DE3432987A1 - Vorrichtung zum messen des pegels eines geschmolzenen metalls in der giessform einer stranggiessmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum messen des pegels eines geschmolzenen metalls in der giessform einer stranggiessmaschine

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Description

U.Z.858.50
NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA
1-2 Marunouchi-l-chome,
Chiyoda-Ku, Tokio
Japan
Vorrichtung zum Messen des Pegels eines geschmolzenen Metalls in der Gießform einer Stranggießmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des •Pegels des geschmolzenen Metalls in -der Gießform einer Stranggxeßmaschine, und insbesondere eine Vorrichtung zum Messen des Pegels eines geschmolzenen Metalls unter Verwendung einer Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Pegels eines geschmolzenen Metalls.
In der US-PS 4 186 792 wird eine Vorrichtung zum Messen des Pegels des geschmolzenen Metalls in einer Gießform und zum Steuern des Pegels des geschmolzenen Metalls auf einen konstanten Pegel beim Stranggießen von Metall beschrieben. In diesem Fall ist es durch genaueres Messen des Pegels des geschmolzenen Metalls in der Gießform und durch Steuern des Pegels des geschmolzenen Metalls auf einen konstanten Wert möglich, die Strangqualität zu verbessern, und es ist daher wünschenswert, eine äußerst genaue Vorrichtung zum Messen des Pegels des geschmolzenen Metalls zu verwenden.
Eine Vorrichtung zum Messen des Metallpegels in einer Gießform der genannten Art unter Verwendung einer Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung wird z.B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr.. 57-192805 beschrieben. Diese Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung enthält eine Sensorspule mit zwei Wicklungen, die übereinander auf einen vertikal angeordneten hohlen Spulenkörper gewickelt sind, wobei die Spulen in Differenzschaltung verbunden sind. Die Sensorspule weist also eine Meßempfindlichkeit nicht nur in ihrer Axialrichtung auf, und die beiden Spulen arbeiten dergestalt, daß die Wirkung eines elektrisch leitenden Teils wie der in der Nähe der Sensorspule gelegene Wand der Gießform sowie die Wirkung von Temperaturänderungen ausgeschaltet wird, wodurch eine Abstandsmessung mit größerer Genauigkeit durchgeführt wird.
Beim kontinuierlichen Messen des Pegels in der Gießform einer Stranggießmaschine unter Verwendung der Wirbelstrom-Abstand'Smeßeinrichtung mit Differenzechaltung der Spulen bleiben jedoch noch folgende Probleme zu lösen übrig. Es würde zwar kein Problem auftreten, wenn die beiden Spulen des Sensors der Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung in gleicher Weise der elektromagnetischen Wirkung der Innenwand der Gießform ausgesetzt wären, doch ist der -Sensor in Wirklichkeit im oberen Teil der Gießform angeordnet, und daher ist die untere Spule der Wirkung der Innenwand der Gießform in höherem Maß ausgesetzt als die obere Spule. Diese Tendenz erhöht sich, wenn der Sensor näher bei der Innenwand der Gießform liegt, mit dem Ergebnis, daß dann, wenn insbsondere die Querschnittsfläche der Gießform klein ist, der Meßfehler aufgrund der verschiedenen Auswirkung der Innenwand der Gießform zwischen der oberen und der unteren Spule nicht mehr vernachlässigbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen des Pegels des geschmolzenen Metalls
in der Gießform einer Stranggießmaschine unter Verwendung einer Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung zu schaffen, mit einer Sensorspule, deren Wicklungen in Differenzschaltung verbunden sind, und deren Auslegung gewährleistet, daß insbesondere dann, wenn ein Unterschied der elektromagnetischen Wirkung der Innenwand der Gießform zwischen der oberen und der unteren Wicklung der Sensorspule besteht, jeglicher Meßfehler aufgrund dieses Unterschieds ausgeschaltet wird, wobei diese Meßeinrichtung in der Lage sein soll, den Pegel des geschmolzenen Metalls mit höherer Genauigkeit zu messen, selbst dann, wenn in einer Stranggießmaschine eine Gießform mit derart kleiner Querschnittsfläche verwendet wird, daß die Meßspule gezwungenermaßen im oberen Teil der Gießform nahe an der Innenwand derselben liegt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen des Pegels des geschmolzenen Metalls in der Gießform einer Stranggießmaschine, die mit vorbestimmter Amplitude und"Periode in Schwingung gesetzt wird, in Abhängigkeit von einer Abstandsmessung zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls und einem Meßkopf einer Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung, die in Richtung auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Gießform angeordnet ist, wobei die Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung einen Oszillator zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit vorbestimmter Frequenz und fester Amplitude enthält, einen rückgekoppelten Verstärker zum Verstärken des Wechselstromsignals, wobei der Meßkopf Wirbelstrom-Meßspulen aufweist, die in eine positive Rückkopplungsschleife des rückgekoppelten Verstärkers geschaltet sind, sowie eine durch das Wechselstromsignal angesteuerte Erregerspule, gekennzeichnet durch eine mechanische Einrichtung zum Übertragen der Schwingungen der Gießform auf den Meßkopf, eine Signaltrenneinrichtung zum Trennen des Ausgangssignals des rückgekoppelten Verstärkers
in eine Schwingungskomponente, welche der Schwingungsperiode der Gießform entspricht, und in eine von dieser Schwingungskomponente verschiedene Abstandsmeßkomponente, sowie durch eine Schaltung zum Steuern des Verstärkungsgrades des rückgekoppelten Verstärkers dergestalt, daß der Amplitudenwert der Schwingungskomponente auf einem vorbestimmten Bezugswert gehalten wird.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Gießform beim Stranggießen mit vorbestimmter Periode und Amplitude in Schwingung versetzt wird, und der Meßkopf ist mechanisch an der eigentlichen Gießform oder am Deckel der Gießform befestigt, wodurch während der Messung des Pegels des geschmolzenen Metalls ein der Schwingung der Gießform entsprechendes Signal gemessen und gleichzeitig auch die Meßempfindlichkeit der Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung dergestalt kompensiert wird, daß die Amplitude des Schwingungssignals stets auf einem vorbestimmten Wert gehalten und dadurch die Ausgangskennlinie bezüglich des Pegels des geschmolzenen Metalls linearisiert wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die mechanische Einrichtung eine Anordnung zur starren Befestigung des Meßkopfs an der eigentlichen Gießform oder am Deckel der Gießform, und sie umfaßt eine Halterung aus Metall oder einen wärmedämmenden Halteteil. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Signaltrenneinrichtung einen Sensor zum Messen des Amplitudenwerts der Schwingungskomponente nach deren Isolierung. Bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Schaltung verschiedene Meßeinrichtungen zum Messen der Abweichung des Amplitudenwerts der Schwingungskomponente vom Bezugswert, sowie eine rückkopplungs-Steuereinrichtung zum Steuern des Rückkopplungsgrads des rückgekoppelten Verstärkers, um die Abweichung auf Null zurückzuführen.
_ 7 —
Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall mit dem Wirbelstromverfahren nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Ausgangskennlinie der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,
.
Fig. 3A eine Ausgangskennlinie bzw. eine Amplitudenkennzw* linie des Schwingungssignals der Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall mit dem Wirbelstromverfahren nach dem Stand der Technik,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall mit dem Wirbelstromverfahren gemäß der 'Erfindung, 20
Fig. 5A eine Ausgangskennlinie bzw. eine Amplitudenkennlinie des Schwingungssignals für die Ausführungs-· form von Fig. 4,
Fig. 6 eine Ausgangskennlinie einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen des. Pegels von geschmolzenem Metall gemäß der Erfindung.
Vor der Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung wird zum leichteren Verständnis der Merkmale der Erfindung ein Fall beschrieben, bei dem die sehr genaue Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung mit in Differenzschaltung verbundenen Spulen, wie sie in der erwähnten japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-192805 beschrieben ist, lediglich mit der Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem
Metall in Stranggießmaschinen verwendet wird. Es muß jedoch im Auge behalten werden, daß die im Rahmen der Erfindung verwendete Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung nicht auf diesen Typ mit in Differenzschaltung verbundenen Spulen beschränkt ist.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Grundaufbau einer Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall für Stranggießmaschinen unter Verwendung der Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-192805 zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Gießform, 2 den Pegel der Oberfläche eines geschmolzenen Metalls in der Gießform, 3 einen Oszillator, 4 einen rückgekoppelten Verstärker und 5 einen Meßkopf mit einem Spulenkörper 6, einer Primärwicklung 7 und zwei Sekundärwicklungen 8 und 9. Die beiden Sekundärwicklungen sind in Differenzschaltung miteinander in Reihe verbunden. Bezugszahl 10 bezeichnet einen ■ Signalverstarker.
Bei dieser Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall ist der Meßkopf 5 oberhalb der Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls in der Gießform 1 angeordnet, so daß dann, wenn ein Wechselstrom mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz der Primärwicklung 7 vom Oszillator 3 durch den rückgekoppelten Verstärker 4 zugeführt wird, die Primärwicklung 7 ein Wechselfeld erzeugt und dieses Wechselfeld das geschmolzene Metall durchdringt und dadurch in der Oberfläche des geschmolzenen Metalls Wirbelströme erzeugt. Die Erzeugung der Wirbelströme bewirkt eine Reaktion, bei der ein Wechselfeld, dessen Polarität derjenigen der Primärwicklung 7 entgegengesetzt ist, erzeugt und der Magnetfluß durch die Sekundärwicklungen 8 und 9 verringert wird.
Die beiden Sekundärwicklungen 8 und 9 sind der Wirkung dieser Reaktion ausgesetzt, und ihre induzierten Spannungen ändern sich. Die in der Nähe der Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls liegende Sekundärwicklung unterliegt diesem Einfluß in höherem Ausmaß, und folglich ergibt sich die Beziehung zwischen der induzierten Spannung V , der Sekundärwicklung 8 und der induzierten Spannung V 2 der Sekundärwicklung 9 als V , V 2> Da die Sekundärwicklungen 8 und 9 gegenphasig miteinander verbunden sind, wird die Differenz V = (V , - V ~) ^er ^n den Sekundärwicklungen 8 und 9 induzierten Spannungen isoliert. Diese Differenzsignal-Spannung V wird in positiver Rückkopplung auf den Eingang des rückgekoppelten Verstärkers 4 über den Signalverstärker 10 geleitet (der Verstärkungsgrad ist nicht unbedingt erforderlich.
Da der Differenzbetrag V = V , - V 0 zwischen den in. den beiden Sekundärwicklungen 8 und 9 induzierten· Spannungen in Abhängigkeit vom gegenseitigen Abstand h zwisehen'dem"Spulenkörper 6 mit der darauf angebrachten Primärwicklung 7 sowie den beiden Sekundärwicklungen 8 und 9 und der Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls schwankt, ändert sich der positive Rückkopplungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers 4 und somit auch der Ausgang des Verstärkers 4.
Der Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers 4 wird demnach durch folgende Gleichung (1) wiedergegeben.
1 - G1-G2^f (h)
mit E. - Ausgangsspannung des Oszillators 3 (die Eingangsspannung des rückgekoppelten Ver
stärkers 4)
E = Ausgangsspannung des rückgekoppelten Verstärkers
G, = Leerlauf-Verstärkungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers 4
,- 2 = Verstärkungsgrad des Signalverstärkers 10 f(h) = Die durch den gegenseitigen Abstand zwischen
Meßkopf 5 und Oberfläche 2 des geschmolzenen
Metalls bestimmte Funktion f(h) - Vs/Eo
Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, ändert sich dann, wenn die Werte G,, G2 und E. festgelegt sind, der Betrag der Ausgangsspannung E in Abhängigkeit vom gegenseitigen Abstand h zwischen dem Meßkopf 5 und der Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls, und die Messung dieses Betrags entspricht somit der Messung der Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls.
Fig*. 2 zeigt ein Beispiel der Ausgangskennlinie der Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall in Fig. 1. Wie die Figur zeigt, ändert sich dann, wenn der Betrag des gegenseitigen Abstands χ zwischen der Seitenwand der Gießform 1 und dem Meßkopf 5 sich von 5mm auf 2mm ändert, die Ausgangsspannung bei gleichem Pegel des geschmolzenen Metalls h, und die Meßgenauigkeit wird äußerst stark reduziert.
Der Grund dafür liegt darin, daß aufgrund der Tatsache, daß der Meßkopf 5 von oben an die Gießform 1 angenähert ist, das von der Primärwicklung 7 des Meßkopfs 5 erzeugte Wechselfeld auch durch die Seitenwand der Gießform 1 verläuft, so daß Wirbelströme auch in der Seitenwand der Gießform entstehen und die untere Sekundärwicklung 9 in der Nähe der Gießform 1 der Wirkung dieser Reaktion in größerem Ausmaß·unterliegt als die obere Sekundärwicklung 8, die der oberen Fläche def Gießform 1 abgewandt ist.
" " 3*329-87
- li -
Diese Unsymmetrie zwischen den Sekundärwicklungen 8 und 9 bezüglich der Auswirkung der zu den Seitenwänden der Gießform fließenden Wirbel ströme tritt bei Reduzierung des gegenseitigen Abstands χ zwischen Meßkopf 5 und der Seitenwand der Gießform noch stärker in Erscheinung, und daher wird die Meßgenauigkeit für den Pegel des geschmolzenen Metalls geringer bei einer Gießform 1, deren Querschnittsfläehe so klein ist, daß der gegenseitige Abstand χ sich gezwungenermaßen reduziert.
Wenn nun die Schwingung der Gießform während des Betriebs der Stranggießmaschine mit vorbestimmter Periode und Amplitude betrachtet wird, so kann diese Schwingung dann, wenn der Meßkopf 5 fest mit der Gießform 1 verbunden ist, als Schwingung der Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls oder als Schwingungskomponente vom Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers 4 isoliert werden, und diese Schwingungskomponente wird als Schwingungssignal bezeichnet.
Fig. 3 A und 3 B sind Kennlinien für die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in Abhängigkeit von der Ausgangskennlinie bzw. der Beziehung zwischen der Ausgangskennlinie und der Amplitude des Schwingungssignals. Wenn die Ausgangskennlinie linear zum Pegel des geschmolzenen Metalls verläuft (Kurve B in Fig. 3A), so ist die Amplitude des Schwingungssignals konstant (1,0) (Kurve B in Fig. 3B) unabhängig vom Pegel des geschmolzenen Metalls. Im Gegensatz zu dieser Kennlinie zeigt die Amplitude des Schwingungssignals die Kennlinie A oder C in Fig. -3B gegenüber der Aμsgangskennlinie A oder C in Fig. 3A. Wenn die Meßempfindlichkeit derart eingestellt wird, daß die Amplitude des Schwingungssignals konstant gehalten wird, so kann offenschtlich die Ausgangskennlinie in Abhängigkeit vom Pegel des geschmolzenen Metalls Iinearisiert werden.
Es wird nunmehr die Wirbelstrom-Meßeinrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall gemäß der Erfindung beschrieben.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Ein Meßkopf 15 ist im oberen Teil einer Gießform 11 einer Stranggießmaschine starr mittels einer Halterung 30 dergestalt befestigt, daß ein zu messender Abstand zwischen dem Meßkopf 15 und der Oberfläche 12 des geschmolzenen Metalls in der Gießform 11 festgelegt ist, und die Schwingung der Gießform 11 wird direkt auf den Meßkopf 15 übertragen. Der Meßkopf 15 enthält einen einzelnen zylindrisehen Spulenkörper 16, eine Primärwicklung 17, die im wesentlichen im Mittelteil des Spulenkörpers 16 angebracht ist, und zwei. Sekundärwicklungen 18 und 19, die auf der oberen bzw. unteren Seite der Primärwicklung 17 auf -dem Spulenkörper 16 angeordnet sind." Die beiden Sekundärwicklungen 18 und 19 sind dergestalt miteinander verbunden, daß sie die gleiche Windungszahl aufweisen und in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind, wodurch sich eine Differenzschaltung der Wicklungen ergibt. Ein Oszillator 13 erzeugt ein Wechselstromsignal mit vorbestimmter Amplitude und Frequenz und überträgt dieses Wechselstromsignal auf den negativen Eingang des rückgekoppelten Verstärkers 14 durch einen Widerstand R,. Ein . Gegenkopplungswiderstand R- ist zwischen den Ausgang und den negativen Eingang des rückgekoppelten Verstärkers 14 geschaltet, und das am Ausgang anliegende verstärkte Wechselstromsignal wird an die Primärwicklung 17 des Meßkopfs 15 angelegt, wodurch die Primärwicklung 17 erregt wird. Das Meßsignal von den Sekundärwicklungen 18 und 19 wird dem positiven Eingang des rückgekoppelten Verstärkers 14 über einen Signalverstärker 20 und einen
Suinmierverstärker 27 zugeführt, und diese Teile bilden eine erste positive Rückkopplungsschleife. Der Summierverstärker 27 enthält auch zwei getrennte Eingangsschaltungen, und eine dieser Eingangsschaltungen bildet eine zweite positive Rückkopplungsschleife zur positiven Rückkopplung eines Teils des Ausgangs des rückgekoppelten Verstärkers 14 auf den positiven Eingang des rückgekoppelten Verstärkers 14. Eine dritte positive Rückkopplungsschleife des Verstärkers 14 mittels des Summierverstärkers 27 wird durch eine Schwingungssignal-Rückkopplungsschaltung gebildet, die nachstehend beschrieben wird. Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich, ist eine Amplitudenmeßschaltung 28 mit dem Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers 14 verbunden, und der Ausgang der Amplitudenmeßschaltung 28 ist mit einem Tiefpaßfilter 22 und einer Schwingungssignal-Meßschaltung 23, erforderlichenfalls über eine Linearisierschaltung 21 verbunden. Die Schwingungssignal-Meßschaltung 23 enthält z.B. einen Hochpaßfilter und eine Meßschaltung, so daß die durch die Schwingung der Gießform 1 erzeugte Schwingungskomponente vom Ausgangssignal der Amplitudenmeßschaltung 28 isoliert und ein Spannungssignal Em erzeugt wird, das der Amplitude der Schwingungskomponente entspricht. Das Spannungssignal Em wird auf einen Eingang eines Differenzverstär- kers geführt, um eine Differenz ΔΕ zwischen dem Spannungssignal Em und einer Referenzspannung Er zu erzeugen, die von einem Differenzspannungsgenerator 25 dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 24 zugeführt wird. Das Differenzsignal ΔΕ (= |Em - Er| ), das vom Differenzverstärker 24 erzeugt wird, ist ein Gleichstromsignal, so daß das Differenzsignal ΔΕ durch einen Wechselrichter 26 in ein Wechselspannungssignal umgesetzt und dann in positiver Rückkopplung auf den positiven Eingang des rückgekoppelten Verstärkers 14 über den Summierverstärker 27 geführt wird. Diese dritte Rückkopplungsschleife
bildet eine Rückkopplungsgrad-Steuerschaltung zum Steuern des positiven Rückkopplungsgrads des rückgekoppelten Verstärkers 14 dergestalt, daß das Differenzsignal ΔΕ auf Null gehalten wird.
Der Tiefpaßfilter 22 blockiert die Schwingungssignal-Komponente im Ausgang der Amplitudenmeßschaltung 28, und an einem Ausgang 29 erscheint das Ausgangssignal unter Ausschaltung der Schwingungskomponente.
Es wird nun der Betrieb der Ausführungsform von Fig. 4 beschrieben.
Wenn der Meßkopf 15 starr an der Gießform 11 befestigt ist und der Pegel der Oberfläche 12 des geschmolzenen Metalls in der Gießform 11 gemessen wird, erzeugt der rückgekoppelte Verstärker 14 eine Ausgangsspannung E , die ein zusammengestztes Signal aus einem Ausgang E, , der dem Pegel des geschmolzenen Metalls entspricht, und einem durch die Schwingung der Gießform erzeugten Signal Emsincüt bildet. Die Ausgangsspannung des zusammengesetzten Signals wird durch die Amplitudenmeßschaltung 28 einer Amplitudenmessung unterzogen und dann der Linearisierschaltung 21 zugeführt, wo sie dergestalt kompensiert wird, 5 daß eine Ausgangsspannungs-Kennlinie proportional zum Pegel des geschmolzenen Metalls entsteht. Die Ausgangsspannung der Linearisierschaltung 21 wird dem Tiepaßfilter 2 2 zugeführt, so daß der Durchgang des Schwingungssignals Emsin t blockiert wird und nur das Signal E, für die Oberfläche des geschmolzenen Metalls auf den Eingang 29 übertragen wird. Das Signal E, wird dann mit einem nicht gezeigten Anzeige- oder Registriergerät gemessen.
Die Ausgangsspannung der Linearisierschaltung 21 wird ebenfalls an die Schwingungssignal-Meßschaltung 23 ange-
legt, die ihrerseits eine Ausgangsspannung Em proportional zur Amplitude des Schwingungssignals erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird dem Differenzverstärker 24 zugeführt und mit der Referenzspannung Er von der Referenzspannungsquelle 25 verglichen. Die dadurch entstehende Differenzspannung wird einem Wechselrichter 26 in Servomotoroder Festkörpertechnik zugeführt. Die Ausgangsspannung E des rückgekoppelten Verstärkers 14 wird ebenfalls dem Wechselrichter 26 zugeführt und in eine Wechselspannung umgesetzt, die in Amplitude und Polarität der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 24 entspricht. Die Ausgangsspannung Ec des Wechselrichters 26 wird zum rückgekoppelten Verstärker 14 über den Summierverstärker 27 zurückgeführt, und der Verstärkungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers 14 wird dergestalt gesteuert, daß die Ausgangsspannung ΔΕ des DifferenzVerstärkers 24 auf Null reduziert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in Fig. 1 dargestellt, der Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers 14 an-die Primärwicklung 17 des Meßkopfs 15 angelegt, und der Ausgang der Sekundärwicklungen 18 und 19 wird dem Signalverstärker 20 zugeführt.
In diesem Fall ist die Ausgangsspannung E des. rückgekoppelten Verstärkers 14 aufgrund der obengenannten positiven Rückkopplungsschaltungen sowie der durch die Widerstände R, und R2 gebildeten Gegenkopplungsschaltung durch folgende Gleichung (2) gegeben.
N'Ein
Eo = - (2.)
1 - (1+N) [^- + G2 {ii- K + ^- f(h)}]
mit E. = Ausgangsspannung des rückgekoppelten Verstärkers N = Verstärkungsgrad (N = R2/R-, ) des rückgekoppelten Verstärkers 14 als invertierendem Verstärker
Gy = Verstärkungsgrad des Signalverstärkers 20 f(h) = die durch den gegenseitigen Abstand zwischen Meßkopf 15 und Oberfläche 2 des geschmolzenen Metalls in der Gießform bestimmte veränderliche Größe. 5
R ,R-.,R.,R1. = die Summierwiderstände des Summierverstärkers
27
K = Veränderliche Größe, bestimmt durch die Amplitude des Schwingungssignals, das zu Null wird, wenn die Ausgangsspannung der Schwingungssignal-Meßschaltung 23 gleich der Referenzspannung des Referenzspannungsgenerators 25 ist.
Mit obiger Gleichung (2) wird dann, wenn die Ausgangsspannung der Schwingungssignal-Meßschaltung 23 gleich der Referenzspannung des Referenzspannungsgenerators 25 ist, der Wert von K zu Null, und es erfolgt keine Steuerung bezüglich der Ausgangsspannung des rückgekoppelten Verstärkers 14.
Wenn andererseits die Amplitude des Schwingungssignals die Form der unter A oder C in Fig. 3B dargestellten Kennlinie einnimmt, ändert sich der Wert von K, so daß der Verstärkungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers 14 eingestellt und eine Kompensierung durchgeführt wird, um die Ausgangskennlinie in Abhängigkeit von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu linearisieren.
Bei der obengenannten Ausführungsform der Erfindung ist es demnach unabhängig von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls möglich, bei jedem beliebigen Pegel des geschmolzenen Metalls den Verstärkungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers 14 einzustellen und dadurch automatisch die Vorrichtung zum Messen des Pegels des geschmolzenen Metalls zu eichen.
Pig. 5A und 5B zeigen Kennlinien, die sich für den Fall ergeben, daß die Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall in der obengenannten Ausführungsform für eine Stranggießmaschine eingesetzt wird, und Fig. 5A zeigt die Ausgangskennlinien, die den Fällen entsprechen, in denen der gegenseitige Abstand χ zwischen Meßkopf 15 und Seitenwand der Gießform 5 mm bzw. 2 mm beträgt. Wie aus "der Figur ersichtlich, sind die beiden entsprechenden Ausgänge im wesentlichen die gleichen, und es werden vollkommen lineare Kennlinien erzielt.
Andererseits zeigt Fig. 5B die entsprechenden Amplitudenkennlinien des Schwingungssignals, aus denen ersichtlich ist, daß die Amplitude des Signals auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, unabhängig von der Oberfläche des geschmolzenen Metalls, und die Vorrichtung zum Messen des Pegels von geschmolzenem Metall arbeitet einwandfrei.
Obwohl die Ausführungsform von Fig. 4 eine Linearisier- - schaltung 21 enthält, ist es mög-ldch, das Schwingungssignal aus der Ausgangsspannung der Amplitudenmeßschaltung 28 zu isolieren und den Verstärkungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers 14 in der gleichen Weise zu steuern wie zuvor erwähnt, wodurch eine einfache automatische Linearisierschaltung ensteht und die Linearisierschaltung 21 erübrigt wird. Die entsprechende Ausgangskennlinie wird in Fig. 6 gezeigt.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Wirbelstrommeßeinrichtung für den Pegel von geschmolzenem Metall gemäß der Erfindung folgende Auswirkungen mit sich bringt.
(1) Da die Amplitude des Schwingungssignals gemessen und der Verstärkungsgrad des rückgekoppelten Verstärkers dergestalt eingestellt wird, daß die Amplitude auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, nimmt die Ausgangskennlinie in Abhängigkeit von der Oberfläche
des geschmolzenen Metalls stets die Form einer linearen Kennlinie an.
(2) Selbst wenn die gegenseitige Lage des Meßkopfs und der Gießform geändert wird, kann der Pegel des geschmolzenen Metalls mit hohem Genauigkeitsgrad gemessen werden.
(3) Da automatisch eine Kompensierung der Auswirkung der Seitenwand der Gießform erfolgt und die Oberfläche des geschmolzenen Metalls mit hohem Genauigkeitsgrad gemessen wird, kann die Vorrichtung auch in Fällen verwendet werden, bei denen sich die Breite des Gußstrangs automatisch ändert.
- Leerseite -

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Messen des Pegels eines geschmolzenen Metalls in einer Gießform einer Stranggießmaschine, die mit vorbestimmter Amplitude und Periode in Schwingung gesetzt wird, in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Abstandsmessung zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls und einem Meßkopf einer Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung, die in Richtung auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Gießform angeordnet ist, wobei die Wirbelstrom-Abstandsmeßeinrichtung einen Oszillator (13) zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit vorbestimmter Frequenz und fester Amplitude enthält, einen rückgekoppelten Verstärker (14) zum Verstärken des Wechselstromsignals, wobei der Meßkopf (15) Wirbelstrom-Meßspulen aufweist, die in eine positive Rückkopplungsschleife des rückgekoppelten Verstärkers geschaltet sind, sowie eine durch das Wechselstromsignal angesteuerte Erregerspule, gekennzeichnet durch eine mechanische Einrichtung .(30) zum Übertragen der Schwingungen der Gießform (11) auf den Meßkopf (15), eine Signaltrenneinrichtung (22, 23) zum Trennen eines Ausgangssignals des rückgekoppelten
7RQ7o.7Kd Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen (BLZ 69470039) 146332
Verstärkers (14) in eine Schwingungskomponente, welche der Schwingungsperiode der Gießform (11) entspricht, und in eine von dieser Schwingungskomponente unterschiedene Abstandsmeßkomponente, und durch eine Schaltung (24, 25, 26, 27) zum Steuern des Verstärkungsgrades des rückgekoppelten Verstärkers (14) dergestalt, daß der Amplitudenwert der Schwingungskomponente
auf einem vorbestimmten Bezugswert gehalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (15) mechanisch an der Gießform (11) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaltrenneinrichtung einen Sensor (23)
zum Messen des Amplitudenwerts der Schwingungskomponente enthält.
"
4. Vorrichtung nach Anspruch 1", dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung verschiedene Meßeinrichtungen (24, 25) zum Messen des Unterschieds zwischen dem Amplitudenwert der Schwingungskomponente und dem Bezugswert enthält, sowie eine Rückkopplungs-Steuereinrichtung (26, 27) zum Steuern des Rückkopplungsgrads des rückgekoppelten Verstärkers (14), um die Differenz auf
Null zurückzuführen.
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