用于热型连铸的金属液位检测控制装置的制作方法

本发明涉及热型连铸工艺中的金属液位检测控制系统，具体涉及一种用于热型连铸的金属液位检测控制装置。

背景技术：

热型连铸是一种将定向凝固和连续铸造结合起来的金属材料成形新技术。与铸型连通的金属液的自由表面到铸型出口的垂直距离是保证热型连铸过程顺利进行的重要参数，对其进行准确检测和精确控制，是该技术实施过程中的关键之一。

现有的热型连铸技术中，金属液位的检测装置主要采用电极接触式开关电路，即将指示电路的开关两极作为液位探头，或其中的一极作为液位探头，另一极为金属液本身，当金属液与液位探头相接触时，电路连通，指示灯亮起，表明金属液位已达到要求的高度。

接触式开关电路只能指示出金属液液位是在要求的高度之下还是之上，并不能指示出金属液液位的实时高度；还会由于金属液膜或金属氧化膜等的粘连牵挂，使探测电极短路，导致金属液液位低于要求高度时也亮起指示灯，发出错误信号。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于热型连铸的金属液位检测控制装置，避免了金属液膜或金属氧化膜与探测电极的粘连，减小了电极间短路情况的发生，提高了检测和控制的稳定性和精确度，延长了检测和控制系统的使用寿命，增加了金属液液位高度的实时检测功能。

一种用于热型连铸的金属液位检测控制装置，包括探测极板、信号处理模块、显示装置、信号调节器、伺服机构和执行装置，所述探测极板位于金属液液面上方并与之平行，形成以探测极板和金属液为电极的可变式电容，探测极板和金属液导电连接于所述信号处理模块的信号输入端，信号处理模块的信号输出端分别与信号调节器和用于显示实时液面高度的显示装置导电连接；所述信号调节器连接于信号处理模块的信号输出端与伺服机构之间；当金属液面高度变化时，所述信号处理模块接收到可变式电容C值变化的信号并进行处理后由信号输出端发出信号，传向所述显示装置和信号调节器，经信号调节器处理后的信号传向伺服机构，所述伺服机构驱动执行装置，进而通过执行装置调整金属液液面高度，使之恢复至设定高度，同时所述可变式电容C值恢复至原来值。

优选地，所述探测极板上设有一根导电杆棒，导电杆棒垂直于探测极板。导电杆棒和探测极板都能导电，导电杆棒固定在熔炉上，对探测极板起到了固定和导电的作用。

优选地，所述探测极板除底面以外的部位以及导电杆棒的侧表面均设有绝缘层。探测极板与金属液液面相对的一面无绝缘层，探测极板的其他表面和导电杆棒与熔炉绝缘接触，极大的减小了漏电情况的发生。

优选地，所述探测极板不与金属液接触。探测极板与金属液液面平行,使电容值更精确。

优选地，所述信号处理模块包括本机振荡器、调频振荡器、缓冲放大器、变频器、中频放大器、限幅器、鉴频器和终端放大器并且连接形成外差调频式电容测量电路。采用外差调频式电容测量电路，使信号处理模块性能更好，更稳定。

优选地，所述执行装置为受伺服机构驱动的沉浸于金属液面以下的浮体或者控制金属液源通断的塞杆。使用伺服机构驱动浮体或者塞杆，调控精度高，误差小。

本发明的有益效果体现在：探测极板固定于金属液液面上方，始终不与金属液接触，避免了金属液膜或金属氧化膜与电极板的粘连，极大的减小了电极漏电短路情况的发生，提高了金属液液面检测的精度，减小误差；信号处理模块前后连接了以探测极板和金属液为两极板的可变式电容和信号调节器，电容容值的变化信息传递给信号处理模块，通过外差调频式电容测量电路精确的输出液位信息并传递给显示器和信号调节器，实时显示金属液液位高度并通过伺服机构驱动浮体或者塞杆，调整金属液液位高度；整个检测和控制过程，探测极板都与金属液液面不接触，非接触式的传感方法极大的延长了用于热型连铸的金属液位检测控制系统的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的信号处理模块的原理图；

图3为本发明实施例一的结构示意图；

图4为本发明实施例二的结构示意图。

附图中，1-杯体，2-金属液，3-执行装置，31-浮体，32-塞杆，4-伺服机构，5-显示器，6-信号处理模块，71-导电杆棒，72-探测极板，8-信号调节器，9-绝缘层，10-导体，11-导流管，12-铸型，13-喷水冷却装置，14-牵引辊，15-喷出的冷却水，16-加热元件，17-坩埚，18-待用金属液，19-流孔，20-调频振荡器，21-缓冲放大器，22-变频器，23-中频放大器，24-限幅器，25-鉴频器，26-终端放大器，27-本机振荡器

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：如图1、图2和图3所示，图1为本发明的结构示意图、图2为本发明的信号处理模块的原理图、图3为本发明实施例一的结构示意图，其中实施例一为应用图1所示的金属液位检测控制系统的水平牵引热型连铸系统。金属液2盛装于杯体1中，穿过炉体底部的绝缘耐火保温材料并与钢板炉壳隔离设有与金属液2导电连接的导体10，导电杆棒71与探测极板72垂直相连，探测极板72平行悬置于金属液2液面上方，探测极板72除了与金属液2相对的一面无耐高温的绝缘层9包覆外，导电杆棒71和探测极板72的其余表面均包覆有耐高温的绝缘层9，导电杆棒71与探测极板72固定连接，并固定在炉体内，形成了以探测极板72和金属液2为电极的可变式电容，电容大小为其中s是探测极板72的下表面面积，δ是金属液2液面与探测极板72下表面之间的距离，ε是金属液2液面和探测极板72下表面之间介质的介电常数。导体10和导电杆棒71均设有排线并连接于信号处理模块6的调频振荡器20。导流管11装配于盛装液态金属的杯体1的侧面，与杯体1的内腔连通，轴线呈水平放置；铸型12内嵌于导流管11的出口端；杯体1和导流管11的外侧布置有加热元件16；杯体1、导流管11、铸型12、加热元件16、探测极板72和浮体31被放置在由钢板外壳和耐火保温材料筑成的炉体内。由铸型12的出口引出的金属受到由喷水冷却装置13喷出的冷却水15的冷却而凝固，并由牵引辊14以一定的速度拉出铸型。当金属液2液位下降或者上升时，可变电容两极板的距离δ值变化，可变式电容的C值相应变化，变化信号将传向调频振荡器20，外差调频式电容测量电路将可变式电容作为调频振荡器20谐振回路的一部分，当输入量距离δ变化时，导致可变式电容的C值发生变化，调频振荡器20的振荡频率发生变化，在本机振荡器27保持频率恒定的情况下，调频振荡器20的输出信号经缓冲放大器21、变频器22、中频放大器23、限幅器24、鉴频器25和终端放大器26处理后变成与δ成比例的电压或电流信号，该信号传向显示器5和信号调节器8，金属液2液位的变化情况在显示器5上实时的显示出来，同时信号调节器8将信号转化为伺服机构4所能执行的信号，伺服机构4驱动执行装置3来调整液面高度，执行装置3为浮体31，通过浮体31在竖直方向下降或者上升调整金属液2液面的高度并使之恢复至设定高度，同时可变式电容C值恢复至原来值。杯体1、导流管11、铸型12和浮体31采用高纯高密度石墨或碳化硅制作，导体10、探测极板72和导电杆棒71采用高纯高密度石墨制作，绝缘层9用刚玉制作。

实施例二：如图1、图2和图4所示，图1为本发明的结构示意图、图2为本发明的信号处理模块的原理图、图4为本发明实施例二的结构示意图，其中实施例二为应用图1所示的金属液位检测控制系统的垂直向下牵引热型连铸系统。金属液2盛装于杯体1中，铸型12装配在杯体1底部并与杯体1内腔连通，导体10穿过炉体底部的绝缘耐火保温材料和铸型12并与金属液2导电连接，导电杆棒71与探测极板72垂直相连，探测极板72平行悬置于金属液2液面上方，探测极板72除了与金属液2相对的一面无耐高温的绝缘层9包覆外，导电杆棒71和探测极板72的其余表面均包覆有耐高温的绝缘层9，导电杆棒71固定在炉体内，形成了以探测极板72和金属液2为电极的可变式电容，电容大小为其中s是探测极板72的下表面面积，δ是金属液2液面与探测极板72下表面之间的距离，ε是金属液2液面和探测极板72下表面之间介质的介电常数。导体10和导电杆棒71均设有排线并连接于信号处理模块6的调频振荡器20。杯体1的正上方设有与杯体1相连的坩埚17，坩埚17底部设有对准杯体1内腔的流孔，塞杆32下端部插入流孔中构成阀门，坩埚17内盛装有待用金属液18，杯体1和坩埚17的外侧均设有加热元件16；杯体1、坩埚17、铸型12、加热元件16、探测极板72、导电杆棒71和塞杆32放置在由钢板外壳和耐火保温材料筑成的炉体内，由铸型12的出口引出的金属受到由喷水冷却装置13喷出的冷却水15的冷却而凝固，并由牵引辊14以一定的速度拉出铸型。当金属液2液位下降或者上升时，可变式电容两极的距离δ值变化，可变式电容的C值相应变化，变化信号将传向调频振荡器20，外差调频式电容测量电路将可变式电容作为调频振荡器20谐振回路的一部分，当输入量距离δ变化时，导致可变式电容的C值发生变化，调频振荡器20的振荡频率发生变化，在本机振荡器27保持频率恒定的情况下，调频振荡器20的输出信号经缓冲放大器21、变频器22、中频放大器23、限幅器24、鉴频器25和终端放大器26处理后变成与δ成比例的电压或电流信号，该信号传向显示器5和信号调节器8，金属液2液位的变化情况在显示器5上实时的显示出来，同时信号调节器8将信号转化为伺服机构4所能执行的信号，伺服机构4驱动执行装置3来调整液面高度，执行装置3为塞杆32，通过塞杆32在竖直方向下降或者上升，使阀门实现关闭或者打开，进而调整金属液2液面的高度并使之恢复至设定高度，同时可变式电容C值恢复至原来值。杯体1、铸型12、坩埚17和塞杆32采用高纯高密度石墨或碳化硅制作，导体10、探测极板72和导电杆棒71采用高纯高密度石墨制作，绝缘层9采用刚玉制作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。