CN104923749A - 一种镁合金连铸液面位置检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了镁合金连铸液面位置检测装置及检测方法，包括筒状的检测壳体，检测壳体的内壁和外壁之间沿轴向开设有多个通孔，且通孔沿检测壳体的周向等间距均匀排列，每个通孔内安装有热电偶，形成热电偶组，热电偶组的测量端组延伸出通孔底端可与被检测液面接触，且测量端组形成一个螺旋状，热电偶组的接线端组与安装在检测壳体顶端的信号采集单元连接，信号采集单元与检测壳体外的数据处理系统通过通讯模块连接，通过处于被检测液面上下的热电偶所检索到的温度突变情况，来判断获得被检测液面处于哪些热电偶之间，进而获得被检测液面的相对位置，及时调整被检测液面的液面位置，维持镁合金熔体液面稳定，保证镁合金的安全生产，提高铸坯质量。

Description

一种镁合金连铸液面位置检测装置及其检测方法

技术领域

本发明是基于冶金连铸设备领域而设计，尤其针对镁合金连铸过程中结晶器液面控制检测要求而发明的一种检测方法和装置。

背景技术

在镁合金连铸过程中，镁合金熔体先浇注到结晶器内，经过结晶器内壁的散热，合金熔体开始从外向内逐渐凝固的同时逐步下移，实现连续铸造功能。

由于镁元素的活泼特性，防氧化是镁合金连铸过程重要的控制环节。通常采用比较昂贵SF₆混合气体对熔体液面进行保护，使其与镁生成保护膜，覆盖在液面上方，将空气和熔体隔离开来，而SF₆气体排入大气中，对温室效应具有潜在的危害。为了降低生产成本、保护环境安全，需减少SF₆混合气的消耗量。因此需要在结晶器上方设置盖板，将镁合金熔体与空气隔离开来，将输入的SF₆混合气通入由结晶器盖板、结晶器内壁、镁合金熔体构成封闭的小空间里，提高SF₆混合气的利用率、减少耗量。这样一来，由于镁合金熔体液面受盖板遮挡，人工无法观察到熔体液面位置，而在连铸生产过程中，维持镁合金熔体液面稳定是安全生产、提高铸坯质量的关键因素。

目前在世界范围内尚无检测镁合金液面的方法和装置，因此需开发研究一种特殊的检测方法和装置解决这一需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有的镁合金连铸过程中，镁合金连铸液面的液面位置无法确认的问题。

为此，本发明提供了一种镁合金连铸液面位置检测装置，包括筒状的检测壳体，所述检测壳体的内壁和外壁之间沿轴向开设有多个通孔，且通孔沿检测壳体的周向等间距均匀排列，每个通孔内安装有热电偶，形成热电偶组，热电偶组的测量端组延伸出通孔底端可与被检测液面接触，且测量端组形成一个螺旋状，热电偶组的接线端组与安装在检测壳体顶端的信号采集单元连接，信号采集单元与检测壳体外的数据处理系统通过通讯模块连接；

所述信号采集单元用于将各热电偶检测到的温度模拟量通过通讯模块传输给数据处理系统；

所述数据处理系统根据信号采集单元输入的数据进行分析处理，得出温度差最大的两相邻热电偶的温度值，输出被检测液面的位置值。

所述测量端组与检测壳体之间通过螺母固定连接。

所述通讯模块是EtherCAT、LIGHTBUS、PROFIBUS、INTERBUS、MODBUS、CANopen、DeviceNet、ControlNet、CC-Link、IO-Link、PROFINET、RS232、RS485、WLAN、NFC、WIFI-Dircet、bump、2G、4G、蓝牙、wifi、zige-bee、GPRS、3G、USB模块中的任一种。

所述信号采集单元采用德国BECKHOFF公司的FM3332-B310型高密度热电偶输入模块。

所述数据处理系统采用西门子S7系列PLC控制器。

一种镁合金连铸液面位置检测方法，包括如下步骤：

1)将镁合金连铸液面位置检测装置固定在被检测液体的盛装容器内，部分测量端位于被检测液面以上，其余测量端位于被检测液面以下，镁合金连铸液面位置检测装置的测量端组从位于检测壳体最下端的测量端开始编号，依次编号为R₁、R₂、R₃、…R_i…、R_n，对应的各测量端测出的温度分别是t₁、t₂、t₃、…t_i…、t_n，

其中，n表示从位于检测壳体最下端的测量端到位于检测壳体最上端的测量端的编号，且1＜i≤n，n的数量与测量端的数量一致；

2)镁合金连铸液面位置检测装置与信号采集单元联通，信号采集单元与数据处理系统联通，信号采集单元将采集到的测量端组的温度t₁、t₂、t₃、…t_i…、t_n传输给数据处理系统进行分析处理，同时确定热电偶组中的R₁或者R_n为检测0基准点；

3)数据处理系统经分析比较得出温度差最大的两个相邻测量端，并记录下该测量端的编号R_i、R_(i+1)，被检测液面处于这两个测量端之间，其中温度较高者位于被检测液面下方，温度较低者位于被检测液面上方，

若选择R₁作为检测0基准点，则

若选择R_n作为检测0基准点，则 $L_{\mathrm{Rn}}=[n-(i+1)]m+\frac{1}{2}m=(n-i+\frac{1}{2})m,$

其中，L_R1表示被检测液面距测量端R₁的高度，L_Rn表示被检测液面距测量端R_n的高度，m表示相邻两个测量端之间的高度，由于m在热电偶组的测量精度以内，因此表示R_i或者R_(i+1)距被检测液面的高度；

4)根据数据处理系统的分析和计算结果，输出被检测液面距检测0基准点的距离。

本发明的有益效果：本发明提供的这种镁合金连铸液面位置检测装置及其检测方法，配合镁合金熔体注入结晶器的流速控制机构进行液面控制，通过处于被检测液面上下的热电偶所检索到的温度突变情况，来判断获得被检测液面处于哪些热电偶之间，进而获得被检测液面的相对位置，及时调整被检测液面的液面位置，维持镁合金熔体液面稳定，保证镁合金的安全生产，提高铸坯质量。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是镁合金连铸液面位置检测装置的结构示意图一。

图2是镁合金连铸液面位置检测装置的结构示意图二。

图3是镁合金连铸液面位置检测装置的数据传输示意图。

附图标记说明：1、热电偶；2、检测壳体；3、信号采集单元；4、数据处理系统；5、通孔；6、热电偶组；7、被检测液面；8、测量端组；9、通讯模块；10、测量端。

具体实施方式

以下将结合附图进一步对镁合金连铸液面位置检测装置及其检测方法作详细的说明。

实施例1：

如图1和图3所示，本发明提供了一种镁合金连铸液面位置检测装置，其特征在于，包括筒状的检测壳体2，所述检测壳体2的内壁和外壁之间沿轴向开设有多个通孔5，且通孔5沿检测壳体2的周向等间距均匀排列，每个通孔5内安装有热电偶1，形成热电偶组6，热电偶组6的测量端组8延伸出通孔5底端可与被检测液面7接触，且测量端组8形成一个螺旋状，热电偶组6的接线端组与安装在检测壳体2顶端的信号采集单元3连接，信号采集单元3与检测壳体2外的数据处理系统4通过通讯模块9连接；所述信号采集单元3用于将各热电偶1检测到的温度模拟量通过通讯模块9传输给数据处理系统4；所述数据处理系统4根据信号采集单元3输入的数据进行分析处理，得出温度差最大的两相邻热电偶1的温度值，输出被检测液面7的位置值。

在利用该镁合金连铸液面位置检测装置检测镁合金液面时，需要先将该镁合金连铸液面位置检测装置放入结晶器内，同时需要注意的是，镁合金连铸液面位置检测装置的热电偶1的测量端组8一部分位于液面以上，另外一部分位于液面以下，测量端组8将检测到的温度值传输给信号采集单元3，信号采集单元3再将温度值传输给数据处理系统4，经过数据处理系统4计算处理，得出温度差最大的两相邻热电偶1的温度值，输出被检测液面7的位置值。

本发明提供的这种镁合金连铸液面位置检测装置及其检测方法，配合镁合金熔体注入结晶器的流速控制机构进行液面控制，通过处于被检测液面7上下的热电偶1所检索到的温度突变情况，来判断获得被检测液面7处于哪些热电偶1之间，进而获得被检测液面7的相对位置，及时调整被检测液面7的液面位置，维持镁合金熔体液面稳定，保证镁合金的安全生产，提高铸坯质量。

实施例2：

在实施例1的基础上，具体的，测量端10与检测壳体2之间的连接关系是，所述测量端10与检测壳体2之间通过螺母固定连接,。

实施例3：

在实施例1的基础上，需要说明的是，所述通讯模块9是EtherCAT、LIGHTBUS、PROFIBUS、INTERBUS、MODBUS、CANopen、DeviceNet、ControlNet、CC-Link、IO-Link、PROFINET、RS232、RS485、WLAN、NFC、WIFI-Dircet、bump、2G、4G、蓝牙、wifi、zige-bee、GPRS、3G、USB模块中的任一种。所述信号采集单元3采用德国BECKHOFF公司的FM3332-B310型高密度热电偶输入模块。所述数据处理系统4采用西门子S7系列PLC控制装置或西门子、研华、HP等品牌计算机。

实施例4：

一种镁合金连铸液面位置检测方法，如图2所示，包括如下步骤：

1)将镁合金连铸液面位置检测装置固定在被检测液体的盛装容器内，部分测量端10位于被检测液面7以上，部分测量端10位于被检测液面7以下，镁合金连铸液面位置检测装置的测量端组8从位于检测壳体2最下端的测量端10开始编号，依次编号为R₁、R₂、R₃、…R_i…、R_n，对应的各测量端10测出的温度分别是t₁、t₂、t₃、…t_i…、t_n，

其中，n表示从位于检测壳体2最下端的测量端10到位于检测壳体2最上端的测量端10的编号，且1＜i≤n，n的数量与测量端10的数量一致；

2)镁合金连铸液面位置检测装置与信号采集单元3联通，信号采集单元3与数据处理系统4联通，信号采集单元3将采集到的测量端组8的温度t₁、t₂、t₃、…t_i…、t_n传输给数据处理系统4进行分析处理，同时确定热电偶组6中的R₁或者R_n为检测0基准点；

3)数据处理系统4经分析比较得出温度差最大的两个相邻测量端10，并记录下该测量端10的编号R_i、R_(i+1)，被检测液面7处于这两个测量端10之间，其中温度较高者位于被检测液面7下方，温度较低者位于被检测液面7上方，

若选择R₁作为检测0基准点，则

若选择R_n作为检测0基准点，则 $L_{\mathrm{Rn}}=[n-(i+1)]m+\frac{1}{2}m=(n-i+\frac{1}{2})m,$

其中，L_R1表示被检测液面7距测量端10中的R₁的高度，L_Rn表示被检测液面7距测量端10中的R_n的高度，m表示相邻两个测量端10之间的高度，由于m在热电偶组6的测量精度以内，因此表示R_i或者R_(i+1)距被检测液面7的高度；

4)根据数据处理系统4的分析和计算结果，输出被检测液面7距检测0基准点的距离。

需要特别说明的是，假设此检测装置相邻两测量端10的高度差为1mm，液面检测精度为“±1mm”，热电偶1从最下端开始编号，从下向上依次为R₁、R₂、R₃、……、R_n，当R₁、R₂、R₃三个热电偶1检测到的温度分别为680℃、670℃、650℃，而R₄、R₅、……R_n检测到的温度500℃、495℃、……300℃。相邻两组热电偶1温差较大的为R₃与R₄，R₃温度从650℃突变到R₄的500℃，他们两个热电偶1测量得到的温度差为150℃，说明被检测液体液面位于R₃与R₄之间，可以判定被检测液面7距最下端的测量端10R₁的距离为： $L_{R1}=(i-1)m+\frac{1}{2}m,$ 其中，i＝3，m＝1mm，则 $L_{R1}=(3-1)\×1+\frac{1}{2}\×$ $1=2.5\mathrm{mm},$

即1mm(R₁与R₂间的间距)+1mm(R₂与R₃间的间距)+0.5mm(R₃与R₄间的间距的一半)＝2.5mm，因此可以得出被检测液面7距检测0基准点的距离是2.5mm，上述举例中是将R₁作为检测0基准点，也可将R_n作为检测0基准点，

例如，假设此检测装置相邻两测量端10的高度差为1mm，液面检测精度为“±1mm”，热电偶1从最下端开始编号，从下向上依次为R₁、R₂、R₃、……、R₅，当R₁、R₂、R₃三个热电偶1检测到的温度分别为680℃、670℃、650℃，而R₄、R₅检测到的温度500℃、495℃。相邻两组热电偶1温差较大的为R₃与R₄，R₃温度从650℃突变到R₄的500℃，他们两个热电偶1测量得到的温度差为150℃，说明被检测液体液面位于R₃与R₄之间，可以判定被检测液面7距最下端的测量端10R_n的距离为： $L_{\mathrm{Rn}}=$ $[n-(i+1)]m+\frac{1}{2}m,$ 其中，i＝3，n＝5， $L_{\mathrm{Rn}}=L_{R5}=[5-(3+1)]\×1+\frac{1}{2}\×1=1.5\mathrm{mm},$

即1mm(R₄与R₅间的间距)+0.5mm(R₃与R₄间的间距的一半)＝1.5mm，因此可以得出被检测液面7距检测0基准点的距离是1.5mm。

本发明提供的这种镁合金连铸液面位置检测装置及其检测方法，配合镁合金熔体注入结晶器的流速控制机构进行液面控制，通过处于被检测液面上下的热电偶所检索到的温度突变情况，来判断获得被检测液面处于哪些热电偶之间，进而获得被检测液面的相对位置，及时调整被检测液面的液面位置，维持镁合金熔体液面稳定，保证镁合金的安全生产，提高铸坯质量。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (6)

1.一种镁合金连铸液面位置检测装置，其特征在于，包括筒状的检测壳体(2)，所述检测壳体(2)的内壁和外壁之间沿轴向开设有多个通孔(5)，且通孔(5)沿检测壳体(2)的周向等间距均匀排列，每个通孔(5)内安装有热电偶(1)，形成热电偶组(6)，热电偶组(6)的测量端组(8)延伸出通孔(5)底端可与被检测液面(7)接触，且测量端组(8)形成一个螺旋状，热电偶组(6)的接线端组与安装在检测壳体(2)顶端的信号采集单元(3)连接，信号采集单元(3)与检测壳体(2)外的数据处理系统(4)通过通讯模块(9)连接；

所述信号采集单元(3)用于将各热电偶(1)检测到的温度模拟量通过通讯模块(9)传输给数据处理系统(4)；

所述数据处理系统(4)根据信号采集单元(3)输入的数据进行分析处理，得出温度差最大的两相邻热电偶(1)的温度值，输出被检测液面(7)的位置值。

2.如权利要求1所述的一种镁合金连铸液面位置检测装置，其特征在于，所述测量端组(8)与检测壳体(2)之间通过螺母固定连接。

3.如权利要求1所述的一种镁合金连铸液面位置检测装置，其特征在于，所述通讯模块(9)是EtherCAT、LIGHTBUS、PROFIBUS、INTERBUS、MODBUS、CANopen、DeviceNet、ControlNet、CC-Link、IO-Link、PROFINET、RS232、RS485、WLAN、NFC、WIFI-Dircet、bump、2G、4G、蓝牙、wifi、zige-bee、GPRS、3G、USB模块中的任一种。

4.如权利要求1所述的一种镁合金连铸液面位置检测装置，其特征在于，所述信号采集单元(3)采用德国BECKHOFF公司的FM3332-B310型高密度热电偶输入模块。

5.如权利要求1所述的一种镁合金连铸液面位置检测装置，其特征在于，所述数据处理系统(4)采用西门子S7系列PLC控制器。

6.一种镁合金连铸液面位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将镁合金连铸液面位置检测装置固定在被检测液体的盛装容器内，部分测量端(10)位于被检测液面(7)以上，其余测量端(10)位于被检测液面(7)以下，镁合金连铸液面位置检测装置的测量端组(8)从位于检测壳体(2)最下端的测量端(10)开始编号，依次编号为R₁、R₂、R₃、…R_i…、R_n，对应的各测量端(10)测出的温度分别是t₁、t₂、t₃、…t_i…、t_n，

其中，n表示从位于检测壳体(2)最下端的测量端(10)到位于检测壳体(2)最上端的测量端(10)的编号，且1＜i≤n，n的数量与测量端(10)的数量一致；

2)镁合金连铸液面位置检测装置与信号采集单元(3)联通，信号采集单元(3)与数据处理系统(4)联通，信号采集单元(3)将采集到的测量端组(8)的温度t₁、t₂、t₃、…t_i…、t_n传输给数据处理系统(4)进行分析处理，同时确定热电偶组(6)中的R₁或者R_n为检测0基准点；

3)数据处理系统(4)经分析比较得出温度差最大的两个相邻测量端(10)，并记录下该测量端(10)的编号R_i、R_(i+1)，被检测液面(7)处于这两个测量端(10)之间，其中温度较高者位于被检测液面(7)下方，温度较低者位于被检测液面(7)上方，

若选择R₁作为检测0基准点，则

若选择R_n作为检测0基准点，则 $L_{\mathrm{Rn}}=[n-(i+1)]m+\frac{1}{2}m=(n-i+\frac{1}{2})m,$

其中，L_R1表示被检测液面(7)距测量端(10)R₁的高度，L_Rn表示被检测液面(7)距测量端(10)R_n的高度，m表示相邻两个测量端(10)之间的高度，由于m在热电偶组(6)的测量精度以内，因此表示R_i或者R_(i+1)距被检测液面(7)的高度；

4)根据数据处理系统(4)的分析和计算结果，输出被检测液面(7)距检测0基准点的距离。