專利名稱：一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼包內(nèi)鋼水溫度測量方法主要有兩種熱電偶測溫方法和紅外測溫儀測溫方法。熱電偶測溫方法指人工將熱電偶的測溫探頭插入鋼包內(nèi)進(jìn)行測溫。這種方法存在以下缺點(diǎn)首先，因人工插入探頭深淺的不同而使測溫結(jié)果波動(dòng)；其次，由于鋼水對(duì)測溫探頭的腐蝕作用，其只能采用消耗式點(diǎn)測的方法，測定間隔時(shí)間的溫度，而不能獲得連續(xù)變化 的溫度，且需要更換大量的熱電偶，成本較高；此外，因?yàn)殇撍臏囟确浅８?，人工插入熱電偶時(shí)，操作人員容易因?yàn)殇撍娘w濺而受傷。紅外測溫儀是目前測定鋼水溫度最方便的儀器，但由于其測定鋼水溫度時(shí)只能獲得鋼水表面的溫度，受鋼水表面所含雜質(zhì)、被測溫環(huán)境中的煙塵水汽的影響，因此其測量獲得的溫度并不為真實(shí)的鋼水溫度，測溫誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)在圓柱型鋼包同一水平截面的兩側(cè)中部通過法蘭對(duì)稱安裝2個(gè)聲波導(dǎo)管，2個(gè)聲波導(dǎo)管上分別設(shè)置I個(gè)傳聲器，2個(gè)聲波導(dǎo)管分別與I個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器連接；信號(hào)調(diào)理器分別與2個(gè)傳聲器和接線盒相連，功率放大器分別與2個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器和接線盒相連，接線盒與雙通道數(shù)據(jù)采集卡相連，雙通道數(shù)據(jù)采集卡與主機(jī)相連。一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下主機(jī)發(fā)出指令，電動(dòng)揚(yáng)聲器接收到指令后通過功率放大器的放大作用發(fā)出聲信號(hào)，經(jīng)聲波導(dǎo)管傳入鋼包，穿過鋼包后的聲信號(hào)被傳聲器接收并轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過電纜輸送到信號(hào)調(diào)理器，再經(jīng)接線盒進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入主機(jī)，通過基于相位譜估計(jì)的時(shí)間延遲估計(jì)算法得出聲波飛渡時(shí)間，最后經(jīng)計(jì)算軟件結(jié)合聲波飛渡時(shí)間等參數(shù)計(jì)算出鋼包內(nèi)鋼水的溫度；通過聲學(xué)測溫方法獲得液體介質(zhì)溫度為Γ=(!)2 ;式中L為鋼包兩側(cè)布置測
rZ
點(diǎn)之間的距離，單位為m ； τ為聲波飛渡時(shí)間，單位為s ;對(duì)于給定的液體介質(zhì)，Z為一常數(shù)；根據(jù)上式，通過測定鋼包(5)兩側(cè)布置測點(diǎn)之間的距離L和聲波飛渡時(shí)間τ，來獲得鋼水的溫度T ；
其中Γ = %^, Φχ1χ2( ·)為兩通道接收信號(hào)的相位譜,f為聲源頻率。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明具有良好的耐高溫性和耐腐蝕性；不受測溫環(huán)境中的煙塵水汽的影響；其為遠(yuǎn)程操作控制，避免了操作人員因鋼水飛濺而受傷的情況；其獲得的是鋼包內(nèi)鋼水的連續(xù)溫度變化，能夠真實(shí)反映鋼包內(nèi)鋼水的溫度。


圖I為鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測點(diǎn)布置圖；圖2為一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)I-第一在線監(jiān)測點(diǎn)；2_第二在線監(jiān)測點(diǎn)；3-電動(dòng)揚(yáng)聲器；4_聲波導(dǎo)管； 5-鋼包；6_傳聲盒；7_信號(hào)調(diào)理器；8_接線盒；9_功率放大器；10_雙通道數(shù)據(jù)采集卡；
Il-主機(jī)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)在圓柱型鋼包5同一水平截面的兩側(cè)中部分別設(shè)置第一在線監(jiān)測點(diǎn)I和第二在線監(jiān)測點(diǎn)2，然后在第一在線監(jiān)測點(diǎn)I和第二在線監(jiān)測點(diǎn)2上通過法蘭對(duì)稱安裝2個(gè)聲波導(dǎo)管4，2個(gè)聲波導(dǎo)管4上分別設(shè)置I個(gè)傳聲器6,2個(gè)聲波導(dǎo)管4分別與I個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器3連接；信號(hào)調(diào)理器7分別與2個(gè)傳聲器6和接線盒8相連，功率放大器9分別與2個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器3和接線盒8相連，接線盒8與雙通道數(shù)據(jù)采集卡10相連，雙通道數(shù)據(jù)采集卡10與主機(jī)11相連。一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下主機(jī)11發(fā)出指令，電動(dòng)揚(yáng)聲器3接收到指令后通過功率放大器9的放大作用發(fā)出聲信號(hào)，經(jīng)聲波導(dǎo)管4傳入鋼包5，穿過鋼包后的聲信號(hào)被傳聲器6接收并轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過電纜輸送到信號(hào)調(diào)理器7，再經(jīng)接線盒8進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡10并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入主機(jī)，通過基于相位譜估計(jì)的時(shí)間延遲估計(jì)算法得出聲波飛渡時(shí)間，最后經(jīng)計(jì)算軟件結(jié)合聲波飛渡時(shí)間等參數(shù)計(jì)算出鋼包內(nèi)鋼水的溫度；在鋼包上的1-1監(jiān)測層上進(jìn)行聲波監(jiān)測，聲波信號(hào)由該監(jiān)測層上布置的電動(dòng)揚(yáng)聲器(3)發(fā)出，被布置在另一側(cè)的傳聲器(6)接收，通過測量通過鋼包兩側(cè)布置測點(diǎn)之間的距
離以及聲波飛渡時(shí)間，來確定聲波在傳播路徑上的平均速度，聲速方程為d '
τ式中C為液體介質(zhì)中聲波的傳播速度，單位為m/s ； L為鋼包兩側(cè)布置測點(diǎn)之間的距離，單位為m ； τ為聲波飛渡時(shí)間,單位為s ；當(dāng)聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，根據(jù)平面波的運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)性方程以及液體介質(zhì)的物態(tài)方程可以推導(dǎo)并認(rèn)為聲波在液體介質(zhì)中的傳播速度為該液體介質(zhì)的函數(shù)，聲波傳播速度與液體介質(zhì)溫度的關(guān)系如下為c = /(at,/ s ,k) = zVT ；式中P為液體介質(zhì)的密度，單位為kg/m3，T為液體介質(zhì)的平均溫度，單位為K ；β s為液體介質(zhì)的絕熱體積壓縮系數(shù)；k為液體介質(zhì)的其它物性參數(shù)；對(duì)于給定的液體介質(zhì)，Z為一常數(shù)。結(jié)合上述兩式，以聲音在液體介質(zhì)中的傳播速度為中間量，可以得到通過聲學(xué)測
溫方法獲得液體介質(zhì)溫度的原理方程Γ = (!)2 ；
τΖ式中L為鋼包兩側(cè)布置測點(diǎn)之間的距離，單位為m ； τ為聲波飛渡時(shí)間，單位為s ;對(duì)于給定的液體介質(zhì)，Z為一常數(shù)； 根據(jù)上式，通過測定鋼包5兩側(cè)布置測點(diǎn)之間的距離L和聲波飛渡時(shí)間τ，來獲得鋼水的溫度T ;根據(jù)文獻(xiàn)沈國清.基于聲波理論的爐膛溫度場在線監(jiān)測技術(shù)研究[D].北京華北電力大學(xué)，2007: 34-35.中記載的方法計(jì)算出聲波飛渡時(shí)間τ ；兩通道接收到的信號(hào)的互功率譜為Gx1t1(/) = jRxlx2(r)e-j2^fdT ；當(dāng)Ii1 (t)和 n2 (t)相互獨(dú)立時(shí)Gx1x2 (f) =Gss (f) e勹2 π τ .f ;因此，Gxlx2(f)的相位譜為Φχ1χ2( ·)=2τ · f,即 τ =.
2龍·/上述各式中xl、x2為兩通道接收到的信號(hào)；s為源信號(hào)；Gxlx2(f)為兩通道接收信號(hào)的互功率譜密度函數(shù)；Gss(f)為源信號(hào)的自功率譜密度函數(shù)；ηια)、η2α)為兩通道噪聲；Φχ1χ2( ·)為兩通道接收信號(hào)的相位譜；f為聲源頻率。從上述推理可知Φχ1χ2( ·)是一條通過原點(diǎn)的直線，通過測定直線的斜率來獲得聲波飛渡時(shí)間τ。
權(quán)利要求
1.一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)在圓柱型鋼包(5)同一水平截面的兩側(cè)中部通過法蘭對(duì)稱安裝2個(gè)聲波導(dǎo)管(4)，2個(gè)聲波導(dǎo)管(4)上分別設(shè)置I個(gè)傳聲器(6), 2個(gè)聲波導(dǎo)管(4)分別與I個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器(3)連接；信號(hào)調(diào)理器(7)分別與2個(gè)傳聲器(6)和接線盒(8)相連，功率放大器(9)分別與2個(gè)電動(dòng)揚(yáng)聲器(3)和接線盒(8)相連，接線盒(8)與雙通道數(shù)據(jù)采集卡(10)相連，雙通道數(shù)據(jù)采集卡(10)與主機(jī)(11)相連。
2.一種如權(quán)利要求I所述的一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下 主機(jī)(11)發(fā)出指令，電動(dòng)揚(yáng)聲器(3)接收到指令后通過功率放大器(9)的放大作用發(fā)出聲信號(hào)，經(jīng)聲波導(dǎo)管(4)傳入鋼包(5),穿過鋼包后的聲信號(hào)被傳聲器(6)接收并轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過電纜輸送到信號(hào)調(diào)理器(7)，再經(jīng)接線盒(8)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡(10)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入主機(jī)，通過基于相位譜估計(jì)的時(shí)間延遲估計(jì)算法得出聲波飛渡時(shí)間，最后經(jīng)計(jì)算軟件結(jié)合聲波飛渡時(shí)間等參數(shù)計(jì)算出鋼包內(nèi)鋼水的溫度； 通過聲學(xué)測溫方法獲得液體介質(zhì)溫度為Γ = (!)2 ;式中L為鋼包兩側(cè)布置測點(diǎn)之 τΖ間的距離，單位為m ； τ為聲波飛渡時(shí)間，單位為s ;對(duì)于給定的液體介質(zhì)，Z為一常數(shù)；根據(jù)上式，通過測定鋼包(5)兩側(cè)布置測點(diǎn)之間的距離L和聲波飛渡時(shí)間τ，來獲得鋼水的溫度T ； 其中Γ = ^ψ, φχ χ2( )為兩通道接收信號(hào)的相位譜,f為聲源頻率。
全文摘要
本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋼包內(nèi)鋼水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。本發(fā)明在鋼包上安裝聲波導(dǎo)管、電動(dòng)揚(yáng)聲器和傳聲器，電動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲信號(hào)，經(jīng)聲波導(dǎo)管傳入鋼包，穿過鋼包后的聲信號(hào)被傳聲器接收并轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過電纜輸送到信號(hào)調(diào)理器，再經(jīng)接線盒進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入主機(jī)，再通過時(shí)間遲延估計(jì)算法得出聲波飛渡時(shí)間，最后計(jì)算出鋼包內(nèi)鋼水的溫度。本發(fā)明具有良好的耐高溫性和耐腐蝕性；不受測溫環(huán)境中的煙塵水汽的影響；其為遠(yuǎn)程操作控制，避免了操作人員因鋼水飛濺而受傷的情況；其獲得的是鋼包內(nèi)鋼水的連續(xù)溫度變化，能夠真實(shí)反映鋼包內(nèi)鋼水的溫度。
文檔編號(hào)G01K11/22GK102818653SQ20121029151
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者沈國清, 安連鎖, 馬美倩, 張世平 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)