本发明涉及传感检测技术领域，具体地说，涉及一种双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器。
背景技术：
液位测量属于通用研究领域，应用历史较长，基于不同原理开发的各式种类液位传感器已经得到了广泛应用。但熔融金属液液位传感器在高温环境下工作，易导致材料腐蚀、噪声干扰、氧化等一系列问题，因此高温熔融金属液液位传感器开发对传感器材料和系统稳定性提出了更高要求，保证其长寿命和准确性是较为复杂的问题，设计开发高温熔融金属液液位传感器也一直是液位测量技术领域的难点。
在工业生产中，普通液体液位检测采用标尺或连通器即可实现，开发相应的电子数据采集式的液位传感器也相对较为容易，如光纤式、LVDT等。但对于高温熔融金属而言，在密闭容器中冶炼，直接检测变得非常困难。目前在高温熔融金属液位测量方面，主要使用人工探杆的测试方法，操作人员劳动强度大、效率低、数据采集可靠性差，难于实现自动化。在某些场合也使用浮子式液位传感器，但对浮子材料要求高，浮子长时间接触高温熔液，易腐蚀，导致故障发生率较高且使用不便。
发明专利CN 103017859A公开了“一种接触式高温金属熔融液位高度测量装置”，该测量装置采用超声波液位传感器进行高温熔融金属液液位测量，由于密闭容器结构原因和熔融金属熔液浮渣的影响导致测量精度较低，无法长时间工作。在文献“基于CCD图像传感的浇注控制系统设计与研究”(《昆明理工大学学报》，2005-3-15，)中，提出在工业生产过程中使用高速激光CCD液位传感器测量熔融金属液的深度，精度很高，但成本也高，特别是可测量范围小，应用范围受限；热电偶点式液位传感器，准确度高，但测量值为离散型，不能适应高精度的应用场合。
目前在密闭、高温、高压环境中使用的熔融金属液液位传感器,一方面不能满足自动化和测量精度的生产要求,另一方面由于其功能单一,成本高昂的问题，急需开发一种长寿命、低成本、高精度的熔融金属液液位测量传感器。
技术实现要素：
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器。该熔融金属液液位传感器在密闭、高温、高压环境中应用；熔融金属液液位传感器具有测量精度高、测量范围大、成本低、寿命长的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括传感器保护壳体、壳体封盖、高温密封胶、刚玉管、铜质触点、弹簧、陶瓷纤维纸、刚玉环、电阻丝，所述传感器保护壳体与所述壳体封盖通过螺纹连接位于金属坩埚内；所述刚玉管为中空的L形管，刚玉管一端固定在壳体封盖上，刚玉管另一端为敞口端；所述弹簧为两根，弹簧上端固定在传感器保护壳体内的顶部，用于连接电阻丝；所述电阻丝分为外电阻丝和内电阻丝两部分，外电阻丝穿过刚玉环、壳体封盖与其中一根弹簧下端固连,内电阻丝穿过刚玉管内腔与另一根弹簧下端固连,外电阻丝与内电阻丝通过高温密封胶固结于刚玉管的敞口端，并将刚玉管敞口端密封，两个铜质触点位于传感器保护壳体内，两个铜质触点分别贴紧外电阻丝与弹簧连接处的内侧和内电阻丝与弹簧连接处的内侧；陶瓷纤维纸包裹外电阻丝并装入刚玉环内组成粘附去除装置，刚玉环浮在金属熔液中,工作时浸于金属熔液中；保护电阻R3与外电阻丝串联，保护电阻R4与内电阻丝串联，外电阻丝通过金属熔液、金属坩埚接地构成回路，通过关系式:
推导得到外部测量系统计算熔融金属液液位深度与电压信号关系式为:
式中，R1为置于刚玉管外部电阻丝电阻，R2为置于刚玉管内部电阻丝电阻，
L1为置于刚玉管外部电阻丝总长度，U1为置于刚玉管外部电阻丝两端电压，
U2为置于刚玉管内部电阻丝两端电压，U0为外部电路供电总电压，
h为熔融金属液液位深度，L为置于刚玉管内部电阻丝长度。
外电阻丝与内电阻丝采用Ni18Cr20电阻丝。
所述陶瓷纤维纸采用硅酸铝陶瓷纤维纸。
有益效果
本发明提出的一种双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器,属于传感检测技术领域；用于在密闭、高温、高压环境中熔融金属液液位的检测。双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器采用Ni18Cr20电阻丝，电阻丝分为外电阻丝和内电阻丝两部分，外电阻丝为工作电阻丝，内电阻丝为温度补偿电阻丝。陶瓷纤维纸包裹外电阻丝并装入刚玉环内组成粘附去除机构，刚玉环浮在高温熔融的金属熔液中；温度补偿电阻丝作为对比能有效减少温度变化对传感器测量结果的影响，温度补偿电阻丝封装在刚玉管内，能有效保护电阻丝并提高电阻丝使用寿命。选用Ni18Cr20电阻丝，其熔点高、电阻率高、抗氧化性好、热胀小、电阻温度系数稳定且成本低。
本发明双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器，通过实验检测，在200-500℃铅锡合金熔液中稳定性好、准确性高，使用寿命超过300次。熔融金属液液位传感器具有测量精度高、测量范围大、成本低、寿命长的特点。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器作进一步详细说明。
图1为本发明双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器的结构示意图。
图中:
1.传感器保护壳体 2.金属坩埚 3.壳体封盖 4.陶瓷纤维纸 5.刚玉环 6.外电阻丝7.高温密封胶 8.内电阻丝 9.刚玉管 10.金属熔液 11.铜质触点 12.弹簧R3为保护电阻 R4为保护电阻
具体实施方式
本实施例是一种双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器。
参阅图1，本实施例双丝分离电阻式熔融金属液液位传感器，由传感器保护壳体1、壳体封盖3、高温密封胶7、刚玉管9、铜质触点11、弹簧12、陶瓷纤维纸4、刚玉环5和电阻丝组成；传感器保护壳体1与壳体封盖3通过螺纹连接安装在金属坩埚2内；其中，传感器保护壳体1为倒U字形结构，顶部中间加工有通孔，传感器保护壳体1敞口端的内侧壁上加工有螺纹；壳体封盖3凸台周向加工有螺纹，壳体封盖3上加工有两个通孔。刚玉管9为中空的L形管,刚玉管9一端与壳体封盖3上的一个通孔配合固定连接,刚玉管9另一端为敞口端。
本实例中，弹簧12为两根，两根弹簧12的上端固定在传感器保护壳体1内的顶部，用于连接电阻丝。电阻丝分为外电阻丝6部分和内电阻丝8部分，外电阻丝6包裹陶瓷纤维纸4穿过刚玉环5、壳体封盖3与其中一根弹簧12下端固连,内电阻丝8穿过刚玉管9内腔与另一根弹簧12下端固连,并封装在传感器保护壳内。外电阻丝6与内电阻丝8通过高温密封胶7固结于刚玉管9的敞口端,并将刚玉管9敞口端密封，工作时浸于高温熔融的金属溶液10中，并与坩埚底部接触。刚玉管9的热胀冷缩变形量很小，保证其相对于传感器保护壳体1和壳体封盖3的变化量小。两个铜质触点11位于传感器保护壳体1内，两个铜质触点11分别贴紧外电阻丝6与一根弹簧12连接处的内侧和内电阻丝8与另一根弹簧12连接处的内侧。陶瓷纤维纸4包裹外电阻丝6并装入刚玉环5内组成粘附去除装置，刚玉环5浮在金属熔液10中；工作时浸于高温熔融金属熔液10中，基于熔融金属熔液10液面的变化引起刚玉管9外部的外电阻丝6局部短路，从而使阻值发生改变，通过外部测量系统检测的外电阻丝6上电压变化,并通过公式计算而得到高温熔融金属溶液10的液位，测量中利用了熔融金属具有良好导电性的特点；刚玉管9内的内电阻丝8作为温度补偿端，刚玉管9使内部电阻丝表面不与金属液面直接接触。选择电阻丝材料为高温Ni18Cr20电阻丝，其电阻率大、热稳定性好、抗氧化性好，依靠Ni18Cr20电阻丝的高导热率，使得内、外电阻丝的工作温度相近。
保护电阻R3与外电阻丝6串联，保护电阻R4与内电阻丝8串联，外电阻丝6通过高温熔融金属熔液10、金属坩埚2接地构成回路，并与外部测量系统连接，通过关系式:
推导得到外部测量系统计算熔融金属液液位深度与电压信号关系的公式为:
R1为置于刚玉管外部电阻丝电阻，R2为置于刚玉管内部电阻丝电阻，
L1为置于刚玉管外部电阻丝总长度，U1为置于刚玉管外部电阻丝两端电压，
U2为置于刚玉管内部电阻丝两端电压，U0为外部电路供电总电压，
h为熔融金属液液位深度，L为置于刚玉管内部电阻丝长度。
本实例中，L1＝L，取ΔU＝U2-U1，上述公式(2)可化简为:
h-ΔU函数图像在测量范围内没有陡变性和扁平性，h与ΔU在测量范围内具有良好的对应关系。在实例中L＝180mm，U0＝10V，k＝2，可测量0mm-180mm内高温熔融的金属溶液的液位。
通过实验检测，在密封200-500℃铅锡合金液中，通过上述公式计算熔融金属液液位深度，具有良好的稳定性和准确性。
两个铜质触点11位于传感器保护壳内，贴紧外电阻丝6和内电阻丝8与两根弹簧12连接处的内侧；铜质触点11在高温环境下仍然具有良好导电率，使外电阻丝6和内电阻丝8上的电压信号能完整引出。弹簧12给Ni18Cr20电阻丝提供一个预紧力，并保持一定预紧度。当温度降低或升高Ni18Cr20电阻丝由于热胀冷缩效应出现收缩或膨胀时，弹簧12的适当弹力将Ni18Cr20电阻丝始终拉紧，使其与铜质触点11紧贴。
本实施例中，陶瓷纤维纸采用硅酸铝陶瓷纤维纸。硅酸铝陶瓷纤维纸包裹外电阻丝并装入刚玉环5内组成粘附去除装置，刚玉环5浮在高温熔融的金属熔液10中；由于刚玉环5的密度较高温熔融的金属熔液10的密度小，并且堆积法制造的刚玉不容易黏附金属熔液，使得刚玉环5能稳定地漂浮在高温熔融的金属熔液10的液面上。当金属熔液10的液面下降时，受刚玉环5自身的重力和高温熔融的金属熔液10粘性影响，刚玉环5不会悬挂在外电阻丝6上。陶瓷纤维纸4的柔性很好同时又能够承受高温，在刚玉环5上下运动过程中，陶瓷纤维纸4的弹性挤压使得它与外电阻丝6的外壁产生较大的摩擦力，借助该摩擦力可去除黏附在外电阻丝6上的金属熔液。