[实用新型]电磁型液态金属液位检控装置

说明书

本实用新型属物位测量领域，具体涉及利用电磁法测量和控制结晶器中液态金属液位的装置。

侧装式电磁型液态金属液位计为非接触式仪表，传感器线圈轴线垂直于结晶器侧壁安装在结晶器冷却水层内，发射线圈在结晶器内被检测金属中产生的涡电流信号在接受线圈中产生感应信号，以此确定结晶器内的金属液位高度。这种方法对浇铸操作无任何影响，传感器也不会被液态金属烧坏。但是，由于结晶器壁一般用导热性能良好的铜板制做，这类材料对透射的电磁信号的衰减作用很大，使得接受线圈中由被测金属中的涡电流所感应的有效信号远远低于由结晶器壁和传感器壁等结构材料中的涡电流所感应的背景信号，更远远低于由发射线圈中的励磁电流直接感应的背景信号，信噪比很低。专利US3366873利用两个次级线圈反向串联来降低发射线圈直接感应的背景信号，但无法消除结晶器铜壁感应的背景信号，灵敏度很低，只能用于结构材料的电导率低于被检测材料电导率的情况，不适用于铜壁的结晶器。专利EP312799将接受线圈的信号与初级振荡信号比较，原则上可以降低背景信号。但是安装在结晶器内的传感器与安装在仪器内的振荡源处于完全不同的温度环境中，温度变化所引起的信号漂移较大，限制了灵敏度。该方法只能用于铜壁厚度不超过14mm的结晶器。随着结晶器内金属液位的升高，结晶器壁温度上升，电阻加大，涡电流降低。同时，结晶器内的液态金属在靠近结晶器壁处被冷却而形成凝固壳，离液面较远处的凝固壳较厚，较厚的凝固壳与结晶器壁间可能形成气隙而导致结晶器壁局部温度下降。这种随机形成的气隙使结晶器壁内的涡电流产生波动。专利EP312799利用一种高频信号和一种低频信号加权相减的办法来消除结晶器壁温度变化导致涡电流波动的影响而测量单纯由结晶器内金属中的涡电流感应的信号。但是高频信号对温度变化的响应水平远小于低频信号的响应水平，加权相减将引入较大误差。该专利提到，当利用高频信号对结晶器壁温度变化的响应测定金属液位时，对应液位变化方向的接受线圈限于10-50mm，从而限制了单线圈的测程，灵敏度也较低。

本实用新型的目的是提供一种信噪比高，对环境温度变化不灵敏，测程范围宽，灵敏、稳定、可靠的侧装式电磁型液态金属液位检控装置。

本实用新型的目的是这样实现的：沿结晶器壁安装在冷却水层内的电磁传感器由装在传感器盒内的发射线圈和测量线圈构成，测量线圈由分布在发射线圈两侧的接受线圈和补偿线圈反向串联而成，以此降低发射线圈内的励磁电流在测量线圈中直接感应的背景信号。接受线圈位于接近结晶器的一侧，补偿线圈位于远离结晶器的一侧并靠近传感器盒的底板，底板材料的电磁特性与结晶器壁的一致，使结晶器壁和传感器壁等结构材料中的涡电流在传感器测量线圈中感应的背景信号相互抵消。在通常的结晶器壁厚条件下，结晶器内金属液位变化引起的结晶器壁内的涡电流变化大于结晶器内金属中的涡电流变化。本实用新型在克服结晶器壁与其中的金属凝固壳之间形成气隙所导致的干扰的前提下，将结晶器壁中的涡电流变化作为测定液位的有效信号加以利用：当需要的测程较短(如50mm以内)时，气隙的影响可以忽略，传感器接受线圈作成矩形、方形或圆形的。当需要的测程较长(如50-150mm)时，传感器的接受线圈是上底宽下底窄的梯形的，或者是底朝上的三角形的，或者由上边一个圈数较多的线圈与下边一个圈数较少的线圈同向串联而成，或者由上边一个较宽的矩形线圈与下边一个较窄的矩形线圈同向串联而成，或者由上边一个矩形线圈与下边一个底朝上的三角形线圈同向串联而成，或者由上边一个上底宽下底窄的梯形线圈与下边一个较窄的矩形线圈同向串联而成。这类传感器的测量线圈的信号幅度在不会形成气隙的测程上段随液位变化甚快，在可能形成气隙的测程下段变化甚微；而传感器测量线圈的信号相位则在测程下段随金属液位变化较快，在测程上段变化甚微。这样，在测程上段利用信号幅度确定液位，在测程下段利用信号相位确定液位，既可保证单个测量线圈在较长测程内的灵敏度，又可克服气隙的干扰作用。当需要的测程更长(＞150mm)时，则用上下分布的2个或更多个上述测量线圈。当用多个测量线圈时，最下面的一个测量线圈兼作参考线圈，在浇铸过程中提供校准信号。信号处理机给发射线圈提供低频(频率以10-150Hz为宜，但须避开可能形成干扰的大功率电源的频率)励磁电流，并对测量线圈的信号幅度和相位进行分析，给出结晶器内金属液位高度值以及控制液位所需要的各种模拟量和开关量。