專利名稱：一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空出鋁后鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
精確測量鋁包內(nèi)鋁水溫度能夠?qū)﹁T鋁起到提高其內(nèi)在質(zhì)量的作用，因此對鋁包內(nèi)鋁水溫度的測量是十分重要的。但是，鋁包內(nèi)鋁水通常溫度極高，具有強(qiáng)腐蝕性，并且鋁包的工作環(huán)境惡劣，所以對鋁包內(nèi)鋁水溫度的測量方式有著很高的要求。當(dāng)前對鋁水溫度的測量方式主要有接觸式和非接觸式兩種。熱電偶測溫方法(接觸式)是人工將熱電偶的測溫探頭插入鋁包內(nèi)進(jìn)行測溫，但是這種方法存在以下缺點首先，因為鋁水的溫度非常高，當(dāng)操作人員在插入熱電偶時容易因鋁水的飛濺而受傷；其次，因人工插入探頭會因深淺的不同而使測溫結(jié)果出現(xiàn)波動。此外，由于鋁水對測溫探頭具有 腐蝕作用，其只能通過消耗式點測的方法來測定間隔時間的溫度，而不能獲得連續(xù)變化的鋁水溫度，并且需要進(jìn)行更換大量的熱電偶，成本較高。紅外測溫儀是目前測鋁水溫度比較方便的儀器，然而其只能獲得鋁水表面的溫度，同時受鋁水表面所含雜質(zhì)、被測溫環(huán)境中煙塵水汽的影響，其測量所獲得的溫度并不是真實的鋁水溫度，測溫誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)在圓柱型鋁包兩側(cè)中部的同一豎直截面上通過法蘭對稱安裝2個聲波導(dǎo)管，2個聲波導(dǎo)管上分別設(shè)置I個傳聲器，2個聲波導(dǎo)管分別與I個電動揚(yáng)聲器連接；信號調(diào)理器分別與2個傳聲器和接線盒相連，功率放大器分別與2個電動揚(yáng)聲器和接線盒相連，接線盒分別與雙通道數(shù)據(jù)采集卡和聲卡相連，雙通道數(shù)據(jù)采集卡和聲卡分別與主機(jī)相連。一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(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由主機(jī)發(fā)出指令，通過聲卡傳入接線盒，指令通過功率放大器后，由電動揚(yáng)聲器接收并發(fā)出聲信號，聲信號經(jīng)由聲波導(dǎo)管傳入鋁包內(nèi)；聲信號在穿透鋁包后被傳聲器接收并轉(zhuǎn)變成電壓信號；電壓信號再傳入信號調(diào)理器，經(jīng)接線盒進(jìn)入雙通道的數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)入主機(jī)，主機(jī)通過軟件將兩個通道的信號進(jìn)行基于最大似然的廣義互相關(guān)時延估計，得到聲波飛度時間τ ;利用軟件在鋁包冷態(tài)的情況下測出鋁包截面兩個監(jiān)測點之間的距離L，再通過計算軟件代入?yún)?shù)計算出鋁包內(nèi)鋁水的溫度t ；聲波飛度時間τ通過主機(jī)收到的兩個通道的信號利用Labview軟件所編寫的程序進(jìn)行互相關(guān)，其中通過最大似然的加權(quán)函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)在圓柱型鋁包(5)兩側(cè)中部的同一豎直截面上通過法蘭對稱安裝2個聲波導(dǎo)管(4)，2個聲波導(dǎo)管(4)上分別設(shè)置I個傳聲器(6)，2個聲波導(dǎo)管(4)分別與I個電動揚(yáng)聲器(3)連接；信號調(diào)理器(7)分別與2個傳聲器(6)和接線盒(8)相連，功率放大器(9)分別與2個電動揚(yáng)聲器 (3)和接線盒(8)相連，接線盒(8)分別與雙通道數(shù)據(jù)采集卡(10)和聲卡(12)相連，雙通道數(shù)據(jù)采集卡(10)和聲卡(12)分別與主機(jī)(11)相連。
2.一種如權(quán)利要求I所述的一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(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 由主機(jī)(11)發(fā)出指令，通過聲卡(12)傳入接線盒(8)，指令通過功率放大器(9)后，由電動揚(yáng)聲器(3)接收并發(fā)出聲信號，聲信號經(jīng)由聲波導(dǎo)管(4)傳入鋁包(5)內(nèi)；聲信號在穿透鋁包后被傳聲器(6)接收并轉(zhuǎn)變成電壓信號；電壓信號再傳入信號調(diào)理器(7)，經(jīng)接線盒(8 )進(jìn)入雙通道的數(shù)據(jù)采集卡(10 )并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)入主機(jī)(11)，主機(jī)(11)通過軟件將兩個通道的信號進(jìn)行基于最大似然的廣義互相關(guān)時延估計，得到聲波飛度時間τ ;利用軟件在鋁包冷態(tài)的情況下測出鋁包截面兩個監(jiān)測點之間的距離L，再通過計算軟件代入?yún)?shù)計算出鋁包內(nèi)鋁水的溫度t; 聲波飛度時間τ通過主機(jī)收到的兩個通道的信號利用Labview軟件所編寫的程序進(jìn)行互相關(guān)，其中通過最大似然的加權(quán)函數(shù)1^^·卩對信號進(jìn)行處理，獲得精確的聲波飛度時間τ ； 式中Gxl2(f)為兩通道信號的互相關(guān)譜函數(shù)；Y12(f)為模平方相干函數(shù)； 聲波在鋁水中傳播時，根據(jù)平面波的運(yùn)動方程、連續(xù)性方程以及液體介質(zhì)的物態(tài)方程推導(dǎo)出聲波在液體 介質(zhì)中的傳播速度是該液體介質(zhì)的函數(shù)，即聲波傳播速度與液體介質(zhì)溫度的關(guān)系為 式中C為液體介質(zhì)中聲波的傳播速度，單位為m/s山為鋁包兩側(cè)所布置的監(jiān)測點之間的距離，單位為πι;τ為聲波飛渡時間，單位為s ; 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。C ； 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)；對于給定的液體介質(zhì)，Z為常數(shù)；由上式推導(dǎo)，得出溫度的計算公式為 根據(jù)上式，通過測定鋁包兩側(cè)所布置監(jiān)測點之間的距離L和聲波飛渡時間τ，計算得出招水的溫度t。
全文摘要
本發(fā)明屬于真空出鋁后鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于聲學(xué)測溫的鋁包內(nèi)鋁水溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。本發(fā)明在鋁包兩側(cè)中部的同一豎直截面上安裝聲波導(dǎo)管、電動揚(yáng)聲器和傳聲器。電動揚(yáng)聲器發(fā)出聲信號，經(jīng)聲波導(dǎo)管傳入鋁包，再穿透鋁水后，聲信號被傳聲器接收并將其轉(zhuǎn)變成電壓信號，通過電纜輸入信號調(diào)理器，再由接線盒進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算得出聲波飛渡時間，最后計算出鋁包內(nèi)鋁水的溫度。本發(fā)明能夠真實反映連續(xù)變化的鋁水溫度，從而提高鑄鋁的內(nèi)在質(zhì)量，而且不受鋁包高溫、鋁水強(qiáng)腐蝕性及煙塵等惡劣環(huán)境的影響，并且能夠遠(yuǎn)程操作，有利于控制和節(jié)省勞動力，同時避免操作人員因現(xiàn)場測溫導(dǎo)致受傷情況的發(fā)生。
文檔編號G01K11/24GK102818652SQ201210291479
公開日2012年12月12日 申請日期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, 高憲波, 張世平 申請人:華北電力大學(xué)