專利名稱：電磁鑄造金屬液位檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬液位的非接觸檢測(cè)，主要應(yīng)用于電磁鑄造金屬坯錠工藝中。
至今，利用電參量變化來(lái)進(jìn)行金屬液位非接觸檢測(cè)的方法主要有互感器法、電渦流法、電容法等。其中，互感器法的基本原理是由具有一定頻率的交流電源(激勵(lì)源)、激勵(lì)線圈、檢測(cè)線圈組成一個(gè)激發(fā)、接收回路，激勵(lì)源將一定頻率的交流電供給激勵(lì)線圈，使之產(chǎn)生同樣頻率的交變電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)穿過(guò)待測(cè)液體金屬到達(dá)檢測(cè)線圈，從而得到電信號(hào)。當(dāng)兩線圈間的液體金屬液位發(fā)生變化時(shí)，改變了兩線圈間的互感耦合系數(shù)，從而改變了檢測(cè)信號(hào)的大小，這樣就檢測(cè)出金屬液位的變化。
電渦流法與此類似，只是取消了檢測(cè)線圈，直接從激勵(lì)線圈中取出因液位變化而產(chǎn)生的電信號(hào)。
上述兩種方法，由于都使用具有一定頻率的工作電磁場(chǎng)，因而當(dāng)存在外部電磁場(chǎng)時(shí)，易受干擾，使精度下降，甚至無(wú)法工作。
電容法使用兩個(gè)電極，使液體金屬處于其間，兩電極間電容隨液體金屬表面的位置而改變，根據(jù)電容的變化即可檢測(cè)液位變化。但電容的測(cè)量也需使用一定頻率的交流電，所以同樣易受外磁場(chǎng)的干擾。
電磁鑄造是根據(jù)電磁感應(yīng)原理而開(kāi)發(fā)的連續(xù)鑄造金屬坯錠的技術(shù)，它使用強(qiáng)交變電磁場(chǎng)來(lái)約束液體金屬成型凝固。它對(duì)周圍電設(shè)備具有嚴(yán)重干擾。在此環(huán)境中，前述幾種檢測(cè)金屬液位的方法都將受到嚴(yán)重干擾，難以使用。
本發(fā)明的目的是解決電磁鑄造強(qiáng)電磁干擾下的液位檢測(cè)問(wèn)題，將電磁干擾源用為工作源，實(shí)現(xiàn)金屬液位檢測(cè)。
本發(fā)明的基本工作原理是，電磁鑄造中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度與金屬液位相關(guān)，金屬液位的變化將引起電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，根據(jù)這一變化即可檢測(cè)液位變化。
如圖1所示，在電磁鑄造過(guò)程中，感應(yīng)器(3)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，以便使液體金屬(2)成型。在液體金屬柱(2)上方放置一小線圈(1)時(shí)，就在小線圈(1)兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E，其大小與電磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。當(dāng)金屬液位(4)變化時(shí)，電磁場(chǎng)強(qiáng)度將隨之變化，小線圈(1)的電勢(shì)E也將相應(yīng)改變，這樣就檢測(cè)出液位變化。
在實(shí)際鑄造過(guò)程中，金屬液位(4)和感應(yīng)器(3)中的電流都影響著小線圈(1)的電勢(shì)E的大小。根據(jù)電磁感應(yīng)原理可推得下式△E＝K1△I+K2△h (1)其中，△E為小線圈(1)的電勢(shì)變化值;△I為感應(yīng)器(3)中電流的變化;△h為金屬液位(4)的變化;K1、K2為常數(shù)。為使△E僅與△h有關(guān)，就應(yīng)使△I＝0，或者從△E中消除△I的影響，使△E＝K△h(2)在實(shí)際應(yīng)用中，保證△I＝0較為困難。采用消除△I影響的方法則較為容易。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案是如圖2所示，在液體金屬柱(2)的上方放置由線圈制成的主探頭(5)，檢測(cè)金屬液位的變化。在感應(yīng)器外側(cè)放置由線圈制成的副探頭(6)，它檢測(cè)電流變化。由主探頭(5)檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)由過(guò)濾放大器(8)、線性檢波器(10)、電壓放大器(12)進(jìn)入求差電路(13)。由副探頭(6)檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)由過(guò)濾放大器(7)、線性檢測(cè)器(9)、電壓放大器(11)進(jìn)入求差電路(13)。在求差電路(13)中，利用副探頭(6)檢測(cè)到的電流變化信號(hào)，消除掉主探頭(5)的信號(hào)中電流變化部分，從而獲得純金屬液位變化信號(hào)。其信號(hào)再經(jīng)一級(jí)放大器(15)，就可進(jìn)入計(jì)算機(jī)(16)。在電路中設(shè)置過(guò)壓和反壓保護(hù)電路(14)。
電流變化信號(hào)的獲取也可使用互感器，如圖3所示，在感應(yīng)器(3)的供電電路(17)上，按裝中頻互感器(400/5)(18)，再將其輸出端接入信號(hào)處理電路(19)中。信號(hào)處理電路(19)是由前述(圖2)兩個(gè)過(guò)濾放大器(7)、(8)，兩個(gè)線性檢波器(9)、(10)，兩個(gè)電壓放大器(11)、(12)，求差電路(13)，過(guò)壓和反壓保護(hù)電路(14)，放大器(15)組成。在信號(hào)處理電路(19)中，由互感器(18)來(lái)的電流變化信號(hào)消除掉主探頭(5)的信號(hào)中的電流變化部分，從而檢測(cè)出金屬液位的變化。
圖4是檢測(cè)主探頭(5)、檢測(cè)副探頭(6)的結(jié)構(gòu)圖。線圈(23)由銅線或Ni-20%Cr絲繞制而成，它繞在絕緣管(21)上。絕緣管(21)材料為石英玻璃，它支撐著線圈(23)，使其尺寸和形狀不變。絕緣管(21)連同線圈(23)一起被封裝于套管(22)中。套管(23)的材料為陶瓷或Al2O3，它固定和保護(hù)絕緣管(21)和線圈(23)，避免外力的影響和減小使用過(guò)程中高溫環(huán)境的影響。套管(22)內(nèi)充填隔熱材料氧化鎂粉、陶瓷粉、Al2O3粉等形成填充層(24)。填充層(24)使絕緣管(22)固定在套管(23)上，也使線圈(22)的位置固定。接線柱(20)固定在套管(22)上，線圈(23)兩端接于其上，以便外接。線圈的主要參數(shù)是線圈匝數(shù)5～100匝;
線圈直徑10～150mm;
線圈高度2～100mm;
繞線層數(shù)1～5層;
線徑0.02～2mm。
以下是本發(fā)明


圖1是電磁鑄造過(guò)程中小線圈檢測(cè)金屬液位原理圖。
圖中，(1)是小線圈，(2)是金屬液柱，(3)是感應(yīng)器，(4)是金屬液柱上表面，即金屬液位。
圖2是同時(shí)使用主探頭和副探頭來(lái)檢測(cè)金屬液位，消除電流影響的電路系統(tǒng)示意圖。
圖中，(2)是金屬液柱，(3)是感應(yīng)器，(5)是由線圈制成的主探頭，(6)是由線圈制成的副探頭，(7)是濾波放大器，(8)是濾波放大器，(9)是線性檢波器，(10)是線性檢波器，(11)是電壓放大器，(12)是電壓放大器，(13)是求差電路，(14)是過(guò)壓和反壓保護(hù)電路，(15)是放大器，(16)是計(jì)算機(jī)。
圖3是同時(shí)使用主探頭和互感器來(lái)檢測(cè)金屬液位，消除電流影響的電路系統(tǒng)示意圖。
圖中，(2)是金屬液柱，(3)是感應(yīng)器，(5)是主探頭，(17)是感應(yīng)器(3)的供電線路，(18)是中感互感器，400/5，(19)信號(hào)處理電路。
圖4是檢測(cè)探頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖中，(20)是接線柱，(21)是絕緣管，(22)是套管，(23)是線圈，(24)是填充層。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例是探頭線圈尺寸參數(shù)為匝數(shù)10匝;直徑26mm;高度16mm;線徑0.2mm。主探頭和副探頭線圈尺寸相同。在截面尺寸為120×50mm的方錠和φ90mm的圓錠電磁鑄造中使用，性能穩(wěn)定，抗電磁干擾，絕對(duì)誤差小于0.4mm，靈敏度為0.1mm，滿足電磁鑄造使用要求。
權(quán)利要求
1.一種電磁鑄造工藝中無(wú)接觸檢測(cè)金屬液位方法，其特征是由線圈制成的主探頭(5)位于液體金屬柱(2)上方，檢測(cè)金屬液位，由線圈制成的副探頭(6)位于電磁鑄造感應(yīng)器(3)外側(cè)，檢測(cè)電流變化，或用互感器(18)從主工作電路(17)上取出電流變化；主探頭(5)和副探頭(6)或互感器(18)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)入處理電路(19)，由副探頭(6)或互感器(18)的電流變化信號(hào)來(lái)消除主探頭(5)的檢測(cè)信號(hào)中電流變化部分，從而獲得純金屬液位變化信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁鑄造金屬液位檢測(cè)方法，其特征在于主探頭(5)和副探頭(6)主要由線圈(23)、絕緣管(21)、套管(22)和填充層(24)組成;線圈(23)由銅絲、Ni-20%Cr絲等非鐵磁性金屬絲繞制而成，絕緣管(21)為石英玻璃、陶瓷等耐熱非金屬材料，套管(22)為陶瓷、Al2O3等耐熱非金屬材料，填充層(24)為氧化鎂粉、陶瓷粉、Al2O3粉等耐熱非金屬材料;線圈的主要幾何參數(shù)是匝數(shù)5～100匝;線圈直徑10～150mm;線圈高度2～100mm;繞線層數(shù)1～5層;絲徑0.02～2mm。
全文摘要
本發(fā)明為一種電磁鑄造無(wú)接觸金屬液位檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的是將電磁干擾源用為工作源，較精確地檢測(cè)出在類似電磁鑄造這樣強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的金屬液位，本方法抗強(qiáng)電磁干擾能力強(qiáng)，精度較高，使用簡(jiǎn)便，為電磁鑄造過(guò)程的自動(dòng)控制提供了監(jiān)測(cè)手段，從而保證鑄造過(guò)程順利進(jìn)行，生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄錠，其應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)G01F23/26GK1068189SQ9110441
公開(kāi)日1993年1月20日 申請(qǐng)日期1991年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月24日
發(fā)明者金俊澤, 任忠鳴, 朱曉鷹 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)