Устройство для определения уровня расплавленного металла
Владельцы патента RU 2334952:
ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ СПЛОШНЫХ СРЕД УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН (RU)
Изобретение относится к устройствам измерения уровня расплавленного металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности, например в аппаратах магнитотермического восстановления титана. Сущность: устройство содержит фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом. Количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел. Обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания. При этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром. В цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром. Кроме того, суммирующий трансформатор снабжен фильтром частоты питающей сети, а в качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя. Технический результат: повышение точности определения уровня расплавленного металла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам измерения уровня расплавленного металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности, например в аппаратах магнитотермического восстановления титана.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости, содержащее фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом (патент RU 2287782, опубл. 20.11.2006).
Недостатком его является большая погрешность и нестабильность характеристик.
Предлагаемым изобретением решается задача повышение точности определения уровня расплавленного металла.
Для достижения этого технического результата устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости содержит фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, причем количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел, обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания, при этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром, причем в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром, кроме того, суммирующий трансформатор снабжен фильтром частоты питающей сети, а в качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя.
Признаки, отличающие предлагаемое устройство от наиболее близкого к нему, известного, характеризуют следующее: количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел, обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания, при этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром, при этом в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром, кроме того, суммирующий трансформатор снабжен фильтром частоты питающей сети, а в качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 диаграммы сигналов.
Устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости содержит обмотки возбуждения 1 и датчики уровня 2, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, причем количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел 1, 2, 3.... Обмотки возбуждения 1 подключены к источнику трехфазного питания. Датчики 2 соединены с обмотками суммирующего трансформатора 3, выходная обмотка 4 которого связана с фазометром 5, при этом в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления 6, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка 7 которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения 1, а вторичная обмотка 8 связана с фазометром 5. Кроме того, суммирующий трансформатор 3 снабжен фильтром частоты питающей сети 9, представляющей собой параллельный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц. В качестве обмоток возбуждения могут использоваться обмотки нагревателя (не показано). Трансформатор тока служит для подачи опорного сигнала, относительно которого измеряется фаза.
Работа устройства заключается в следующем. В трехфазной сети переменного тока номинальное значение сдвига фаз равно 120 градусам. При отсутствии возмущающего действия проводящего тела такая система витков при малом расстоянии между витками по сравнению с их радиусом автокомпенсирована (фиг.2), поскольку суммарное (от всех трех витков возбуждения) магнитное поле равно нулю. Практически в результате влияния конструктивных параметров и разброса параметров питающей сети имеется расхождение (фиг.3). Поэтому для получения сигнала, близкого к нулю, требуется выделить полезный сигнал, частота которого равна частоте питающей сети, и подавить гармоники (провести фильтрацию сигнала от частоты питающей сети) и с помощью балансировочных сопротивлений провести регулировку. Приближение границы вакуум-металл приводит к ослаблению одной из составляющей b магнитного поля. Наступает разбаланс суммарного поля и появляется результирующее поле b=bm sin(ωt+ϕ), где bm - амплитуда, ϕ - фаза результирующего поля, отсчитанная от начальной (нулевой) фазы вектора b. При дальнейшем перемещении границы вакуум-металл фаза результирующего поля будет меняться как за счет взаимодействия границы с парами витков, так и за счет изменения амплитуд. Таким образом, перемещение границы вакуум-металл в системе из трех витков с трехфазным питанием приводит во вращение против часовой стрелки вектора результирующего поля, что в первом приближении эквивалентно закону изменения фазы вида
ϕ=Const-kx,
где х - перемещение границы, k - коэффициент пропорциональности. Соответственно, мгновенное положение границы вакуум-металл может быть выражено в следующем виде:
х=Const - α ϕ,
где ϕ - измеренное значение фазы, Const и α - константы, зависящие от выбора начальной фазы и расстояния между парами витков.
После монтажа система проходит проверку и балансировку с помощью балансировочных сопротивлений 6. Сигнал с вторичной обмотки 4 суммирующего трансформатора должен быть равен нулю.
В рабочем режиме аппарат находится в печи со смонтированной в ней измерительной системой. Производится измерение уровня металла, который принимается за нулевой (точку отсчета уровня).
Испытания проходили на металлургическом участке цеха. Измерялся уровень жидкого магния в аппарате восстановления титана. Реторта содержала слой магния высотой 300 мм, отделенный от дна аппарата слоем соли хлорида магния высотой порядка 300 мм. В печи аппарат предварительно разогревался до температуры 850°С. Температура измерялась с помощью радиационного пирометра. Изменение уровня магния имитировалось путем вертикального перемещения реторты, небольшими шагами (порядка 40 мм) с помощью мостового крана. Питание возбуждающих витков осуществлялось от сети трехфазного переменного тока через понижающий трансформатор. Ток в обмотках поддерживался на уровне 150 А. Чередование фаз токов возбуждения соответствовало последовательности А-В-С.
Испытания показали, что предлагаемая система позволяет контролировать уровень магния с точностью до 5 мм, при толщине слоя 300 мм, при перемещении до 800 мм.
1. Устройство для определения уровня расплавленного металла в емкости, содержащее фазометр, обмотки возбуждения и датчики уровня, расположенные попарно вокруг емкости с расплавленным металлом, отличающееся тем, что количество пар обмоток возбуждения и датчиков выбирается равным 3N, где N - равно любому числу из натурального ряда чисел, обмотки возбуждения подключены к источнику трехфазного питания, при этом датчики соединены с обмотками суммирующего трансформатора, выходная обмотка которого связана с фазометром, при этом в цепи датчиков установлены балансировочные сопротивления, а устройство снабжено трансформатором тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь одной из обмоток возбуждения, а вторичная обмотка связана с фазометром.
2. Устройство для определения уровня расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что суммирующий трансформатор снабжен пропускающим фильтром частоты питающей сети.
3. Устройство для определения уровня расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что в качестве обмоток возбуждения используются обмотки нагревателя.
