基于单片机的结晶器钢水液位检测系统设计_周洋

第21卷

Vol.21

第10期电子设计工程

No.10ElectronicDesignEngineering

2013年5月May.2013

基于单片机的结晶器钢水液位检测系统设计

周洋，王景存，黄亮

（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081）

摘要：为保证钢水连铸中结晶器内液位稳定，提出了一种基于单片机的钢水液位检测系统方案。该系统通过滤波、放大、线性化等一系列处理，将由涡流型传感器采集的微弱信号变为0~5V电压信号。经过DA变换得到4~20mA电流信号供PLC使用。系统的测量精度为±2mm、量程为0~150mm。本系统成本较低，实用性较强，已经在实际生产中投入使用，并取得良好的效果。

关键词：连铸；结晶器；液位检测；涡流法中图分类号：TP368

文献标识码：A

文章编号：1674－6236（2013）10-0158-03

MoltensteelliquidleveldetectionsystembasedonMCU

ZHOUYang，WANGJing-cun，HUANGLiang

（CollegeofInformationScienceandEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China）

Abstract:Inordertostabilizetheliquidsteellevelinthemoltenofthecontinuouscasting，thedesignofmoltensteelliquidleveldetectionsystembasedonMCUisdesignedinthispaper.Thoughfiltering，amplification，linearizationandaseriesofprocessing，aweaksignalcollectedbytheeddycurrentsensorchangeinto0~5Vvoltagesignal.ProcessingDAtransfer，PLCobtains4~20mAcurrentsignal.Themeasureprecisionofthesystemis±2mm，andtherangereaches0~150mm.Becauseoflowincost，andsuperinpracticality，thissystemhasbeenputintopracticaluseandrunwell.Keywords:continuouscasting；mold；moltensteelliquidleveldetection；eddy-current

连铸生产中，结晶器作为连铸机上的一个关键设备，其钢水液位的控制精度直接影响着钢坯的质量和产量。结晶器钢水液位的检测方式有热电偶埋入法、工业电视法、周期性电极插入法、放射性同位素法、涡流法、电磁感应法和激光法等等。目前连铸机结晶器上广泛采用的方法是放射性同位素法、涡流法和激光法[1]。

本系统是一种基于单片机的涡流型结晶器钢水液位检测系统。由激励产生、涡流传感、信号放大、精密检波和单片机控制等四部分组成，激励产生电路主要用于产生50kHz的正弦波信号，经过放大后作为传感器的激励源，涡流传感器感应出的液位信号经放大和精密检波后输出0~5V的直流电平。最后由单片机通过A/D转换和线性化输出4~20mA的电流信号到PLC控制器。

其大小随钢水表面到传感器的距离而变化。

通电线圈与金属导体之间的电涡流效应如图1所示。当通有一定交变电流Is（频率为f）的电感线圈L靠近金属导体时，在金属周围产生交变磁场，在金属表面将产生电涡流I1，根据电磁感应原理，电涡流也将形成一个方向相反的磁场。磁电涡流的闭合流线的圆心同线圈在金属板上的投影的圆心重合[3]。

图1涡流互感效应示意图

1测量原理

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于交变的磁场

Fig.

1Eddycurrentmutualinductanceeffectschematicdiagram涡流渗透深度：

中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流。以上现象称为电涡流效应[2]。

电涡流传感器的核心部分由两组线圈组成，包括一个激励线圈和两个感应线圈。电涡流传感器中的电磁信号在钢水表面产生涡电流，此涡电流在传感器线圈中产生感应信号，收稿日期：2012-12-23

稿件编号：201212187

h=5000

姨

式中：ρ———电阻率（Ω·——相对导磁率；f———mm2/m）；μ—

Is的频率（Hz）

对金属材料而言，若Is和L等的参数已定，金属板的厚度t>>h渗透深度时，则表面感应的涡流I几乎只取决于线圈

L至金属板的距离H，而与板厚及电阻率的变化无关[4-5]。

作者简介：周洋（1985—），男，湖北咸宁人，硕士。研究方向：基于单片机的数字信号处理及系统设计。

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