CN116046103A - 一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其技术方案要点是：包括基座和筑包层，所述基座的上表面固定设置有安装立柱，所述安装立柱的一侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端通过联轴器传动连接有直线模组，所述直线模组上传动连接有悬臂，所述悬臂的前段安装有铜电极，所述铜电极上可拆连接有石墨电极；本发明还公开了一种通过电压判断熔融金属液面位置的方法。本发明通过设置伺服电机、联轴器、直线模组和悬臂，能够带动铜电极进行移动，能够自动化控制阳极位置；通过在筑包层内预埋金属网的形式，使熔融金属液体与包壳在电气上可靠导通，使阻值最小，进而通过接地能判断U阳/PE电压。

Description

一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置及其方法

技术领域

本发明涉及熔融金属液体的设备浇注领域，特别涉及一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置及其方法。

背景技术

涉及熔融金属液体的设备一般有熔炼炉，浇注机，中转包等，目前一般判定容器内熔融金属液体多少是采用称重的方式，等离子恒温浇注过程中需要准确判断浇注机浇包内熔融金属液体的液面位置，进而才能控制等离子放电的位置。

目前采用等离子原理进行金属熔炼一般采用的是液面固定位置，和依靠人工判断的方式调整好放电位置来进行工作。现有的技术无法做到随熔融金属液体的液面变化自动调整电极位置，做到随动状态的；也有采用红外测距和超声波测距等方法尝试解决此问题的，但目前市场上了解的设备还没有很好的解决全自动控制的问题。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置及其方法，以解决背景技术中提到的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，包括基座和筑包层，所述基座的上表面固定设置有安装立柱，所述安装立柱的一侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端通过联轴器传动连接有直线模组，所述直线模组上传动连接有悬臂，所述悬臂的前段安装有铜电极，所述铜电极上可拆连接有石墨电极；

所述筑包层的外侧设置有包壳，所述筑包层的内部设置有熔融金属液体，所述筑包层内预置有金属网，所述包壳与所述基座均固定安装在浇注机设备上，所述包壳与所述基座相对位置固定。

较佳的，所述直线模组包括传动丝杆和传动螺母，所述悬臂通过传动螺母与所述传动丝杆滑动连接。

通过采用上述技术方案，方便伺服电机带动悬臂进行上下运动。

较佳的，所述铜电极与所述悬臂之间设置有绝缘结构。

通过采用上述技术方案，防止等离子设备主回路对浇注机设备放电，对人员安全造成危险。

较佳的，所述石墨电极的一端通过电缆与等离子设备主回路U+电性连接，所述等离子设备主回路U-通过电缆连接另一个石墨电极(21)。

较佳的，所述等离子设备主回路U+与所述等离子设备主回路U-之间电性依次连接有电阻RV1、电阻R5、电阻R3、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6和电阻RV2，所述电阻R1的两端电性连接有电容C1，所述电阻R2的两端电性连接有电容C2，所述电容C1的一端连接有U阳，所述电容C2的一端连接有U阴，所述电容C1与所述电容C2之间连接有PE。

较佳的，所述等离子设备主回路U+与所述离子设备主回路U-之间的电压为100V，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻RV1和电阻RV2的总和为100KΩ。

本发明还提供一种通过电压判断熔融金属液面位置的方法，包括以下步骤：

S1.等离子设备主回路上电，将等离子设备主回路U+与离子设备主回路U-之间的电压设置为100V，此时U阳/PE＝-U阴/PE＝10V；

S2.伺服电机带动石墨电极向下运动；

S3.判断U阳/PE的数值是否等于0，若是，进入S4步骤，若否，重新S2步骤；

S4.控制石墨电极的底部与熔融金属液体的液面接触；

S5.判断U阳/PE的数值是否大于1，若是，进入S2步骤，若否，重新S6步骤；

S6.控制伺服电机维持不变。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

第一、本发明通过设置伺服电机、联轴器、直线模组和悬臂，能够带动铜电极进行移动，能够自动化控制阳极位置；

第二、本发明通过分压电路的形式，能够通过检测U阳/PE电压判断阳极石墨电极与熔融金属液体液面之间的位置关系，从而有利于根据情况随时保证石墨电极与熔融金属液体液面保持接触状态；

第三、本发明通过在筑包层内预埋金属网的形式，使熔融金属液体与包壳在电气上可靠导通，使阻值最小，进而通过接地能判断U阳/PE电压；

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的流程图；

图3是本发明的电气原理图；

图4是等离子测量回路原理图/实际PCB制作的原理图。

附图标记：1、伺服电机；2、联轴器；3、直线模组；4、安装立柱；5、悬臂；6、基座；7、绝缘结构；8、铜电极；9、石墨电极；10、熔融金属液体；11、筑包层；12、包壳；13、金属网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参考图1-4，一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，包括基座6和筑包层11，所述基座6的上表面固定设置有安装立柱4，所述安装立柱4的一侧固定安装有伺服电机1，所述伺服电机1的输出端通过联轴器2传动连接有直线模组3，所述直线模组3上传动连接有悬臂5，所述悬臂5的前段安装有铜电极8，所述铜电极8上可拆连接有石墨电极9；

所述筑包层11的外侧设置有包壳12，所述筑包层11的内部设置有熔融金属液体10，所述筑包层11内预置有金属网13，所述包壳12与所述基座6均固定安装在浇注机设备上，所述包壳12与所述基座6相对位置固定。

为了方便伺服电机1带动悬臂5进行上下运动；所述直线模组3包括传动丝杆和传动螺母，所述悬臂5通过传动螺母与所述传动丝杆滑动连接。

参考图1，为了防止等离子设备主回路对浇注机设备放电，对人员安全造成危险；所述铜电极8与所述悬臂5之间设置有绝缘结构7。

其中，所述等离子设备主回路U+与所述等离子设备主回路U-之间电性依次连接有电阻RV1、电阻R5、电阻R3、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6和电阻RV2，所述电阻R1的两端电性连接有电容C1，所述电阻R2的两端电性连接有电容C2，所述电容C1的一端连接有U阳，所述电容C2的一端连接有U阴，所述电容C1与所述电容C2之间连接有PE。

所述等离子设备主回路U+与所述离子设备主回路U-之间的电压为100V，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻RV1和电阻RV2的总和为100KΩ；通过分压电路，调整电阻RV1与电阻RV2阻值使U阳与PE和U阴与PE电压一致，U阳/PE＝-U阴/PE。

其中所述等离子设备，分为主回路和测量回路，“主回路”为：等离子设备通过现代电力电子变流技术，将三相交流(AC380V)电源，变流输出为等离子设备所需的额定电压为DC100V直流电源。所述等离子设备主回路U+与石墨电极9通过电缆电性连接，所述等离子设备主回路U-与另一个石墨电极21通过电缆电性连接。

所述测量回路为：等离子设备控制回路检测“主回路”“U+”“U-”之间电压的变化，并不能直接将DC100V电压引入电路板或PLC。常用的传感器信号有“4-20mA”，“0-20mA”“0-10V”等，本测量回路见图3。

参考图4，等离子测量回路原理图/实际PCB制作的原理图，由图4可知测量回路电阻及可调电阻的参数，电阻精度≤1％。

所述等离子设备通过现代电力电子变流技术，将三相交流(AC380V)电源，变流输出为等离子设备所需的额定电压为DC100V直流电源。U+与U-之间的额定电压为DC100V，经过变流所产生的直流电源U+/U-相对PE是悬浮态，之间本来没有固定的电压关系，本发明中的方法将PE通过图4原理引入，将直流电源U+/U-与PE形成固定的电压关系。PE是零点，U+对PE是正值，J-对PE是负值，所以判断U阳/PE和U阴/PE，判定的是绝对值，如果U+对PE与U-对PE不等时，U阳对PE与U阴对PE也不相等。

此外，在检测过程中，主回路U+与U-所连接的回路始终是开路状态，PE与大地相连，电势为绝对零点。

本发明还提供了一种通过电压判断熔融金属液面位置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.等离子设备主回路上电，将等离子设备主回路U+与离子设备主回路U-之间的电压设置为100V，此时U阳/PE＝-U阴/PE＝10V；

S2.伺服电机1带动阳极的石墨电极9向下运动；

S3.判断U阳/PE的数值是否等于0，若是，进入S4步骤，若否，重新S2步骤；

S4.控制石墨电极9的底部与熔融金属液体10的液面接触；

S5.判断U阳/PE的数值是否大于1，若是，进入S2步骤，若否，重新S6步骤；

S6.控制伺服电机1维持不变。

本实施例中，S5中的U阳/PE大于1用于说明阳极石墨电极9已经脱离熔融金属液体10液面，阳极石墨电极9与脱离熔融金属液体10液面之间有等离子体电弧产生，随着浇注的进行熔融金属液体10液面的下降，阳极石墨电极9与熔融金属液体10液面之间的等离子体电弧随时有断弧现象发生，进而造成等离子设备主回路开路，无法持续连续工作。

本实施例中，判断熔融金属液体10液面位置的目的：为等离子设备的直流电源U+、U-连接的石墨电极9阳极、阴极形成完整的回路；在等离子工作时，首先保证主回路有效导通，因为熔融金属液体10液面位置会随着浇注机浇注工作而减少，需要随时保证石墨电极9与熔融金属液体10液面保持接触状态；第二要最大程度的减少石墨电极9的损耗，不能使石墨电极9浸入熔融金属液体10液面太多，保持一个最佳接触状态；第三石墨电极9的安装无需精确安装，原因一、可实现快速的更换；原因二、石墨电极9在工作状态下是会缓慢损耗的，所以无需精确安装确保尺寸。

使用原理及优点：

本发明通过设置伺服电机1、联轴器2、直线模组3和悬臂5，能够带动铜电极8进行移动，能够自动化控制阳极位置；通过分压电路的形式，能够通过检测U阳/PE电压判断阳极石墨电极9与熔融金属液体10液面之间的位置关系，从而有利于根据情况随时保证石墨电极9与熔融金属液体10液面保持接触状态；通过在筑包层11内预埋金属网13的形式，使熔融金属液体10与包壳12在电气上可靠导通，使阻值最小，进而通过接地能判断U阳/PE电压。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其特征在于：包括基座(6)和筑包层(11)，所述基座(6)的上表面固定设置有安装立柱(4)，所述安装立柱(4)的一侧固定安装有伺服电机(1)，所述伺服电机(1)的输出端通过联轴器(2)传动连接有直线模组(3)，所述直线模组(3)上传动连接有悬臂(5)，所述悬臂(5)的前段安装有铜电极(8)，所述铜电极(8)上可拆连接有石墨电极(9)；

所述筑包层(11)的外侧设置有包壳(12)，所述筑包层(11)的内部设置有熔融金属液体(10)，所述筑包层(11)内预置有金属网(13)，所述包壳(12)与所述基座(6)均固定安装在浇注机设备上，所述包壳(12)与所述基座(6)相对位置固定。

2.根据权利要求1所述的一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其特征在于：所述直线模组(3)包括传动丝杆和传动螺母，所述悬臂(5)通过传动螺母与所述传动丝杆滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其特征在于：所述铜电极(8)与所述悬臂(5)之间设置有阳极绝缘结构。

4.根据权利要求1所述的一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其特征在于：所述石墨电极(9)的一端通过电缆与等离子设备主回路U+电性连接，所述等离子设备主回路U-通过电缆连接另一个石墨电极(21)。

5.根据权利要求4所述的一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其特征在于：所述等离子设备主回路U+与所述等离子设备主回路U-之间电性依次连接有电阻RV1、电阻R5、电阻R3、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R6和电阻RV2，所述电阻R1的两端电性连接有电容C1，所述电阻R2的两端电性连接有电容C2，所述电容C1的一端连接有U阳，所述电容C2的一端连接有U阴，所述电容C1与所述电容C2之间连接有PE。

6.根据权利要求5所述的一种通过电压判断熔融金属液面位置的装置，其特征在于：所述等离子设备主回路U+与所述等离子设备主回路U-之间的电压为100V，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻RV1和电阻RV2的总和为100KΩ。

7.一种通过电压判断熔融金属液面位置的方法，其特征在于：通过权利要求6的装置进行判断，具体包括以下步骤：

S1.等离子设备主回路上电，将等离子设备主回路U+与等离子设备主回路U-之间的电压设置为100V，此时U阳/PE＝-U阴/PE＝10V；

S2.伺服电机(1)带动阳极的石墨电极(9)向下运动；

S3.判断U阳/PE的数值是否等于0，若是，进入S4步骤，若否，重新S2步骤；

S4.控制石墨电极(9)的底部与熔融金属液体(10)的液面接触；

S5.判断U阳/PE的数值是否大于1，若是，进入S2步骤，若否，重新S6步骤；

S6.控制伺服电机(1)维持不变。

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