ДАТЧИК НАЛИЧИЯ ГОРЯЧЕГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к металлургии и предназначена для обнаружения горячего металла, а именно к автоматизации технологических процессов при производстве горячего проката, а именно к оптическим детекторам горячего металла, преобразующим инфракрасное излучение горячего металла в электрический сигнал.
Известен способ обнаружения поступления струи жидкого металла и устройство для его осуществления (см. патент РФ 2106224, опубл. 10.03.1998). Полезная модель основано на обнаружении светящихся объектов. В соответствии с этим формируется изображение посредством одного источника света некоторой зоны, заключенной между двумя плоскостями. Затем формируется изображение светящегося объекта. Далее световой поток этого изображения преобразуется в электрическую величину, которая передается во внешние цепи в качестве функциональной информации. Устройство содержит оптическую систему обнаружения света, содержащую объектив с регулируемым фокусным расстоянием, фотоэлектрический преобразователь, преобразователь, компаратор, буферный каскад, блок питания и источник света. К недостаткам этого устройства можно отнести то, что гарантируется обнаружение струи жидкого металла только при температурах близких к температуре плавления, а обнаружение затвердевших металлов и сплавов с текущей с достаточной степенью достоверности невозможно.
Наиболее близким по конструкции и достигаемому эффекту аналогом (прототипом) является фотодатчик горячего металла ФГ08П производства ООО Научно-производственное предприятие "Уралметаллургавтоматика" (см. сайт предприятия http://www.urlmet.ru/production01/optiCAL.htm, Каталог продукции «Средства автоматизации. Системы и устройства автоматизации. Специализированные устройства и изделия», ООО НПП "Уралметаллургавтоматика", 2007 г., стр.8-41). Фотодатчики семейства ФГ предназначены для контроля наличия горячего металла (от +350°С) в контролируемых зонах оптических углов зрения датчиков. Фотодатчик выполнен в силуминовом прямоугольном корпусе, на передней стенке которого установлен объектив. В корпусе по направляющим установлен каркас с панелью, являющейся задней крышкой корпуса. На каркасе закреплена печатная плата с электронными компонентами схемы, а на панели каркаса установлены индикаторный светодиод, разъем для подключения кабеля и отверстие (закрытое пробкой с резьбой) для доступа к регулятору чувствительности.
Каркас закреплен на корпусе с помощью четырех винтов. На нижней плоскости корпуса закреплен кронштейн, позволяющий поворачивать корпус в горизонтальной и вертикальной плоскостях на угол ±20°.
К недостаткам этого датчика можно отнести его ограниченные функциональные возможности - обнаружение металла возможно в ограниченном диапазоне температуры от 350°С и от 600°С, при выходе температурного параметра металла за пределы диапазона контроля возможно не срабатывание датчика, а также малое расстояние дистанционного контроля до 5 м, что не позволят в достаточной степени удалить датчик от объекта при необходимости.
Технический результат полезной модели - расширение функциональных возможностей путем обеспечения идентификации наряду с нагретыми металлическими и неметаллическими изделиями не нагретых металлических изделий и повышение надежности работы путем устранения его ложных срабатываний от посторонних источников инфракрасного излучения.
Технический результат достигается тем, что в датчике обнаружения горячего металла, содержащем водоохлаждаемый корпус, тубус, подставку и электронно-оптический модуль с фотоприемником, в качестве инфракрасного детектора применяется фотоприемник изготовленный из твердых растворов химических соединений (Халькогенидов) группы А4 В6, например селенида свинца, и группы А2 В6, например селенида кадмия, с диапазоном спектральной чувствительности от 1,5 до 5 мкм. Фотоприемник захватывает диапазон излучения металла, нагретого до температуры от 300 до 1200°С и не реагирует на излучения в видимом диапазоне (оптические помехи), в результате чего расширяются функциональные возможности датчика и повышается надежность работы.
На фиг.1 изображен датчик наличия горячего металла в процессе прокатки, на фиг.2 изображена схема обработки сигнала.
Датчик наличия горячего металла в процессе прокатки состоит из электронно-оптического модуля 1, водоохлаждаемого корпуса 2, тубуса 3 и подставки 4.
Электронно-оптический модуль 1 содержит фотоприемник 5 инфракрасного диапазона, электронную схему 6, сферическую линзу 7 и защитное стекло 8. В тубусе 3 закреплена щелевая диафрагма 9.
Электронно-оптический модуль 1 закреплен на задней крышке 10 корпуса 2. Крышка 10 с модулем 1 закреплена на корпусе 2 винтами 11. Линза 7 с защитным стеклом 8 закреплены в передней части водоохлаждаемого корпуса 2.
Водоохлаждаемый корпус 2 установлен на подставке 4, позволяющей поворачивать его относительно горизонтальной, вертикальной и вокруг оптической оси.
Принципиальная схема датчика состоит из:
- фотоприемника 5 инфракрасного диапазона BL1;
- модуля 12 обработки сигнала (МОС) А1;
- схемы формирования выходного сигнала VT3, К1;
- схемы формирования сигнала "Перегрев" VT2, К2;
- схемы формирования сигнала контроля работоспособности датчика VT1, VD2;
- вторичного источника питания 13 (DA2, DA3, VD6);
Фотоприемник 5 содержит инфракрасный фотогальванический диод, выполненный в виде полоски размером 14×0,2 мм, изготовленной из твердых растворов химических соединений (Халькогенидов) группы А4 В6, например селенида свинца, и группы А2 В6, например селенида кадмия, размещенной в корпусе типа Терек. В корпус фотоприемника встроены:
а) терморезистор 14 для осуществления температурной компенсации чувствительности фотоприемника;
б) платиновый термопреобразователь сопротивления 15 для измерения температуры подложки диода и предотвращения его перегрева;
б) излучающий диод 16 для реализации функции проверки работоспособности.
Крышка корпуса фотоприемника 5 имеет входное окно, закрытое кремниевой пластинкой 19.
Схема обработки сигнала функционально разделена на две части: модуль 12 первичной обработки сигналов и исполнительная часть 20.
В модуле 12 первичной обработки сигнала реализованы следующие функции: преобразование фототока фотоприемника в напряжение, усиление напряжения, температурная компенсация чувствительности фотоприемника, пороговый компаратор с функциями триггера Шмидта, буферный повторитель сигнала входа компаратора.
Чувствительность схемы регулируется подстроенным резистором 21. Температурная компенсация осуществляется с помощью терморезистора 14, включенного в цепь двухкаскадного усилителя 22.
Исполнительная часть схемы выполнена на печатной плате с помощью элементов поверхностного и навесного монтажа. Выходной сигнал схемы формируется замыканием контактов реле 23.
Датчик работает следующим образом.
При повышенной температуре подложки фотоприемника формируется сигнал «Перегрев» путем замыкания контактов реле 24.
При подаче напряжения +24 В на вывод 25 «Контр» срабатывает схема самоконтроля работоспособности датчика и формируется выходной сигнал.
ЭДС, получаемая от схемы формирования сигнала контроля работоспособности датчика VD1 26 в результате облучения инфракрасным спектром от нагретого тела, после усиления усилителем 22 подается на вход триггера Шмидта 27. Нижний порог срабатывания порядка 1,6 В, верхний - около 3,5 В. При превышении верхнего порога срабатывания модуль 12 обработки сигнала выдает сигнал о наличии в контролируемой зоне нагретого металла.
Сигнал с выхода триггера Шмидта через делитель 28 подается на вход схемы формирования выходного сигнала, состоящей из элементов VT3 реле 23.
Для регулировки чувствительности датчика используется подстроечный резистор 29 R4. Контроль регулировки осуществляется мультиметром с выхода повторителя 30.
В процессе прокатки работоспособность датчика контролируется светодиодом 31, установленным на задней крышке корпуса. Светодиод 31 управляется через свободный нормально - открытый контакт реле 23. Во всех остальных случаях работоспособность датчика проверяют путем подачи напряжения 24 В на излучающий диод 16 через схему управления 32.
Диод 33, предотвращает выход из строя датчика при неправильном подключении полюсов первичного источника питания.
Заявляемый датчик захватывает диапазон излучения металла, нагретого до температуры от 300 до 1200°С и не реагирует на излучения в видимом диапазоне (оптические помехи).
Датчик может быть изготовлен на имеющемся оборудовании имеющимися техническими средствами.