专利名称：一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统及方法
技术领域：
本发明属于真空出铝后铝包内铝水温度在线监测技术领域，特别涉及一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统及方法。
背景技术：
精确测量铝包内铝水温度能够对铸铝起到提高其内在质量的作用，因此对铝包内铝水温度的测量是十分重要的。但是，铝包内铝水通常温度极高，具有强腐蚀性，并且铝包的工作环境恶劣，所以对铝包内铝水温度的测量方式有着很高的要求。当前对铝水温度的测量方式主要有接触式和非接触式两种。热电偶测温方法(接触式)是人工将热电偶的测温探头插入铝包内进行测温，但是这种方法存在以下缺点首先，因为铝水的温度非常高，当操作人员在插入热电偶时容易因铝水的飞溅而受伤；其次，因人工插入探头会因深浅的不同而使测温结果出现波动。此外，由于铝水对测温探头具有 腐蚀作用，其只能通过消耗式点测的方法来测定间隔时间的温度，而不能获得连续变化的铝水温度，并且需要进行更换大量的热电偶，成本较高。红外测温仪是目前测铝水温度比较方便的仪器，然而其只能获得铝水表面的温度，同时受铝水表面所含杂质、被测温环境中烟尘水汽的影响，其测量所获得的温度并不是真实的铝水温度，测温误差较大。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统及方法。一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统，其特征在于该系统在圆柱型铝包两侧中部的同一竖直截面上通过法兰对称安装2个声波导管，2个声波导管上分别设置I个传声器，2个声波导管分别与I个电动扬声器连接；信号调理器分别与2个传声器和接线盒相连，功率放大器分别与2个电动扬声器和接线盒相连，接线盒分别与双通道数据采集卡和声卡相连，双通道数据采集卡和声卡分别与主机相连。一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统的监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下由主机发出指令，通过声卡传入接线盒，指令通过功率放大器后，由电动扬声器接收并发出声信号，声信号经由声波导管传入铝包内；声信号在穿透铝包后被传声器接收并转变成电压信号；电压信号再传入信号调理器，经接线盒进入双通道的数据采集卡并转换成数字信号进入主机，主机通过软件将两个通道的信号进行基于最大似然的广义互相关时延估计，得到声波飞度时间τ ;利用软件在铝包冷态的情况下测出铝包截面两个监测点之间的距离L，再通过计算软件代入参数计算出铝包内铝水的温度t ；声波飞度时间τ通过主机收到的两个通道的信号利用Labview软件所编写的程序进行互相关，其中通过最大似然的加权函数
权利要求
1.一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统，其特征在于该系统在圆柱型铝包(5)两侧中部的同一竖直截面上通过法兰对称安装2个声波导管(4)，2个声波导管(4)上分别设置I个传声器(6)，2个声波导管(4)分别与I个电动扬声器(3)连接；信号调理器(7)分别与2个传声器(6)和接线盒(8)相连，功率放大器(9)分别与2个电动扬声器 (3)和接线盒(8)相连，接线盒(8)分别与双通道数据采集卡(10)和声卡(12)相连，双通道数据采集卡(10)和声卡(12)分别与主机(11)相连。
2.一种如权利要求I所述的一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统的监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下 由主机(11)发出指令，通过声卡(12)传入接线盒(8)，指令通过功率放大器(9)后，由电动扬声器(3)接收并发出声信号，声信号经由声波导管(4)传入铝包(5)内；声信号在穿透铝包后被传声器(6)接收并转变成电压信号；电压信号再传入信号调理器(7)，经接线盒(8 )进入双通道的数据采集卡(10 )并转换成数字信号进入主机(11)，主机(11)通过软件将两个通道的信号进行基于最大似然的广义互相关时延估计，得到声波飞度时间τ ;利用软件在铝包冷态的情况下测出铝包截面两个监测点之间的距离L，再通过计算软件代入参数计算出铝包内铝水的温度t; 声波飞度时间τ通过主机收到的两个通道的信号利用Labview软件所编写的程序进行互相关，其中通过最大似然的加权函数1^^·卩对信号进行处理，获得精确的声波飞度时间τ ； 式中Gxl2(f)为两通道信号的互相关谱函数；Y12(f)为模平方相干函数； 声波在铝水中传播时，根据平面波的运动方程、连续性方程以及液体介质的物态方程推导出声波在液体 介质中的传播速度是该液体介质的函数，即声波传播速度与液体介质温度的关系为 式中C为液体介质中声波的传播速度，单位为m/s山为铝包两侧所布置的监测点之间的距离，单位为πι;τ为声波飞渡时间，单位为s ; P为液体介质的密度,单位为kg/m3 ;t为液体介质的平均温度,单位为。C ； β s为液体介质的绝热体积压缩系数；k为液体介质的其它物性参数；对于给定的液体介质，Z为常数；由上式推导，得出温度的计算公式为 根据上式，通过测定铝包两侧所布置监测点之间的距离L和声波飞渡时间τ，计算得出招水的温度t。
全文摘要
本发明属于真空出铝后铝包内铝水温度在线监测技术领域，特别涉及一种基于声学测温的铝包内铝水温度在线监测系统及方法。本发明在铝包两侧中部的同一竖直截面上安装声波导管、电动扬声器和传声器。电动扬声器发出声信号，经声波导管传入铝包，再穿透铝水后，声信号被传声器接收并将其转变成电压信号，通过电缆输入信号调理器，再由接线盒进入数据采集卡转换成数字信号，计算得出声波飞渡时间，最后计算出铝包内铝水的温度。本发明能够真实反映连续变化的铝水温度，从而提高铸铝的内在质量，而且不受铝包高温、铝水强腐蚀性及烟尘等恶劣环境的影响，并且能够远程操作，有利于控制和节省劳动力，同时避免操作人员因现场测温导致受伤情况的发生。
文档编号G01K11/24GK102818652SQ201210291479
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者沈国清, 安连锁, 高宪波, 张世平 申请人:华北电力大学