专利名称：电磁铸造金属液位检测方法
技术领域：
本发明属于金属液位的非接触检测，主要应用于电磁铸造金属坯锭工艺中。
至今，利用电参量变化来进行金属液位非接触检测的方法主要有互感器法、电涡流法、电容法等。其中，互感器法的基本原理是由具有一定频率的交流电源(激励源)、激励线圈、检测线圈组成一个激发、接收回路，激励源将一定频率的交流电供给激励线圈，使之产生同样频率的交变电磁场，该电磁场穿过待测液体金属到达检测线圈，从而得到电信号。当两线圈间的液体金属液位发生变化时，改变了两线圈间的互感耦合系数，从而改变了检测信号的大小，这样就检测出金属液位的变化。
电涡流法与此类似，只是取消了检测线圈，直接从激励线圈中取出因液位变化而产生的电信号。
上述两种方法，由于都使用具有一定频率的工作电磁场，因而当存在外部电磁场时，易受干扰，使精度下降，甚至无法工作。
电容法使用两个电极，使液体金属处于其间，两电极间电容随液体金属表面的位置而改变，根据电容的变化即可检测液位变化。但电容的测量也需使用一定频率的交流电，所以同样易受外磁场的干扰。
电磁铸造是根据电磁感应原理而开发的连续铸造金属坯锭的技术，它使用强交变电磁场来约束液体金属成型凝固。它对周围电设备具有严重干扰。在此环境中，前述几种检测金属液位的方法都将受到严重干扰，难以使用。
本发明的目的是解决电磁铸造强电磁干扰下的液位检测问题，将电磁干扰源用为工作源，实现金属液位检测。
本发明的基本工作原理是，电磁铸造中的电磁场强度与金属液位相关，金属液位的变化将引起电磁场强度的变化，根据这一变化即可检测液位变化。
如图1所示，在电磁铸造过程中，感应器(3)产生一定强度的电磁场，以便使液体金属(2)成型。在液体金属柱(2)上方放置一小线圈(1)时，就在小线圈(1)两端产生感应电势E，其大小与电磁场强度成正比。当金属液位(4)变化时，电磁场强度将随之变化，小线圈(1)的电势E也将相应改变，这样就检测出液位变化。
在实际铸造过程中，金属液位(4)和感应器(3)中的电流都影响着小线圈(1)的电势E的大小。根据电磁感应原理可推得下式△E＝K1△I+K2△h (1)其中，△E为小线圈(1)的电势变化值;△I为感应器(3)中电流的变化;△h为金属液位(4)的变化;K1、K2为常数。为使△E仅与△h有关，就应使△I＝0，或者从△E中消除△I的影响，使△E＝K△h(2)在实际应用中，保证△I＝0较为困难。采用消除△I影响的方法则较为容易。
实现本发明的方案是如图2所示，在液体金属柱(2)的上方放置由线圈制成的主探头(5)，检测金属液位的变化。在感应器外侧放置由线圈制成的副探头(6)，它检测电流变化。由主探头(5)检测到的信号经由过滤放大器(8)、线性检波器(10)、电压放大器(12)进入求差电路(13)。由副探头(6)检测到的信号经由过滤放大器(7)、线性检测器(9)、电压放大器(11)进入求差电路(13)。在求差电路(13)中，利用副探头(6)检测到的电流变化信号，消除掉主探头(5)的信号中电流变化部分，从而获得纯金属液位变化信号。其信号再经一级放大器(15)，就可进入计算机(16)。在电路中设置过压和反压保护电路(14)。
电流变化信号的获取也可使用互感器，如图3所示，在感应器(3)的供电电路(17)上，按装中频互感器(400/5)(18)，再将其输出端接入信号处理电路(19)中。信号处理电路(19)是由前述(图2)两个过滤放大器(7)、(8)，两个线性检波器(9)、(10)，两个电压放大器(11)、(12)，求差电路(13)，过压和反压保护电路(14)，放大器(15)组成。在信号处理电路(19)中，由互感器(18)来的电流变化信号消除掉主探头(5)的信号中的电流变化部分，从而检测出金属液位的变化。
图4是检测主探头(5)、检测副探头(6)的结构图。线圈(23)由铜线或Ni-20%Cr丝绕制而成，它绕在绝缘管(21)上。绝缘管(21)材料为石英玻璃，它支撑着线圈(23)，使其尺寸和形状不变。绝缘管(21)连同线圈(23)一起被封装于套管(22)中。套管(23)的材料为陶瓷或Al2O3，它固定和保护绝缘管(21)和线圈(23)，避免外力的影响和减小使用过程中高温环境的影响。套管(22)内充填隔热材料氧化镁粉、陶瓷粉、Al2O3粉等形成填充层(24)。填充层(24)使绝缘管(22)固定在套管(23)上，也使线圈(22)的位置固定。接线柱(20)固定在套管(22)上，线圈(23)两端接于其上，以便外接。线圈的主要参数是线圈匝数5～100匝;
线圈直径10～150mm;
线圈高度2～100mm;
绕线层数1～5层;
线径0.02～2mm。
以下是本发明
图1是电磁铸造过程中小线圈检测金属液位原理图。
图中，(1)是小线圈，(2)是金属液柱，(3)是感应器，(4)是金属液柱上表面，即金属液位。
图2是同时使用主探头和副探头来检测金属液位，消除电流影响的电路系统示意图。
图中，(2)是金属液柱，(3)是感应器，(5)是由线圈制成的主探头，(6)是由线圈制成的副探头，(7)是滤波放大器，(8)是滤波放大器，(9)是线性检波器，(10)是线性检波器，(11)是电压放大器，(12)是电压放大器，(13)是求差电路，(14)是过压和反压保护电路，(15)是放大器，(16)是计算机。
图3是同时使用主探头和互感器来检测金属液位，消除电流影响的电路系统示意图。
图中，(2)是金属液柱，(3)是感应器，(5)是主探头，(17)是感应器(3)的供电线路，(18)是中感互感器，400/5，(19)信号处理电路。
图4是检测探头的结构图。
图中，(20)是接线柱，(21)是绝缘管，(22)是套管，(23)是线圈，(24)是填充层。
本发明的最佳实施例是探头线圈尺寸参数为匝数10匝;直径26mm;高度16mm;线径0.2mm。主探头和副探头线圈尺寸相同。在截面尺寸为120×50mm的方锭和φ90mm的圆锭电磁铸造中使用，性能稳定，抗电磁干扰，绝对误差小于0.4mm，灵敏度为0.1mm，满足电磁铸造使用要求。
权利要求
1.一种电磁铸造工艺中无接触检测金属液位方法，其特征是由线圈制成的主探头(5)位于液体金属柱(2)上方，检测金属液位，由线圈制成的副探头(6)位于电磁铸造感应器(3)外侧，检测电流变化，或用互感器(18)从主工作电路(17)上取出电流变化；主探头(5)和副探头(6)或互感器(18)的检测信号进入处理电路(19)，由副探头(6)或互感器(18)的电流变化信号来消除主探头(5)的检测信号中电流变化部分，从而获得纯金属液位变化信号。
2.根据权利要求1所述的电磁铸造金属液位检测方法，其特征在于主探头(5)和副探头(6)主要由线圈(23)、绝缘管(21)、套管(22)和填充层(24)组成;线圈(23)由铜丝、Ni-20%Cr丝等非铁磁性金属丝绕制而成，绝缘管(21)为石英玻璃、陶瓷等耐热非金属材料，套管(22)为陶瓷、Al2O3等耐热非金属材料，填充层(24)为氧化镁粉、陶瓷粉、Al2O3粉等耐热非金属材料;线圈的主要几何参数是匝数5～100匝;线圈直径10～150mm;线圈高度2～100mm;绕线层数1～5层;丝径0.02～2mm。
全文摘要
本发明为一种电磁铸造无接触金属液位检测方法。本发明的目的是将电磁干扰源用为工作源，较精确地检测出在类似电磁铸造这样强电磁干扰环境下的金属液位，本方法抗强电磁干扰能力强，精度较高，使用简便，为电磁铸造过程的自动控制提供了监测手段，从而保证铸造过程顺利进行，生产高质量的铸锭，其应用前景广阔。
文档编号G01F23/26GK1068189SQ9110441
公开日1993年1月20日 申请日期1991年6月24日 优先权日1991年6月24日
发明者金俊泽, 任忠鸣, 朱晓鹰 申请人:大连理工大学