专利名称：用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及监测领域，具体涉及一种用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置。
背景技术：
国内各钢厂炼钢所用的液体多采用鱼雷罐车或铁水包来盛装和转运。在装载过程中，灼热液体造成鱼雷罐车或铁水包附近的高温环境，以致不便直接观测容器中铁水的重量或液位，造成对液体导流槽灌注时刻的误判。过早灌注，意味着罐车装不满，降低了罐车的利用率；过迟灌注,会引起液铁水体从罐车中溢出，招致重大事故的发生。目前国内外铁厂多采用称重的方式来对液体液位和流速进行间接测量。常见的方法如下在高炉出铁口铁轨下安装称重压头(压电传感器)来对正在装罐的罐车或液体包进行实时称重，这种方法成本高，为施工以及维修都带来极大困难；在铁轨两侧贴形变应变片，将此形变信号转化为液位信号进而控制铁水导流槽灌注，由于铁轨的形变量较小，以致测量精度较低；用秤台和台式称重方式，以及钢包吊车秤，直接称重来预测液位，但此法不利于安装及使用，测量效率低。鉴于上述诸多原因，国内铁厂大多采用人工远距离直视来观测液体铁水液位，这对观察者来说，环境恶劣(高温、粉尘大)，稍有疏忽就会出现溢罐等恶性事故事故。
发明内容
本发明提供了一种选择车轮的转向架作为基点，利用罐车载荷时转向架基础制动装置和摇枕之间间隙尺寸的变化，通过其对压电传感器的挤压，将压力信号转换为电压信号，数据处理，标定后，获得鱼雷罐车内液体液位以及液体流速的信息的监测装置。本发明采用的技术方案是用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，罐车上的转向架中包括基础制动装置和摇枕，所述的摇枕与基础制动装置之间有间隙，其特征在于所述的间隙中安装有压电传感装置，压电传感装置包括有安装于间隙底面的底座、套筒、传递杆和传递弹簧，有压电传感器嵌装于底座表面的凹槽中，压电传感器上方有套筒，套筒上端顶在间隙顶面，套筒内滑动配合有传递杆，传递杆与套筒之间设有传递弹簧，所述的传递杆压在所述的压电传感器上，所述的压电传感器外接直流电源，压电传感器的信号输出接信号调理电路，信号调理电路由依次连接的放大、滤波电路、A/D转换电路、数据采集卡组成，信号调理电路的信号输出接入无线收/发模块；控制室内设置有单片机控制系统，单片机控制系统连接有与无线收/发模块对应通信的无线发/收模块，所述的单片机控制系统还与铁水开关控制连接，单片机控制系统外接有显示模块、报警系统。所述的套筒的密封端的外端面固定的具体位置为基础制动装置正面方孔的上表面；所述摇枕位于鱼雷罐车的罐体的下方，与罐体相连，垂直方向可活动；所述基础制动装置位于鱼雷罐车车轮的上方，垂直方向不可活动。
所述的无线收/发模块与无线发/收模块分别为Wi-Fi发送模块和Wi-Fi接收模块。所述的套筒的外壁上设有条形销孔，传递杆上有定位销，定位销在条形销孔内上、 下移动。所述的传递杆、套筒、传递弹簧三者同轴，传递杆的截面尺寸不小于传递弹簧的外径，略小于套筒的内径。本发明的装置同样可以用来对铁水包内铁水的液位和流速进行监测，还可对油罐车、液化罐车内液位进行监测；重新标定后,还可用来对鱼雷罐车、铁水包、油罐车、液化罐车进行称重。为实时了解鱼雷罐车铁水的液位和流速，本发明的原理如下首先，制定测量方案。本发明采用对鱼雷罐车称重传感的方式，对罐车中铁水液位和流速进行间接测量。选择车轮的转向架作为基点，利用罐车载荷时转向架的基础制动装置和摇枕之间间隙尺寸的变化，借助传递杆和弹簧，产生对压电传感器的挤压，得到电压信号，经数据处理，获得鱼雷罐车内铁水重量、液位和流速等信息。间隙变化引起传递弹簧对压电传感器挤压产生的电压信号与罐车载荷成正比。考虑铁水具有流动性，使得选择鱼雷罐车多个转向架中任一个作为基点称重均可达到监测目的。其次，明确系统架构。压电传感装置与电源、信号调理电路、数据采集卡、无线收发模块、单片机控制系统、阈值控制器、显示电路与报警设备共同构成监测系统。传感装置与电源、信号调理电路、数据采集卡、无线收发模块和显示电路，一同置于转向架的基础制动装置和摇枕之间的间隙处；单片机控制系统、阈值控制器、另一无线收发模块、显示电路和报警设备，置于监控室内。第三，罐车识别。由于每个罐车的自重、渣重以及弹性形变量、线性度、重复性等都不完全相同，即使同一台车也存在上述差异(是时间关系的变量)，因此，系统必须建立每辆罐车的独立参数档案。为每辆罐车预设一个独立编码供识别，并对每次装罐过程中铁水的实时重量、液位和流速等数据分别进行存档记录。第四，标定和校准。因罐车之间存在差异，对每辆罐车分别标定阈值。在铁水灌注过程中，当液位达到或超过阈值时，系统提供反馈信息，用于对高炉铁水停止灌注进行操控。每次转运铁水后，由于残存少部分废渣，引起罐车参数的变化，因此有必要对测量结果进行及时校正和补偿，确保监测结果的准确性，并有利于提高罐车的利用率。最后，信号的无线传输与报警。本发明采用Wi-Fi技术进行无线传输。Wi-Fi无线传输的覆盖半径很容易就可达到100m，码速可达54mbps，能保证信号在监控室和鱼雷罐车之间进行有效的传输。由于每辆罐车都设有独立编码，当罐车就位后，先发射罐车编码至监控室的Wi-Fi接收模块进行罐车识别，然后系统对本车进行自动校准。校准完成后，开始灌注铁水。在铁水灌注过程中，基础制动装置在垂直方向上位置保持不变，摇枕随着罐身重量增加而向下移动。因此，从空罐到满灌，基础制动装置和摇枕之间的间距逐渐变大，压电传感器感受到由传递弹簧给传递杆的压力逐渐减小，压电传感器输出的电压随罐体重量的增加线性递减。经信号调理电路和数据采集卡，由Wi-Fi将数据发送至监控室的Wi-Fi接收模块，经单片机数据处理，与单阈值控制器所提供的阈值进行比较，最后通过显示电路实时显示出罐车的液位和流速等信息，达到或超过阈值时，单片机控制系统发出停止灌注的信号，同时点亮报警指示灯。本发明的优点是I)本发明能用于高温、粉尘等恶劣环境，易于安装、检修，不破坏原有鱼雷罐车结构的液体液位和流速的监测装置。2)本发明结构简单、硬件电路简单、易于安装、检修维护方便、监测精度高、成本低。3)压电传感器置于鱼雷罐车转向架的基础制动装置和摇枕之间的缝隙处，易于安装和拆卸，不仅避免了施工带来的困难，而且使单个罐车在检修或故障时不影响生产。
图I为本发明的压电传感装置的主视图。图2为本发明的压电传感装置的A-A剖视图。图3为本发明的压电传感装置的俯视图。图4为本发明的系统原理框图。
具体实施例方式如图1-4所示，用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，罐车上的转向架中包括基础制动装置和摇枕，所述的摇枕与基础制动装置之间有间隙，间隙中安装有压电传感装置，压电传感装置包括有安装于间隙底面的底座5、套筒I、传递杆3和传递弹簧2，有压电传感器4嵌装于底座5表面的凹槽中，压电传感器4上方有套筒1，套筒I上端顶在间隙顶面，套筒I内滑动配合有传递杆3，传递杆3与套筒I之间设有传递弹簧2，传递杆3压在压电传感器4上，压电传感器4外接直流电源8，压电传感器4的信号输出接信号调理电路，信号调理电路由依次连接的放大、滤波电路9、A/D转换电路10、数据采集卡11组成，信号调理电路的信号输出接入无线收/发模块12 ;控制室内设置有单片机控制系统13，单片机控制系统13连接有与无线收/发模块12对应通信的无线发/收模块14，单片机控制系统13还与铁水开关15控制连接，单片机控制系统13外接有显示模块16、报警系统17、单阈值控制器18。套筒I的密封端的外端面固定的具体位置为基础制动装置正面方孔的上表面；摇枕位于鱼雷罐车的罐体的下方，与罐体相连，垂直方向可活动；基础制动装置位于鱼雷罐车车轮的上方，垂直方向不可活动。无线收/发模块12与无线发/收模块14分别为Wi-Fi发送模块和Wi-Fi接收模块。套筒I的外壁上设有条形销孔6，传递杆3上有定位销7，定位销7在条形销孔6 内上、下移动。传递杆3、套筒I、传递弹簧2三者同轴，传递杆3的截面尺寸不小于传递弹簧2的外径，略小于套筒I的内径。以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
压电传感装置。本发明将压电传感装置置于鱼雷罐车转向架的基础制动装置正面方孔的上方和摇枕上表面之间的缝隙处，不同的罐车此缝隙大小不完全相同。当罐车在空罐和满灌之间变化时，该缝隙上下表面的的间距范围为5 10cm。考虑到该缝隙的间距大小，可选择厚度较小的底座，长度稍长的弹簧，使得铁水灌注过程中，传感装置始终可以有效工作。套筒、传递杆、传递弹簧的结构和尺寸。套筒、传递杆和传递弹簧的组合结构，将罐车载荷时转向架的基础制动装置和摇枕之间缝隙的尺寸变化传递给压电传感器，从而产生实时监测信号。套筒和传递杆的截面可以是圆环和圆形，还可以是回字形和方形。套筒的一端密闭，另一端敞口 ；传递杆的两端密闭，其截面尺寸不小于弹簧的外径，但略小于所述套筒的内径。弹簧为管状弹簧，它被置于套筒和传递杆之间，两端分别抵于套筒密封端内端面和传递杆一端的端面。传递杆和传递弹簧恰好能置于套筒内，三者同轴，受底座的挤压，传递杆可在套筒中压迫弹簧，并沿轴向滑行。在套筒壁上开一条形销孔，传递杆上安装一个定位销，并嵌入套筒壁的条形销孔，保证其在相对滑动过程中不致脱落。由于，对于不同的罐车，满灌和空罐相比，其转向架基础制动装置和摇枕之间缝隙间距的变化量都约为 10-20mm,因此，销孔的长度不小于此值。选择合适弹性模量及长度的弹簧，保证弹簧在铁水灌注过程中始终处于可自由伸缩的压缩状态，不致发生非弹性形变而无法恢复。压电传感器和底座的安置。选用外形为圆柱形或方形的压电传感器，所用压电传感器应适合用于高温、潮湿、粉尘等恶劣环境，具有工作温度范围大、灵敏度高、稳定性好等优良性能。压电传感器及电路由优质高能量耐用的电池供电，不可使用导线插头链接的电源，以免在高温下引发火灾等事故。在底座的上表面刻一与所选压电传感器底面形状一致的凹槽，使压电传感器的底部稳固嵌于凹槽中。用螺钉把底座固定在摇枕的上表面，把套筒的顶端固定在基础制动装置方孔的上表面。压电传感器的上端与传递杆的一端连接。电路连接。该电路对压电传感器的输出信号进行放大、滤波、模/数(A/D)转换， 通过单片机进行数据采集后，由Wi-Fi将数据发送至监控室。电路由电池进行供电，同时使放大电路、滤波电路、模数转换电路、数据采集卡、无线收/发模块电路共地。压电传感器的电源正、负极分别接至电池的正、负极；压电传感器的信号正、负极分别接至信号调理电路的正、负极。电路部分应尽可能小，以方便置于鱼雷罐车转向架的基础制动装置和摇枕之间的缝隙处。为尽可能地保护传感装置，可在转向架的基础制动装置和摇枕之间的缝隙处固定一挡板，以减小粉尘、腐蚀，尤其是铁水浇溅所带来的影响。本发明采用对鱼雷罐车称重传感的方式，对罐车中铁水液位和流速进行间接测量。在铁水向鱼雷罐车中灌注的过程中，罐车载荷逐渐增加，使转向架的基础制动装置和摇枕之间的缝隙间距尺寸产生变化，借助传递杆和弹簧，产生对压电传感器的挤压，得到的电压，经信号调理、数据采集后，通过Wi-Fi无线发射模块将数据发送。在监控室，Wi-Fi接收模块接收由罐车Wi-Fi发射模块传来的监测信号，由单片机控制系统进行处理后，获得鱼雷罐车内铁水重量的实时信息。标定后，还可提供铁水的液位信息；根据罐车内铁水重量对时间的变化率，还可提供鱼雷罐车铁水灌注的流速。单阈值控制器为单片机控制系统提供阈值，当实测液位达到或超过预设液位时，单片机控制系统将中断铁水的灌注，同时启动报警设备(如闪灯或响警铃)。建立罐车参数档案，在转运铁水的过程中，由于每个罐车的自重、渣重以及弹性形变量、线性度、重复性等都不完全相同，即使同一台车也存在上述差异(是时间的函数)，因此，系统必须建立每辆罐车的独立参数档案，并存档记录每次装罐过程中铁水的实时重量、 液位和流速等信息。罐车识别，为每辆罐车预设一个独立编码。由于每个罐车的自重、渣重以及弹性形变量、线性度、重复性等都不完全相同，即使同一台车也存在上述差异(是时间关系的变量)，因此，系统必须建立每辆罐车的独立参数档案。为每辆罐车预设一个独立编码供识别， 并对每次装罐过程中铁水的实时重量、液位和流速等数据分别进行存档记录。标定，对每辆罐车分别进行标定。因罐车之间存在差异，对每辆罐车分别标定阈值。在铁水浇注过程中，基础制动装置在垂直方向上位置保持不变，摇枕随着罐身重量增加而向下移动。因此，从空罐到满灌，基础制动装置和摇枕之间的间距逐渐变大，压电传感器受到由弹簧给传递杆的压力逐渐减小。压电传感器输出的电压大小与罐体重量呈负相关的线性关系。在铁水灌注过程中，当液位达到或超过阈值时，系统提供反馈信息，用于对高炉铁水停止灌注进行操控。校准，每次转运铁水后，由于残存少部分废渣，引起罐车参数的变化，因此在铁水灌注之前，先进行自动校准，保证达到阈值页面时可以实时并准确监控。因此，当罐车就位后，先发射该车的车号编码至监控室的Wi-Fi接受模块，用以识别罐车。之后进行当前罐车的自动校准，系统对罐车参数进行相应的修正。校准后，开始灌注铁水。随着铁水不断注入，由压电传感器产生的电压信号，经数据处理、数据采集，标定后，可得鱼雷罐车的实时重量，据此得到铁水的液位和流速信息。数据经过Wi-Fi发送至监控室的Wi-Fi接受模块，单片机控制系统将铁水的液位和流速通过显示电路显示，并与单阈值控制器所提供的阈值液位进行比较。达到或超过阈值时，单片机控制系统发出信号，停止铁水导流槽灌注，同时启动报警设备。
权利要求
1.一种用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，罐车上的转向架中包括基础制动装置和摇枕，所述的摇枕与基础制动装置之间有间隙，其特征在于所述的间隙中安装有压电传感装置，压电传感装置包括有安装于间隙底面的底座、套筒、传递杆和传递弹簧，有压电传感器嵌装于底座表面的凹槽中，压电传感器上方有套筒，套筒上端顶在间隙顶面，套筒内滑动配合有传递杆，传递杆与套筒之间设有传递弹簧，所述的传递杆压在所述的压电传感器上，所述的压电传感器外接直流电源，压电传感器的信号输出接信号调理电路，信号调理电路由依次连接的放大、滤波电路、A/D转换电路、数据采集卡组成，信号调理电路的信号输出接入无线收/发模块；控制室内设置有单片机控制系统，单片机控制系统连接有与无线收/发模块对应通信的无线发/收模块，所述的单片机控制系统还与铁水开关控制连接， 单片机控制系统外接有显示模块、报警系统。
2.根据权利要求I所述的用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，其特征在于 所述的套筒的密封端的外端面固定的具体位置为基础制动装置正面方孔的上表面；所述摇枕位于鱼雷罐车的罐体的下方，与罐体相连，垂直方向可活动；所述基础制动装置位于鱼雷罐车车轮的上方，垂直方向不可活动。
3.根据权利要求I所述的用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，其特征在于 所述的无线收/发模块与无线发/收模块分别为Wi-Fi发送模块和Wi-Fi接收模块。
4.根据权利要求I所述的用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，其特征在于 所述的套筒的外壁上设有条形销孔，传递杆上有定位销，定位销在条形销孔内上、下移动。
5.根据权利要求I所述的用于鱼雷罐车中铁水液位和流速的监测装置，其特征在于 所述的传递杆、套筒、传递弹簧三者同轴，传递杆的截面尺寸不小于传递弹簧的外径，略小于套筒的内径。
全文摘要
本发明公开了一种用于鱼雷罐车铁水液位和流速的监测装置，包括有置于鱼雷罐车转向架的基础制动装置和摇枕之间的间隙处的压电传感装置，压电传感装置包括有安装于间隙底面的底座、套筒、传递杆和传递弹簧，有压电传感器嵌装于底座表面的凹槽中，压电传感器上方有套筒，套筒上端顶在间隙顶面，套筒内滑动配合有传递杆，传递杆与套筒之间设有传递弹簧，所述的传递杆压在所述的压电传感器上，所述的压电传感器外接直流电源，压电传感器的信号输出接信号调理电路，信号调理电路的信号输出接入无线收/发模块；控制室内设置有单片机控制系统，单片机连接有无线发/收模块，单片机还与铁水开关控制连接，单片机外接有显示模块、报警系统、单阈值控制器。本发明能用于高温、粉尘等恶劣环境，易于安装、检修，不破坏原有鱼雷罐车结构的液体液位和流速的监测装置。
文档编号G08C17/02GK102589642SQ20121006885
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者余有龙, 李茜, 洪俊, 耿淑伟, 钱牧云 申请人:合肥工业大学