CN1128030C - 钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置，包括由正弦波振荡器，跨导放大电路，峰值检波电路，数控电阻网络分压器，滤波放大电路，电压比较电路，双稳态触发器，单稳态触发器，RS触发器，继电器组成。采用数控电阻网络分压器自动调节的激励源，以适应传感器在不同钢流通径，即随着包令增加，传感器同心位置水口砖通径的侵蚀以及它的更换都能正常检测；采用各种滤波电路及屏蔽保护来增加装置的抗干扰性能；设定电压比较器的阈值电压，获得即时的熔渣流出响应。因此它具有可靠性好、准确度高的优点，使每次钢包浇钢达到最大的钢产量、最少的熔渣流入中间包的目的。本发明能应用于所有冶金容器出钢挡渣的自动检测与控制。

Description

钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置

技术领域

本发明涉及非电量的检测技术，尤其涉及钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置。

背景技术

本发明应用非电量电测技术，为无氧化连铸生产线建立一种自动检测装置，在钢包浇注临近结束时，一旦熔渣流出，该装置设置在出钢口部位的传感器即感受到钢渣变换，并将这种变换转变成电信号，经电路处理与放大后成为下渣报警与关闭钢包滑动水口的驱动信号，从而实现具有最大钢产量及最少渣流出功效的自动关包。

在现有技术领域中，已公开的申请日为86年2月22日，申请号为86100811的“熔渣检测装置”。这种装置采用简单的恒流源激励传感器；采用传感器中间抽头连接温度补偿电路(抗干扰电路)来克服大范围温度变化引起的干扰；采用脉宽鉴别器及延时电路来判断熔渣的流出。基于上述结构的装置，带来相应的不足如下：1、简单的激励源没有自动调节功能，无法适应更换的传感器存在制造误差及钢包多次浇钢作业后通径扩大的事实；2、由于钢包具有很大的热容量，传感器部位温度变化速度与熔渣流出速度相比要缓慢得多，而熔渣流出也仅发生在浇钢末期，事实上极其缓慢的温度变化不会造成干扰，而在钢包浇钢过程中抗干扰电路未能对钢厂环境中存在的强大机、电干扰予以抑制；3、采用脉宽鉴别器及延时电路的结果是渣流出到关包之间增加了固有的时间推迟，引起过量的熔渣流入中间包，影响了整个装置的检测效果。

发明内容

本发明的目的是设计一种采用数控电阻网络分压器自动调节激励源、采用各种滤波电路及屏蔽保护增加抗干扰性能、设定电压比较器的阈值电压获得即时熔渣流出响应的钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置。

本发明的技术方案是它包括：正弦波振荡器，跨导放大电路，峰值检波电路，数控电阻网络分压器，滤波放大电路，电压比较电路，双稳态触发器，单稳态触发器，RS触发器，继电器。正弦波振荡器的输出经跨导放大电路、双芯电缆、高温连接器与传感器连接，跨导放大电路的输出经峰值检波电路、滤波放大电路接电压比较电路，电压比较电路的另一输入端接可调正电位，输出端通过按钮接负电位和接双稳态触发器。数控电阻网络分压器的输入分别接峰值检波电路的输出端、固定稳压端、双稳态触发器的输出端，数控电阻网络分压器的输出端接跨导放大电路的输入端。双稳态触发器分别接单稳态触发器和经RS触发器、三极管接继电器，单稳态触发器分别接RS触发器和经另一个三极管接另一个继电器。

本发明具有的有益效果是：

1)采用数控电阻网络分压器自动调节的激励源，以适应传感器在不同钢流通径，即随着包龄增加，传感器同心位置水口砖通径的侵蚀以及它的更换都能正常检测；

2)采用各种滤波电路及屏蔽保护来增加装置的抗干扰性能；

3)设定电压比较电路的阈值电压，获得即时的熔渣流出响应。

因此新的装置具有可靠性好、准确度高的优点，使每次钢包浇钢达到最大的钢产量、最少的熔渣流入中间包的目的。本发明能应用于所有冶金容器出钢挡渣的自动检测与控制。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是跨导放大电路原理图；

图3是峰值检波电路原理图；

图4是数控电阻网络分压器电路原理图；

图5是滤波放大电路原理图；

图6是电压比较电路原理图；

图7是熔渣流出信号实录曲线图。

具体实施方式

本发明的结构框图如图1所示，它包括正弦波振荡器1，跨导放大电路2，峰值检波电路6，数控电阻网络分压器7，滤波放大电路8，电压比较电路9，双稳态触发器10，单稳态触发器11，RS触发器12，继电器。正弦波振荡器1的输出经跨导放大电路2、双芯电缆3、高温连接器4与传感器5连接。跨导放大电路2的输出经峰值检波电路6、滤波放大电路8接电压比较电路9。电压比较电路9的另一输入端接可调正电位，输出端经按钮接负电位和接双稳态触发器10。数控电阻网络分压器7的输入分别接峰值检波电路6的输出端、固定稳压端Z1、双稳态触发器10的输出端。数控电阻网络分压器7的输出端接跨导放大电路2的输入端，双稳态触发器10分别接单稳态触发器11和经RS触发器、三极管T2接继电器Js，单稳态触发器1 1分别接RS触发器12和经另一个三极管T1接另一个继电器Ja。

根据电涡流检测原理，传感器线圈中心通过不同介质，钢水或是熔渣，其阻抗会发生变化，当幅度稳定的正弦电流流经传感器线圈时，其端电压会发生相应的变化。图1中正弦波振荡器1产生的正弦电压经跨导放大电路2输出正弦电流，经数十米长的屏蔽双芯电缆3及高温连接器4流入传感器5(在传感器工作时常闭触点Js处于“开”状态)。图中b点电压为传感器端电压，峰值检波电路6的输出是其输入调幅电压的包络线。由于传感器在正常浇钢期间，此包络电压的变化量极其微小，因此可粗略地看作不变。数控电阻网络分压器7接受来自d、e电压及j脉冲的控制，在f点输出控制电压来控制2的输出电流幅度，使d点电压近似等于稳压管Z1的稳压值。d点电压经滤波放大电路8抑制了包络电压中的直流分量及各种机电干扰，因此在正常浇钢期间，其输出成为零电平上下微弱波动的电压信号。在浇钢末期，一旦下渣，d点电压就增加了钢渣变换时刻发生的变化电压，由于滤波放大电路8的高增益特性，获得了准确的熔渣流出信号，其幅度将超过来自电位器W1设定的电压比较电路9的h点的阈值电压，结果是电压比较电路9即刻输出一个下渣脉冲。i点脉冲触发双稳态触发器10，它的输出m点脉冲触发单稳态触发器11。接着，11输出k点脉冲使晶体管T1饱和，继电器Ja通电，常开触点Ja闭合，由连接器13连接电铃报警，连接器14连接滑动水口自动关包，报警时间等于单稳态脉冲宽度。k点脉冲还触发RS触发器12，使晶体管T2截止，继电器Js断电，常闭触点Js闭合，此时钢包已浇钢完毕，拔下传感器5的连接器4的插头，传感器随钢包离去。按钮K1一端连接负电源VEE1，每次钢包开浇后，先插上传感器5的连接器4的插头，然后按一下K1，在i点产生负脉冲，用来触发双稳态电路10，它的j点输出一路触发RS触发器12，使晶体管T2饱和，继电器Js通电，常闭触点Js打开，使传感器正常接入装置。j点输出的另一路触发数控电阻网络分压器7，自动调整跨导放大电路2的输出电流幅度。当调整达到设定值，装置进入正常检测状态。

跨导放大电路如图2所示，包括由运放A1及场效应管T3、T4组成的压控放大器，运放A2、A3及晶体管T5～T8组成的跨导放大器，运放A4组成的反相放大器和运放A5组成的差值放大器。

图中运放A1组成压控放大器，此处场效应管T3是一只由运放A5输出的负电平所控制的压控可变电阻，运放A5输出电平的变化将控制由运放A1组成的压控放大器的增益。运放A2、A3及晶体管T5～T8组成的跨导放大器将正弦电压转变成正弦电流，经输出端b流向图1中的传感器5及取样电阻R1。由于电阻R1不变，由运放A4组成的反相放大器的输入端c点电压幅度与b点的输出电流成正比，经运放A4放大及二极管D1峰值检波后与f点直流电压同时输入运放A5执行它们的差值放大，运放A5输出负电平来调整场效应管T3的漏源电阻，从而调整b点输出的电流幅度。因此，当电路元器件已定时，b点输出电流幅度取决于f点输入电平。

峰值检波电路如图3所示，包括由运放A6组成的电压跟随器，运放A7及电感L1、电容C1组成的选频放大器，二极管D2、电容C2、电阻R2组成的峰值检波器及运放A8组成的电压跟随器。

图中运放A6为电压跟随器，输入端b为传感器端电压，其特征为载波被传感器检测到的下渣信号调制的调幅波。运放A7组成选频放大器，在通过载波信号的同时抑制了通带外的干扰。然后经二极管D2峰值检波，由电压跟随器A8输出调幅波的包络电压。在正常浇钢期间，此电压基本上是平稳的。

数控电阻网络分压器如图4所示，包括由运放A9组成的电压比较器，两级与非门N1及微分电路，或非门O1组成的RS触发器，与非门N2组成的可控起/停的振荡器，二进制加计数器COUN1及其输出的一路接四双向开关SW1，另一路经四与非门N3接四双向开关SW2。

当传感器接入并按动按钮K1后，j点上升为正电平，经两级与非门N1及微分电路后，得相应于j端上升沿的正向尖脉冲，经二极管D4触发或非门O1组成的RS触发器的置1端，使或非门O1输出保持在高电平，此高电平经二极管D4加到由与非门N2组成的可控起/仃的振荡器的控制端，使其保持振荡状态。相应于j端上升沿的正向尖脉冲还经二极管D5使二进制加计数器COUN1清零，然后开始计下从CL端输入的振荡器N2送来的脉冲个数，计数从二进制0000到1111，共16个。计数由Q1～Q4端输出，一路经四双向开关SW1控制f点上面4个串联电阻是否被短路，另一路经四与非门N3及四双向开关SW2对f点下面4个串联电阻是否被短路作相反的控制。电阻网络共有10个串联电阻，除顶端电阻及最下端的接地电阻外，被控的电阻是8个。电阻网络的顶端加上稳压管Z3的稳定电压，在电阻网络上的中点f能获得16种分压比。当计数状态为0000时，f点以上的四个电阻全部有效，f点以下的四个电阻全部短路，此时f点电压最低；当计数状态为1111时，f点以上的四个电阻全部短路，f点以下的四个电阻全部有效，此时f点电压最高。由此，在电阻网络上的中点f获得从某一电压起始的16级步进电压，作为图2电路的控制电压。随着f点电压的提升，传感器激励电流幅度增大，d点电平升高。当d点电平高于设定的e点电平时，电压比较器A9输出高电平，经稳压管Z2限幅、两级与非门N1、微分电路后，得相应于电压比较器A9输出端上升沿的尖脉冲，经二极管D3触发或非门O1组成的RS触发器的置0端，使或非门O1输出保持在低电平，此低电平使二极管D6截止，与非门N2组成的可控起/仃的振荡器保持仃振状态。振荡器仃振标致着激励源调整程序已完成。事实上，图1中方块2、6、7及附设元件组成了一个负反馈回路，是本发明装置的关键技术之一。

滤波放大电路如图5所示，包括由运放A10组成的同相放大器，运放A11、运放A13组成的两级低通滤波放大器及运放A12组成的限幅放大器。

包络电压从d输入，经电容隔直后输入由运放A10组成的同相放大器。包络电压中包含的变化分量经同相放大器、低通滤波放大器及限幅放大器后从输出端g输出。一旦熔渣流出，在g端即获得幅度足够大的熔渣流出信号。从g点还引出连接器15(见图1)，连接微机数据采集卡，对检测波形进行实时记录、存储、历史追忆及打印。电路的滤波效果及屏蔽工艺使各种干扰降至最低，保证了本装置具有高的可靠性。

电压比较电路如图6所示，包括由运放A14组成的电压跟随器，运放A15组成的电压比较器及两只晶体管组成的开关电路。

放大了的有用信号，即熔渣流出信号，经电压跟随器后与设定的h点阈值电压比较。当g点电平高于h点电平时，电压比较器输出高电平，经两级晶体管开关电路在输出端i点输出高电平，此高电平上升沿触发图1中的双稳态电路10，随后驱动相关的继电器工作，实现整个装置电路状态的逻辑转换。显然，本电路不存在信号延时，保证了下渣信号的准确性。调节图1中电位器W1改变h点电位，可调节熔渣流出的量来满足钢产量的要求。

本装置所用运算放大器均为高阻抗运放3140，其余集成电路的型号已标于各电路图中。

由于它具有自动运行功能，本发明的实施例极为简单，叙述如下(参见图1)：

运行前通电预热半小时以上。当装有传感器5的钢包在浇钢位置就位开浇后，将电缆3上的插头插入钢包外壳上的高温连接器4。按一下按钮K1，短路触点Js即断开，传感器接入电路，并进入调整状态，使接入的传感器和电路相互协调适应。调整完成后，装置进入正常的检测状态，并按设定的电流、电压值运行。微机记录下在零电平上下略有波动的信号曲线，延续至浇钢末期。一旦熔渣流出，微机录下熔渣流出信号，报警器报警，滑动水口关闭钢包，结束浇钢。同时触点Js闭合，从钢包上拔下电缆连接器插头，空钢包离去。更换待浇钢包后进行下一次检测。本装置能不断电地连续运行。

本发明近旁有大功率炼钢电炉以及各种大功率机电设备，因此存在强大的机、电干扰源。即使如此，本发明未出现过来自外界干扰引起的误动作。由于电路如上所述的合理设计，能准确检测到渣信号，钢产量与下渣量能统一满足连铸生产要求。尤其是采用了数控激励源，在更换传感器或不同的包龄期检测，检测效果具有良好的重复性。

实录曲线如图7所示，图中的脉冲信号显示了熔渣流出信号。当此信号一出现，继电器触点Js即刻闭合，传感器回路被短路，g点电平也即刻返回零电平，随后记录曲线成水平直线，并保持在零电平上。

Claims (2)

1.钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置，其特征在于它包括：正弦波振荡器[1]，跨导放大电路[2]，峰值检波电路[6]，数控电阻网络分压器[7]，滤波放大电路[8]，电压比较电路[9]，双稳态触发器[10]，单稳态触发器[11]，RS触发器[12]，继电器；正弦波振荡器[1]的输出经跨导放大电路[2]、双芯电缆[3]、高温连接器[4]与传感器[5]连接，跨导放大电路[2]的输出经峰值检波电路[6]、滤波放大电路[8]接电压比较电路[9]，电压比较电路[9]的输入端还接可调正电位，输出端通过按钮接负电位和接双稳态触发器[10]，数控电阻网络分压器[7]的输入分别接峰值检波电路[6]的输出端、固定稳压端、双稳态触发器[10]的输出端，数控电阻网络分压器[7]的输出端接跨导放大器电路[2]的输入端，双稳态触发器[10]分别接单稳态触发器[11]和经RS触发器[12]、三极管[T2]接继电器[Js]，单稳态触发器[11]分别接RS触发器[12]和经另一个三极管[T1]接另一个继电器[Ja]。

2.根据权利要求1所述的的钢包浇钢过程中获取熔渣流出信号的装置，其特征在于：

1)跨导放大电路[2]包括由运放[A1]及场效应管[T3、T4]组成的压控放大器，运放[A2、A3]及晶体管[T5～T8]组成的跨导放大器，运放[A4]组成的反相放大器及运放[A5]组成的差值放大器；

2)峰值检波电路[6]：包括由运放[A6]组成的电压跟随器，运放[A7]及电感[L1]、电容[C1]组成的选频放大器，二极管[D2]、电容[C2]、电阻[R2]组成的峰值检波器及运放[A8]组成的电压跟随器；

3)数控电阻网络分压器[7]：包括由运放[A9]组成的电压比较器，两级与非门[N1]及微分电路，或非门[O1]组成的RS触发器，与非门[N2]组成的可控起/停的振荡器，二进制加计数器[COUN1]及其输出的一路接四双向开关[SW1]，另一路经四与非门[N3]接四双向开关[SW2]；

4)滤波放大电路[8]，包括由运放[A10]组成的同相放大器，运放[A11]、运放[A13]组成的两级低通滤波放大器及运放[A12]组成的限幅放大器；

5)电压比较电路[9]，包括由运放[A14]组成的电压跟随器，运放[A15]组成的电压比较器及两只晶体管组成的开关电路。

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