專利名稱：爐渣電磁式檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及爐渣檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種電磁式爐渣檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)大包滑動(dòng)水口和電爐偏心爐底出鋼時(shí)的爐渣。
背景技術(shù)：
為了保證連鑄坯的質(zhì)量，目前許多鋼廠大包滑動(dòng)水口或電路偏心爐底處都安裝了電磁式檢測(cè)裝置用于檢測(cè)大包爐渣，并根據(jù)檢測(cè)信號(hào)及時(shí)關(guān)閉大包滑動(dòng)水口。圖1示出了常用的一種爐渣檢測(cè)裝置的原理圖。如圖1所示，該檢測(cè)裝置主要由檢測(cè)線圈1、前置放大器2、隔離放大器3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4和勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器5以及計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6等部分組成，其中，檢測(cè)線圈1安裝在大包滑動(dòng)水口滑板的上部或電爐的偏心出鋼口，由二組同心線圈組成，檢測(cè)線圈1的次級(jí)端與依次串接在一起的前置放大器2、隔離放大器3和模數(shù)轉(zhuǎn)換器4相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸出端與計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6相連，勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器5的輸出端與檢測(cè)線圈1的初級(jí)端相連，控制端與計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6相連。圖1中的計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6的功能包括根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)判定鋼水中是否包含爐渣并計(jì)算相應(yīng)的含量，因此其與隔離放大器3和模數(shù)轉(zhuǎn)換器4等一起構(gòu)成了檢測(cè)裝置中的檢測(cè)信號(hào)處理單元。
圖1所示檢測(cè)裝置的工作原理為，勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器5在計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6的指令下產(chǎn)生勵(lì)磁信號(hào)輸入檢測(cè)線圈1的初級(jí)端，從而在檢測(cè)線圈1內(nèi)形成一交變電磁場(chǎng)。當(dāng)開澆時(shí)，鋼水從檢測(cè)線圈1中央流過(guò)，由于受交變磁場(chǎng)的影響，鋼水內(nèi)產(chǎn)生渦流，該渦流將產(chǎn)生一個(gè)微弱的反向電磁場(chǎng)，其被檢測(cè)線圈1的次級(jí)線圈感測(cè)并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出至前置放大器2經(jīng)放大和整形處理，隨后再經(jīng)輸入隔離放大器3的隔離放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器作模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后被送至計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6。由于鋼的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于渣的電導(dǎo)率(例如在1600度下鋼水電導(dǎo)率是渣電導(dǎo)率的104倍)，因此當(dāng)鋼水中出現(xiàn)爐渣時(shí)，反向電磁場(chǎng)的強(qiáng)度將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致檢測(cè)線圈輸出信號(hào)發(fā)生變化，因此通過(guò)比較檢測(cè)線圈輸出信號(hào)的前后變化，計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6即可根據(jù)判斷流經(jīng)檢測(cè)線圈1的鋼水中是否包含爐渣并確定其含量，然后根據(jù)判斷結(jié)果生成相應(yīng)的控制指令，并經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器7和隔離放大器8輸出模擬控制信號(hào)，或者，經(jīng)邏輯電平功率驅(qū)動(dòng)器9和24伏中間繼電器10輸出數(shù)字控制信號(hào)，與此同時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼水中包含爐渣時(shí)，計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6還指令聲光報(bào)警器11發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
由于檢測(cè)裝置的檢測(cè)線圈1安裝在大包滑動(dòng)水口內(nèi)部，因此在大包維修和周轉(zhuǎn)時(shí)容易造成線圈損壞，導(dǎo)致爐渣檢測(cè)功能失效。此外，前置放大器2的故障或者各種接線故障也有可能導(dǎo)致檢測(cè)功能失效。但是在工作狀態(tài)下，無(wú)法根據(jù)圖1所示爐渣檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)發(fā)現(xiàn)故障的存在，從而可能導(dǎo)致大量爐渣進(jìn)入中間包。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種爐渣電磁式檢測(cè)裝置，其可根據(jù)裝置的輸出信號(hào)確定檢測(cè)線圈受損、前置放大器和接線故障引起的檢測(cè)功能失效。
本實(shí)用新型的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種爐渣電磁式檢測(cè)裝置，包含檢測(cè)線圈、前置放大器、勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器和檢測(cè)信號(hào)處理裝置，所述檢測(cè)線圈的次級(jí)端與所述前置放大器相連，所述前置放大器與所述檢測(cè)信號(hào)處理裝置相連，所述勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器與所述檢測(cè)線圈的初級(jí)端相連，進(jìn)一步包含與所述檢測(cè)線圈初級(jí)端相連的小信號(hào)發(fā)生器，并且所述前置放大器為差動(dòng)放大器。
比較好的是，在上述爐渣電磁式檢測(cè)裝置中，所述檢測(cè)線圈與前置放大器通過(guò)電纜連接，并且電纜長(zhǎng)度不超過(guò)10米。
與現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)裝置相比，本實(shí)用新型的檢測(cè)裝置增加了一個(gè)小信號(hào)發(fā)生源，疊加在勵(lì)磁信號(hào)上的小信號(hào)將在次級(jí)線圈上產(chǎn)生一個(gè)變化的信號(hào)，這樣檢測(cè)信號(hào)處理單元即可根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)變化量判定是否存在故障。為了保證準(zhǔn)確地檢測(cè)到次級(jí)線圈上的信號(hào)，這里前置放大器采用差動(dòng)放大方式來(lái)檢測(cè)次級(jí)端上的信號(hào)變化，從而可有效消除各種干擾信號(hào)引起的誤報(bào)。


圖1示出了常用的一種爐渣檢測(cè)裝置的原理圖。
圖2示出了按照本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的爐渣檢測(cè)裝置原理圖。
圖3為圖2所示檢測(cè)裝置中前置放大器的等效電路圖。
具體實(shí)施方式
圖2示出了按照本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的爐渣檢測(cè)裝置原理圖。與圖1所示的裝置相比，本實(shí)施例的主要差別在于增加了小信號(hào)發(fā)生器5a，并且前置放大器3采用了下面將要作進(jìn)一步描述的差動(dòng)放大器。
如圖2所示，小信號(hào)發(fā)生器5a也與檢測(cè)線圈1的初級(jí)端相連，換句話說(shuō)，其與勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器5共接至檢測(cè)線圈的初級(jí)端，因此耦合至初級(jí)線圈的可以是勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器5輸出的勵(lì)磁信號(hào)，也可以是同時(shí)包含發(fā)生器5與小信號(hào)發(fā)生器5a輸出的疊加信號(hào)。勵(lì)磁信號(hào)一般可以是正弦波信號(hào)，頻率選取為400Hz、800Hz、1200Hz和1600Hz不等。一般而言，線圈直徑越大，則選擇的頻率應(yīng)越高。小信號(hào)可以是正弦波、方波或三角波信號(hào)，其頻率可與勵(lì)磁信號(hào)相同或不同，其幅值小于勵(lì)磁信號(hào)。
由于檢測(cè)線圈1檢測(cè)到的信號(hào)變化量比較弱，為了減少線路損失和干擾，前置放大器2的安裝位置比較好是控制在離開線圈1的10米范圍內(nèi)，但這使得前置放大器2只能安裝在環(huán)境較差的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)。針對(duì)較差的安裝環(huán)境，應(yīng)該采用電纜插頭方式將檢測(cè)線圈與前置放大器連接起來(lái)。此外，隔離放大器3、模數(shù)轉(zhuǎn)換器4和計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)所構(gòu)成的檢測(cè)信號(hào)處理單元安裝在連鑄電氣室內(nèi)，并通過(guò)一根100多米的電纜連接到前置放大器2。
前置放大器2的作用是將微弱的信號(hào)變化值放大為可識(shí)別的信號(hào)后再輸出至檢測(cè)裝置的后續(xù)單元處理。圖3為前置放大器2的等效電路圖，由圖可見，前置放大器的輸入級(jí)為典型的差動(dòng)放大輸入電路，其特點(diǎn)是對(duì)差模信號(hào)有放大作用而對(duì)電源波動(dòng)、干擾信號(hào)、溫度影響等共模信號(hào)有抑制作用。
如圖3所示，串接的電阻器R1和R2與串接的電容器C03和C04并聯(lián)在檢測(cè)線圈1的次級(jí)側(cè)兩端，電阻器R1和R2的公共端與電容器C03和C04的公共端接地以提供相同的基準(zhǔn)零電位，電阻器R1或電容器C03的另一端經(jīng)電阻器R3連接至放大元件器AD620的正相輸入端，電阻器R2或電容器C04的另一端經(jīng)電阻器R4連接至放大器元件AD620的反相輸入端，并且正相輸入端和反相輸入端之間串接電容器C05。
在圖3所示的差動(dòng)放大器中，當(dāng)差動(dòng)放大器的輸入端接收到一個(gè)變化的信號(hào)電壓ΔUi時(shí)，放大器元件AD620的正相和反相輸入端上的輸入為ΔUi1和ΔUi2，因此差模輸入為ΔUid＝ΔUi1-ΔUi2共模輸入為ΔUic＝1/2(ΔUi1+ΔUi2)而輸出為ΔUo＝Aud×ΔUid+Auc×ΔUic式中，Aud為差模放大倍數(shù)，Auc為共模放大倍數(shù)，ΔUid為差模輸入變化量，ΔUic為共模輸入變化量。差模放大倍數(shù)Aud取決電阻器R1～R4和電容器C03～C05的參數(shù)，共模放大倍數(shù)Auc取決于放大器元件AD620的正反相輸入電阻。為了獲得足夠大的差模放大倍數(shù)并使共模放大倍數(shù)接近于0，應(yīng)使正相和負(fù)相輸入電阻相等，為此將電阻器R1～R4的阻值皆取為10K并選用高精度電阻，電容器C01和C02的電容值取為4000p。
當(dāng)上述差動(dòng)放大器的特性和參數(shù)對(duì)稱設(shè)置時(shí)，共模放大倍數(shù)Auc接近零并且ΔUi1＝-ΔUi2＝1/2ΔUi，即在放大器元件正反相輸入端獲得大小相等、極性相反的信號(hào)電壓，因此輸出的變化電壓為ΔUo＝Aud×ΔUi以下描述本實(shí)施例檢測(cè)裝置的工作原理。
當(dāng)僅向檢測(cè)線圈1的初級(jí)線圈輸入勵(lì)磁信號(hào)時(shí)，如果流經(jīng)初級(jí)線圈的是不含爐渣的鋼水，則檢測(cè)線圈1次級(jí)感應(yīng)出的電勢(shì)是一個(gè)恒定值，因此輸入上述前置放大器2的輸入信號(hào)基本不變，在共模放大倍數(shù)接近零的情況下，輸出信號(hào)將逐步回零，而回零的時(shí)間取決于放大器內(nèi)部元件的參數(shù)。
當(dāng)在勵(lì)磁信號(hào)上疊加一個(gè)小信號(hào)時(shí)，將在次級(jí)線圈上產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)變化量ΔUi，經(jīng)過(guò)前置放大器產(chǎn)生一個(gè)ΔUo＝Aud×ΔUi的輸出信號(hào)后。該信號(hào)經(jīng)隔離放大器3的放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6進(jìn)行分析比較。只要模數(shù)轉(zhuǎn)換后信號(hào)與小信號(hào)的比例關(guān)系不滿足預(yù)先設(shè)定的條件，則計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)6即判斷檢測(cè)線圈1、前置放大器2以及連接電纜中至少有一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，從而指令故障報(bào)警裝置12進(jìn)行故障報(bào)警顯示。
權(quán)利要求1.一種爐渣電磁式檢測(cè)裝置，包含檢測(cè)線圈、前置放大器、勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器和檢測(cè)信號(hào)處理裝置，所述檢測(cè)線圈的次級(jí)端與所述前置放大器相連，所述前置放大器與所述檢測(cè)信號(hào)處理裝置相連，所述勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器與所述檢測(cè)線圈的初級(jí)端相連，其特征在于，進(jìn)一步包含與所述檢測(cè)線圈初級(jí)端相連的小信號(hào)發(fā)生器，并且所述前置放大器為差動(dòng)放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的爐渣電磁式檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)線圈與前置放大器通過(guò)電纜連接，并且電纜長(zhǎng)度不超過(guò)10米。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種爐渣電磁式檢測(cè)裝置，其可根據(jù)裝置的輸出信號(hào)確定檢測(cè)線圈受損、前置放大器和接線故障引起的檢測(cè)功能失效。該檢測(cè)裝置包含檢測(cè)線圈、前置放大器、勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器和檢測(cè)信號(hào)處理裝置，所述檢測(cè)線圈的次級(jí)端與所述前置放大器相連，所述前置放大器與所述檢測(cè)信號(hào)處理裝置相連，所述勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器與所述檢測(cè)線圈的初級(jí)端相連，進(jìn)一步包含與所述檢測(cè)線圈初級(jí)端相連的小信號(hào)發(fā)生器，并且所述前置放大器為差動(dòng)放大器。在上述檢測(cè)裝置中，疊加在勵(lì)磁信號(hào)上的小信號(hào)將在次級(jí)線圈上產(chǎn)生一個(gè)變化的信號(hào)，這樣即可根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)變化量判定是否存在故障。此外，為消除各種干擾信號(hào)，前置放大器采用差動(dòng)放大方式來(lái)檢測(cè)次級(jí)端上的信號(hào)變化。
文檔編號(hào)G01N27/90GK2743833SQ200420107518
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者朱雄輝 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司