一種互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置及方法，屬于液位測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于液態(tài)金屬溫度高、化學(xué)性質(zhì)活潑，常規(guī)液位計(jì)無法應(yīng)用在液態(tài)金屬液位測量領(lǐng)域。為了獲得連續(xù)的液位變化數(shù)據(jù)，目前液態(tài)金屬液位測量一般采用互感式液位計(jì)?；ジ惺剿欧簯B(tài)金屬液位測量裝置及方法原理與互感式液位計(jì)相同，也是基于液態(tài)金屬的高電導(dǎo)率的特性。根據(jù)電磁場理論，當(dāng)在原邊繞組中有交流電流時(shí)，在次級繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小會受到環(huán)繞繞組介質(zhì)的影響，此時(shí)原邊繞組產(chǎn)生的交變磁通，一方面與次級繞組交鏈，另一方面在液位計(jì)外套管及被測介質(zhì)中產(chǎn)生感應(yīng)渦流，從而產(chǎn)生感應(yīng)磁場，引起總磁通減小，進(jìn)而減小了次級繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢。敏感元件部分盤繞在鐵芯的上段和下段，差動(dòng)連接。當(dāng)液態(tài)金屬液位到達(dá)敏感元件中心區(qū)域時(shí)，橋路達(dá)到最大不平衡點(diǎn)，此時(shí)傳感器輸出電壓為最大值Em。當(dāng)液態(tài)金屬液位繼續(xù)上升時(shí)，隨著上部繞組被淹沒，橋路又恢復(fù)到平衡狀態(tài)，此時(shí)傳感器輸出電壓E又恢復(fù)到最小值。
[0003]液態(tài)金屬的伺服液位測量在公開文獻(xiàn)資料中查閱到中國專利申請?zhí)?01210370050.X，采用的是金屬探針自動(dòng)校準(zhǔn)感應(yīng)敏感元件進(jìn)行液態(tài)金屬測量，與本液位計(jì)原理不同，且其需要直接接觸液態(tài)金屬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置及方法。在滿足工程應(yīng)用的同時(shí)也可作為各類液態(tài)金屬液位測量校準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)器，如解決大量程互感式液位計(jì)的標(biāo)定問題。
[0005]具體地，本發(fā)明提供一種互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，所述裝置包括如下部件和結(jié)構(gòu):
[0006]液面探測器以及固定于液面探測器上的位移傳感器；
[0007]伺服電機(jī)，控制所述液面探測器和位移傳感器的移動(dòng)；
[0008]信號轉(zhuǎn)換采集單元，收集所述液面探測器、位移傳感器的信號并傳遞信號給控制器;
[0009]控制器，根據(jù)所述信號轉(zhuǎn)換采集單元傳遞的信號，控制伺服電機(jī)；
[0010]探測器電源，給所述液面探測器供電。
[0011]進(jìn)一步地，如上所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，所述液面探測器包括電纜導(dǎo)管、安裝在電纜導(dǎo)管一端的鐵芯、圍繞所述鐵芯的繞組、和套在上述三個(gè)部件組成的敏感元件外的不銹鋼套管。
[0012]進(jìn)一步地，如上所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，所述液面探測器進(jìn)一步包括編碼器或位置指示器以獲得液面變化量，實(shí)現(xiàn)液位測量。
[0013]進(jìn)一步地，如上所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，所述伺服電機(jī)通過串聯(lián)的吊繩卷筒、吊繩、鋼絲繩輪轂來控制液面探測器的移動(dòng)。
[0014]進(jìn)一步地，如上所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，所述電源兩端并聯(lián)一個(gè)平衡電位器。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種使用如上所述裝置的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量方法，所述方法包括如下步驟:
[0016]以位移傳感器測量輸出電壓最大值作為設(shè)定值，位移傳感器的中心水平于液面，當(dāng)液面上升時(shí)，位移傳感器測量輸出電壓通過信號轉(zhuǎn)換采集單元傳送給伺服電機(jī)的控制器，控制器判斷電壓的變化趨勢，控制器發(fā)出指令帶動(dòng)伺服電機(jī)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)位移傳感器上升直到所述測量輸出電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止；反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)液位探測器對液面的跟隨；通過液面探測器的編碼器或位置指示器獲得液面的變化量，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬液位的測量。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:測量精度高，精度能達(dá)到±2mm ;探測器與液態(tài)金屬不接觸，不會破壞容器的密封性；能夠作為參考標(biāo)準(zhǔn)表使用，實(shí)現(xiàn)對非接觸式大量程互感液位計(jì)的標(biāo)定；標(biāo)定時(shí)可以取代大量的傳統(tǒng)液位探針從而減少設(shè)備投資和用鈉量。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明液面探測器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明液面探測器的繞組電路原理圖；
[0020]圖3為位移傳感器輸出電壓隨液態(tài)金屬淹沒高度的變化情況示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明的測量裝置構(gòu)成原理圖；
[0022]圖5為伺服液態(tài)金屬液位測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]圖1為本發(fā)明液面探測器結(jié)構(gòu)示意圖。主要以不銹鋼為包殼材料、氧化鎂為絕緣的雙芯鎧裝電纜6中的兩根芯線分別作為繞組1A-2A、1B-2B和3A_4A、3B_4B盤繞在鐵芯2上段和下段上。繞組3在鐵芯上的布置如圖1所示。鎧裝電纜穿在電纜導(dǎo)管1內(nèi)引出。這樣就構(gòu)成了互感式伺服液態(tài)金屬液位測量的敏感元件5。敏感元件插在一端密封的不銹鋼套管4中，而該套管則浸在液態(tài)金屬中。由繞組1A-2A、1B-2B、3A-4A和3B-4B組成如圖2所示的橋路。橋路由頻率為6kHz的交流穩(wěn)壓電源仏供電。從橋路對角線取出位移傳感器的輸出電壓E。
[0025]當(dāng)敏感元件全裸露、未被液態(tài)金屬淹沒時(shí)，通過調(diào)整并聯(lián)在所述電源上的平衡電位器R，使位移傳感器輸出電壓E為最小值。當(dāng)液態(tài)金屬液位上升時(shí)，隨著N0.1繞組被液態(tài)金屬淹沒，液態(tài)金屬中產(chǎn)生感應(yīng)渦流，使得1A-2A、1B-2B繞組阻抗發(fā)生變化，造成橋路愈加不平衡。當(dāng)液態(tài)金屬液位到達(dá)敏感元件中心區(qū)域Μ時(shí)，橋路達(dá)到最大不平衡點(diǎn)，此時(shí)傳感器輸出電壓為最大值Em。當(dāng)液態(tài)金屬液位繼續(xù)上升時(shí)，隨著N0.2繞組被液態(tài)金屬淹沒，橋路又恢復(fù)到平衡狀態(tài)，此時(shí)傳感器輸出電壓E又恢復(fù)到最小值。這樣，可以精確定位液態(tài)金屬液位。圖3表示出傳感器輸出電壓隨液態(tài)金屬淹沒高度的變化情況。圖1所示的N0.1與N0.2繞組均采用雙重繞組，并把雙重繞組布置在如圖2所示的橋路對邊上，目的在于提高靈敏度。這種橋路布置的靈敏度比單繞組橋路提高了 1倍。
[0026]圖4為本發(fā)明的測量裝置構(gòu)成原理圖；所述裝置包括如下部件和結(jié)構(gòu):液面探測器以及固定于液面探測器上的位移傳感器；伺服電機(jī)，控制所述液面探測器和位移傳感器的移動(dòng)；信號轉(zhuǎn)換采集單元，收集所述液面探測器、位移傳感器的信號并傳遞信號給控制器；控制器，根據(jù)所述信號轉(zhuǎn)換采集單元傳遞的信號，控制伺服電機(jī)；探測器電源，給所述液面探測器供電。
[0027]圖5為伺服液態(tài)金屬液位測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖?？蓪?shí)現(xiàn)液面測量、系統(tǒng)自檢、液面參考值的計(jì)算與設(shè)定、探測器脫離/極限位置判斷等功能。
[0028]互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置由下列部件組成:
[0029]1、液面探測器:
[0030]包括鐵芯2、繞組3、電纜導(dǎo)管1、不銹鋼套管4。
[0031]2、伺服系統(tǒng):
[0032]伺服電機(jī)、編碼器(未圖示)、吊繩卷筒7，吊繩8，鋼絲繩輪轂9。
[0033]3、控制系統(tǒng):
[0034]包括液面探測器供電電源、信號轉(zhuǎn)換采集單元、位移傳感器及控制器。
[0035]本發(fā)明以傳感器輸出電壓最大值作為設(shè)定值，位移傳感器中心水平于液面，當(dāng)液面上升時(shí)，傳感器測量電壓E傳送給伺服電機(jī)的控制器，控制器判斷電壓的變化趨勢，此時(shí)電壓變化處在圖3的下降沿，控制器發(fā)出指令帶動(dòng)伺服電機(jī)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)位移傳感器上升直到測量輸出值達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止。反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)探測器對液態(tài)金屬液面的跟隨；通過伺服系統(tǒng)的編碼器或位置指示器獲得液態(tài)金屬液面的變化量，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬液位的測量。
[0036]本發(fā)明的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置及方法可實(shí)現(xiàn)跟隨液態(tài)金屬液面變化而實(shí)時(shí)測量液位數(shù)據(jù)，滿足工程需要。該測量系統(tǒng)液位測定精確，不需進(jìn)行溫度補(bǔ)償，測量穩(wěn)定、維護(hù)量小、使用壽命長，沒有量程范圍限制，并且也可用于液態(tài)金屬液位標(biāo)定裝置中，連續(xù)提供參考液面位置數(shù)據(jù)。
[0037]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，其特征在于: 所述裝置包括如下部件和結(jié)構(gòu): 液面探測器以及固定于液面探測器上的位移傳感器； 伺服電機(jī)，控制所述液面探測器和位移傳感器的移動(dòng)； 信號轉(zhuǎn)換采集單元，收集所述液面探測器、位移傳感器的信號并傳遞信號給控制器； 控制器，根據(jù)所述信號轉(zhuǎn)換采集單元傳遞的信號，控制伺服電機(jī)； 探測器電源，給所述液面探測器供電。2.如權(quán)利要求1所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，其特征在于: 所述液面探測器包括電纜導(dǎo)管、安裝在電纜導(dǎo)管一端的鐵芯、圍繞所述鐵芯的繞組、和套在上述三個(gè)部件組成的敏感元件外的不銹鋼套管。3.如權(quán)利要求1所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，其特征在于: 所述液面探測器進(jìn)一步包括編碼器或位置指示器以獲得液面變化量，實(shí)現(xiàn)液位測量。4.如權(quán)利要求1所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，其特征在于: 所述伺服電機(jī)通過串聯(lián)的吊繩卷筒、吊繩、鋼絲繩輪轂來控制液面探測器的移動(dòng)。5.如權(quán)利要求1所述的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置，其特征在于: 所述電源兩端并聯(lián)一個(gè)平衡電位器。6.一種使用如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述裝置的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 以位移傳感器測量輸出電壓最大值作為設(shè)定值，位移傳感器的中心水平于液面，當(dāng)液面上升時(shí)，位移傳感器測量輸出電壓通過信號轉(zhuǎn)換采集單元傳送給伺服電機(jī)的控制器，控制器判斷電壓的變化趨勢，控制器發(fā)出指令帶動(dòng)伺服電機(jī)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)位移傳感器上升直到所述測量輸出電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止；反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)液位探測器對液面的跟隨；通過液面探測器的編碼器或位置指示器獲得液面的變化量，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬液位的測量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置及方法。所述裝置包括如下部件和結(jié)構(gòu)：液面探測器以及固定于液面探測器上的位移傳感器；伺服電機(jī)，控制所述液面探測器和位移傳感器的移動(dòng)；信號轉(zhuǎn)換采集單元，收集所述液面探測器、位移傳感器的信號并傳遞信號給控制器；控制器，根據(jù)所述信號轉(zhuǎn)換采集單元傳遞的信號，控制伺服電機(jī)；探測器電源，給所述液面探測器供電。本發(fā)明的互感式伺服液態(tài)金屬液位測量裝置及方法可實(shí)現(xiàn)跟隨液態(tài)金屬液面變化而實(shí)時(shí)測量液位數(shù)據(jù)，滿足工程需要。該測量系統(tǒng)液位測定精確，不需進(jìn)行溫度補(bǔ)償，測量穩(wěn)定、維護(hù)量小、使用壽命長，沒有量程范圍限制，并且也可用于液態(tài)金屬液位標(biāo)定裝置中，連續(xù)提供參考液面位置數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01F23/00
【公開號】CN105352562
【申請?zhí)枴緾N201510883299
【發(fā)明人】楊洋, 董康樂, 楊建偉, 崔國生, 吳宏巖, 趙保平
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月4日