Устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе

 

Изобретение относится к производству слитков на установке непрерывной разливки заготовок. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства автоматически проводить его диагностику. Устройство состоит из установленных на кристаллизаторе контейнера 1 и детектора 2, с которым последовательно соединены измерительный преобразователь 4 и регистрирующий прибор 5, выход измерительного преобразователя подключен к входам первого 6 и второго 7 компараторов и к входам первого 8 и второго 9 блоков, интегрирования, выходы последних подсоединены к соответствующим входам блока 10 умножения, выходы второго блока интегрирования и блока умножения подключены соответственно к первому и второму корректирующим входам измерительного преобразователя. Блок 11 запуска соединен с первым управляющим входом первого блока интегрирования и R-входами первого 12 и второго 13 RS-триггеров. Выход первого RS-триггера соединен с приводом управления контейнером и с вторым управляющим входом первого и первым управляющим входом второго блоков интегрирования, а выход второго RS-триггера подключен к второму управляющему входу второго блока интегрирования и блоку 20 индикации. Выход первого блока интегрирования подключен к последовательно соединенным третьему компаратору 14 и первой схеме И 15, к второму входу которой подсоединен выход первого компаратора, а выход к S-входу первого RS-триггера. Выход второго блока интегрирования подключен к последовательно соединенным четвертому компаратору 16 и второй схеме И 17, к второму входу которой подсоединен выход второго компаратора, а выход к S-входу второго RS-триггера. 1 ил.

Изобретение относится к средствам измерений технологических параметров в металлургии и предназначено для автоматического измерения уровня металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Известно устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ, содержащее радиоизотопный датчик уровня, состоящей из источника радиоактивного излучения и детектора, установленных непосредственно на стенках кристаллизатора, и последовательно соединенных с детектором измерительного преобразователя и регистрирующего прибора [1] Благодаря расположению источника излучения и детектора в конструкции кристаллизатора может быть применен источник радиактивного излучения сравнительно небольшой активности.

Основным недостатком этого устройства является систематическая погрешность измерения, возникающая в результате возвратно-поступательного движения кристаллизатора. Выходной сигнал жестко закрепленного на кристаллизаторе радиактивного датчика синхронно изменяется в соответствии с колебаниями кристаллизатора при неподвижном уровне металла. Чтобы исключить эту побочную динамическую составляющую выходного сигнала, в устройстве предусмотрена возможность увеличения постоянной времени интегрирующего накопителя в измерительном преобразователе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе, содержащее установленные на кристаллизаторе контейнер и детектор, с которым соединен измерительный преобразователь, и два компаратора [2] Основной недостаток этого устройства состоит в следующем. Как известно, диапазон измерения и величина сигнала на выходе радиоизотопного устройства для измерения уровня металла в кристаллизаторе определяется взаимным расположением контейнера с источником излучения и детектора, толщиной стенок кристаллизатора. Взаимное расположение контейнера и детектора определяется при монтаже их на стенках кристаллизатора, толщина медных стенок кристаллизатора уменьшается за счет непрерывного воздействия корочки затвердевающего металла и последующей периодической строжки медных стенок кристаллизатора. Измерение толщины стенок кристаллизатора сопровождается изменением выходного сигнала измерительного преобразователя, что приводит к понижению точности измерения уровня металла в кристаллизаторе. Изменение толщины стенок кристаллизатора приводит к необходимости проведения настройки измерительного преобразователя, которая производится в данном устройстве вручную.

Кроме того, в устройстве отсутствует диагностика канала измерения (в канал измерения входят контейнер, детектор и измерительный преобразователь), что может привести к сбоям при проведении автоматической настройки и неустойчивой работе канала измерения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения за счет автоматической настройки измерительного преобразователя, упрощение условий эксплуатации устройства, повышение надежности в работе за счет возможности проведения диагностики (проверка работоспособности) канала измерения.

В результате применения предлагаемого устройства для измерения уровня металла в кристаллизаторе, состоящего из установленных на кристаллизаторе контейнера и детектора, с которым последовательно соединен измерительный преобразователь, включенный в логическую схему, дает возможность при изменении толщины стенок кристаллизатора, а значит, и выходного сигнала измерительного преобразователя перед каждой разливкой провести автоматическую настройку измерительного канала, что повышает точность измерителя уровня металла в кристаллизаторе. В отличие от известных технических решений за счет автоматической настройки устройства упрощается и облегчается обслуживание системы измерителя на объекте.

Кроме того, появляется возможность провести диагностику измерительного канала (цепи контейнер детектор измерительный преобразователь), что повышает надежность его в работе. Предлагаемая схема блокирует прохождение сигнала автоматической настройки в случае достижения выходных сигналов интеграторов значений, приводящих к неустойчивой работе канала измерения при выходе из строя одного или нескольких входящих в него блоков. Величина выходных сигналов интеграторов зависит от конструкции кристаллизатора и определяется на объекте.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения уровня металла в кристаллизаторе.

Предлагаемое устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе состоит из контейнера 1 с источником ионизирующего излучения и детектора 2, установленных на стенках кристаллизатора 3. Выход детектора 2 подключен к последовательно соединенным измерительному преобразователю 4 и регистрирующему прибору 5. Выход измерительного преобразователя 4 подключен также ко входам первого 6 и второго 7 компараторов к входам первого 8 и второго 9 блоков интегрирования, выходы последних подсоединены к соответствующим входам блока 10 умножения. Выход второго блока 9 интегрирования и блока 10 умножения подсоединены соответственно к первому и второму корректирующим входам измерительного преобразователя 4. Блок 11 запуска соединен с первым управляющим входом первого блока 8 интегрирования и R-входами первого 12 и второго 13 RS-триггеров (в качестве блока 11 запуска могут быть использованы, например, кнопка или переключатель). Кроме того, выход первого блока 8 интегрирования подключен к последовательно включенным третьему компаратору 14 и первой схеме И 15, к второму входу которой подсоединен выход первого компаратора 6, а выход к S-входу первого RS-триггера 12, выход второго блока 9 интегрирования подключен к последовательно соединенным четвертому компаратору 16 и второй схеме И 17, к второму входу которой подсоединен выход второго компаратора 7, а выход к S-входу второго RS-триггера 13. Выход первого RS-триггера 12 соединен с приводом 18 управления контейнером 1 и с вторым управляющим входом первого 8 и первым управляющим входом второго 9 блоков интегрирования. Привод 18 управления контейнером 1 служит для перевода последнего в положение "Открыто" или "Закрыто" и может быть расположен в конструкции контейнера. Управление приводом 18 и перевод его в дистанционный или автоматический режим работы производится собственной схемой 19 управления. Выход второго RS-триггера 13 подключен к второму управляющему входу второго блока 9 интегрирования и блоку 20 индикации.

Предлагаемое устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ, предназначенное для автоматической настройки канала измерения и его диагностики с последующим измерением уровня жидкого металла в кристаллизаторе в процессе разливки, работает следующим образом.

Работа по настройке и диагностике измерительного канала производится перед разливкой автоматически, в начале устанавливается верхнее значение диапазона измерения, затем нижнее. Запускающий импульс положительной полярности с блока 11 запуска поступает на первый управляющий вход первого блока 8 интегрирования и R-входы первого 12 и второго 13 RS-триггеров, при этом обнуляется выход первого блока 8 интегрирования, а на выходах первого 12 и второго 13 RS-триггеров формируется сигнал логический "0". Сигнал логический "0" с выхода первого RS-триггера 12 поступает на привод 18 управления контейнером 1, второй управляющий вход первого блока 8 интегрирования, первый управляющий вход второго блока 9 интегрирования. С выхода второго RS-триггера 13 сигнал логический "0" поступает на второй управляющий вход второго блока 9 интегрирования и на блок 20 индикации. Это приводит к переводу контейнера 1 в положение "Закрыто", разрешению на включение в работу первого блока 8 интегрирования, разрешению на включение в работу второго блока 9 интегрирования и подключению к его выходу внутреннего опорного напряжения 10 В, которое затем поступает на вход блока 10 умножения и на первый корректирующий вход измерительного преобразователя 4. При переводе контейнера в положение "Закрыто" (имитируется заполнение жидким металлом 21 кристаллизатора 3) сигнал на выходе измерительного преобразователя 4 устанавливается вблизи значения 10 В (изменение этой величины сигнала зависит от изменения толщины стенки кристаллизатора, взаимного расположения контейнера 1 и детектора 2). Этот сигнал поступает на вход регистрирующего прибора 5 и первого блока 8 интегрирования, где сравнивается с сигналом уставки 10 В. В зависимости от величины и знака сигнала рассогласования между этими сигналами (текущим и заданным напряжением) на выходе первого блока 8 интегрирования формируется изменяющееся напряжение соответствующего знака, которое поступает на вход блока 10 умножения и на вход третьего компаратора 14. На выходе компаратора 14 формируется сигнал логической "1" при условии, что выходное напряжение первого блока 8 интегрирования имеет значение меньше заданной на компараторе 14 величины, которая определяется конструктивными характеристиками кристаллизатора 3. Выходной сигнал блока 10 умножения, пропорциональный произведению сигналов, поступающих на его вход с выхода первого 8 и второго 9 блоков интегрирования, поступает на второй корректирующий вход измерительного преобразователя 4, устанавливая его выходной сигнал равным 10 В. При равенстве выходного напряжения измерительного преобразователя 4 величине 10 В срабатывает первый компаратор 6, сигнал с которого совместно с сигналом с третьего компаратора 14 поступает на входы первой схемы И 15. При наличии двух сигналов логическая "1" с выхода первого 6 и третьего 14 компараторов первая схема И 15 срабатывает и ее выходной сигнал логическая "1" поступает на S-вход RS-триггера 12 и на выходе последнего формируется сигнал логическая "1". Этот сигнал приводит к "замораживанию" текущего выходного сигнала первого блока 8 интегрирования, переводу с помощью привода 18 контейнера 1 в положение "Открыто", отключению опорного напряжения 10 В от выхода второго блока 9 интегрирования и подключению к нему цепи интегрирования. При переводе контейнера в положение "Открыто" сигнал на выходе измерительного преобразователя 4 устанавливается вблизи значения 0 В, который поступает на вход регистрирующего прибора 5 и второго блока 9 интегрирования, где сравнивается с сигналом уставки 0 В. В зависимости от величины и знака сигнала рассогласования между этими сигналами (текущим и заданным напряжением) на выходе второго блока 9 интегрирования формируется изменяющееся напряжение соответствующего знака, которое совместно с "замороженным" сигналом с выхода первого блока 8 интегрирования поступает на вход блока 10 умножения и на выход четвертого компаратора 16. На выходе компаратора 16 формируется сигнал логическая "1" при условии, что выходное напряжение второго блока 9 интегрирования имеет значение больше заданной на компараторе 16 величины, которая определяется конструктивными характеристиками кристаллизатора 3. Выходной сигнал произведения с блока 10 умножения и с выхода второго блока 9 интегрирования поступают соответственно на второй и первый корректирующие входы измерительного преобразователя 4, корректируя его выходной сигнал до значения 0 В. При равенстве выходного напряжения измерительного преобразователя 4 величине 0 В срабатывает второй компаратор 7, сигнал с выхода которого совместно с сигналом от четвертого компаратора 16 поступает на входы второй схемы И 17. При наличии двух сигналов логическая "1" с выхода второго 7 и четвертого 16 компараторов вторая схема И 17 срабатывает, ее выходной сигнал логическая "1" поступает на S-вход RS-триггера 13 и на выходе последнего формируется сигнал логическая "1". Этот сигнал приводит к "замораживанию" текущего выходного сигнала второго блока 9 интегрирования, к срабатыванию блока 20 индикации, который сигнализирует о завершении настройки и диагностики устройства для измерения уровня и готовности его к работе. В том случае, если при проведении автоматической настройки и диагностики выходы первого 8 или второго 9 блоков интегрирования примут значения соответственно больше или меньше заданных на третьем 14 и четвертом 16 компараторах, на их выходах формируется сигнал логический "0". Это приводит к формированию на выходах соответствующих схем И 15 или 17 сигнала логический "0", отключению RS-триггера 12 или 13, а значит к отключению блока 20 индикации.

Во время разливки в зависимости от положения уровня жидкого металла 21 в кристаллизаторе 3 изменяется поток облучающих детектор 2 гамма-квантов, поступающих от источника радиоактивного излучения, находящегося в контейнере 1. В соответствии с этим изменяется количество импульсов, поступающих от детектора 2 на вход измерительного преобразователя 4, в котором импульсный сигнал преобразуется в напряжение постоянного тока. Величина этого сигнала фиксируется на регистрирующем приборе 5. После завершения разливки оператор при помощи ключей схемы 19 управления переводит контейнер в положение "Закрыто".

Предлагаемое устройство для измерения уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ по сравнению с прототипом дает возможность благодаря введению логической схемы повысить точность измерения уровня за счет автоматической настройки канала измерения, а благодаря этому упростить обслуживание устройства, а также провести диагностику измерительного канала и таким образом повысить надежность его в работе.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, содержащее установленные на кристаллизаторе контейнер и детектор, с которым соединен измерительный преобразователь, два компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, оно снабжено регистрирующим прибором, блоком индикации, двумя интеграторами, блоком умножения, приводом управления контейнером, третьим и четвертым компараторами, двумя схемами И, двумя RS-триггерами, блоком запуска, причем выход измерительного преобразователя подсоединен к регистрирующему прибору, к входам первого и второго компараторов и к входам первого и второго блоков интегрирования, выходы последних подсоединены к входам блока умножения, выходы второго блока интегрирования и блока умножения подключены соответственно к первому и второму корректирующим входам измерительного преобразователя, блок запуска соединен с первым управляющим входам первого блока интегрирования и R-входами первого и второго RS-триггеров, выход первого RS-триггера соединен с приводом управления контейнера и вторым управляющим входом первого и первым управляющим входом второго блоков интегрирования, а выход второго RS-триггера подключен к второму управляющему входу второго блока интегрирования и блоку индикации, выход первого блока интегрирования подключен к последовательно соединенным третьему компаратору и первый схеме И, на второй вход которой подсоединен выход первого компаратора, выход первой схемы И подсоединен к S-входу первого RS-триггера, выход второго блока интегрирования подключен к последовательно соединенным четвертому компаратору и второй схеме И, на второй вход которой подсоединен выход второго компаратора, а выход к S-входу второго RS-триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1