Способ измерения уровня жидкого металла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 476317 А 19) 1 Е 23 28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯЖИДКОГО МЕТАЛЛА(57) Изобретение может найти применениев металлургии для бесконтактного измерения уровня жидкого металла в ковшах, изложницах, кристаллизаторах и др. Цель -расширение области функционального применения за счет обеспечения возможности измерения уровня жидкого металла в емкостях различных типоразмеров и назначения, Способ заключается в образовании открытого СВЧ-резонатора, одним из зеркал которого является поверхность 1 жидкого металла в емкости, а другим - располагаемое над этой поверхностью металлическое зеркало 2. Уровень жидкого металла определяют по числу продольных типов колебаний, возбуждаемых в открытом резонаторе при девиации частоты возбуждающих эти колебания электромагнитных волн в фиксированном диапазоне частот. 3 ил.(4) 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к металлургии и измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня электро- проводного вещества в различных технологических емкостях металлургического производства, например в кристаллизаторах установок непрерывной разливки черных и цветных металлов, в изложницах, ковшах и др.Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения уровня жидкого металла в открытых емкостях.На фиг. 1 изображен открытый СВЧ- резонатор; на фиг. 2 - график зависимости числа возбуждаемых продольных типов колебаний от уровня для различных диапазонов длин волн; на фиг. 3 - функциональная схема устройства, реализующего способ.Для измерения уровня предложенным способом организуют открытый СВЧ-резонатор, содержащий два отражающих металлических зеркала (фиг. 1). В качестве одного из зеркал используют поверхность 1 жидкого металла в емкости, расстояние до которой необходимо определять, а в качестве другого - специальный отражатель - вогнутое зеркало 2 (фиг. 1) или плоское диаметром 20 - 30 см. В таком открытом резонаторе могут существовать высокодобротные колебания, а электромагнитная энергия сконцентрирована в виде узкого пучка в области, показанной на фиг, 1 пунктиром (эта область заштрихована).Резонансные частоты колебаний резонатора при плоских зеркалах выражаются формулой.(1) где 1 - расстояние между зеркалами;о - номер продольного типа колебаний(гармоники);С - скорость света;е, и - диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества в пространстве между зеркалами.Соответствующие этим частотам длины волн определяются формулойХ,"= - (д=1, 2, 3)21(2) В случае резонатора, состоящего из плоского (поверхность жидкого металла в рассматриваемом способе) и вогнутого зеркал длины волн возбуждаемых в резонаторе колебаний выражаются по зависимости- (д=1, 2, з), (з)ЯГО+ - агсяп/7/Ггде Я - радиус кривизны вогнутого зеркала.При й членом 1/лагсзи 1 - в знаменателе правой части формулы (3) можно пренебречь, т. е, формула (3) совпадает с формулой (2), соответствующей резонатору с плоскими зеркалами. Условие Я 1 легко выполняется на практике, поскольку обычно 1( - 2 п. В то же время наличие вогнутого зеркала в резонаторе предпочтительнее, чем плоского, так как такой резонатор на практике менее чувствителен к перекосам зеркал и требует менее точной юстировки.Из формул (1) и (3) при Р 1 видно, что спектр колебаний резонатора на продольных типах ТЕМ сод является эквидистантным. При этом расстояние между соседними резонансными импульсами по частотной оси может служить единичной мерой определяемого расстояния. В качестве информативного параметра при значительном диапазоне изменения расстояния (большим половины длины волны) до поверхности жидкого металла может быть использовано число А собственных колебаний резонатора, возбуждаемых в диапазоне частот Л= - ь гдеи- нижнее и верхнее значения изменяющейся частоты генератора возбуждающего колебания в резонаторе, которое определяется по зависи- мости Формула (4) непосредственно вытекает из формулы (1) для резонансных (собственных) частот колебаний резонатора и может быть записана в виде(5) где Х и Х - граничные значения длины волны, соответствующие частотами р.Оценим величину М в зависимости от изменения измеряемого расстояния 1 до поверхности контролируемой среды. Эта величина зависит от девиации частоты генератора в рабочем диапазоне частот , , т. е. длин волн Х, Х. График зависимости Нпри изменении 1 в пределах О+ 1000 мм для различных диапазонов Хъ Х приведен на фиг. 2.Погрешность измерения расстояния (уровня) И связана с погрешностью в определении Ю соотношением лй2(1/Х- 1/Х)При ЛУ= величина М соответствует погрешности (шагу) дискретного отсчета величины измеряемого уровня Ж.При 1=4 мм, 1=8 мм имеем шаг дискретного отсчета уровня И=4 мм, что соответствует относительной погрешности 6= =0,4 Я для измеряемого диапазона 1=0+ +1000 мм. При 1=30 мм, 1=60 мм находим Л 1=30 мм, 6=3 Я, при 1=2 мм, Е= =4 мм будем иметь И=2 мм, 6=0,2 Я,=2 мм ача ц- Лу= Чмм, В-Л, = дмм, г - Х =бОгж,0 а при =1 мм, 11=2 мм получим И 1= мм,б=О,1 О,Эти данные показывают, что выборомдевиации рабочей длины (частоты) генератора можно значительно влиять на точностьдискретного измерения уровня и получитьбольшую с практической точки зрения еевеличину.На фиг. 3 приведена функциональнаясхема устройства, реализующего предлагаемый способ, где 1 - поверхность жидкогометалла, 2 - металлическое зеркало, 3 -генератор частотно-модулированных колебаний, 4 - вентиль, 5, 6, 7 - волноводы,8 - детектор, 9 - усилитель, 10 - счетчикрезонансных импульсов. 5Способ осуществляется следующим образом.Электромагнитные колебания СВЧ-генератора частотно-модулированных колебаний 3 поступают по волноводу 5 через вентиль 4 (развязывающее устройство, препятствующее распространению волн в обратном направлении - от нагрузки (резонатора) к генератору) на открытый резонатор,образованный вогнутым металлическим зеркалом 2 и поверхностью жидкого металла 1.Колебания в резонаторе возбуждаются открытым концом волновода 6 через небольшоеотверстие в центре зеркала; так же осуществляется съем колебаний, которые по волноводу 7 поступают на детектор 8 и далее наусилитель 9 и счетчик 10 числа детектируе- З 0мых резонансных импульсов. При совпадении изменяющейся частоты генератора с часгао чоо юоо 8 оо юоое,м Фаг. 2тотой какого-либо типа продольных колебаний в резонаторе возбуждаются колебания этого типа; при этом детектором 8 выделяется соответствующий резонансный импульс, который после усиления поступает в качестве счетной единицы на счетчик 1 О.В зависимости от условий измерения (диапазона измерения, допустимой погрешности) рабочие длины волн могут находиться в сантиметровом или миллиметровом диапазоне длин волн,Отметим, что металлическое зеркало 2 резонатора может быть изготовлено из латуни, алюминия, стали и др. с последующей полировкой. Для облегчения конструкции вместо сплошного металлического зеркала может быть применена металлическая решетка или зеркало с перфорацией (отверстиями) по его поверхности; это не ухудшает функциональные свойства открытого резонатора,Способ измерения уровня жидкого металла, заключающийся в возбуждении СВЧ электромагнитных колебаний в фиксированном диапазоне частот над поверхностью металла и подсчете числа типов возбуждаемых колебаний, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем использования для измерений в открытых емкостях, колебания возбуждают над поверхностью жидкого металла по нормали к ней, а в качестве счетных используют продольные типы возбуждаемых колебаний.= ЯмР 1,дЕ=Ь 1 мА = Чмм, ЬЕ=ЧюУА =50 ицдЕ= 50 яСоставитель Г. ИноземцеваРедактор М. Келемеш Техред И. Верес Корректор М. ВасильеваЗаказ 2114/42 Тираж 661 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101