Устройство для измерения толщины слоя электропроводной жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F23/00 C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для контроля и регулирования плавки стали в электродуговых печах, в частности для определения количества шлака в печи по толщине его слоя,

Известно устройство для измерения толщины слоя электропроводной жидкости, содержащее источник питания, два электрода, соединенные с механизмом перемещения, регистрирующий прибор, нагрузочный резистор, управляемый ключ, дифференциальный усилитель, первый и второй пороговые элементы, первый и второй триггеры, датчик интегрального расхода масла из плунжера гидросистемы механизма перемещения электродов, реле времени, пусковую кнопку и масштабный усилитель,

присоединенный выходом к входу регистрирующего прибора, а входом - к выходу датчика интегрального расхода масла. Плюсовая шина первого выхода источника питания соединена с первым электродом. Второй электрод через последовательно сЪе- диненные управляемый ключ и нагрузочный резистор соединен с минусовой шиной источника питания. Первый и второй выходы нагрузочного резистора подсоединены к первому и второму входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с выходами проговых элементов. Выход первого порогового элемента соединен со счет- ным входом первого триггера, выход которого связан с входом интегрального датчика расхода масла, а вход Установка 0 - с выходом второго порогового элемента и

XI

О О СО

N XJ

входом реле времени, выход которого соединен с первым входом механизма перемещения электродов и входом Установка О второго триггера, подсоединенного выходом к управляющему входу управляемого ключа, второму входу механизма перемещения электродов. Вход Установка 1 второго триггера соединен с первой клеммой пусковой кнопки, вторая клемма которой подключена к второму выходу источника питания.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии пусковой кнопки срабатывает система блокирования главного выключателя, в результате чего отключается напряжение питания силовых электродов и подается команда на их опускание. При достижении электродами шлакового слоя формируется импульс тока, вызывающий срабатывание первого порогового элемента и разрешение работы датчика интегрального расхода масла. При дальнейшем опускании электродов они достигают слоя жидкого металла, При этом формируется импульс тока более высокого уровня, улавливаемый вторым пороговым элементом, который сигналом на своем выходе запрещает работу датчика интегрального расхода масла. По количеству масла, выдавленного из под плунжера механизма перемещения электродов при их перемещении через слой шлака, которое фиксируется датчиком интегрального расхода масла, судят о количестве шлака в печи.

Недостатками устройства является не- высоая надежность вследствие его технической сложности, а также недостаточно высокая точность измерения из-за влияния шунтирующего действия на измерительный контур (плюсовая шина источника питания - первый силовой электрод - шлак - второй силовой электрод - управляемый ключ - нагрузочный резистор - минусовая шина источника питания) вторичной обмотки силового трансформатора, питающего силовые электроды и создающего помехи в измерительном контуре. Кроме того, наличие высоких давлений в системе гидропровода силовых электродов требует наличия соответствующего датчика расхода интегрального количества масла, являющегося остродефицитным.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет упрощения его технической структуры и повышение точности измерения за счет устра- нения помех, создаваемых силовым трансформатором.

Для этого в устройство для измерения толщины слоя электропроводной жидкости,

содержащее источник питания, подключенный плюсовой и минусовой шипами соответственно к силовому электроду, соединенному механически с электрододержателем, и первому выводу нагрузочного резистора, масштабный усилитель, RS-триг- гер, первый и второй пороговые элементы, соединенные первыми входами соответственно с первым и вторым выходами источника опорного напряжения и пусковую кнопку, блок информации, дополнительно введены измерительный электрод, первый и второй элементы И, счетчик импульсов, элемент НЕ, усилитель мощности и датчик

перемещения силового электрода, механически связанный с электрододержателем, второй выход нагрузочного резистора через масштабный усилитель соединен с вторыми входами пороговых элементов, выход первого из которых подключен к первому входу первого элемента И, соединенного вторым входом с входом Установка 0 RS-триггера и через элемент НЕ с выходом второго порогового элемента, а третьим - с системой

блокировки главного выключателя, прямым выходом - триггера и первым выходом привода перемещения механизма электродо- держателя, второй вход котрого подключен к инверсному выходу RS-триггера, выход

первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И и через усилитель мощности с входом датчика перемещения силового электрода, связанного выходом с вторым входом второго элемента И, выход

которого подсоединен к информационному входу счетчика импульсов, соединенного входом Установка 0 с первой клеммой пусковой кнопки и входом Установка 1 RS- триггера, а выходами - с входами блока

индикации, вывод измерительного электрода, вторая клемма пусковой кнопки и третий вывод нагрузочного резистора присоединены к общей шине устройства.

Введение измерительного электрода

позволяет устранить шунтирующее действие силового трансформатра на измерительную цепь, а также уменьшить в ней влияние помех, создаваемых его обмотками при включении силовых агрегатов (электромостовые краны, завалочные машины и др.).

Введение дополнительных логических элементов И и НЕ упрощает схему записи числа импульсов, пропорционального тол- щине слоя шлака в счетчик импульсов.

Введение датчика перемещения силового электрода обеспечивает получение импульсов, число которых пропорционально величине перемещения силового электрода в шлаковом слое.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - вариант конструкции датчика перемещения силового электрода; на фиг.З - временная диаграмма работы элементов и узлов устройства; на фиг.4 - вариант установки датчика перемещения электрода на механизме электрододержа- теля.

Устройство для измерения толщины слоя электропроводной жидкости содержит силовой электрод 1, измерительный электрод 2, привод 3 перемещения механизма электрододержателя, источник 4 питания измерительной цепи, нагрузочный резистор 5, масштабный усилитель 6, источник 7 опорных напряжений, первый 8 и второй 9 пороговые элементы, элемент НЕ 10, элемент И 11, пусковую кнопку 12, RS-триггер 13, усилитель 14 мощности, датчик 15 перемещения силового электрода, второй элемент И 16, счетчик 17 импульсов и блок 18 индикации.

Датчик (фиг.2) 15 представляет собой зубчатую пару (рейка-колесо), устанавливаемую на подвижной и неподвижной частях электрододержателя. Датчик 15 содержит зубчатую рейку 19, установленную на подвижной стойке 20 электрододержателя, и зубчатый диск 21. крепящийся посредством консоли 22 к неподвижной стойке 23 электрододержателя, подпружиненной с помощью пружин 24 и упора 25 к зубчатой рейке 19. По окружности зубчатого диска 21 просверлены отверстия 26 диаметром 2 мм с шагом 2 мм, что позволяет обеспечить точность измерения перемещения с шагом в 5 мм, при этом диаметр диска 21 не оказывает влияния на точность измерения и подбирается исходя из конструктивных соображений1. Сигнальная часть датчика выполнена в виде подковообразного узла 27, охватывающего край зубчатого диска 21 с отверстиями 26. Соосно с отверстиями 26 с противоположных сторон диска 21 в частях узла 27 установлена сигнальная пара излучатель-приемник 28-29. В качестве излучателя 29 используется лампа накаливания, а приемником служит фотодиод 28 (фиг,6). Место установки датчика 15 определяется исходя из конструкции электрододержателя,

Вариант реализации установки датчика относится к 100-тонным печам марки И 7 с гидравлическим приводом механизма перемещения электрода (фиг.4). В этом случае крепление зубчатой рейки 19 осуществляется к подвижной телескопической стойке 30 электрододержателя 3, датчика с диском 21 - к неподвижной стойке 31. Силовой электрод 1 зажимается в головке 32 электрододержателя 3, которая через рукав 33 электрододержателя соединена с подвижной стойкой 30,

Устройство для измерения толщины

слоя электропроводной жидкости работает следующим образом.

В исходном состоянии силовой электрод 1 находится в верхнем положении, на выходах пороговых элементов 7, 8 нулевые

0 уровни сигналов, триггер 12 также находится в нулевом состоянии, перед измерением измерительный электрод 2 погружают в ванну до проникновения в жидкий металл.

С нажатием пусковой кнопки 12 RS5 триггер 13 меняет свое состояние на противоположное и на его прямом выходе формируется сигнал единичного уровня, обеспечивающий срабатывание системы блокировки главного выключателя (в резуль0 тате чего отключается силовое напряжение, подаваемое на силовой электрод 1) и формирование команды в приводе 3 перемещения механизма электродержателя силового электрода 1 на его опускание. Придостиже5 нии силовым электродом 1 шлакового слоя, замыкается измерительная цепь, плюсовая шина источника 4 питания - силовой электрод 1 - сопротивление шлак - устройства - нагрузочный резистор 5 - минусовая шина

0 источника питания 4. При этом на нагрузочном резисторе 5 формируется импульс тока, усиливаемый масштабным усилителем 6, вызывающий срабатывание первого порогового элемента 8, в результате чего на его

5 выходе формируется сигнал единичного уровня. Уровни срабатывания пороговых элементов 8 и 9 задаются опорными напряжениями, вырабатываемыми источником 7 опорных напряжений. Поскольку на все вхо0 ды элемента И 11 поступают сигналы единичного уровня, на его выходе также формируется единичный сигнал, который усиливается усилителем 14 мощности и обеспечивает засветку индикатороз датчи5 ка 15 перемещения силового электрода 1. Кроме того, сигнал о выходе элемента И 11 поступает на первый вход второго элемента И 16, обеспечивая тем самым разрешение прохождения сигналов со второго его входа

0 на выход. При опускании силового электрода 1 зубчатая рейка 19, установленная на подвижной стойке электрододержателя перемещается вместе с ней. вызывая посредством зубчатого зацепления вращение

5 диска 21. При этом происходит прерывание диском 21 светового потока, формируемого излучателем 29, вследствие чего происходит импульсное изменение электрического сопротивления фотодиода 28, преобразуемого формирователем (см. фиг.6 приложения)

и электрические прямоугольные импульсы, поступающие через элемент И 16-на информационный вход счетчика 17, обеспечивающего подсчет их количества. С выходов счетчика 17 импульсов сигналы поступают на выходы блока 18 индикации, где высвечиваются в виде десятичного кода, пропорционального числу импульсов, накопленных счетчиком 17. При дальнейшем опускании силового электрода 1, он достигает слоя жидкого металла. Поскольку электрическое сопротивление жидкого металла значительно ниже (примерно, на один порядок) сопро- тивления шлаковой среды, то на погрузочном резисторе 5 появляется второй импульс тока, который усиливаясь масштабным усилителем 6, вызывает срабатывание второго порогового элемента 9, в результате чего на его выходе формируется сигнал еди- ничнго уровня. Этот сигнал, инвертируясь элементом НЕ 10, устанавливает RS-триггер 13 в нулевое состояние, что ведет к формированию команды на поднятие электрода 1 и появлению на выходе элемента И 11. сигнала нулевого уровня, запрещающего прохождение импульсов от датчика 15 через элемент И 16 к счетчику 17.

Одновременно нулевой уровень сигнала на выходе элемента И 11 вызывает гашение светового индикатора датчика 15 перемещения электрода, что ведет к прекращению вырабатывания датчиком 15 импульсов, Следовательно, формирование импульсов датчиком 15 и их регистрация счетчиком 17 осуществляется только с момента касания электродом 1 шлакового слоя и до момента касания им слоя жидкого металла, а количество импульсов, выработанных датчиком 15, пропорцинально толщине шлакового слоя.

Таким образом, введение измерительного электрода 2, дополнительных логических элементов НЕЮ, элементов И 11, 16 и датчика 15 перемещения силового электрода позволяет устранить шунтирующее действие обмотки силового трансформатора, упростить схему устройства и в результате повысить надежность устройства и точность измерения.

Формула изобретения Устройство для измерения толщины слоя электропроводной жидкости, содержащее источник питания, подсоединенный

плюсовой и минусовой шинами соответственно к силовому электроду, соединенному механически с электрододержателем, и первому выводу нагрузочного резистора, масштабный усилитель, RS-триггер, первый и

второй пороговые элементы, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами источника опорного напряжения, пусковую кнопку, блок индикации, отличающееся тем, что, с

целью повышения надежности в работе устройства и точности измерения, в него введены измерительный электрод, первый и второй элементы И, счетчик импульсов, элемент НЕ, усилитель тока и датчик перемещения силового электрода, механически соединенный с электрододержателем, второй вывод нагрузочного резистора через масштабный усилитель соединен с вторыми входами первого и второго пороговых элементов, выход первого из которых подсоединен к первому входу первого элемента И, соединенного вторым входом с входом Установка 0 RS-триггера и выходом элемента НЕ, вход которого соединен с выходом второго порогового элемента, третий вход первого элемента И присоединен к системе блокировки главного выключателя, прямому выходу RS-триггера и первому входу привода перемещения механизма электрододержателя, второй вход которого подсоединен к инверсному выходу RS-триггера, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И и через усилитель мощности - с входом датчика перемещения

силового электрода, соединенного выходом с вторым входом второго элемента И, выход которого подсоединен к информационному входу счетчика импульсов, соединенному входом Установка 0 с первой клеммой пусковой кнопки и входом Установка 1 RS- триггера, а выходами - с входами блока индикации, вывод измерительного электрода, вторая клемма пусковой кнопки и третий вывод нагрузочного резистора присоединены к общей шине устройства.

Ј

5V

Фиг.5

10

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для контроля и регулирования плавки стали в электродуговых печах для определения количества шлака в печи по толщине его слоя. Целью изобретения является повышение надежности в работе устройства и точности измерения. Устройство содержит силовой и измерительный электроды 1, 2, электродержатель 3, источник 4 питания измерительной цепи, нагрузочный резистор 5, масштабный усилитель 6, источник 7 опорных напряжений, первый 8 и второй 9 пороговые элементы, элемент 10 НЕ, элементы И 11 и 16, пусковую кнопку 2, RS-триггер 13, усилитель 14 мощности, датчик 15 перемещения силового электрода, счетчик 17 импульсов и блок 18 индикации. Наличие измерительного электрода 2 позволяет устранить шунтирующее действие силового трансформатора на измерительную цепь, а также уменьшить в ней влияние помех, создаваемых его обмотками при включении силовых агрегатов. 7 ил. сл

11$-1у /йте4& 23

cfSf

ц + 6ъ

frexojy

элемента /б1//

Г, -LTLT

Ъ - XT31S Фиг. б

Датчик

перемещения

Г

з/

О

Фиг.1