Способ измерения уровня жидкого металла

 

Изобретение может найти применение в металлургии для бесконтактного измерения уровня жидкого металла в ковшах, изложницах, кристаллизаторах и др. Цель - расширение области функционального применения за счет обеспечения возможности измерения уровня жидкого металла в емкостях различных типоразмеров и назначения. Способ заключается в образовании открытого СВЧ-резонатора, одним из зеркал которого является поверхность 1 жидкого металла в емкости, а другим - располагаемое над этой поверхностью металлическое зеркало 2. Уровень жидкого металла определяют по числу продольных типов колебаний, возбуждаемых в открытом резонаторе при девиации частоты возбуждающих эти колебания электромагнитных волн в фиксированном диапазоне частот. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G Ol F 23 28

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 411!271/24-10 (22) 23.06.86 (46) 30.04.89. Бюл. № 16 (71) Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) (72) A. С. Совлуков (53) 681.128.82 (088.8) (56) Патент США № 3540275, кл. 73-290, опублик. 1970. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (57) Изобретение может найти применение в металлургии для бесконтактного измерения уровня жидкого металла в ковшах, изложницах, кристаллизаторах и др. Цель—

„„SU„„1476317 А1 расширение области функционального применения за счет обеспечения возможности измерения уровня жидкого металла в емкостях различных типоразмеров и назначения.

Способ заключается в образовании открытого СВЧ-резонатора, одним из зеркал которого является поверхность 1 жидкого металла в емкости, а другим — располагаемое над этой поверхностью металлическое зеркало 2. Уровень жидкого металла определяют по числу продольных типов колебаний, возбуждаемых в открытом резонаторе при девиации частоты возбуждающих эти колебания электромагнитных волн в фиксированном диапазоне частот. 3 ил.

1476317

2 p, Af

С (4) 30

Изобретение относится к металлургии и измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня электропроводного вещества в различных технологических емкостях металлургического производства, например в кристаллизаторах установок непрерывной разливки черных и цветных металлов, в изложницах, ковшах и др.

Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения уровня жидкого металла в открытых емкостях.

На фиг. 1 изображен открытый СВЧрезонатор; на фиг. 2 — график зависимости числа возбуждаемых продольных типов колебаний от уровня для различных диапазонов длин волн; на фиг. 3 — функциональная схема устройства, реализующего способ.

Для измерения уровня предложенным способом организуют открытый СВЧ-резонатор, содержащий два отражающих металлических зеркала (фиг. 1). В качестве одного из зеркал используют поверхность 1 жидкого металла в емкости, расстояние до которой необходимо определять, а в качестве другого — специальный отражатель — вогнутое зеркало 2 (фиг. 1) или плоское диаметром

20 — 30 см. В таком открытом резонаторе могут существовать высокодобротные колебания, а электромагнитная энергия сконцентрирована в виде узкого пучка в области, показанной на фиг. 1 пунктиром (эта область заштрихована) .

Резонансные частоты колебаний резонатора при плоских зеркалах выражаются формулой. (1) где l — расстояние между зеркалами;

q — номер продольного типа колебаний (гармоники);

С вЂ” скорость света; е, и — диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества в пространстве между зеркалами.

Соответствующие этим частотам длины волн определяются формулой

Х," = — (д=1, 2, 3...)

2l (2) В случае резонатора, состоящего из плоского (поверхность жидкого металла в рассматриваемом способе) и вогнутого зеркал длины волн возбуждаемых в резонаторе колебаний выражаются по зависимости (д=1, 2, з...), (з)

28

q+ arcsin l где R — радиус кривизны вогнутого зеркала.

При R» l членом 1/лагсз1п / — в знамеl и, нателе правой части формулы (3) можно пренебречь, т. е. формула (3) совпадает с формулой (2), соответствующей резонатору с плоскими зеркалами. Условие R» l легко выполняется на практике, поскольку обычно

1(1 — 2n. В то же время наличие вогнутого зеркала в резонаторе предпочтительнее, чем плоского, так как такой резонатор на практике менее чувствителен к перекосам зеркал и требует менее точной юстировки.

Из формул (1) и (3) при R» l видно, что спектр колебаний резонатора на продольных типах ТЕМ coq является эквидистантным.

При этом расстояние между соседними резойансными импульсами по частотной оси может служить единичной мерой определяемого расстояния.

В качестве информативного параметра при значительном диапазоне изменения расстояния (большим половины длины волны) до поверхности жидкого металла может быть использовано число N собственных колебаний резонатора, возбуждаемых в диапазоне частот Af=f — fi, где fi u fz — нижнее и верхнее значения изменяющейся частоты генератора возбуждающего колебания в резонаторе, которое определяется по зависимости

Формула (4) непосредственно вытекает из формулы (1) для резонансных (собственных) частот колебаний резонатора и может быть записана в виде (5) где 4 и Х вЂ” граничные значения длины волны, соответствующие частотам и fz.

Оценим величину N в зависимости от изменения измеряемого расстояния l до поверхности контролируемой среды. Эта величина зависит от девиации частоты генератора в рабочем диапазоне частот (f>, f ), т. е. длин волн (3>, 4). График зависимости

N (l) при изменении l в пределах 0+1000 мм для различных диапазонов (X>, 4) приведен на фиг. 2.

Погрешность измерения расстояния (уровня) Л1 связана с погрешностью в определении N соотношением лй

2(1/l i — 1/Xq)

При ЛИ=1 величина Л1 соответствует погрешности (шагу) дискретного отсчета величины измеряемого уровня Al .

При 1 =4 мм, 1 =8 мм имеем шаг дискретного отсчета уровня Alan=4 мм, что соответствует относительной погрешности о=

=0,4Я для измеряемого диапазона l=0+

+1000 мм. При 1 =30 мм, 4=60 мм находим Al)=30 мм, 6=3Я, при Xv=2 мм, 4=

=4 мм будем иметь Al)=2 мм, 6=0,2О, !

476317 формула изобретения

500 д pi1 =2мм, Х = 1мм,ь(= 1мж

Ю-Л,=Чем, Ху = 2юч,аС=Ьюм

8-Л =Вмм, Л =Чем,дб=Чим

8 — Х1 = бац Лз-50мм) ь1= 50мм чао

300

200 а при ., =1 мм, 4=2 мм получим Лli=l мм, P=O,1У

Эти данные показывают, что выбором девиации рабочей длины (частоты) генератора можно значительно влиять на точность дискретного измерения уровня и получить большую с практической точки зрения ее величину.

На фиг. 3 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где 1 — поверхность жидкого металла, 2 — металлическое зеркало, 3— генератор частотно-модулированных колебаний, 4 — вентиль, 5, 6, 7 — волноводы, 8 — детектор, 9 — усилитель, IO — счетчик резонансных импульсов. !5

Способ осуществляется следующим образом.

Электромагнитные колебания СВЧ-генератора частотно-модулированных колебаний 3 поступают по волноводу 5 через вентиль 4 (развязывающее устройство, пре- 20 пятствующее распространению волн в обратном направлении — от нагрузки (резонатора) к генератору) на открытый резонатор, образованный вогнутым металлическим зеркалом 2 и поверхностью жидкого металла 1.

Колебания в резонаторе возбуждаются открытым концом волновода 6 через небольшое отверстие в центре зеркала; так же осуществляется съем колебаний, которые по волноводу 7 поступают на детектор 8 и далее на усилитель 9 и счетчик 10 числа детектируемых резонансных импульсов. При совпадении изменяющейся частоты генератора с часО zoO VOo боо 8оо Юоо Е,мм

Фаг. 2 тотой какого-либо типа продольных колебаний в резонаторе возбуждаются колебания этого типа; при этом детектором 8 выделяется соответствующий резонансный импульс, который после усиления поступает в качестве счетной единицы на счетчик 10.

В зависимости от условий измерения (диапазона измерения, допустимой погрешности) рабочие длины волн могут находиться в сантиметровом или миллиметровом диапазоне длин волн.

Отметим, что металлическое зеркало 2 резонатора может быть изготовлено из латуни, алюминия, стали и др. с последующей полировкой. Для облегчения конструкции вместо сплошного металлического зеркала может быть применена металлическая решетка или зеркало с перфорацией (отверстиями) по его поверхности; это не ухудшает функциональные свойства открытого резонатора.

Способ измерения уровня жидкого металла, заключающийся в возбуждении СВЧ электромагнитных колебаний в фиксированном диапазоне частот над поверхностью металла и подсчете числа типов возбуждаемых колебаний, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем использования для измерений в открытых емкостях, колебания возбуждают над поверхностью жидкого металла по нормали к ней, а в качестве счетных используют продольные типы возбуждаемых колебаний.

1476317

Составитель Г. Иноземцева

Редактор М. Келемеш Техред И. Верес Корректор М. Васильева

Заказ 2114/42 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101