CN2335132Y - 电磁型液态金属液位检控装置 - Google Patents

Abstract

一种测量和控制结晶器中液态金属液位的装置,它由电磁传感器(1)和信号处理机(2)组成,传感器(1)由传感器盒、发射线圈(1a)和测量线圈组成,测量线圈由接受线圈(1b)和补偿线圈(1c)反向串联而成,传感器盒底板(1d)材料的电磁参数与结晶器壁(3)的一致,测量线圈的信号幅度和相位随液位非线性变化。本实用新型具有较高的信噪比、灵敏度和较长的测程,适用于各种类型的连铸机和各种壁厚的结晶器。

Description

电磁型液态金属液位检控装置

本实用新型属物位测量领域，具体涉及利用电磁法测量和控制结晶器中液态金属液位的装置。

侧装式电磁型液态金属液位计为非接触式仪表，传感器线圈轴线垂直于结晶器侧壁安装在结晶器冷却水层内，发射线圈在结晶器内被检测金属中产生的涡电流信号在接受线圈中产生感应信号，以此确定结晶器内的金属液位高度。这种方法对浇铸操作无任何影响，传感器也不会被液态金属烧坏。但是，由于结晶器壁一般用导热性能良好的铜板制做，这类材料对透射的电磁信号的衰减作用很大，使得接受线圈中由被测金属中的涡电流所感应的有效信号远远低于由结晶器壁和传感器壁等结构材料中的涡电流所感应的背景信号，更远远低于由发射线圈中的励磁电流直接感应的背景信号，信噪比很低。专利US3366873利用两个次级线圈反向串联来降低发射线圈直接感应的背景信号，但无法消除结晶器铜壁感应的背景信号，灵敏度很低，只能用于结构材料的电导率低于被检测材料电导率的情况，不适用于铜壁的结晶器。专利EP312799将接受线圈的信号与初级振荡信号比较，原则上可以降低背景信号。但是安装在结晶器内的传感器与安装在仪器内的振荡源处于完全不同的温度环境中，温度变化所引起的信号漂移较大，限制了灵敏度。该方法只能用于铜壁厚度不超过14mm的结晶器。随着结晶器内金属液位的升高，结晶器壁温度上升，电阻加大，涡电流降低。同时，结晶器内的液态金属在靠近结晶器壁处被冷却而形成凝固壳，离液面较远处的凝固壳较厚，较厚的凝固壳与结晶器壁间可能形成气隙而导致结晶器壁局部温度下降。这种随机形成的气隙使结晶器壁内的涡电流产生波动。专利EP312799利用一种高频信号和一种低频信号加权相减的办法来消除结晶器壁温度变化导致涡电流波动的影响而测量单纯由结晶器内金属中的涡电流感应的信号。但是高频信号对温度变化的响应水平远小于低频信号的响应水平，加权相减将引入较大误差。该专利提到，当利用高频信号对结晶器壁温度变化的响应测定金属液位时，对应液位变化方向的接受线圈限于10-50mm，从而限制了单线圈的测程，灵敏度也较低。

本实用新型的目的是提供一种信噪比高，对环境温度变化不灵敏，测程范围宽，灵敏、稳定、可靠的侧装式电磁型液态金属液位检控装置。

本实用新型的目的是这样实现的：沿结晶器壁安装在冷却水层内的电磁传感器由装在传感器盒内的发射线圈和测量线圈构成，测量线圈由分布在发射线圈两侧的接受线圈和补偿线圈反向串联而成，以此降低发射线圈内的励磁电流在测量线圈中直接感应的背景信号。接受线圈位于接近结晶器的一侧，补偿线圈位于远离结晶器的一侧并靠近传感器盒的底板，底板材料的电磁特性与结晶器壁的一致，使结晶器壁和传感器壁等结构材料中的涡电流在传感器测量线圈中感应的背景信号相互抵消。在通常的结晶器壁厚条件下，结晶器内金属液位变化引起的结晶器壁内的涡电流变化大于结晶器内金属中的涡电流变化。本实用新型在克服结晶器壁与其中的金属凝固壳之间形成气隙所导致的干扰的前提下，将结晶器壁中的涡电流变化作为测定液位的有效信号加以利用：当需要的测程较短(如50mm以内)时，气隙的影响可以忽略，传感器接受线圈作成矩形、方形或圆形的。当需要的测程较长(如50-150mm)时，传感器的接受线圈是上底宽下底窄的梯形的，或者是底朝上的三角形的，或者由上边一个圈数较多的线圈与下边一个圈数较少的线圈同向串联而成，或者由上边一个较宽的矩形线圈与下边一个较窄的矩形线圈同向串联而成，或者由上边一个矩形线圈与下边一个底朝上的三角形线圈同向串联而成，或者由上边一个上底宽下底窄的梯形线圈与下边一个较窄的矩形线圈同向串联而成。这类传感器的测量线圈的信号幅度在不会形成气隙的测程上段随液位变化甚快，在可能形成气隙的测程下段变化甚微；而传感器测量线圈的信号相位则在测程下段随金属液位变化较快，在测程上段变化甚微。这样，在测程上段利用信号幅度确定液位，在测程下段利用信号相位确定液位，既可保证单个测量线圈在较长测程内的灵敏度，又可克服气隙的干扰作用。当需要的测程更长(＞150mm)时，则用上下分布的2个或更多个上述测量线圈。当用多个测量线圈时，最下面的一个测量线圈兼作参考线圈，在浇铸过程中提供校准信号。信号处理机给发射线圈提供低频(频率以10-150Hz为宜，但须避开可能形成干扰的大功率电源的频率)励磁电流，并对测量线圈的信号幅度和相位进行分析，给出结晶器内金属液位高度值以及控制液位所需要的各种模拟量和开关量。

与现有技术比较，本实用新型利用接受线圈与补偿线圈反向串联，采用与结晶器壁的电磁参数一致的材料作传感器盒的底板，将背景信号降低了2个数量级，提高了信噪比和抗环境干扰的能力；本实用新型采用输出信号幅度和相位随液位非线性变化的传感器，将与液位升降引起的结晶器壁温度升降相关联的涡电流的变化作为有效信号加以利用，而不像一般方法那样视为干扰信号而加以甄别，既提高了测量灵敏度，又扩大了单一测量线圈的测程，简化了传感器的结构和信号处理的工作量，提高了测量精度和可靠性。本实用新型适用于包括板坯和异形坯在内的各种类型的连铸机和现有的各种壁厚(最厚可达40-50mm)的结晶器。

本实用新型所提供的侧装式电磁型液态金属液位检控装置如图1所示。它由沿结晶器壁(3)安装在结晶器冷却水层(4)内的传感器(1)和信号处理机(2)组成。传感器(1)的上下长度对应结晶器内金属液面(5)的测程H。传感器(1)由传感器盒、发射线圈(1a)和测量线圈组成，测量线圈由接受线圈(1b)和补偿线圈(1c)反向串联而成。传感器盒的底板(1d)的电导率和磁导率与结晶器壁(3)的一致，其厚度由结晶器壁(3)和冷却水层(4)的厚度确定，以补偿背景信号为准。低频信号源(2a)给发射线圈(1a)提供励磁电流，信号处理单元(2b)对测量线圈输出信号的幅度和相位进行分析，输出单元(2c)给出结晶器中液位(5)的高度值以及控制液位高度所需要的各种模拟量和开关量。当应用多个测量线圈时，信号处理机(2)对每个测量线圈的输出信号进行处理后给出液位高度及各种控制量。

本实用新型的一个实施例如图1所示。图中传感器(1)的外形尺寸为150mm(高)×90mm(宽)×50mm(深)，发射线圈(1a)为一个高140mm、宽80mm的矩形线圈，接受线圈(1b)为一个高140mm、上底宽80mm、下底宽20mm的梯形线圈，补偿线圈为一个高140mm、宽40mm的矩形线圈。传感器盒的底板(1d)为15mm厚的铜板，面向结晶器一侧的壁为3mm厚的不锈钢板，其它部分以3mm厚的钢板作壁。信号源(2a)给发射线圈(1a)提供20Hz低频信号。信号处理单元(2b)对测量线圈的信号放大10倍后进行幅度分析，放大100倍后进行相位分析，信号输出单元(2c)根据分析结果给出液位高度值以及控制液位所需要的各种模拟量和开关量。该装置的测程为150mm，测量精度为±1mm，长期稳定性好于测程的1％，适用于铜板壁厚度大于30mm的结晶器内金属液位的测量和控制。当用于壁厚较薄的结晶器时，传感器盒底板(1d)的厚度宜相应降低。

Claims (8)

1、一种电磁型液态金属液位检控装置，它由沿结晶器壁3安装在结晶器冷却水层4内的传感器1和信号处理机2组成，传感器1由传感器盒、一个发射线圈1a和至少一个测量线圈组成，一个测量线圈由一个接受线圈1b和一个补偿线圈1c反向串联组成，接受线圈1b位于接近结晶器的一侧，补偿线圈1c位于远离结晶器的一侧并靠近传感器盒的底板1d，其特征在于：传感器盒的底板1d由与结晶器壁3的电磁特性一致的材料制成，测量线圈可以是一组也可以是由上下分布的几组线圈构成，接受线圈1b是上底宽下底窄的梯形。

2、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是底边朝上的三角形。

3、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是矩形。

4、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是圆形。

5、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是由上边一个圈数较多的线圈与下边一个圈数较少的线圈同向串联而成。

6、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是由上边一个较宽的矩形线圈与一个下边较窄的矩形线圈同向串联而成。

7、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是由上边一个矩形线圈与下边一个底朝上的三角形线圈同向串联而成。

8、根据权利要求1所述的电磁型液态金属液位检控装置，其特征在于：接受线圈1b是由上边一个上底宽下底窄的梯形线圈和下边一个较窄的矩形线圈同向串联而成。

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