仪辐射警示灯的状态 ，快 门打开时红色报警 灯亮 ，此 时人 当 ｘ射线辐射 在极 板 电场 区域 时，射线将 电离气 体分子 ，产 员不要接近测厚仪区域 。 在进入测 厚仪 区域放置标定标准板时 ， 生正离子和 电子，在 电场 的作用下 ，同性相斥，异性 相吸，电 应关掉 高压发生器 。 子在电场力的作 用下往正极运动 ，正离子往负极运动 ，从 而产 ４ ． ２ 使用过程中的问题及维护 生 了电离 电流 ，电离电流流 经检测 电阻 Ｒ上 ，在 Ｒ上检测 出 生产过程中，还会遇 到一些测 量不准 的情况。例 如在 轧制 电流 Ｉ ｍ，Ｉ ｍ 的大小 与射 线强 度成线性 关系 ，于 是将 Ｉ ｍ放 大 成 品卷 时 ， 同一 批 料 有 些 厚 差 状 况 不 理 想 ，是 因 为 停 机 一 段 时 换算后，便 可读 出对应 的铝合金带材厚度。 间后，没有对系统进行新 的标定造成的 。另外，测量 值下降过 板 带 厚 度 与 检 测 电流 的关 系 如 下 ： 快，有 可能是射线源 窗口有铝屑挡住 ，或者是有油污进入了射 线源发射 窗 口，削减 了射线强度 ，通过擦拭射线窗 口、清 除油 Ｉ Ｊ ， ｌ＝Ｉ ｏ・ ｅ ’ 。 污和更换密封后 故障排除 。维护系统的技术人员 ，需定期检查 系统运 行情 况，查看历史报警记录 。其 中高压发生器的冷却采 ｈ Ｉ ｃ ｅ ｓ： 用轧制油循环 冷却 ， 在 日常的 点检 维护过程 中 ， 要注意温 度和 吹扫气体的正常状态 。 Ｉ Ｏ ：没 有 带 材 的检 测 电流 ５ 结束语 Ｉ ｍ：带有带材的检测 电流 Ｉ ＭＳ 测厚仪在冷轧铝合金板带生产 中运行稳定 ， 故障率低 ， ｕ：吸收系数，不同的材料有不 同的吸收系数 测量 精度高 ，对 冷轧机 厚度 自动控 制系统 具有十分 重要 的作 ｅ ：ｅ ＝ ２ ． ７１ ８ ２ ８ ｌ ８ 用 。在铝冷轧机上的成 功应用对 同类系统及 同行有一定的借鉴 吸收系数不能测量 ，只能通过测量进行检测校准 ，而且与 意 义 。 合金、温度都有关系。 参 考 文 献 ３ ． ２ 影响测量的因素及测厚仪标定 【 １ １冉 】 亚斌 ，陈福 亮 ． ｘ 光测厚 仪在轧 制过程 中的应 用 卟 云 南 影响测厚仪测量结果 的因素较多 ，主要有：ｘ射 线管和接 冶金 ，２ ０ ０ ４（ ０ ５ ）： ５ ９ — ６ ０ ． 收管的衰减、发射与接收的距 离、ｘ射线的角度 、测厚仪的响 ［ ２ ］ 广 西南南铝加 工有限公司 ． 冷轧机技术文件 ［ Ｚ ］ ． 南 宁：广西 应 时间、材料表面的清洁度、材料 的位置和方 向、材料 的温度 、 南南铝 加工有 限公 司，２ ０ １ １ ．
测厚仪的维护保养与检修排故
・
机械制造与研究 ・
马健儿 ， 测厚仪的维护保养与检修排故
测厚仪 的维 护保养 与检修排 故
马 健 儿
（ 苏省丝 绸学校 。 苏 苏 州 ２５０ ） 江 江 １０ ８
摘 要 ： 文 简单介 绍 了差 动变 压器 式测 厚 仪的 日常 维护 要 点 及常 见 故 障排 除方 法 。 本 关键 词 ： 厚仪 ； 动变压 器 式 测 差 中 图分 类号 ： Ｈ７ ７ Ｔ ０ 文 献标 识码 ： Ｂ 文章 编号 ：６ １５ ７ （０ ２ ０ —０ ００ １ ７ —２ ６ ２ ０ ） ３０ ２ —２
这 种 差 动 变 压 器式 测 厚 仪 常 用 在 金 属 压 力 加 工工 业 中 。 在 轧 机 高 速 轧 制 过 程 中 ， 续 测 量 带 如 连 材厚 度 ， 工作 原理 图如 图 １ 其 ，
测
． ．
Ｊ 负
化 感 器
：
；
二
一
图 １ 测 厚 仪 工 作 原 理
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｒｅ ｌ ｉ ｄ ｏ ｈ ｈ ｃ ｎ ｓ ａ ｇ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌｔａ ｓｏ ｍ ｅ ，ａ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｂ ｉｆ ａ ｋ ｎ ｆｔ ｅ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｇ ｕ ｅ ｗｉ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｎ — ｙ ｈ ｆ ａ ｔ ｏ ｓａ ｏ ｔ ｉ ｏ ｔｎ ａｎ ｅ ａ ｃ ｎ ｓ ａ— ａｌ ｒ ｌ ｎ ｔ ｎ． ｈ ｄ ｂ ｕ ｔ ｒ ｕ ｉ ｅ ｍ ｉ ｔ ｎ ｎ ｅ ａ ｄ ｕ ｕ ｌ ｉ ｅ ｅｉ ａ ｉ ｓ ｆ ｕ ｍｉ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｉｋ ｅ ｓｇ ｕ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈ ｃ ｎ ｓ ａ ｇ ；ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ａ ｓｏ ｍｅ ｆ ａ ｔ
第3章-电容式传感器
结构形式二
电容传感器分类比较
§2电容式传感器的输出特性
差动电容传感器的结构如图3—4所示( )其输出特性 曲线如图3—5所示。在零点位臵上设臵一个可动的接 地中心电极，它离两块极板的距离均为d。当中心电极 在机械位移的作用下发生位移 d 时，则传感器电容 量分别为
1 C1 d 0 d d 0 1 d d0
d ) d0 A A C1 d d 2 （3—3） d 0 d d (1 ) d 0 (1 2 ) 0 d0 d0
A(1
d 2 当 d d0 时， 1 d 2 1 ，则式（3—3）可以简化为： 0 d
A(1
C1 d0 ) d0 C0 C0 d d0
（3—4）
C
C1
C2
0
d1
d2
d
图3-2 电容量与极板距离的关系 由图3—2可以看出，当 d 0 较小时，对于同样的 d变化所引起的电容变化量 C可以增大，从而使传感 器的灵敏度提高；
在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度和克服某 些外界因素(例如电源电压、环境温度、分布电容等) 对测量的影响，常常把传感器做成差动的形式，其原 理如图3—4所示。
差动电容式传感器的相对非线性误差为：
C C C d （ ） （ ） 2 C0 实际 C0 线性 C0 d0 d 2 d 4 d 2 r ( ) ( ) ... ( ) C d d0 d0 d0 （ ） 2 C0 线性 d0
灵敏度
若略去高次项，则 C 与 C0
RS 代表串联损耗，即引线电阻，电容器支架和极板
的电阻。
电感L由电容器本身的电感和外部引线电感组成。 由等效电路可知，等效电路有一个谐振领率，通常 为几十兆赫，当工作频率等于或接近谐振频率时， 谐振频率破坏了电容的正常作用。因此，应该选择 低于谐振频率的工作频率，否则电容传感器不能正 常工作。
基于电容式传感器的应用研究
基于电容式传感器的应用研究作者：符特宋福杰盛华军来源：《商品与质量·学术观察》2013年第01期摘要：电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。
由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。
关键词：电容式传感器应用研究1、电容式传感器的结构特点电容式传感器的优点：电容式传感器与传统的电感式、电阻式传感器相比具有结构简单，测量范围大，灵敏度高，动态响应快、非接触测量等优点，并能在高温，辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。
首先，电容式传感器结构相对简单，因此比较容易投入生产。
适应性好强，可大可小，从而可以满足不同需求的测量。
用于制作电容式传感器的金属极板材料有可以有多种选择：金、银、铜、黄铜、青铜、铅等，选择范围广，可见适应性比较强。
其次，电容式传感器具有动态响应好，分辨率高的特点。
由于在极板间的静电引力小，作用能量值也相应降低，能活动的地方可以做的很小很薄，重量轻，因此电容式传感器的固有频率会随之升高，动态响应时间变短，在几兆赫的频率下即可工作，因此，此电容器特别适用于动态测量。
又由于需要的输入的能量低，所以即便只是测量极小的压力、力和加速度，也可以做到很灵敏，很精确。
电容式传感器在一般情况下可视为纯电容，其容抗值为XC=1/jwC，当W为常数时，容抗随电容的减小而增大。
一般电容式传感器受几何尺寸的限制，其电容量是很小的，有的甚至只有几个皮法，所以，电容式传感器具有高阻抗的特点，又由于电容器本身的C很小，所以电容式传感器呈现小功率的特性。
功率小，发热自然低，因此温度的变化对测量的误差很小。
对于非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。
电容式传感器的不足之处及解决办法：电容式传感器是以静电场有关理论为基础制成的，从静电场角度考虑，影响其工作性能的因素是存在的，因此在设计和应用时，应给予考虑。
电容式传感器的测量电路调频电路
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附：电容式接近开关
1—检测极板 2—充填树脂 3—测量转换电路 4—塑料外壳 5—灵敏度调节电位器 6—工作指示灯 7—信号电缆
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工作过程（1）
❖ 检测极板设置在接近开关的最前端，测量转换电路 安装在接近开关壳体内，用介质损耗很小的环氧树 脂填充、灌封。当没有物体靠近检测极时，检测板 与大地间的电容量C非常小，它与电感L构成高品质 因数（Q）的LC振荡电路，Q=1（ωCR）。当被检 测物体为地电位的导电体（如与大地有很大分布电 容的人体、液体等）时，检测极板对地电容C增大， LC振荡电路的Q值将下降，导致振荡器停振。
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电容式接近开关
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放松一下！
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❖ 常用电路有:电桥电路、运算放大器测量 电路、脉冲调制电路、调频电路。
❖ 1.电桥电路
当电容传感器处于初始位
置时，电桥平衡，电桥输出电
压 • ；当被测量的变
U0 0
化引起电容传感器的电容发生
变化时，电桥失去平衡，电桥
有电压输出，即 •
。
U0 0
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14
4.2电容式传感器的测量电路
谐振电路的灵敏度较高，但工作点不易选择，变化范围较窄。
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4.2电容式传感器的测量电路
❖ 6.脉冲宽度调制电路
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4.3 电容式传感器的误差及制作要求
❖ 4.3.1 电容式传感器的误差因素
❖ 1.温度的影响 ❖ 3.寄生电容的影响 ❖ 2.漏电阻的影响
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自动检测技术作业：
电容式传感器设计金属板材测厚仪
一、电容传感器基本原理
电容传感器具有温度稳定性好、结构简单、精度高、响应快、线性范围宽和实现非接触
式测量等优点。近年来，由于电容测量技术的不断完善，微米级精度的电容测微仪已是一般
性产品，电容测微技术作为高精度、非接触式的测量手段广泛应用于科研和生产加工行业。
电容传感器最常用的形式为平行平板电容器，物理学上用下式描述：
即电容器的电容值C与极间距h成反比，与极板面积S和介电常数成正比。对于变
极距型传感器，测量中被测物与大地连接，单极式电容传感器与之形成一个电容器，
此电容器接入开环放大倍数为A的运算放大器反馈回路中，由此得到其原理公式：
式中：为电容式精密测微仪的电压输出；为标准参比电容；为信号源标准方
波输出信号；S为传感器测头有效端面面积；为传感器测头的有效待测电容；h为传感
器与被测物体之间的距离。
二、电容测厚仪设计
图1 电容测厚仪传感器安装结构示意图
电容测厚仪用于测量金属板材在轧制过程中的厚度变化，，放在板材两边，板材
是电容的动极板，总电容为，作为一个桥臂。
如果板材只是上下波动，电容的增量一个增加一个减少，总的电容量不变；
如果板材的厚度变化使电容变化，电桥将该信号变化输出为电压，经放大器、整流电路
的直流信号送出处理显示，显示为厚度变化。
图2 测厚原理示意图
图2所示为测厚原理，由于被测物3是非绝缘体，特别是在线测量时，由于工件加工中
存在振幅为的振动，所以采用差动测量的方法，使其表面分别与传感器1、2构成电容
器，由此形成对其厚度变化量的实时监测，即当给定传感器2的相对位置和板材初始厚
度h时，板材厚度变化，则有，传感器引起电压的变化为：
式中：
可得总的变化电压：
由此，差动测量方法有效地解决了工件加工过程中的振动问题。
图3 电容测厚仪电路原理框图
至此，输出信号通过放大、整流、差放电路和指示仪表即可显示板材的厚度。