Одной из практических задач при работе литейно-ковочного модуля является поддержка уровня жидкого металла в кристаллизаторе. Задача осложняется тем, что входное окно кристаллизатора имеет размеры порядка 23 х 10 мм, высокая температура жидкого металла, низкочастотная вибрация зеркала металла от рабочих органов модуля, ограничивает использование штатного оборудования. Так в промышленных установках непрерывного разлива жидкого металла используют различные системы определения уровня жидкого металла в кристаллизаторе. Это индуктивная, ёмкостная, радиационная. Нами сделана попытка с помощью электромагнитных волн 3,2 см смоделировать этот процесс, пологая, что кристаллизатор является частью волноводной системы измерительной установки, а подвижный столб жидкого металла поршень волновода. Исходя из того, что входное окно кристаллизатора имеет размеры одного порядка, что и размеры используемого волновода, а форма кристаллизатора в виде полой призмы то расчёт такой системы удобно вести, рассматривая его как прямоугольный волновод, закороченный на обоих концах [1]. Обозначим через d длину резонатора, широкую стенку через а, узкую через b, получим:
d = 1λв/2, где 1 = 1,2,3.., или λв=2d /1
В этом случае призматический резонатор можно трактовать как волноводный резонатор полуволнового типа. Тогда
справедливо для любого однородного волновода, замкнутого на обоих концах или λрез - резонансная длина волны для любого полого призматического резонатора:
.
N =1π/d,1 m, n - характеристические числа.
Для проведения измерений, на лабораторных макетах нами была отработана схема интерферометра Майкельсона, а именно её волноводный вариант. Он состоит: из клистронного генератора мощностью 100 мвт, коаксиальноволноводного перехода, волноводного тройника, детекторной секции, измерительной головки, узла сопряжения с кристаллизатором, волноводного поворота на 90° в плоскости вектора Н. Настройка системы осуществлялась на частоте 9 ГГц. В качестве нагрузки использовался подвижный поршень, закреплённый на штанге микрометрического винта. Поршень помещался в кристаллизатор для имитации уровня расплава. Затем снималась характеристика зависимости I=f (S), где I - уровень сигнала в относительных единицах, S - расстояние до подвижного поршня в миллиметрах. Штанга с поршнем заводится снизу в кристаллизатор через выходное окно. Подвижный поршень устанавливается в крайнее верхнее положение, после чего отмечается уровень принятого сигнала и точка отсчёта. Далее, плавно перемещая поршень, считываем показания. На основании усреднённых с точностью ±10% полученных результатов строим градуировочный график. Из анализа графика следует, что на отрезке 33 мм мы имеем две полуволны, что соответствует λ = 3,3см, а это заданная длина волны генератора на частоте 9ггц. Проверим наши результаты с помощью общего выражения * для составляющих ЭМП в резонаторе имеющего форму параллепипида со сторонами d, a, b в предположении, что стенки резонатора проводящие, диэлектрик идеальный. Для типа волн ТЕ101., ТМ111, ТЕ110 составим таблицу 1 расчётных значений резонансных длин волн λрез .
Таблица 1
|
Тип волны |
ТЕ101 |
Т011 |
ТЕ110 |
тм111 ТЕ111 |
|
λрез при d=8 мм |
0,054 |
0,028 |
0,0314 |
0,0276 |
|
λрез при d= 33 мм |
0,057 |
0,028 |
0,033 |
0,02799 |
Как видно из таблицы измеренные max уровни соответствуют резонансным волнам ТЕ110 при d=8 мм и d = 33 мм. Таким образом, регистрация уровней, позволяет судить о месте нахождения поверхности поршня. Если установить технологический уровень и взять за исходную систему отсчёта полуволну, то появятся две контролируемые зоны - по верхнему пределу шириной +8,25 мм и по нижнему пределу шириной -8,25 мм (знак указывает направление перемешения зеркала расплава), которые можно отслеживать с помощью электронной следящей системы по уровню сигнала [2].
Список литературы
- Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Под ред.академика Н.Д. Девяткова. Высшая школа. М., 1970. - С.439.
- Оглоблин Г.В., Стулов В.В. Интерференционный метод поддержания уровня жидкого металла в литейно-ковочном модуле. Прикладные задачи механики деформируемого твердого тела и прогрессивные технологии в машиностроении. РАН ДВО ИММ, Сб. статей, вып. 3, ч. 2, Отв.редактор д.т.н. В.И. Одиноков, Комсомольск-на-Амуре, 2009г., с. 62-72.
Работа представлена на Общероссийскую научную конференцию «Проблемы качества образования», Иркутск (5-7 июля 2010). Поступила в редакцию 14.06.2010 г.