[发明专利]电磁铸造金属液位检测方法

说明书

本发明属于金属液位的非接触检测，主要应用于电磁铸造金属坯锭工艺中。

至今，利用电参量变化来进行金属液位非接触检测的方法主要有互感器法、电涡流法、电容法等。其中，互感器法的基本原理是由具有一定频率的交流电源（激励源）、激励线圈、检测线圈组成一个激发、接收回路，激励源将一定频率的交流电供给激励线圈，使之产生同样频率的交变电磁场，该电磁场穿过待测液体金属到达检测线圈，从而得到电信号。当两线圈间的液体金属液位发生变化时，改变了两线圈间的互感耦合系数，从而改变了检测信号的大小，这样就检测出金属液位的变化。

电涡流法与此类似，只是取消了检测线圈，直接从激励线圈中取出因液位变化而产生的电信号。

上述两种方法，由于都使用具有一定频率的工作电磁场，因而当存在外部电磁场时，易受干扰，使精度下降，甚至无法工作。

电容法使用两个电极，使液体金属处于其间，两电极间电容随液体金属表面的位置而改变，根据电容的变化即可检测液位变化。但电容的测量也需使用一定频率的交流电，所以同样易受外磁场的干扰。

电磁铸造是根据电磁感应原理而开发的连续铸造金属坯锭的技术，它使用强交变电磁场来约束液体金属成型凝固。它对周围电设备具有严重干扰。在此环境中，前述几种检测金属液位的方法都将受到严重干扰，难以使用。

本发明的目的是解决电磁铸造强电磁干扰下的液位检测问题，将电磁干扰源用为工作源，实现金属液位检测。

本发明的基本工作原理是，电磁铸造中的电磁场强度与金属液位相关，金属液位的变化将引起电磁场强度的变化，根据这一变化即可检测液位变化。

如图1所示，在电磁铸造过程中，感应器（3）产生一定强度的电磁场，以便使液体金属（2）成型。在液体金属柱（2）上方放置一小线圈（1）时，就在小线圈（1）两端产生感应电势E，其大小与电磁场强度成正比。当金属液位（4）变化时，电磁场强度将随之变化，小线圈（1）的电势E也将相应改变，这样就检测出液位变化。

在实际铸造过程中，金属液位（4）和感应器（3）中的电流都影响着小线圈（1）的电势E的大小。根据电磁感应原理可推得下式：

△E＝K₁△I+K₂△h （1）

其中，△E为小线圈（1）的电势变化值;△I为感应器（3）中电流的变化;△h为金属液位（4）的变化;K₁、K₂为常数。为使△E仅与△h有关，就应使△I＝0，或者从△E中消除△I的影响，使：

△E＝K△h    （2）

在实际应用中，保证△I＝0较为困难。采用消除△I影响的方法则较为容易。

实现本发明的方案是：

如图2所示，在液体金属柱（2）的上方放置由线圈制成的主探头（5），检测金属液位的变化。在感应器外侧放置由线圈制成的副探头（6），它检测电流变化。由主探头（5）检测到的信号经由过滤放大器（8）、线性检波器（10）、电压放大器（12）进入求差电路（13）。由副探头（6）检测到的信号经由过滤放大器（7）、线性检测器（9）、电压放大器（11）进入求差电路（13）。在求差电路（13）中，利用副探头（6）检测到的电流变化信号，消除掉主探头（5）的信号中电流变化部分，从而获得纯金属液位变化信号。其信号再经一级放大器（15），就可进入计算机（16）。在电路中设置过压和反压保护电路（14）。

电流变化信号的获取也可使用互感器，如图3所示，在感应器（3）的供电电路（17）上，按装中频互感器（400/5）（18），再将其输出端接入信号处理电路（19）中。信号处理电路（19）是由前述（图2）两个过滤放大器（7）、（8），两个线性检波器（9）、（10），两个电压放大器（11）、（12），求差电路（13），过压和反压保护电路（14），放大器（15）组成。在信号处理电路（19）中，由互感器（18）来的电流变化信号消除掉主探头（5）的信号中的电流变化部分，从而检测出金属液位的变化。