一种双传感器钢水液面测量设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双传感器钢水液面测量设备，使用的是一种基于非接触式液位涡流式传感器，是电磁感应技术、信号处理技术和计算机技术等多学科的技术融合。与传统的单传感器相比，双传感器具有良好检测虚假液位特点，且稳定性能好。结晶器是连铸设备中最关键的部件，是连铸设备的心脏，结晶器液位的检测与控制是保证结晶器正常工作的前提，双传感器钢水液面测量设备，对测量大型连铸机板坯结晶器测量效果要优于单传感器检测方式，双传感器安装在结晶器水口两边，采用对称液面采集方式，能很好的消除虚假液位波动对液面带来的影响，克服了传统单传感器检测范围小、单点测量稳定性差缺点，以及电磁检测带来的影响液位的缺点。
【专利说明】一种双传感器钢水液面测量设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及连铸设备，尤其涉及一种双传感器钢水液面测量设备。
【背景技术】
[0002] -般来说，结晶器是连铸设备中最关键的部件，也是连铸设备的心脏，结晶器对液 位的检测与控制是保证结晶器正常工作的前提。
[0003] 目前，连铸机的钢水液面测量系统在冶金行业有着非常广泛的应用。大致可以分 为以下两类：涡流式钢水液面测量系统和电磁式钢水液面测量系统。
[0004] 涡流式钢水液面测量系统安装在结晶器上方的水口一端，对电磁搅拌没有影响。 但是此系统采用的是单传感器探头的检测方式，因此无法消除虚假液位波动带来的影响， 进而导致测量不准确。
[0005] 电磁式钢水液面测量系统镶嵌在结晶器上，采用了两点测量，能有效消除虚假液 位的影响。但是，此由于电磁搅拌是通过外加电磁场对钢液的作用，在钢液内产生感应电 流，载流钢水在电磁场中受到洛伦兹力的作用，使流动状态发生改变，从而控制钢坯的凝 固。因此电磁搅拌对液面测量有很大影响，而系统又是安装在结晶器上边和结晶器直接相 连，电磁搅拌对其有较大影响，进而导致测量不准确的缺点。
【发明内容】
[0006] 本发明了提供了一种双传感器钢水液面测量设备，以解决现有的钢水测量设备测 量钢水液位不准确的技术问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种双传感器钢水液面测量设备，包括：
[0008] 前置转换装置，包括双传感器；所述前置转换装置安装在铝合金管内部，所述双传 感器对称安装在结晶器水口两端，并安装于所述铝合金管的一端，所述铝合金管通过固定 卡座固定在结晶器上；其中，所述双传感器用于采集液位信号和温度信号；所述前置转换 装置通过信号线和双传感器连接，具体用于接收、处理并发送所述液位信号和所述温度信 号；
[0009] 控制装置，安装在所述铝合金管内部，通过电缆和所述前置转换装置连接；其中， 所述控制装置包括信号控制转换模块、通讯管理模块，所述信号控制转换模块用于接受并 处理所述前置转换装置传过来的液位信号和温度信号；所述通讯管理模块用于接受并处理 所述信号控制转换模块传过来的液位信号和温度信号。
[0010] 优选的，所述前置转换装置还包括信号放大器，模数转换器，采样单片机，第一收 发器和变换器；
[0011] 所述信号放大器，通过所述信号线和双传感器连接，具体用于对所述液位信号进 行信号放大，获得液位放大信号；
[0012] 所述模数转换器，和所述信号放大器连接，具体用于对所述液位放大信号进行模 数转换；
[0013] 所述采样单片机，和所述模数转换器、所述第一收发器连接，具体用于接收并处理 所述第一模数转换器传过来的液位信号，然后再控制所述第一收发器将处理过后的液位信 号发送给所述变换器；
[0014] 所述变换器，将所述处理过后的液位信号变换后，发送给所述信号控制转换模块。
[0015] 优选的，所述信号控制转换模块包括：第二收发器，控制单片机，第三收发器；
[0016] 所述第二收发器，用于接收所述变换器发送的变换信号，并将所述变换信号发送 给所述控制单片机；
[0017] 所述控制单片机接收并运算所述变换信号，并将获得的运算信号通过所述第三收 发器发送出去。
[0018] 优选的，所述通讯管理模块包括第四收发器，嵌入式处理器，显示器；
[0019] 所述第四收发器，具体用于接收所述运算信号，并传送给所述嵌入式处理器；
[0020] 所述嵌入式处理器将所述运算信号再次运算后显示在所述显示器上。
[0021] 优选的，所述通讯管理模块还包括操作键盘；
[0022] 所述嵌入式处理器可以通过所述操作键盘接收用户输入的操作指令，并将所述操 作指令转换为控制指令，逐级下发给所述前置转换装置。
[0023] 通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
[0024] 在本发明中，提供了一种双传感器钢水液面测量设备，使用的是一种基于非接触 式液位涡流式传感器，是电磁感应技术、信号处理技术和计算机技术等多学科的技术融合。 与传统的单传感器相比，双传感器具有良好检测虚假液位特点，且稳定性能好。结晶器是连 铸设备中最关键的部件，是连铸设备的心脏，结晶器液位的检测与控制是保证结晶器正常 工作的前提，双传感器钢水液面测量设备，对测量大型连铸机板坯结晶器测量效果要优于 单传感器检测方式，双传感器安装在结晶器水口两边，采用对称液面采集方式，能很好的消 除虚假液位波动对液面带来的影响，克服了传统单传感器检测范围小、单点测量稳定性差 缺点，以及电磁检测带来的影响液位的缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例中双传感器钢水液面测量设备的结构图；
[0026] 图2为本发明实施例双传感器钢水液面测量设备的实施原理图。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本申请所属【技术领域】中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图， 通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
[0028] 实施例一：
[0029] 在本发明实施例中，描述了一种双传感器钢水液面测量设备，包括前置转换装置 1，控制装置2。
[0030] 下面请参看图1，描述了本发明中双传感器钢水液面测量设备的结构图。
[0031] 在图1中，前置转换装置1包括双传感器3，对称安装在结晶器水口两端，并安装于 所述铝合金管A的一端；所述铝合金管A通过固定卡座固定在结晶器上。
[0032] 前置转换装置1，安装在所述铝合金管A内部，并通过信号线和双传感器3连接。
[0033] 控制装置2,安装在所述铝合金管A内部，通过电缆和所述前置转换装置1连接； 其中，所述控制装置2包括信号控制转换模块4、通讯管理模块5。
[0034] 下面具体介绍各个部件的作用。
[0035] 双传感器3,用于采集液位信号和温度信号。在实际应用中，双传感器3实际上包 括两个传感器，对称设置在结晶器水口两端。
[0036] 前置转换装置1，具体用于接收、处理并发送所述液位信号和所述温度信号；
[0037] 控制装置2包括信号控制转换模块4、通讯管理模块5 ;所述信号控制转换模块4 用于接受并处理所述前置转换装置1传过来的液位信号和温度信号；所述通讯管理模块5 用于接受并处理所述信号控制转换模块4传过来的液位信号和温度信号。
[0038] 在具体的实施过程中，双传感器3钢水液面测量设备，使用的是一种基于非接触 式液位涡流式传感器，是电磁感应技术、信号处理技术和计算机技术等多学科的技术融合。 与传统的单传感器相比，双传感器3具有良好检测虚假液位特点，且稳定性能好。结晶器是 连铸设备中最关键的部件，是连铸设备的心脏，结晶器液位的检测与控制是保证结晶器正 常工作的前提，双传感器3钢水液面测量设备，对测量大型连铸机板坯结晶器测量效果要 优于单传感器检测方式，双传感器3安装在结晶器水口两边，采用对称液面采集方式，能很 好的消除虚假液位波动对液面带来的影响，克服了传统单传感器检测范围小、单点测量稳 定性差缺点，以及电磁检测带来的影响液位的缺点。
[0039] 双传感器钢水液面测量设备采用三层信号转换模式，请参看图2。
[0040] 在下面的介绍中，涉及的收发器具体是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器。显不器可 以是液晶显示器。
[0041] 第一层：前置转换装置1，集信号采集和处理于一体。
[0042] 其中，前置转换装置1包括双传感器3,信号放大器6,模数转换器7,采样单片机 8,第一收发器9和变换器10。其中，变换器10具体是I/V变换器（电流/电压变换器）。 另外，前置转换装置1还包括数模转换器11。
[0043] 下面介绍各个部件的具体作用。
[0044] 双传感器3用来米集液位信号和温度信号。
[0045] 下面使用液位信号对各个部件进行描述。在实际应用中，温度信号的处理类似，本 发明不在赘述。
[0046] 所述信号放大器6,通过所述信号线和双传感器3连接，具体用于对所述液位信号 进行信号放大，获得液位放大信号；
[0047] 所述模数转换器7,和所述信号放大器6连接，具体用于对所述液位放大信号进行 模数转换；
[0048] 所述采样单片机8,和所述模数转换器7、所述第一收发器9连接，具体用于接收并 处理所述模数转换器7传过来的液位信号，然后再控制所述第一收发器9将处理过后的液 位信号发送给所述变换器10 ;
[0049] 所述变换器10,将所述处理过后的液位信号变换后，发送给所述信号控制转换模 块4。
[0050] 总的来说，前置转换装置1将传感器检测0mm-150mm的液位信号经信号放大、通过 A/D转换送米样单片机8控制（UART)第一收发器9通过变换器10输出，同时输出传感器探 头的0°C -100°C温度监测信号，用来和第二层交换数据。另外，前置放大器还会同时将D/A 信号送信号放大器6中补偿温度影响值。
[0051] 第二层：信号控制转换模块4,包括：第二收发器12,控制单片机13,第三收发器 14 ;另外，还包括开关量1/015(开关量输入/输出）、A/D转换器16、D/A转换器17。
[0052] 其中，所述第二收发器12,用于接收变换器10发送的变换信号，并将所述变换信 号发送给所述控制单片机13 ;
[0053] 所述控制单片机13接收并运算所述变换信号，并将获得的运算信号通过所述第 三收发器14发送出去。
[0054] 总的来说，第二收发器12将第一层处理后的液位和处理后的温度信号送控制单 片机13,将运算后数据通过第三收发器14并与第三层交换数据，第二层将有效的液面电流 和温度电流送PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器）。另外，第二层 还会接收并处理各开关量信号，实现线性化处理，温度补偿自动补偿、手动补偿、取消补偿， 4 = 20mA电流输出等功能。
[0055] 第三层：通讯管理模块5包括第四收发器18,嵌入式处理器19,显示器20。
[0056] 所述第四收发器18,具体用于接收所述运算信号，并传送给所述嵌入式处理器 19。
[0057] 另外，所述通讯管理模块5还包括操作键盘21 ;所述嵌入式处理器19可以通过所 述操作键盘21接收用户输入的操作指令，并将所述操作指令转换为控制指令，逐级下发给 所述前置转换装置1。
[0058] 在实际应用中，第三层还包括：通道显示器22、通讯器23。
[0059] 总的来说，第四收发器18将与第二层交换数据送嵌入式处理器19,嵌入式处理器 19将运算后数据显示液位信号，温度信号，通道显示，DP通讯，键盘21可修改设置参数与信 肩、。
[0060] 在上面的三层中，每层都以高性能单片机为核心。前置转换装置1将传感器检测 0mm-150mm位移小信号经信号放大、通过A/D转换送采样单片机8控制（UART)收发器通过 变换器10输出，同时输出传感器探头的〇°C -KKTC温度监测信号。
[0061] 信号控制转换模块4,接收和控制传感器液位信号，温度信号，和各开关量信号，实 现线性化处理，温度补偿自动补偿、手动补偿、取消补偿，4 = 20mA电流输出等功能.
[0062] 通讯管理模块5,显示双通道传感器液位，温度信号双通道液位高度曲线，运算输 出曲线，及报警信号，同时配置PR0FIBUS-DP接口，实现与外部数据之间的通讯。钢水液面 检测新方法具有自检功能，断电时自动进入保持状态。测量中可动态显示实时测量曲线， 操作键盘可以修改系统配置、测量参数，查阅历史数据等，设有双通道测量设备故障自动切 换。
[0063] 通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
[0064] 在本发明中，提供了一种双传感器钢水液面测量设备，使用的是一种基于非接触 式液位涡流式传感器，是电磁感应技术、信号处理技术和计算机技术等多学科的技术融合。 与传统的单传感器相比，双传感器具有良好检测虚假液位特点，且稳定性能好。结晶器是连 铸设备中最关键的部件，是连铸设备的心脏，结晶器液位的检测与控制是保证结晶器正常 工作的前提，双传感器钢水液面测量设备，对测量大型连铸机板坯结晶器测量效果要优于 单传感器检测方式，双传感器安装在结晶器水口两边，采用对称液面采集方式，能很好的消 除虚假液位波动对液面带来的影响，克服了传统单传感器检测范围小、单点测量稳定性差 缺点，以及电磁检测带来的影响液位的缺点。
[0065] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本 创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包 括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
[〇〇66] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精 神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围 之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种双传感器钢水液面测量设备，其特征在于，包括： 前置转换装置，包括双传感器；所述前置转换装置安装在铝合金管内部，所述双传感器 对称安装在结晶器水口两端，并安装于所述铝合金管的一端，所述铝合金管通过固定卡座 固定在结晶器上；其中，所述双传感器用于采集液位信号和温度信号；所述前置转换装置 通过信号线和双传感器连接，具体用于接收、处理并发送所述液位信号和所述温度信号； 控制装置，安装在所述铝合金管内部，通过电缆和所述前置转换装置连接；其中，所述 控制装置包括信号控制转换模块、通讯管理模块，所述信号控制转换模块用于接受并处理 所述前置转换装置传过来的液位信号和温度信号；所述通讯管理模块用于接受并处理所述 信号控制转换模块传过来的液位信号和温度信号。
2. 如权利要求1所述的测量设备，其特征在于， 所述前置转换装置还包括信号放大器，模数转换器，采样单片机，第一收发器和变换 器； 所述信号放大器，通过所述信号线和双传感器连接，具体用于对所述液位信号进行信 号放大，获得液位放大信号； 所述模数转换器，和所述信号放大器连接，具体用于对所述液位放大信号进行模数转 换； 所述采样单片机，和所述模数转换器、所述第一收发器连接，具体用于接收并处理所述 第一模数转换器传过来的液位信号，然后再控制所述第一收发器将处理过后的液位信号发 送给所述变换器； 所述变换器，将所述处理过后的液位信号变换后，发送给所述信号控制转换模块。
3. 如权利要求2所述的测量设备，其特征在于， 所述信号控制转换模块包括：第二收发器，控制单片机，第三收发器； 所述第二收发器，用于接收所述变换器发送的变换信号，并将所述变换信号发送给所 述控制单片机； 所述控制单片机接收并运算所述变换信号，并将获得的运算信号通过所述第三收发器 发送出去。
4. 如权利要求3所述的测量设备，其特征在于， 所述通讯管理模块包括第四收发器，嵌入式处理器，显示器； 所述第四收发器，具体用于接收所述运算信号，并传送给所述嵌入式处理器； 所述嵌入式处理器将所述运算信号再次运算后显示在所述显示器上。
5. 如权利要求3所述的测量设备，其特征在于，所述通讯管理模块还包括操作键盘； 所述嵌入式处理器可以通过所述操作键盘接收用户输入的操作指令，并将所述操作指 令转换为控制指令，逐级下发给所述前置转换装置。
【文档编号】G01F23/22GK104061979SQ201410319698
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】高志利, 刘铁湘, 张衡, 雷希璋, 熊志钢, 杨晓冬, 张海鹏 申请人:武汉钢铁(集团)公司