RU2654362C1 - Device for measuring the level of substance in an open metal capacity - Google Patents

Device for measuring the level of substance in an open metal capacity Download PDF

Info

Publication number
RU2654362C1
RU2654362C1 RU2017105237A RU2017105237A RU2654362C1 RU 2654362 C1 RU2654362 C1 RU 2654362C1 RU 2017105237 A RU2017105237 A RU 2017105237A RU 2017105237 A RU2017105237 A RU 2017105237A RU 2654362 C1 RU2654362 C1 RU 2654362C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
open
pipe
resonator
measuring
Prior art date
Application number
RU2017105237A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Совлуков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2017105237A priority Critical patent/RU2654362C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654362C1 publication Critical patent/RU2654362C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention is intended for measuring the level of liquid and bulk substances in open metal containers. In particular, it can be used to determine the level of liquid metal in open process vessels of metallurgical production. In the device according to the invention for measuring the level of a substance in an open metal container containing a volumetric resonator in the form of a set of a cavity of a container and connected externally to its exposed surface of an electromagnetic wave reflector, connected to the cavity resonator by means of at least one coupling element, an electronic unit for exciting electromagnetic oscillations in the resonator and measuring its resonance frequency, reflector of electromagnetic waves is made in the form of two or more transverse waveguides, each of which is formed by a combination of a length of a hollow metal pipe open at the opposite end and having the same cross-sectional shape as the metal container, and at least one rectangular metal plate positioned vertically inside the pipe in the form of a longitudinal partition in its cross section and connected to its inner surface at both opposite ends of this plate having a height equal to the height of the pipe.
EFFECT: technical result is the expansion of the field of application.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидких и сыпучих веществ в различных открытых металлических емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в открытых технологических емкостях металлургического производства.The invention relates to measuring equipment and is intended to measure the level of liquid and bulk solids in various open metal containers. In particular, it can be used to determine the level of liquid metal in open technological capacities of metallurgical production.

Известны способы измерения уровня вещества в открытых емкостях, при которых осуществляют зондирование поверхности вещества в емкости направленными электромагнитными волнами - радиолокационные способы измерения (монография: Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат. 1989. 208 с.). Эти способы, однако, неприменимы, когда необходимо осуществлять технологические операции по заполнению емкостей веществом и их опорожнению с помощью каких-либо технологических элементов вне емкостей и невозможно обеспечить указанное зондирование и прием отраженных электромагнитных волн. В частности, это относится к металлургическому производству, когда необходимо производить непрерывные измерения уровня жидкого металла в технологической емкости ограниченных размеров при наличии струи жидкого металла, поступающей из вышерасположенной емкости в нижерасположенную емкость, например в кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок.Known methods for measuring the level of a substance in open containers, in which they probe the surface of a substance in a tank with directed electromagnetic waves — radar measurement methods (monograph: Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of process parameters. - M.: Energoatomizdat. 1989. 208 p.). These methods, however, are not applicable when it is necessary to carry out technological operations to fill the containers with a substance and empty them using any technological elements outside the containers and it is impossible to provide the indicated sensing and reception of reflected electromagnetic waves. In particular, this applies to metallurgical production, when it is necessary to carry out continuous measurements of the level of liquid metal in a technological vessel of limited size in the presence of a jet of liquid metal coming from an upstream tank into a downstream tank, for example, into a mold of a continuous casting machine.

В известном устройстве для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости - жидкого металла в кристаллизаторе установки непрерывной разливки (SU 916068, 30.03.1982), возбуждают электромагнитные колебания в волноводном резонаторе - отрезке неоднородной длинной линии, образуемом струей жидкого металла, поступающего из разливочного устройства в кристаллизатор, в совокупности с поверхностью жидкого металла в кристаллизаторе и разливочном устройством. Измеряя собственную (резонансную) частоту электромагнитных колебаний такого отрезка длинной линии, можно определить длину струи жидкого металла между разливочным устройством и поверхностью жидкого металла в кристаллизаторе и, тем самым, уровень жидкого металла в кристаллизаторе. Недостатком этого устройства является ограниченная область его применения. Оно может быть применено лишь при наличии струи жидкого металла для технологических емкостей, в том числе кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) только малого сечения (с максимальным поперечным размером сечения 150 мм), когда систему "разливочное устройство-струя жидкого металла-кристаллизатор с жидким металлом" можно рассматривать как колебательную систему - отрезок неоднородной длинной линии. Для кристаллизаторов МНЛЗ и других технологических емкостей среднего сечения (150 мм ≤ d ≤ 250 мм) и большого сечения (с поперечным размером d не менее 250 мм) применять данное техническое решение не представляется возможным, так как при проведении измерений в таких емкостях разливку жидкого металла ведут через защитный стакан, который является несовершенным диэлектриком по своим электрофизическим параметрам. В результате добротность резонатора, построенного согласно данному принципу, оказывается низкой, что не позволяет проводить высокоточные и надежные измерения.In the known device for measuring the level of a substance in an open metal container - liquid metal in the mold of a continuous casting unit (SU 916068, 03/30/1982), electromagnetic waves are excited in a waveguide resonator - a segment of an inhomogeneous long line formed by a stream of liquid metal coming from a casting device into mold, in combination with the surface of the liquid metal in the mold and the casting device. By measuring the natural (resonant) frequency of electromagnetic waves of such a long line segment, it is possible to determine the length of the liquid metal jet between the casting device and the surface of the liquid metal in the mold and, thus, the level of the liquid metal in the mold. The disadvantage of this device is the limited scope of its application. It can be applied only in the presence of a liquid metal jet for technological tanks, including crystallizers of continuous casting machines (CCM) of only small cross-section (with a maximum transverse cross-sectional size of 150 mm), when the system "casting device-jet of liquid metal-crystallizer with liquid metal "can be considered as an oscillatory system - a segment of an inhomogeneous long line. For crystallizers of continuous casting machines and other technological tanks of medium cross-section (150 mm ≤ d ≤ 250 mm) and large cross-sections (with a transverse dimension d of at least 250 mm), it is not possible to apply this technical solution, since liquid metal casting is used for measurements in such tanks lead through a protective glass, which is an imperfect dielectric in its electrophysical parameters. As a result, the quality factor of the resonator constructed according to this principle is low, which does not allow for high-precision and reliable measurements.

Известно также техническое решение (RU 2473054, 20.01.2013). Здесь рассмотрено устройство, которое содержит объемный резонатор с подсоединенным к нему электронным блоком. Он предназначен для возбуждения в резонаторе электромагнитных колебаний и измерения резонансной частоты возбуждаемых в резонаторе - открытой емкости - электромагнитных колебаний того или иного типа колебаний. Для обеспечения возможности возбуждения в открытой емкости электромагнитных колебаний как в объемном резонаторе устройство содержит отражатель электромагнитных волн - запредельный волновод в виде верхней части емкости с уменьшенным сечением. Недостатком устройства является ограниченная область применения, обусловленная уменьшением диапазона измерения уровня вследствие наличия незаполняемой части емкости, содержащей запредельный волновод.A technical solution is also known (RU 2473054, 01.20.2013). Here we consider a device that contains a cavity resonator with an electronic unit connected to it. It is designed to excite electromagnetic oscillations in the resonator and measure the resonant frequency of the oscillations excited in the resonator — open capacitance — electromagnetic oscillations of one or another type of oscillation. To enable excitation of electromagnetic waves in an open capacitance as in a volume resonator, the device contains an electromagnetic wave reflector — an out-of-band waveguide in the form of an upper part of the capacitance with a reduced cross section. The disadvantage of this device is its limited scope, due to the reduction of the level measurement range due to the presence of an unfilled part of the capacitance containing the transcendent waveguide.

Известно также техническое решение (SU 1268959, 07.11.1986), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому устройству и принято в качестве прототипа. Здесь рассмотрено устройство, которое содержит объемный резонатор с подсоединенным к нему с помощью элемента связи электронным блоком. Он служит для возбуждения в резонаторе - открытой емкости - электромагнитных колебаний того или иного типа колебаний и измерения соответствующей ему резонансной частоты колебаний. Для обеспечения возможности возбуждения в открытой емкости электромагнитных колебаний как в объемном резонаторе устройство содержит отражатель электромагнитных волн - подсоединенный к верхнему краю емкости снаружи запредельный волновод, имеющий суженное сечение по сравнению с сечением емкости. Недостатком этого устройства является ограниченная область его применения. В тех случаях, когда сужение сечения выступающих элементов конструкции емкости недопустимо в технологических операциях по заполнению или опорожнению емкости, данное техническое решение не может быть применено.A technical solution is also known (SU 1268959, 11/07/1986), which, by its technical nature, is closest to the proposed device and adopted as a prototype. Here, a device is described that comprises a cavity resonator with an electronic unit connected to it by means of a communication element. It serves to excite in the resonator — an open capacitance — electromagnetic oscillations of one type or another of oscillations and measure the resonant oscillation frequency corresponding to it. To ensure the possibility of excitation of electromagnetic waves in an open capacitance as in a volume resonator, the device contains an electromagnetic wave reflector — an transverse waveguide connected to the upper edge of the capacitance from the outside, having a narrowed section compared to the section of the capacitance. The disadvantage of this device is the limited scope of its application. In those cases where the narrowing of the section of the protruding elements of the tank structure is unacceptable in technological operations for filling or emptying the tank, this technical solution cannot be applied.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности проведения измерений в емкостях без необходимости сужения сечения выступающих элементов конструкции емкости, что может быть принципиально необходимым при проведении технологических операций через открытую поверхность емкости.The technical result of the present invention is to expand the scope by providing the possibility of measurements in containers without the need to narrow the cross section of the protruding elements of the tank structure, which may be fundamentally necessary when carrying out technological operations through the open surface of the tank.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости, содержащем объемный резонатор в виде совокупности полости емкости и подсоединенного снаружи к его открытой поверхности отражателя электромагнитных волн, подключенный к объемному резонатору с помощью по меньшей мере одного элемента связи электронный блок для возбуждения в резонаторе электромагнитных колебаний и измерения его резонансной частоты, отражатель электромагнитных волн выполнен в виде двух или более запредельных волноводов, каждый из которых образован совокупностью отрезка полой металлической трубы, открытой на противоположном торце и имеющей ту же форму поперечного сечения, что и металлическая емкость, и по меньшей мере одной прямоугольной металлической пластины, расположенной вертикально внутри трубы в виде продольной перегородки в поперечном ее сечении и присоединенной к ее внутренней поверхности на обоих противоположных концах этой пластины, имеющей высоту, равную высоте трубы.The technical result is achieved by the fact that in the proposed device for measuring the level of a substance in an open metal container containing a volume resonator in the form of a cavity cavity and connected to the open surface of the electromagnetic wave reflector, connected to the volume resonator using at least one electronic coupling element a unit for exciting electromagnetic oscillations in the resonator and measuring its resonant frequency, the electromagnetic wave reflector is made in the form of two and whether there are more transcendental waveguides, each of which is formed by a combination of a segment of a hollow metal pipe open at the opposite end and having the same cross-sectional shape as a metal container, and at least one rectangular metal plate located vertically inside the pipe in the form of a longitudinal partition in its cross section and attached to its inner surface at both opposite ends of this plate having a height equal to the height of the pipe.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами.The proposed device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведен пример устройства с открытой металлической емкостью в виде цилиндрического объемного резонатора и одной металлической плоскостью в отрезке полой металлической трубы.In FIG. Figure 1 shows an example of a device with an open metal container in the form of a cylindrical volume resonator and one metal plane in a segment of a hollow metal pipe.

На фиг. 2 приведен пример устройства с открытой металлической емкостью в виде цилиндрического объемного резонатора и двумя металлическими плоскостями в отрезке полой металлической трубы.In FIG. Figure 2 shows an example of a device with an open metal container in the form of a cylindrical volume resonator and two metal planes in a segment of a hollow metal pipe.

На фиг. 3 приведен пример устройства с открытой металлической емкостью в виде прямоугольного объемного резонатора и двумя металлическими плоскостями в отрезке полой металлической трубы.In FIG. Figure 3 shows an example of a device with an open metal container in the form of a rectangular cavity resonator and two metal planes in a section of a hollow metal pipe.

На чертежах показаны открытая емкость 1, контролируемое вещество 2, металлическая труба 3, металлическая плоскость 4, элемент связи 5, электронный блок 6, металлические плоскости 7 и 8, струя жидкого металла 9, металлические плоскости 10 и 11.The drawings show an open container 1, a controlled substance 2, a metal pipe 3, a metal plane 4, a coupling element 5, an electronic unit 6, metal planes 7 and 8, a stream of liquid metal 9, metal planes 10 and 11.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Без принятия специальных мер открытую металлическую емкость нельзя рассматривать как колебательную систему - электромагнитный объемный резонатор. Однако если в качестве такой специальной меры принять создание на поверхности емкости условий для отражения электромагнитных волн внутрь емкости, в частности в виде запредельного волновода (SU 1268959, 07.11.1986), то реализация такого объемного резонатора принципиально возможна.Without special measures, an open metal container cannot be considered as an oscillatory system - an electromagnetic volume resonator. However, if as such a special measure we take the creation of conditions on the surface of the capacitance for the reflection of electromagnetic waves into the capacitance, in particular in the form of a transcendental waveguide (SU 1268959, 11/07/1986), then the realization of such a volume resonator is possible in principle.

Для того чтобы вне полости металлической емкости не было бы необходимости сужать запредельный волновод, подсоединенный снаружи к верхнему краю емкости, по сравнению с сечением емкости, данное устройство содержит два или более запредельных волновода, каждый из которых образован совокупностью отрезка полой металлической трубы, открытой на противоположном торце и имеющей ту же форму поперечного сечения, что и металлическая емкость, и по меньшей мере одной прямоугольной металлической пластины, расположенной вертикально внутри трубы в виде продольной перегородки в поперечном ее сечении и присоединенной к ее внутренней поверхности на обоих противоположных концах этой пластины, имеющей высоту, равную высоте трубы.In order that outside the cavity of the metal container there would be no need to narrow the transverse waveguide connected externally to the upper edge of the container, as compared with the cross section of the container, this device contains two or more transverse waveguides, each of which is formed by a combination of a section of a hollow metal pipe open on the opposite side the end face and having the same cross-sectional shape as the metal container, and at least one rectangular metal plate located vertically inside the pipe in a view e longitudinal partition in its cross section and attached to its inner surface at both opposite ends of this plate having a height equal to the height of the pipe.

Внутри такой емкости в виде цилиндрического или прямоугольного объемного резонатора возможно возбуждение электромагнитных колебаний как в объемном резонаторе. Измеряя резонансную частоту ƒр электромагнитных колебаний такой полости, можно определить уровень вещества в емкости. Эти электромагнитные колебания существуют в полости в соответствии с их возбуждаемым типом Hmnp или Emnp, где m, n, p - целые числа, равные числу полуволн поля стоячей волны, укладывающихся вдоль поперечных координат (индексы m, n) и высоты (индекс p) емкости соответственно.Inside such a container in the form of a cylindrical or rectangular volume resonator, electromagnetic waves can be excited as in a volume resonator. By measuring the resonant frequency ƒ p of electromagnetic oscillations of such a cavity, it is possible to determine the level of matter in the tank. These electromagnetic oscillations exist in the cavity in accordance with their excited type H mnp or E mnp , where m, n, p are integers equal to the number of half-waves of the standing wave field that fit along the transverse coordinates (indices m, n) and height (index p ) capacity, respectively.

Отражатель электромагнитных волн - совокупность запредельных волноводов, располагаемых снаружи на торце емкости, содержит отрезок полой металлической трубы, открытой на противоположном торце и имеющей ту же форму поперечного сечения, что и металлическая емкость. Внутри этой трубы расположена вертикально по меньшей мере одна прямоугольная металлическая пластина в виде продольной перегородки в поперечном сечении трубы и присоединенной к ее внутренней поверхности на обоих противоположных концах. При этом высота металлической пластины равна высоте трубы. Каждая из таких частей трубы образует соответствующий запредельный волновод для резонансных (собственных) частот электромагнитных колебаний, возбуждаемых в этом открытом объемном резонаторе - открытой емкости 1.The reflector of electromagnetic waves - a set of transcendental waveguides located externally on the end of the tank, contains a segment of a hollow metal pipe open at the opposite end and having the same cross-sectional shape as a metal tank. At least one rectangular metal plate is arranged vertically inside this pipe in the form of a longitudinal partition in the cross section of the pipe and attached to its inner surface at both opposite ends. The height of the metal plate is equal to the height of the pipe. Each of these parts of the tube forms a corresponding transcendental waveguide for the resonant (natural) frequencies of electromagnetic waves excited in this open volume resonator — open capacitance 1.

Для обеспечения возможности измерения уровня вещества в открытой металлической емкости, например жидкого металла, в частности жидкой стали, в кристаллизаторе установки непрерывной разливки жидкого металла указанные запредельные волноводы сопрягаются сверху с поверхностью емкости (например, кристаллизатора). Они совокупно выполняют функцию стенки образуемого таким путем объемного резонатора. При этом обеспечивается возможность проведения необходимых технологических операций через открытую поверхность емкости, например беспрепятственное истечение жидкого металла из промежуточной емкости в кристаллизатор. Оптимизация конструкции прямоугольной металлической пластины, включающая ее конфигурацию (плоская или криволинейная пластина) и число таких пластин, производится с точки зрения как обеспечения достаточно высокой добротности (порядка 100 и более, что вполне достаточно для съема и дальнейшего преобразования полезного сигнала с целью измерения резонансной частоты данного резонатора, являющейся информативным параметром) такого резонатора, так и удовлетворения требованиям, диктуемым спецификой технологического процесса: по возможности, меньшее количество металлических пластин, их расположение в области, достаточно удаленной от струи жидкого металла, поступающего в кристаллизатор, и т.п.In order to be able to measure the level of a substance in an open metal container, for example, liquid metal, in particular liquid steel, in the mold of a continuous casting plant of liquid metal, these transcendental waveguides are conjugated from above with the surface of the container (for example, a crystallizer). Together they serve as a wall of a cavity formed in this way. At the same time, it is possible to carry out the necessary technological operations through the open surface of the vessel, for example, unimpeded flow of liquid metal from an intermediate vessel into the mold. The design optimization of a rectangular metal plate, including its configuration (a flat or curvilinear plate) and the number of such plates, is made from the point of view of how to ensure a sufficiently high quality factor (of the order of 100 or more, which is quite enough for the removal and further conversion of the useful signal in order to measure the resonant frequency of this resonator, which is an informative parameter) of such a resonator, as well as meeting the requirements dictated by the specifics of the technological process: if possible, m fewer metal plates, their location in a region sufficiently remote from the stream of liquid metal entering the mold, etc.

На фиг. 1 - схематичное изображение цилиндрического объемного резонатора - открытой металлической емкости 1 (например, кристаллизатора), содержащей контролируемое вещество 2, с сопряженными с ней снаружи двумя запредельными волноводами. Каждый из этих волноводов образован совокупностью соответствующей части отрезка полой цилиндрической металлической трубы 3, открытой на противоположном (верхнем) торце, и располагаемой диаметрально внутри этой трубы и вдоль нее прямоугольной металлической пластины 4. Эта пластина, имеющая высоту, равную высоте трубы, расположена внутри трубы вертикально в виде продольной перегородки в поперечном ее сечении и присоединена к ее внутренней поверхности на обоих противоположных концах пластины. Каждый такой запредельный волновод представляет собой надстройку малой высоты (~50÷100 мм) к емкости 1.In FIG. 1 is a schematic illustration of a cylindrical volume resonator — an open metal container 1 (for example, a crystallizer) containing a controlled substance 2, with two transverse waveguides coupled to it from the outside. Each of these waveguides is formed by the combination of the corresponding part of a segment of a hollow cylindrical metal pipe 3, open at the opposite (upper) end, and located diametrically inside this pipe and along it a rectangular metal plate 4. This plate, having a height equal to the height of the pipe, is located inside the pipe vertically in the form of a longitudinal partition in its cross section and attached to its inner surface at both opposite ends of the plate. Each such transcendental waveguide is a superstructure of small height (~ 50 ÷ 100 mm) to the capacitance 1.

В данном цилиндрическом объемном резонаторе могут быть возбуждены электромагнитные колебания на одном из возможных, в частности одном из низших, типов колебаний Н111, Н011 (монография: Семенов Н.А. Техническая электродинамика. - М.: Связь. 1973. 480 с. С. 206-211, 269-270). Одна или несколько металлических пластин 4 разделяют сечение трубы на две или более труб меньшего сечения, которые представляют собой запредельные волноводы для электромагнитных колебаний, возбуждаемых в емкости 1.In this cylindrical volume resonator, electromagnetic oscillations can be excited at one of the possible, in particular one of the lowest, types of vibrations Н 111 , Н 011 (monograph: Semenov N.A. Technical Electrodynamics. - M.: Communication. 1973. 480 p. S. 206-211, 269-270). One or more metal plates 4 divide the pipe section into two or more pipes of a smaller section, which are transcendent waveguides for electromagnetic waves excited in the tank 1.

С помощью элемента связи 5, служащего для возбуждения и съема электромагнитных колебаний в объемном резонаторе и располагаемого на боковой поверхности металлической емкости 1, к цилиндрическому объемному резонатору (емкости 1) подсоединен электронный блок 6. Возможна также схема построения устройства с двумя раздельными элементами связи для возбуждения и съема электромагнитных колебаний в данном объемном резонаторе (не показана). С помощью электронного блока 6 осуществляют возбуждение в данном резонаторе электромагнитных колебаний и измерение его резонансной частоты. Для выполнения этого в состав электронного блока 6 входят генератор электромагнитных колебаний и блок для измерения резонансной частоты электромагнитных колебаний резонатора. Данная резонансная частота является информативным параметром, ее измеряемое значение соответствует текущему значению уровня вещества в емкости 1.Using the coupling element 5, which serves to excite and pick up electromagnetic waves in the volume resonator and located on the side surface of the metal container 1, an electronic unit 6 is connected to the cylindrical volume resonator (capacity 1). A circuit for constructing a device with two separate communication elements for excitation is also possible and removal of electromagnetic waves in a given cavity resonator (not shown). Using the electronic unit 6 carry out the excitation in this resonator of electromagnetic waves and measure its resonant frequency. To accomplish this, the electronic unit 6 includes an electromagnetic oscillation generator and a unit for measuring the resonant frequency of the electromagnetic oscillations of the resonator. This resonant frequency is an informative parameter, its measured value corresponds to the current value of the substance level in the tank 1.

На фиг. 2 изображен схематично цилиндрический объемный резонатор - открытая металлическая емкость 1, содержащая контролируемое вещество 2. Здесь запредельные волноводы образованы совокупностью соответствующей части цилиндрической металлической трубы 3 и металлическими пластинами 7 и 8, располагаемыми не диаметрально внутри этой трубы, как на фиг. 1, а на некотором расстоянии от центра трубы; каждая из таких металлических пластин является хордой меньшей длины, чем длина диаметрально расположенной пластины на фиг. 1. В данном случае надстройка над емкостью 1 представляет собой три запредельных волновода по числу частей сечения металлической трубы 3, разделяемой пластинами 7 и 8. В частности, контролируемым веществом 2 может являться жидкий металл в различных открытых технологических емкостях (например, кристаллизаторах) металлургического производства. На фиг. 2 показана струя жидкого металла 9, поступающего в емкость 1. Такое измерительное устройство может быть применено, в частности, для измерения и, на его основе, регулирования (поддержания заданного значения) уровня жидкого металла в различных открытых технологических емкостях металлургического производства, в том числе при наличии струи жидкого металла 9, поступающего в емкость 1 из разливочного устройства.In FIG. 2 shows a schematic cylindrical cavity resonator — an open metal container 1 containing a controlled substance 2. Here the transverse waveguides are formed by the combination of the corresponding part of the cylindrical metal pipe 3 and metal plates 7 and 8 located not diametrically inside this pipe, as in FIG. 1, and at a certain distance from the center of the pipe; each of such metal plates is a chord of shorter length than the length of the diametrically located plate in FIG. 1. In this case, the superstructure over the tank 1 is three transcendental waveguides in the number of sections of the cross section of the metal pipe 3, separated by plates 7 and 8. In particular, the controlled substance 2 can be liquid metal in various open process tanks (for example, crystallizers) of metallurgical production . In FIG. 2 shows a stream of liquid metal 9 entering a tank 1. Such a measuring device can be used, in particular, for measuring and, based on it, regulating (maintaining a given value) the level of liquid metal in various open technological capacities of metallurgical production, including in the presence of a jet of liquid metal 9 entering the tank 1 from the filling device.

На фиг. 3 изображен схематично прямоугольный объемный резонатор - открытая емкость 1 с контролируемым веществом 2, в частности кристаллизатор с жидким металлом в технологической установке металлургического производства. На поверхности емкости 1 расположены снаружи запредельные волноводы, образованные совокупностью части внутренней поверхности полой прямоугольной металлической трубы 3, открытой на противоположном (верхнем) торце, и располагаемыми вертикально внутри этой трубы прямоугольными металлическими пластинами. На фиг. 3 приведен пример устройства с двумя металлическими пластинами 10 и 11. Эти пластины, имеющие высоту, равную высоте прямоугольной трубы 3, присоединены перпендикулярно к внутренней поверхности трубы 3 на обоих противоположных концах каждой пластины. В открытой емкости 1, содержащей контролируемое вещество 2 (например, в кристаллизаторе с жидким металлом), возбуждены электромагнитные колебания как в прямоугольном объемном резонаторе (монография: Семенов Н.А. Техническая электродинамика. – М.: Связь. 1973. 480 с. С. 189-195, 266-269). Здесь один элемент связи 5 (фиг. 3), располагаемый на боковой поверхности металлической емкости 1, или раздельные элементы связи (не показаны) для возбуждения и съема электромагнитных колебаний служат для подсоединения к резонатору (емкости 1) электронного блока 6. С помощью электронного блока 6 осуществляют возбуждение в данном резонаторе электромагнитных колебаний и измерение его резонансной частоты. В емкость 1 может свободно поступать контролируемое вещество, например жидкий металл в виде струи жидкого металла 9 в технологической установке металлургического производства.In FIG. 3 shows a schematic rectangular cavity resonator — an open container 1 with a controlled substance 2, in particular a crystallizer with liquid metal in a technological plant of metallurgical production. Outside of the capacitance 1 are located outside the transcendental waveguides formed by the combination of part of the inner surface of a hollow rectangular metal pipe 3, open at the opposite (upper) end, and arranged vertically inside this pipe by rectangular metal plates. In FIG. 3 shows an example of a device with two metal plates 10 and 11. These plates having a height equal to the height of a rectangular pipe 3 are attached perpendicular to the inner surface of the pipe 3 at both opposite ends of each plate. In an open container 1 containing a controlled substance 2 (for example, in a crystallizer with liquid metal), electromagnetic oscillations are excited as in a rectangular volume resonator (monograph: N. Semenov. Technical electrodynamics. - M .: Communication. 1973. 480 p. S . 189-195, 266-269). Here, one communication element 5 (Fig. 3) located on the side surface of the metal container 1, or separate communication elements (not shown) for excitation and removal of electromagnetic waves, are used to connect the electronic unit 6 to the resonator (capacity 1). Using the electronic unit 6 excite electromagnetic oscillations in a given resonator and measure its resonant frequency. A controlled substance, for example, a liquid metal in the form of a jet of liquid metal 9 in a technological installation of a metallurgical production, can freely enter a container 1.

Рассмотренное устройство может быть применено на практике для металлических емкостей, в том числе кристаллизаторов, любых типоразмеров. Использование той или иной конструкции определяется спецификой технологического процесса, конструкцией емкости.The considered device can be applied in practice for metal containers, including crystallizers, of any standard sizes. The use of a particular design is determined by the specifics of the process, the design of the tank.

Таким образом, данное устройство достаточно просто реализуемо. Оно может найти применение на практике там, где требуется производить измерение уровня жидкости или сыпучего вещества в открытой металлической емкости при проведении над поверхностью вещества каких-либо технологических операций. Так, оно может быть применено для измерения и, на его основе, регулирования (поддержания заданного значения) уровня жидкого металла в различных открытых технологических емкостях металлургического производства, в том числе при наличии струи жидкого металла, поступающего в емкость из разливочного устройства.Thus, this device is quite easy to implement. It can find application in practice where it is required to measure the level of a liquid or granular substance in an open metal container when conducting any technological operations above the surface of the substance. So, it can be used to measure and, on its basis, regulate (maintain a predetermined value) the level of liquid metal in various open technological capacities of metallurgical production, including in the presence of a jet of liquid metal entering the container from the filling device.

Claims (1)

Устройство для измерения уровня вещества в открытой металлической емкости, содержащее объемный резонатор в виде совокупности полости емкости и подсоединенного снаружи к его открытой поверхности отражателя электромагнитных волн, подключенный к объемному резонатору с помощью по меньшей мере одного элемента связи электронный блок для возбуждения в резонаторе электромагнитных колебаний и измерения его резонансной частоты, отличающееся тем, что отражатель электромагнитных волн выполнен в виде двух или более запредельных волноводов, каждый из которых образован совокупностью отрезка полой металлической трубы, открытой на противоположном торце и имеющей ту же форму поперечного сечения, что и металлическая емкость, и по меньшей мере одной прямоугольной металлической пластины, расположенной вертикально внутри трубы в виде продольной перегородки в поперечном ее сечении и присоединенной к ее внутренней поверхности на обоих противоположных концах этой пластины, имеющей высоту, равную высоте трубы.A device for measuring the level of a substance in an open metal container, containing a volume resonator in the form of a combination of the cavity of the container and an electromagnetic wave reflector connected externally to its open surface, connected to the volume resonator using at least one coupling element, an electronic unit for exciting electromagnetic oscillations in the resonator and measuring its resonant frequency, characterized in that the reflector of electromagnetic waves is made in the form of two or more transcendental waveguides, ka each of which is formed by the combination of a segment of a hollow metal pipe open at the opposite end and having the same cross-sectional shape as a metal container, and at least one rectangular metal plate located vertically inside the pipe in the form of a longitudinal partition in its cross section and attached to its inner surface at both opposite ends of this plate having a height equal to the height of the pipe.
RU2017105237A 2017-02-17 2017-02-17 Device for measuring the level of substance in an open metal capacity RU2654362C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105237A RU2654362C1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Device for measuring the level of substance in an open metal capacity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105237A RU2654362C1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Device for measuring the level of substance in an open metal capacity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654362C1 true RU2654362C1 (en) 2018-05-17

Family

ID=62152833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017105237A RU2654362C1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Device for measuring the level of substance in an open metal capacity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654362C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3213439A (en) * 1962-02-16 1965-10-19 Duane E Atkinson Level indicating device with high frequency resonant probe
US4567935A (en) * 1981-05-26 1986-02-04 Kaiser Aluminum & Chemical Corporation Molten metal level control in continuous casting
SU1280330A1 (en) * 1984-10-17 1986-12-30 Воронежское Экспериментальное Конструкторское Бюро Расфасовочно-Упаковочного Оборудования Device for measuring level of dielectric materials
SU1770765A1 (en) * 1990-12-10 1992-10-23 Inst Problem Upravlenia Avtoma Method of measuring material quantity in a metallic container
RU2029247C1 (en) * 1990-06-29 1995-02-20 Вячеслав Сергеевич Минаев Method of measuring physical parameter of object
EP1729101B1 (en) * 2005-06-03 2008-09-10 Fondazione Torino Wireless Method and apparatus for detecting the level of a molten metal in a container and the depth of slag floating on it

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3213439A (en) * 1962-02-16 1965-10-19 Duane E Atkinson Level indicating device with high frequency resonant probe
US4567935A (en) * 1981-05-26 1986-02-04 Kaiser Aluminum & Chemical Corporation Molten metal level control in continuous casting
SU1280330A1 (en) * 1984-10-17 1986-12-30 Воронежское Экспериментальное Конструкторское Бюро Расфасовочно-Упаковочного Оборудования Device for measuring level of dielectric materials
RU2029247C1 (en) * 1990-06-29 1995-02-20 Вячеслав Сергеевич Минаев Method of measuring physical parameter of object
SU1770765A1 (en) * 1990-12-10 1992-10-23 Inst Problem Upravlenia Avtoma Method of measuring material quantity in a metallic container
EP1729101B1 (en) * 2005-06-03 2008-09-10 Fondazione Torino Wireless Method and apparatus for detecting the level of a molten metal in a container and the depth of slag floating on it

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR940000144B1 (en) Device for level gauging with microwaves
CN101287972A (en) Two-mode radar level gauge system
EP2702372B1 (en) Pulsed radar level gauge system with higher order harmonic regulation
CA2333892A1 (en) A microwave fluid sensor and a method for using same
RU2654362C1 (en) Device for measuring the level of substance in an open metal capacity
RU2578749C1 (en) Method of determining position of interface of two substances in container
RU2473052C1 (en) Device for measuring level of dielectric liquid in container
RU2619401C1 (en) Device for measuring substance level in open metal container
RU2534747C1 (en) Measuring device of physical properties of liquid contained in tank
RU2164340C2 (en) Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment
RU2426099C1 (en) Device for determination of concentration of substances mixture
RU2567446C1 (en) Method to measure quantity of dielectric liquid in metal reservoir
RU2473054C1 (en) Method of measuring level of substance in open metal container
RU2752555C1 (en) Method for determining position of interface between two liquids in tank
RU97122341A (en) METHOD FOR DETERMINING A COMPONENT FLOW OF A GAS-LIQUID MIXTURE OF GAS-OIL PRODUCTION PRODUCTS IN A PIPELINE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2626458C1 (en) Method of measuring physical properties of liquid
RU2199731C1 (en) Device for determination of oil product humidity in pipe line
RU2620773C1 (en) Sensor of physical substance properties
RU2550766C1 (en) Method of determination of level of liquid metal in process vessel
US10801873B2 (en) System and method for determining level and density distribution
US6055846A (en) Method and apparatus for in situ calibration of gas flowmeters
SU1268959A1 (en) Method of measuring substance level in open metallic tank
RU2536184C1 (en) Concentration meter
RU102109U1 (en) FLOWMETER
RU215270U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PROPERTIES OF DIELECTRIC LIQUID