专利名称：电涡流式炉衬厚度检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电涡流式炉衬厚度检测仪，适用于自动检测连续生产的冶金炉炉衬厚度。
连续生产的冶金炉，如炼铁的高炉，炼镍的矿热炉等，其炉衬由于受熔融金属的侵蚀，变得越来越薄，为确保安全生产，经过长期摸索，有的在炉衬中埋设热电耦，间接推断炉衬的厚度，还有采用电阻法测定炉衬的厚度，检测效果均难满足要求，也有报导利用激光、超声及微波原理检测炉衬的厚度，但至今没有用于实践。
本实用新型的目的是为了实现对连续生产的冶金炉衬厚度非接触实时检测、显示和报警。
为了实现上述目的，本实用新型提出了电涡流式炉衬厚度检测仪，包括发射装置、检测器、前置放大器及信号处理显示装置，其特征在于a发射装置由产生频率恒定的交变方波或正弦波的振荡器、与振荡器输出变压器副边相连接的直交变换器及由取样器→脉冲宽度调制器→直交直变换器及整流滤波器构成的保持其输出的交变电流有效值恒定的自动调节环节组成；b检测器由用耐高温合金导线绕制在耐高温绝缘骨架或炉衬耐火砖上与发射装置的输出端相连接并产生交变磁场的发射元件和与前置放大器的输入端相连接并产生感应电势信号的接收元件组成；c前置放大器为抗干扰的由精密放大器电路→有源滤波电路→电压电流变换及输出隔离电路组成；d信号处理显示装置是以单片微机为核心，由解调电路→多路选择电路→A／D转换电路→CPU及数据处理电路→数字显示装置、声光报警装置、键盘及打印机接口组成。
检测器的接收元件设有使输出信号灵敏度高，检测距离大的调节环节。
发射装置的振荡器具有使方波频率恒定的稳频环节，发射装置的直交直变换器具有供给发射元件的交变方波电压幅值随负载的变化而变化，保证其电流的有效值恒定的环节。
由于采用了上述技术方案，实现了对连续生产的冶金炉炉衬厚度非接触实时检测、显示和报警，可检测炉衬厚度达1米多。电涡流式炉衬厚度检测仪能在恶劣环境下连续工作，具有维护简单，工作可靠，使用寿命长的特点，从而确保了安全生产、延长了冶金炉的寿命，提高了冶金炉的产量，降低了产品成本。
图1是电涡流式炉衬厚度检测仪的工作原理及结构图。
图2是检测器在炉衬中的安装位置图。
图3是发射装置的结构框图。
图4是前置放大器的结构框图。
图5是信号处理显示装置的结构框图。
图6是振荡器电路图。
图7是直交变换器电路图。
图8是脉冲宽度调制器电路图。
图9是直交直变换器电路图。
图10是精密放大器电路图。
图11是有源带通滤波器电路图。
图12是电压电流变换及输出隔离电路图。
图13是解调电路图。
图14是多路选择电路图。
图15是A／D转换电路图。
图16是CPU数据处理电路图。
图17是数字显示装置电路图。
图18是声光报警装置电路图。
图1所示，发射装置(1)向检测器(8)的发射元件(2)提供频率稳定、有效值恒定的方波或正弦波激励电流，发射元件产生的交变磁场在与检测器距离为d的熔融金属中产生电涡流。当其他因素固定不变时，在接收元件中产生的进入信号处理显示装置(9)的感应电势信号与距离d、即与炉衬厚度有关。该信号经前置放大器(4)传给信号处理装置(5)，检测结果由数字显示装置(6)显示出来，当炉衬被侵蚀到危险值时，由声光报警装置(7)进行声光报警。
检测器由发射元件、接收元件及绝缘骨架组成。三者均用耐高温材料制成，能在1200℃高温环境中正常工作。发射元件、接收元件具有抗氧化、不脱皮、电阻系数小等性能。检测器安装在炉衬报警厚度之外，而报警线是根据工厂的设备维护规程确定。
图6－图9是发射装置的电路图。图6所示振荡器(10)产生恒定频率10～25KHZ的方波信号，再经过输出变压器输出四组相互独立的激励信号，作为控制直交变换器(11)的信号。图7所示直交变换器向检测器的发射元件提供频率恒定、有效值恒定的交变方波激励电流。脉冲宽度调制器(14)、直交直变换器(13)及整流滤波器(12)向直交变换器的C、D两端供电。取样器(15)的取样由图7中变压器T1来完成，取出与发射元件的电流成正比的反馈信号加到图8所示的脉冲宽度调制器的A、B两端，作为脉冲宽度调制器的控制信号，使脉冲宽度调制器产生频率一定，脉冲宽度变化的方波，再由变压器产生四组相互独立的信号激励图9所示的直交直变换器，使其产生脉冲宽度变化的方波，经过整流滤波器，从C、D两端输出随发射元件中的电流有效值变化的电压，为直交变换器的C、D两端供电，保证了发射元件中的交变方波电流有效值恒定。
发射装置的主要技术指标输出电流有效值0～10A输出电流频率10～25KHZ输出电流波形交变方波输出电流的变化率≤0.5％电变换效率≥85％供电电源220V 50HZ前置放大器分为三级。图10所示的第一级精密放大器(16)的电路，来自检测器接收元件的感应电势信号浮地输入，提高了抗共模干扰能力。图11所示的第二级有源带通滤波器(17)的电路，只允许与发射元件交变方波频率相同的信号通过，干扰信号被滤掉。图12所示的第三级电压电流变换及输出隔离电路(18)，将有源带通滤波器来的电压信号变换成电流信号，经隔离变压器T2输出，用屏蔽电缆传送给信号处理显示装置。
前置放大器的主要技术指标接收信号频率10～25KHz±10HZ放大倍数50～10000噪声电平Vin≤1μV零点漂移0.5mV／8h抗工频干扰能力>100V灵敏度5V／1mV信号处理显示装置由解调电路(19)、多路选择电路(20)、A／D转换电路(21)、CPU数据处理电路(22)、数字显示装置(6)、声光报警装置(7)、打印机接口(23)及键盘(24)等组成。来自前置放大器的电流信号进入图13所示的解调电路，变成直流信号，经过图14所示的多路选择电路，从多路输入信号中选出其中一路，送给图15所示的A／D转换电路，把模拟信号转换成BCD码，传给图16所示的CPU数据处理电路，经过数字滤波、数值平均及线性化等处理，由图17所示的数字显示装置显示出被测炉衬厚度的数值，当检测信号达到或超过予先设定的报警值时，图18所示的声光报警装置发出声光报警。
权利要求1.电涡流式炉衬厚度检测仪，包括发射装置、检测器、前置放大器及信号处理显示装置，其特征在于a发射装置由产生频率恒定的交变方波的振荡器、与振荡器输出变压器副边相连接的直交变换器及由取样器→脉冲宽度调制器→直交直变换器及整流滤波器构成的保持其输出的交变电流有效值恒定的自动调节环节组成，b检测器由用耐高温合金导线绕制在耐高温绝缘骨架上与发射装置的输出端相连接并产生交变磁场的发射元件和与前置放大器的输入端相连接并产生感应电势信号的接收元件组成，c前置放大器为抗干扰的由精密放大器电路→有源滤波电路→电压电流变换及输出隔离电路组成，d信号处理显示装置是以单片微机为核心，由解调电路→多路选择电路→A/D转换电路→CPU及数据处理电路→数字显示装置、声光报警装置、键盘及打印机接口组成。
2.根据权利要求1所述的电涡流式炉衬厚度检测仪，其特征在于检测器的接收元件设有使输出信号灵敏度高，检测距离大的调节环节。
3.根据权利要求1所述的电涡流式炉衬厚度检测仪，其特征在于发射装置的振荡器具有使方波频率恒定的稳频环节，发射装置的直交直变换器具有供给发射元件的交变方波电压幅值随负载的变化而变化，保证其电流的有效值恒定的环节。
专利摘要本实用新型涉及电涡流式炉衬厚度检测仪，适用于自动检测连续生产的冶金炉炉衬厚度。包括发射装置、检测器、前置放大器、信号处理显示装置。该检测仪能在恶劣环境下连续工作，实现了对连续生产的冶金炉炉衬厚度的非接触实时检测、显示和报警。具有维护简单，工作可靠，使用寿命长的特点，从而确保了安全生产，延长了冶金炉的寿命，提高了冶金炉的产量，降低了产品成本。
文档编号G01B7/06GK2172857SQ93242450
公开日1994年7月27日 申请日期1993年10月23日 优先权日1993年3月10日
发明者施立亭, 张卫平, 赵徐森 申请人:北京工业大学