高爐爐襯厚度檢測儀的製作方法

2023-05-28 21:51:16

專利名稱：高爐爐襯厚度檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對高爐厚度實行自動檢測的一種儀器，特別是一種高爐爐襯厚度檢測儀。
高爐壽命是煉鐵行業最為關注的問題之一。因為每延長一年高爐壽命，不僅多創一年出鐵產值，還可節約築爐(或修爐)費用1000萬元/年。目前國內平均爐令僅在5—8年，這就涉及到高爐所用的耐火材料質量及築爐工藝等因素，還由於對爐襯磨損檢測不準等多方面因故素所造成的。因而及時的發現減薄部位，可有效地調節吹風方向及高爐操作方法，以避免局部過度集中磨損，以致全爐報廢，甚至發生漏鋼事故。
對於解決高爐爐襯磨損檢測的問題，目前國內外採用的方法是在築爐時定點埋入同位素或熱電偶，斷續估測殘襯厚度，測量精度在±100mm以下。而且還要輔以冷卻循環水的入、出溫差來提高檢測精度，但仍不準確，可靠性差，不方便，放射性方法又對環境有害，國外還有採用紅外測溫法，測量爐身輻射熱量來估測爐襯減薄程度。但精度低、受環境影響大，全方位檢測操作困難。為克服上述問題，本實用新型設計了一種爐襯厚度檢測儀，它是採用在築爐時定點埋入特製的傳聲材料，它與爐襯同時磨損，在傳聲材料的爐外一側，設置超聲波傳感器與爐襯厚度檢測儀相聯。傳聲材料的殘餘厚度，可連續準確地測量出來，精度高、可靠性好，測量方便，投入成本低，因為傳聲材料和爐襯是同步磨損的，所以既知傳聲材料的殘餘厚度，亦知爐襯殘餘厚度。
本實用新型的目的是提供一種可對高爐全方位連續監測的高爐爐襯厚度檢測儀。
本實用新型是採用這樣的方法實現的8-64個壓電傳感器連接於1-8個八選一模擬開關1U2-8U2，1-8個模擬開關1U2-8U2輸出連接放大器，放大器連接衰減控制器，衰減控制器連接與放大器，放大器連接與比例採集器和波形顯示器，比例採集器連接微機，微機通過導線反饋連接與衰減控制器，微機連接8-64個壓電傳感器並連接發射電路，微機與印表機、數碼顯示器、操做鍵盤及外設計算機相連。
1U2-8U2的單路輸出全部連接於放大器的單路輸入口，放大器為固定增益放大器，增益20db，用以提高從換能器來的電信號的電壓波幅及信噪比。放大後的信號進入電子衰減控制器，衰減控制器是衰減量可變的電子衰減器。受單片微機控制，總衰減量可達68db，電子衰減器輸出一定電壓進入放大器，放大器是固定增益放大器，增益40db，用來放大由電子衰減器來的信號，供下一級取樣比例採集器處理。並送入波形顯示器進一步放大後，回收波信號顯示在示波管上，取樣比例採集器從放大器接到信號，然後從輸入信號中將標準時間信號和端面回波信號分離出來，分別取樣，取得兩種不同的時間間隔信號。兩個不同時間間隔的比例關係，即代表待測端面與換能器之間距離(即爐襯厚度)。標準時間間隔為代表一恆定長度，用它去比較待測端面回波的時間，其比例係數乘以標準時間所代表的恆定長度，就是爐襯厚度。取樣比例採集器，只負責信號的分離和時間比例信號的採集。具體計算時間及長度的換算，由單片微機完成。微機可控制8組發射系統，使64個換能器按一定的時間間隔順序工作，它把比例採集器送來的時間比例信號進行計算補償，並換算成長度信號送往數字顯示系統。同時，電子衰減器的衰減釋放，在微機控制下使其輸出的信號幅值，無論放大器的輸出信號幅值有多大，均限定為標準的5mv信號，再送到放大器放大成500mv信號(即放大40db)，送往比例採集器。這是一個嚴格的閉環控制。這一功能才得以使每時每刻劇烈變化的回波信號，以及不同換能器來的不同大小回波信號，都始終被控制在標準5mv信號，使總系統有極強的環境適應能力和穩定的工作性能。
測量結果由微型印表機定時自動列印出來。鍵盤上的操作鍵是，藉以調節取樣閘門位置，微機運算補償係數的置入，各種不同工作方式及顯示功能調節等人機對話。
計算機是非設計計算機系統，可用來擴展微機功能。比如繪製實時爐襯剖面圖、累計爐襯變化規律等。
高爐距儀表室一般相隔100米左右。因此，每一個測量點即每一個傳感器都應配備100米左右長的信號電纜，64路測量點就應投入6400米電纜。如果把8組發射系統連同公用的Um1、Um2、Um3(見附圖2)，從總系統中分割出來，直接安裝在高爐附近，那麼用一根信號輸出電纜和6根微機控制總線a、b、c、A、B、C及一根時鐘線(Um1的輸入線)，加上3根電源線(+400V，+12V，-2V)，共計11根線即可代替64根電纜線。系統布局大大減化，而且分割安裝有一重要的技術效果，即高壓脈衝的傳輸距離大大縮短，脈衝前沿陡，瞬間功率大，因而提高傳感器的超聲波發射功率，增強系統的檢測能力。
本實用新型與熱電偶和同位素方法相比，具有故障率低，可靠性好，操作簡便的特點，並且大大提高測量精度，可對高爐爐襯厚度實施全方位連續監測。
對本實用新型的具體電路及實施例由以下附圖給出。


圖1是本實用新型的方框電路圖。
圖2是本實用新型的發射電路原理圖。
圖3是本實用新型的取樣比例採集器電路原理圖。
以下結合附圖對本實用新型的具體電路及實施例作進一步的說明。
見圖1所示高爐爐襯厚度檢測儀是採用8—64個壓電傳感器，接到爐襯中的傳聲材料。傳感器H1—H8是壓電可逆換能器，當它受到發射系統的高壓脈衝時，產生機械振動，形成超聲波，此超聲波傳播到傳聲介質的端面，又被反射回來。反射回波到達壓電換能器時，聲波的機械振動又在壓電體上產生同潁率的電信號。每一組發射系統，都有8選一模擬開關1U2，8個換能器接到的超聲回波信號被轉換成電信號後，均進入模擬開關1U2，然後在單片微機11的控制下，順序從1U2的輸出端單路輸出。
每一個發射組包含8個測量通道，系統總共設64個測量點。根據高爐具體情況或按用戶要求，可設8、16、32、40、48、56、64通道或64以下任何個數通道。
1U2的單路輸出全部連接於放大器2的單路輸入口，放大器2為固定增益放大器，增益20db，用以提高從換能器來的電信號的電壓波幅及信噪比。放大後的信號進入電子衰減控制器3，衰減控制器3是衰減量可變的電子衰減器，受單片微機控制，總衰減量可達68db，電子衰減控制器3，由10db、20db及2db、4db、6db、8db電阻衰減鏈及多路模擬開關組成，模擬開關的控制端接到微機的控制總線上，形成受微機實時控制的電子自動衰減器。這一部分已獲國家專利，專利號為89202993.5。電子衰減器輸出一定幅值電壓進入放大器4，放大器4是固定增益放大器，增益40db，用來放大由電子衰減器來的信號，供下一級取樣比例採集器6處理，並送入波形顯示器5進一步放大後，回收波形信號顯示在示波管上，取樣比例採集器從放大器4接到信號，然後從輸入信號中將標準時間信號和端面回波信號分離出來，分別取樣，取得兩種不同的時間間隔信號。兩個不同時間間隔的比例關係，即代表待測端面與換能器之間距離(即爐襯厚度)。標準時間間隔代表一恆定長度，用它去比較待測端面回波的時間，其比例係數乘以標準時間所代表的恆定長度，就是爐襯厚度。取樣比例採集器，只負責信號的分離和時間此例信號的採集。具體計算時間及長度的換算，由單片微機完成。微機可控制8組發射系統，使64個換能器按一定的時間間隔順序工作，它把比例採集器送來的時間比例信號進行計算補償，並換算成長度信號送往數字顯示系統10。同時，電子衰減器的衰減釋放受微機控制，使衰減器3輸出的信號幅值，無論放大器2的輸出信號幅值有多大，均限定為標準的5mv信號，再送到放大器4放大成500m信號(即放大40db)送往比例採集器。這是一個嚴格的閉環控制。這一一功能才得以使每時每刻劇烈變化的回波信號，以及不同換能器來的不同大小回波信號，都始終被控制在標準5mv信號，使總系統有極強的環境適應能力和穩定的工作性能。
微機連接電子衰減控制器，經放大器4再進入取樣比例採集器返回至微機控制組成閉環實時跟蹤調整系統。無論從發射系統到放大器的回波信號如何劇烈變化，都能使放大器4輸出固定幅值的回波信號(0.5V)，從而使取樣比例採集器始終處於最佳工作狀態。這一功能不僅使整個系統具有極強的外環境適應能力，而且保證了實際測量精度。
數字顯示系統共有6個數碼管。其中最高位顯示1—8個發射組中目前正在工作的組號；第二高位顯示目前工作的發射組的1—8通道中正在工作的通道號；以下4位顯示當前實際測得的高爐爐襯厚度值。這些信號來自微機，並同時送給外設計算機系統。顯然高兩位數字顯示代表著埋入爐內傳聲材料的幾何位置。
波形顯示系統如實顯示出發射波，標準長度回波，待測底面回波等模擬信號，用普通A型超聲波探傷儀代用。藉助它可確認每個通道超聲換能器的安裝位置是否正確，換能器及傳聲材料之間的聲耦合是否良好，100米信號長線是否有故障等外設條件的優劣。還可藉助它準確調整微機發出來的標準長度回波取樣閘門和待測底波的取樣閘門的開閉時間。每一通道都可分別調整，並存貯於微機的隨機存貯器中。
測量結果由微型印表機定時自動列印出來。鍵盤上的操作鍵是，藉以調節取樣閘門位置，微機運算補償係數的置入，各種不同工作方式及顯示功能調節等人機對話。
計算機是非設計計算機系統，可用來擴展微機功能。比如繪製實時爐襯剖面圖、累計爐襯變化規律等。
見圖2所示發射電路(1)包括1TR1.TR2.1TR3組成三級觸發器，1TR4為高壓開關管具有400～600V脈衝電壓，高壓開關管連接與壓電傳感器1H1～1H8，微機(11)的時序控制連接1U1八選一開關分別連接與1TR5-1～1TR5-8和1TR6-1～1TR6-8組成的電流開關並連接繼電器1JD1～1JD8，1R14-1～1R14-8、1D3-1～1D3-8、1D4-1～1D4-8為雙向限幅保護器，發射電路1TR1與UM1八選一開關相連，1U1八選一開關與UM2八選一開關相連，UM1和UM2八選一開關與微機(11)相連，UM1和UM2與UM3分頻器相連。
發射電路是超聲波的信號源，1個發射電路有8個通道，由8個電子繼電器JD1—JD8切換，分別去激勵8個超聲換能器H1—H8，產生超聲波，傳入待測傳聲介質。
TR4是高速高壓開關管，當其導通時，將貯存於C4上的電能經換能器及繼電器快速放電，從而激勵換能器產生高頻機械振動即超聲波。繼電器JD1—JD8受八選一開關U1(4051)控制，其控制端a、b、c連接在微機總線上，任何時候只有一個繼電器吸合。在微機控制下，每隔一定時間(如1分鐘)，8個繼電器循環吸合。繼電器具備耐高壓、開關速度快的功能。其工作線圈的電流由TR5—TR6組成的電流放大器提供。
TR4的導通受觸發端G控制，觸發的瞬間，即為換能器發射始點，也為測量開始的起點，由微機控制。來自微機的10us脈衝(間隔10ms)，被C1、R1微分，再經TR1—TR3放大，組成瞬間觸發器，去觸發TR4。觸發時間越短，則發射的瞬間功率越大。8個繼電器的一端互相短連，但另一端經R14、D3、D4雙向限幅，接入八選一模擬開關U2(4051)。U2與U1同時受微機總線a、b、c控制。R14、D3、D4僅對高壓發射信號起限幅用，以保護U2。但對換能器接受高壓激勵沒有影響，而且當高壓發射結束後，經一段時間從換能器接收回來的測量信號，因其幅度最大不超過200mV，D3、D4不導通，從而無損耗地進入U2。8路輸八順序由U2的3腳串行輸出。
附圖2中虛線框內部分是1個發射組，含8個通道。可組合8組共64個通道。即一臺檢測儀可測64個測量點。微機控制總線a、b、c中的c信號，經分頻器Um3的3次分頻，去控制2個8選1開關Um1及Um2，其8個輸出端分別接8個發射組。Um3的3個分頻信號A、B、C送入微機以區別正在工作的發射組。並用數碼管顯示出來。每一組的輸出信號由TR7輸出。而8組輸出信號靠1TR7-8TR7的隔離作用可短連到放大器1的1個輸入端，完成串行輸出。
見圖3所示取樣比例採集器(6)包括TR1～TR4組成的放大器，放大器與U2-1和U2-2相連組成標準長度比例信號觸發器並連接U5兩選一開關，一路U2-3和U2-4組成待測長度比例信號觸發器連接與U5兩選一開關，U5兩選一開關連接TR6，TR6連接與微機(11)，U1-1和U1-2組成信號分離器，U2-1和U2-2及U2-3和U2-4為觸發器，U1-1和U1-2與U3-1和U3-2及LU3-3和U3-4組成的分離器，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4與U4-1和U4-2及U4-3和U4-4組成分離器，U4-1和U4-2及U4-3和U4-4與微機(11)接口連接，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4分離信號與TR5相連並與波形顯示器(5)相連。取樣比例器由TR1—TR4組成兩級放大器，將來自放大器4的0.5V測量信號，放大成5V信號，令與非門 U1-1和U1-2翻轉工作。放大量由W2調節。在TR4輸出的信號中，既有標準時間回波，也有待測時間回波，在時間上交替出現，由U1-1和U1-2分離出來，分別去觸發由與非門U2-1和U2-2及U2-3和U2-4組成的兩個觸發器，功能相當於對觸發器清零。置1功能，由C6、R10引入，來自微機。置1信號與每一通道的發射時間一致。因此從置1到清零這一時間間隔，即代表標準時間間隔或待測時間間隔，由四選1模擬開關U5輸出，送給微機系統，供比較、計算，測得待測傳聲介質長度。因每一通道都有自已予設置的標準長度信號，即自身的比例尺寸，從而實時彌補外環境造成的測量誤差。
U1-1和U1-2分離標準信號及待測信號，受與非門U3-1和U3-2及U3-3和U3-4控制。由微機系統交替發送標準信號及待測信號的採集閘門信號(JM)。JM信號來自微機的隨機存貯器，受外界鍵盤控制，可隨時人工調整。為準確確定調整時間，將此信號由TR5輸出，送給波形顯示系統放大並顯示，以便觀察。為使微機系統便於進行數字濾波，取平均值計算，由與非門U4-1和U4-2及U4-3和U4-4引入選控信號(XK)，可作到標準信號、待測信號的交替採集或單一採集。一旦U2-1和U2-2及U2-3和U2-4採集到標準信號或待測信號，即經U5及TR6輸出送到微機、則微機立刻停止對電子衰減器的衰減釋放。電子衰減控制器輸出的信號經放大器4進入取樣比例採集器，再進入微機，形成閉環跟蹤控制。電子衰減控制器受微機控制，從最大衰減量開始逐漸釋放衰減，令放大器4接到的信號逐漸加大，一旦達到U2能夠採集的幅值，即令停止電子衰減控制器釋放。這一措施既解決了信號波動帶來的測量困難，又大大提高了測量精度
權利要求1.一種高爐爐襯厚度檢測儀，其特徵是8-64個壓電傳感器連接於1-8個八選一模擬開關1U2-8U2，1-8個模擬開關1U2-8U2輸出連接放大器(2)，放大器(2)連接衰減控制器(3)，衰減控制器(3)連接與放大器(4)，放大器(4)連接與比例採集器(6)和波形顯示器(5)，比例採集器(6)連接微機(11)，微機(11)通過導線反饋連接與衰減控制器(3)，微機(11)連接8-64個壓電傳感器並連接發射電路(1)，微機(11)與印表機(9)、數碼顯示器(10)、操做鍵盤(8)及外設計算機(7)相連。
2.按權利要求1所述的高爐爐襯厚度檢測儀，其特徵是發射電路(1)包括1TR1.1TR2.1TR3組成三級觸發器，1TR4為高壓開關管具有400～600V脈衝電壓，高壓開關管連接與壓電傳感器1H1～1H8，微機(11)的時序控制連接1U1八選一開關分別連接與1TR5-1～1TR5-8和1TR6-1～1TR-8組成的電流開關並連接繼電器1JD1～1JD8，1R14-1～1R14-8、1D3-1～1D3-8、1D4-1～1D4-8為雙向限幅保護器，發射電路1TR1與UM1八選一開關相連，1U1八選一開關與UM2八選一開關相連，UM1和UM2八選一開關與微機(11)相連，UM1和UM2與UM3分頻器相連。
3.按權利要求1所述的高爐爐襯厚度檢測儀，其特徵是取樣比例採集器(6)包括TR1～TR4組成的放大器，放大器與U2-1和U2-2相連組成標準長度比例信號觸發器並連接U5兩選一開關，一路U2-3和U2-4組成待測長度比例信號觸發器連接與U5兩選一開關，U5兩選一開關連接TR6，TR6連接與微機(11)，U1-1和U1-2組成信號分離器，U2-1和U2-2及U2-3和U2-4為觸發器，U1-1和U1-2與U3-1和U3-2及U3-3和U3-4組成的分離器，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4與U4-1和U4-2及U4-3和U4-4組成分離器，U4-1和U4-2及U4-3和U4-4與微機(11)接口連接，U3-1和U3-2及U3-3和U3-4分離信號與TR5相連並與波形顯示器(5)相連。
專利摘要一種高爐爐襯厚度檢測儀，它是採用8-64個傳感器連接1-8個八選一模擬開關1U
文檔編號G01B17/02GK2220630SQ9422880
公開日1996年2月21日 申請日期1994年6月7日 優先權日1994年6月7日
發明者盧明熙, 張敬亭 申請人:鞍山市超聲儀器廠