專利名稱：高爐冷卻系統(tǒng)水流量及爐體厚度在線檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高爐冷卻系統(tǒng)水流量及爐體厚度在線檢淵裝置，特別 是專為高爐生產(chǎn)而設計的一種檢測裝置，是用超聲波來實現(xiàn)高爐冷卻系統(tǒng)水流 量及爐體厚度(爐襯、冷卻壁、爐殼)的在線檢測，屬于自動化儀器、儀表測量領域o二、 背景技術實時檢測爐體的侵蝕狀況及高爐熱流強度，對了解高爐的冶煉狀態(tài)和熱制 度，改變高爐冶煉操作，對保證高爐的高產(chǎn)、順行、延長高爐爐齡具有實際意 義。流量是構成高爐冷卻壁熱流強度的重要因素之一；而高爐生產(chǎn)處在一個封 閉狀態(tài)，爐體在生產(chǎn)過程中受到上升煤氣流和下降爐料的沖刷和磨損及高溫和 物理化學反應等作用而被侵蝕，對侵蝕的速度和分布無法進行直觀的檢瀾。以 往的技術背景為流量的檢測通常采用一臺儀表配一臺流量傳感器。而爐體侵 蝕的檢測國內(nèi)外通常采用等電偶電阻法、電磁波法、紅外線擁溫法進行間接判 斷爐體的減薄情況，所以精度低、而且受環(huán)境的影響大，有時為高爐冶煉操作 提供誤判。三、 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種一機兩用和一機多點巡回檢洲，并在生產(chǎn) 過程中完成流量或爐體厚度在線檢測，即可檢溯高爐冷卻系統(tǒng)水流量，又可直 接檢測爐體侵蝕厚度，精度高、不受環(huán)境影響的在線檢潿裝置。技術解決方案包括流量/測厚采集器、流量傳感器、搠厚傳感器、通訊服 務器、工控機，其特征在于流量/測厚采集器連接于流量傳感器，通訊服務器 連接于流量/測厚采集器與工控機；流量/獮厚采集器上的處理器單元連接于可 編程邏輯器件與鍵盤及顯示，可編程邏輯器件連接于激勵、多通道切換、高壓 電源。
流量/測厚采集器連接于測厚傳感器，通訊服務器連接于流量/測厚采集器與工控機；流量/測厚采集器上的處理器單元連接于可編程邏輯器件與鍵盤及顯 示，可編程邏輯器件連接于激勵、多通道切換、高壓電源。流量/淵厚采集器與8支流量傳感器相連接。流量/測厚采集器與16支測厚傳感器相連接。流量傳感器、測厚傳感器均采用壓電晶體探頭。測厚傳感器的測桿采用稀土純鐵合金制成。稀土純鐵質(zhì)測桿與爐體等齊埋設。流量傳感器采用7C型安裝。本實用新型的優(yōu)點是1、 具有一機兩用和一機多點巡回檢測功能。作為流量監(jiān)淵，可以同時接8 支流量傳感器；作為爐體厚度檢測可以同時接16支溯厚傳感器。2、 具有生產(chǎn)過程中的流量或爐體厚度在線檢測。檢測時既可以顯示、查詢、 打印功能，也可以實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸，為高爐專家系統(tǒng)提供軟件技術。3、 具有友好的人機對話功能。可以設置和顯示檢瀕條件和顯示系統(tǒng)增益、 門檻電位、系統(tǒng)報警及通道報警。4、 處理器單元訪問可編程邏輯器件使能測試信號，產(chǎn)生相關時序和激勵信 號，控制調(diào)整運放增益、對回波信號進行放大、比較、二值化處理，由主機運 算得到測量值，通過鍵盤及顯示輸入/輸出。5、 LLC—QHCZ流量/測厚采集器、可編程邏輯器件MAX7128、晶振、編程接 口組成了硬件邏輯電路，實現(xiàn)了邏輯控制電路和計數(shù)器，產(chǎn)生了準確的驅(qū)動和 控制信號，完成了驅(qū)動/接收的轉(zhuǎn)換。6、 每臺LLC一QHCZ型流量/測厚釆集器可接8支流量傳感器或16支測厚傳 感器，實現(xiàn)了一機兩用和一機多點巡回檢測方式。7、 流量傳感器采用兀型安裝，通過檢淵超聲波在水中的正、逆向傳播的時間差來實現(xiàn)的。8、淵厚傳感器選用特制的稀土純鐵質(zhì)湖桿做為傳播介質(zhì)，與爐體等齊埋設, 測桿與爐體同步侵蝕，通過測量超聲波往返于測桿的時間差來計算爐體的殘余 厚度。對高爐冷卻系統(tǒng)水流量及爐體厚度的在線檢測，可實現(xiàn)下列的性能指標。流量檢測的技術指標及特點管徑(鵬)聲程C咖)流量(m3/h)準確度等級重復性32 65420 6500.10 45.001.0%FS0.5爐體厚度檢澳的技術指標和-降點傳播介質(zhì)瀾量范圍分辨率準確度等級工作溫度<!> 40咖稀 土純鐵合金0.1 3.0(m)l(咖)0.5%<1250X:四、
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以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述； 圖1為本實用新型的水流量及爐體厚度在線檢淵裝置系統(tǒng)框圖; 圖2為本實用新型的流量傳感結構示意圖； 圖3為本實用新型的爐體厚度檢測傳感器示意圖； 圖4-1為本實用新型的采集器電路原理圖； 圖4-2為本實用新型的采集器處理器單元電路原理圖； 圖4-3為本實用新型的采集器激勵電路原理圖； 圖4-4為本實用新型的采集器多通道切換電路原理圖； 圖4-5為本實用新型的采集器高壓電源電路原理圖。五具體實施方式
如圖1所示，包括流量/測厚采集器l、流量傳感器2、淵厚傳感器3、通訊 服務器4、工控機5，流量/測厚采集器1連接于流量傳感器2，流量/測厚采集 器與8支流量傳感器相連接，流量傳感器采用兀型安裝；通訊Ji務器4連接于流 量/測厚采集器1與工控機5;流量/測厚采集器1上的處理器單元6連接于可編 程邏輯器件7與鍵盤及顯示11，可編程邏輯器件7連接于激勵8、多通道切換9、 高壓電源10。流量/淵厚采集器1連接于測厚傳感器3，流量/測厚采集器與16支測厚傳 感器相連接，通訊服務器4連接于流量/測厚采集器1與工控機5;流量/淵厚采 集器1上的處理器單元6連接于可編程邏輯器件7與鍵盤及顯示11，可編程邏 輯器件7連接于激勵8、多通道切換9、高壓電源10 ,流量傳感器2、測厚傳 感器3均采用壓電晶體探頭12,測厚傳感器3的淵桿13采用稀土純鐵合金制成， 且與爐體等齊埋設。爐體厚度的瀾量原理為傳播介質(zhì)選用特制的稀土純鐵質(zhì)擁桿，與爐體等齊 埋設。由于爐內(nèi)受到上升煤氣流和下降爐料的沖刷以及物理化學反應的作用， 因此爐體和淵桿受到同步侵蝕，通過超聲波往返于測桿的時間差就可以溯量和 計算爐體的殘余厚度。如圖4-l所示采集器是由處理器單元、激勵、多通道切換、髙壓電源等4 部分電路組成。如圖4-2所示處理器單元是由單片機AT90S8515(U1)的復位端RSET與由 MAX705(IC1)、 (R2、 R3、 C3、 E2)組成的看門狗電路連接。Ul的XI、 X2振蕩 1/0端與晶振(M2)、諧振電容(Cl、 C2)組成的外振蕩電路連接。Ul的編程通 過排阻(SR1)與編程接口 (Pl)的連接實現(xiàn)的。Ul的TXD、 RXD串行接口通過 由RS-485驅(qū)動MAX485 (IC2)轉(zhuǎn)成RS485半雙工差動信號輸出，通過保護電路(R6 、 R7、 D2、 C4)與匹配電路(R8 R10)和通訊指示電路(R4、 R5)連接組成RS-485 通訊單元。U1的數(shù)據(jù)總線D7 D0控制RD、冊與由可編程邏輯器件MAX7128(E1)、 晶振(Ml)、編程接口 (Pl、 RP1)組成硬件邏輯電路相連，實現(xiàn)對外部器件的控制。Ul的Pu、 P16、 Pw連接由D/A轉(zhuǎn)換器MAX528 (U2)組成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路實 現(xiàn)增益、閥值、以及觸發(fā)控制。電源濾波電路(C5 C10),接口電路(J2)、 (SR3) 實現(xiàn)對外部開關穩(wěn)壓電源的濾波接入。圖4-3所示激勵電路由三極管(BG2)連接電阻(Rll、 R24、 R12、 R13) 和電容(C11)組成輸入放大電路，其輸出連接電阻(R14、 R15)電容(C12), 輸入到由三極管(BG3、 BG4)、電阻(R16、 R17)組成的推挽式互補功率驅(qū)動電 路，其輸出控制可控硅(Ql)導通角電阻(R18、 R20、 R21、 R22)，電感(Ll)、 電容(C13、 C14)、電感(Ll)以及二極管(D3、 D4)組成激勵輸出保護電路。 超聲波回波信號由電阻(R23、 R33、 R35)、電容(C18)和二極管(D7，D8)組 成輸出濾波保護電路，進入由運放AD820(U3)組成的跟隨電路，以及電阻(R44、 R45)測試端(MK)連接由運放AD603(U4)的高增益放大電路，放大后進入由比 較器MAX909(U6)組成的比較電路輸出差動方波信號后，供二值化電路計數(shù)。電 容(C20、 C22、 C23、 C24、 C25、 C27、 C28、 C30、 C32、 C33)電桿(L2、 L3、 L6、 L7)組成電源濾波電路圖4-4所示多路切換信號(SEL0 SEL7)通過由達林頓陣列ULN2803(LC3)、 排阻(SR2)組成的電平變換/驅(qū)動電路輸出。控制繼電器(K1 K8)切換來自 繼電器(K9)的激勵信號源，實現(xiàn)向各路換能器驅(qū)動/回波檢瀾的功能。激勵信 號/回波信號通過激勵信號源驅(qū)動端連接繼電器(K9)觸點送到各端口繼電器 (K1 K8)的觸點。電阻(R25、 R26)連接二極管(D5)、三極管(BG5)組成繼 電器(K9)的驅(qū)動電路。端口 (m B16)組成外部接口。圖4-5所示高壓控制信號(MC2)通過電阻(R40、 R41)連接電位器(P3)， 其分壓后進入由運算放大UA741 (U5)、電阻(R31、 R32、 R34)、電容(C17)、 三極管(BG8)組成的放大驅(qū)動電路，控制電路由三極管(BG6、 BG7)、電阻(R29、 R30)組成差動驅(qū)動器，通過隔離變壓器(TI)輸出，由二極管(D6、 DIO、 Dll、 D12)組成全橋整流電路。電阻(R28)、，電容(C16)經(jīng)濾波后輸出到激勵電源。
權利要求1、 一種高爐冷卻系統(tǒng)水流量及爐體厚度在線檢瀾裝置，包括流《/測厚采,a)、流量傳麟(2)、測厚傳麟(3)、通mas務器(4)、工控機(s),辦征在于 流a/溯厚采集器a)連接于流量傳感器(2)，通mm務器(4)連接于流a/測厚5^集器(1)與工控機(5h流 /測厚采鮮(1)上的處理器單元(6)雜于可編鵬^^件 (7)與H^顯示(11)，可編麟,牛(7)^^鵬(8)、多鵬切換(9)、高壓電源ao)。
2、 ^Jg權利要求i所述的高爐mp系^K流S^爐體厚度在線,裝置， 征在于流《/測厚來集器(1)連軒測厚傳繊(3),通艦務器(4)連舒流*/測 厚m器(l)與工控機(5);流*/測厚采集器(1)上的^3Sm單元(6)^^可編程 邏^^件(7)與m^顯示(11)，可編禾I^HI^(7)^^^鵬(8)、多Mit切換 (9)、高壓電源(IO)。
3、 ！8lg權利要求1皿的高爐冷卻m^K流量^體厚度^^檢測^g，， 征在于 /瀾厚采皿與8支皿傳SIS相,。
4、 ^M權承傻求2 ,的高爐^p^icmas^體厚度在線i^i^g，，征在于M/測厚采麟與16支測厚傳棘相鵬。
5、 皿權利要求l、 2、 3或4m的高爐冷卻^^tM^體厚度在線檢淵 錢，^4￡在于- 傳繊(2)、測厚傳鵬(3)均采用壓電晶#^^: (12)。
6、 皿權利要求2或4所述的高爐^]系^jC流m^爐體厚度在線^!l裝置， ^#征在于瀾厚傳,(3)的測桿(13)，稀土純f^^l成。
7、 Iglg權利要求6皿的高爐冷卻系^K流S^爐體厚度^^!l^g,， 征在于稀土純^W^與爐,齊埋設。
8、 職權利要求3職的高爐冷卻m^K流駄爐體厚度^lfti(錢，辦征在于驢傳感器細7l型安裝。
專利摘要本實用新型涉及一種高爐冷卻系統(tǒng)水流量及爐體厚度在線檢測裝置，屬于儀器、儀表領域。特點流量/測厚采集器連接于流量傳感器，通訊服務器連接于流量/測厚采集器與工控機；流量/測厚采集器上的處理器單元連接于可編程邏輯器件與鍵盤及顯示，可編程邏輯器件連接于激勵、多通道切換、高壓電源。本實用新型是一機兩用和一機多點巡回檢測，一臺采集器可接8支流量傳感器或16支測距傳感器。具有高精度、高分辨率和友好的人機對話功能。爐體厚度檢測的準確度等級為0.5％。對生產(chǎn)過程中的流量、測厚在線檢測，查閱歷史記錄，數(shù)據(jù)打印等功能。也可實現(xiàn)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸，為高爐冶煉提供熱制度和爐體侵蝕的狀況依據(jù)及為高爐專家系統(tǒng)提供軟件支持。
文檔編號G01F1/66GK201037780SQ20072015247
公開日2008年3月19日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權日2007年6月4日
發(fā)明者劉先龍, 崔大福, 偉 晉, 李海龍, 楊友松, 杰 江, 牛煥忠, 王利廷, 王建國, 董大明, 郝志忠 申請人:內(nèi)蒙古科技大學