[实用新型]测量金属液位用超声波线阵探头

说明书

本实用新型属于仪表用探头，特别是一种测量金属液位用超声波探头。

在冶金工业生产中，连铸板坯、方坯、管材、棒材及型材时，结晶器内金属液位的测量和控制对铸坯的产量和质量影响很大。目前，国内外结晶器内金属液位测量已有很多方法，制成各种仪表。有热电偶式液位计、γ射线式液位计，涡流式液位计、微波式液位计，红外线式液位计以及超声波测距式液位计等。热电偶式测量装置，反应速度慢、精度低、维修困难，而我国自己能制造并正常用于生产的只有γ射线式装置，因射线有放射性，危害身体健康，需加防护设备，但也很难消除恐惧心理，推广有很大困难。涡流式装置，虽精度高，响应快，由于钢液温度高，需液氮冷却，在小方坯连铸机结晶器狭小空间很难应用，而微波式和红外线式测量装置，不仅精度低，也因安装位置受到限制难于应用到小方坯连铸机结晶器进行液位测量。超声波测距式探头，虽然也是利用超声脉冲回波法测液位，由于设在钢水上方，工作环境温度高，声速变化等因素，使测量精度低。随着现代连铸技术朝着高拉速、保护浇铸方向发展，在实际操作中一方面要求测量钢水液位控制液面，另一方面又要采取防氧化措施，因而使结晶器可露液面变得更为狭小，安装位置受到限制，现有测量装置难于满足这一要求。

鉴于上述几种测量金属液位装置所存在的不足，本实用新型的发明目的在于提供一种没有射线辐射危险，使用范围广，使用方便，并具有良好的测量精度的超声波线阵探头。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的。探头包括壳体、晶片，固定板，其结构要点是在壳体的开口一端处设有若干个等间距线阵式排列的晶片，每一晶片均设有用于连接电路的引线。

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型提供的探头结构主视图；

图2为本实用新型提供的探头结构侧视图；

图3为本实用新型提供的发射探头与接收探头在结晶器上设置示意图；

图4为本实用新型提供的发射与接收兼用探头在结晶器上的设置示意图。

参照图1可以看出，壳体〔3〕一端设有固定板〔2〕，通过设在固定板上的通孔〔1〕与结晶器侧壁相连，壳体另一端内设有若干个晶片〔6〕，可以由压电陶瓷材料制成。晶片对于用作发射探头可以为矩形或圆形，数量也可以比接收探头少，但面积要与接收探头晶片面积相等，作为接收用的探头，晶片一定为矩形，接收与发射探头结构参数也可以完全相同，完全通用，既可作为发射用也可作接收用。晶片要等间距线阵式排列。其一侧为密封胶〔7〕，以防水浸入，并起耦合作用。另一侧设有吸声阻尼垫片〔5〕，可为橡胶材料制成，每一晶片均有引线〔4〕与壳体外电路连接。

参照图2可以看出探头的壳体〔3〕为矩形。晶片〔6〕为矩形。晶片设在阻尼垫片〔5〕的槽内。

参照图3可以看出，超声波发射探头〔1〕设在连铸机结晶器外水套〔2〕的侧壁上，接收探头〔5〕对称的安装在外水套另一侧壁上。工作时，超声波发射探头在发射电路的控制下，发射一定强度和频率的超声波，该频率的超声波只能在固体和液体中传播，在空气中因声阻抗太小不能透过，因此，超声波通过水〔6〕和内水套〔3〕，耦合到铜管〔4〕及钢水中，铜管中的超声波能否继续传播，视金属液位的高低，如该处有金属液，则超声波可继续传播，直到被对面接收探头所接收，如该处无金属液，则超声波反射回，而传不到对面探头，将已接收的信号放大处理后即可确定金属液体的液位。

参照图4可以看出，收发兼用的超声波线阵探头〔1〕，此探头与上述发射、接收探头结构参数完全相同，只是在电路控制上实现其收发兼用功能，它设在外水套〔2〕侧壁上，工作时，探头的各晶片依次发射超声脉冲，通过中间介质水〔5〕，内水套〔3〕和铜管〔4〕，如铜管中有金属液体，则超声波会耦合进金属液体中，如铜管中没有金属液体，则超声波在铜管中多次反射并返回探头，根据有金属液体与无金属液体的回波不同，即可判断该处是否有金属液体，从而可确定金属液位。

本实用新型探头与已有技术相比有以下优点：测量精度可与γ射线液位计相当，相对精度为1％。且价格低于γ射线液位计，也不存在γ射线的辐射危害，便于在国内推广，结构简单，使用方便，更适合于现今工艺生产的要求。使用时安装在结晶器侧壁，而不是在钢水的上方，因此，特别适用于小方坯连铸机结晶器钢水液位测量，同时也可推广应用于大板坯，方坯 铸管、铸异型材等连铸机结晶器钢水液位的测量。