УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2008 года по МПК G01F23/26 G01F23/28 

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

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости, содержащее фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом (патент RU 2287782, опубл. 20.11.2006).

Недостатком его является большая погрешность и нестабильность характеристик.

Предлагаемым изобретением решается задача повышение точности определения уровня расплавленного металла.

Для достижения этого технического результата устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости содержит фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, причем количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел, обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания, при этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром, причем в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром, кроме того, суммирующий трансформатор снабжен фильтром частоты питающей сети, а в качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя.

Признаки, отличающие предлагаемое устройство от наиболее близкого к нему, известного, характеризуют следующее: количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел, обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания, при этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром, при этом в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром, кроме того, суммирующий трансформатор снабжен фильтром частоты питающей сети, а в качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 диаграммы сигналов.

Устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости содержит обмотки возбуждения 1 и датчики уровня 2, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, причем количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел 1, 2, 3.... Обмотки возбуждения 1 подключены к источнику трехфазного питания. Датчики 2 соединены с обмотками суммирующего трансформатора 3, выходная обмотка 4 которого связана с фазометром 5, при этом в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления 6, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка 7 которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения 1, а вторичная обмотка 8 связана с фазометром 5. Кроме того, суммирующий трансформатор 3 снабжен фильтром частоты питающей сети 9, представляющей собой параллельный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц. В качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя (не показано). Трансформатор тока служит для подачи опорного сигнала, относительно которого измеряется фаза.

Работа устройства заключается в следующем. В трехфазной сети переменного тока номинальное значение сдвига фаз равно 120 градусам. При отсутствии возмущающего действия проводящего тела такая система витков при малом расстоянии между витками по сравнению с их радиусом автокомпенсирована (фиг.2), поскольку суммарное (от всех трех витков возбуждения) магнитное поле равно нулю. Практически в результате влияния конструктивных параметров и разброса параметров питающей сети имеется расхождение (фиг.3). Поэтому для получения сигнала, близкого к нулю, требуется выделить полезный сигнал, частота которого равна частоте питающей сети, и подавить гармоники (провести фильтрацию сигнала от частоты питающей сети) и с помощью балансировочных сопротивлений провести регулировку. Приближение границы вакуум-металл приводит к ослаблению одной из составляющей b магнитного поля. Наступает разбаланс суммарного поля и появляется результирующее поле b=b_m sin(ωt+ϕ), где b_m - амплитуда, ϕ - фаза результирующего поля, отсчитанная от начальной (нулевой) фазы вектора b. При дальнейшем перемещении границы вакуум-металл фаза результирующего поля будет меняться как за счет взаимодействия границы с парами витков, так и за счет изменения амплитуд. Таким образом, перемещение границы вакуум-металл в системе из трех витков с трехфазным питанием приводит во вращение против часовой стрелки вектора результирующего поля, что в первом приближении эквивалентно закону изменения фазы вида

ϕ=Const-kx,

где х - перемещение границы, k - коэффициент пропорциональности. Соответственно, мгновенное положение границы вакуум-металл может быть выражено в следующем виде:

х=Const - α ϕ,

где ϕ - измеренное значение фазы, Const и α - константы, зависящие от выбора начальной фазы и расстояния между парами витков.

После монтажа система проходит проверку и балансировку с помощью балансировочных сопротивлений 6. Сигнал с вторичной обмотки 4 суммирующего трансформатора должен быть равен нулю.

В рабочем режиме аппарат находится в печи со смонтированной в ней измерительной системой. Производится измерение уровня металла, который принимается за нулевой (точку отсчета уровня).

Испытания проходили на металлургическом участке цеха. Измерялся уровень жидкого магния в аппарате восстановления титана. Реторта содержала слой магния высотой 300 мм, отделенный от дна аппарата слоем соли хлорида магния высотой порядка 300 мм. В печи аппарат предварительно разогревался до температуры 850°С. Температура измерялась с помощью радиационного пирометра. Изменение уровня магния имитировалось путем вертикального перемещения реторты, небольшими шагами (порядка 40 мм) с помощью мостового крана. Питание возбуждающих витков осуществлялось от сети трехфазного переменного тока через понижающий трансформатор. Ток в обмотках поддерживался на уровне 150 А. Чередование фаз токов возбуждения соответствовало последовательности А-В-С.

Испытания показали, что предлагаемая система позволяет контролировать уровень магния с точностью до 5 мм, при толщине слоя 300 мм, при перемещении до 800 мм.

Изобретение относится к устройствам измерения уровня расплавленного металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности, например в аппаратах магнитотермического восстановления титана. Сущность: устройство содержит фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом. Количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел. Обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания. При этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром. В цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром. Кроме того, суммирующий трансформатор снабжен фильтром частоты питающей сети, а в качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя. Технический результат: повышение точности определения уровня расплавленного металла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости, содержащее фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, отличающееся тем, что количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел, обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания, при этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром, при этом в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром.2. Устройство для определения уровня расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что суммирующий трансформатор снабжен пропускающим фильтром частоты питающей сети.3. Устройство для определения уровня расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что в качестве обмоток возбуждения используются обмотки нагревателя.