УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к устройствам измерения уровня расплавленного металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности, например, в аппаратах магниотермического восстановления титана.

Известны индуктивные датчики, предназначенные для измерения уровня электропроводящих сред (см. А.с. СССР №428224, 1970). Недостатком их является большая погрешность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции является устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости, содержащее обмотки возбуждения и датчики уровня, а также вычислительное средство (см. патент РФ №2194952, опубл. 29.12.2002). Недостатком этих устройств является большая погрешность и необходимость тарирования устройств.

Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения количества обмоток, снижения трудоемкости измерения и повышение ее точности. Для решения поставленной задачи устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости содержит обмотки возбуждения и датчики уровня, а также вычислительное средство, причем обмотки возбуждения и датчики уровня расположены попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, а вычислительное средство соединено с датчиками уровня и выполнено с возможностью опроса датчиков, оцифровывания значений напряжения на датчиках, аппроксимации полученных от датчиков значений расчетной кривой, вычисления производной этой кривой и определения уровня металла по области максимума значений производной, при этом обмотки возбуждения включены последовательно и образуют соленоид.

Существенными отличительными признаками в указанной выше совокупности является то, что обмотки возбуждения и датчики уровня расположены попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, а вычислительное средство соединено с датчиками уровня и выполнено с возможностью опроса датчиков, оцифровывания значений напряжения на датчиках, аппроксимации полученных от датчиков значений расчетной кривой, вычисления производной этой кривой и определения уровня металла по области максимума значений производной, при этом обмотки возбуждения включены последовательно и образуют соленоид.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема расположения датчиков вокруг емкости с расплавленным металлом, на фиг.2 - расчетная кривая напряжений, на фиг.3 - кривая производной расчетных значений.

Устройство содержит обмотки возбуждения 1, датчики уровня 2 в виде индукционных витков, вычислительное средство 3. Обмотки возбуждения 1 и датчики уровня 2 расположены попарно за пределами объекта контроля вокруг емкости 4 с расплавленным металлом 5 с шагом L, равным не более 10 заданной погрешности α, причем обмотки возбуждения 1 могут быть включены последовательно и образовывать соленоид, а вычислительное средство 3 соединено с датчиками уровня 2 и выполнено с возможностью опроса датчиков, оцифровывания значений напряжения на датчиках, аппроксимации расчетной кривой напряжений 6 по полученным значениям 7 (фиг.2) от датчиков 2, вычисления производной этой кривой 8 (фиг.3) и определения уровня металла по области максимума значений производной.

Устройство работает следующим образом. На обмотки возбуждения 1 подается переменное напряжение с частотой, отличной от частоты питающей сети (с целью избавления от помех). В обмотках датчиков уровня 2 наводится индукционная ЭДС, которая регистрируется вычислительным средством 3. Вычислительное средство 3 оцифровывает полученные значения и аппроксимирует их расчетной кривой 6 (см. фиг.2). Расчетная кривая может быть получена путем решения модельной задачи о распределении переменного магнитного поля вблизи торца металлического цилиндра заданного диаметра и проводимости. При этом используется, например, метод наименьших квадратов (см. Г.Корн и Б.Корн. Справочник по математике. М.: Наука, 1978, стр.717). Вычисляется производная расчетной кривой и определяется максимальное значение производной по кривой 8 (см. фиг.3), по положению которой определяется уровень металла. Последовательное включение обмоток возбуждения 1 позволяет увеличить мощность сигнала с датчиков уровня 2.

Испытания, проведенные по определению уровня расплавленного магния в емкости (реторте) из нержавеющей стали с толщиной стенок 20 мм, подтвердили работоспособность устройства и достижение планируемых результатов (погрешность α определения уровня расплавленного металла не превышала величины 0,5 см.). Устройство позволяет уменьшить количество обмоток возбуждения и датчиков уровня, повысить точность определения уровня металла, обеспечить погрешность не выше заданной, снизить трудоемкость операций замера за счет исключения тарировки устройства.