3 Застосування рду для вимірювання параметрів технологічних

Найбільш простим і очевидним застосуванням радіоуровнемеров є вимірювання рівня сипучих матеріалів в бункерах. Колектив науково-дослідної лабораторії "Мікрохвильова техніка для металургії" кафедри автоматизації виробничих процесів НМетАУ розробив методи успішного застосування радіолокаторів ближньої дії з урахуванням специфічних особливостей цих металургійних об'єктів.

У робочому положенні РДУ встановлюється над контролюючою речовиною у верхній частині технологічної ємності (бункері, вагранці, ковші, конвертері, доменної печі тощо). У випадку, якщо ємність відкрита, РДУ встановлюється на спеціальних пристосуваннях (консолях, підвісах) над контролюючою поверхнею, як показано на Рис. 4а.

Висота установки РДУ в цьому випадку обмежується тільки його максимальним робочим діапазоном. РДУ може встановлюватися на отвір або без всякого кріплення, або на врізаний патрубок за допомогою болтового з'єднання. Висота патрубка, штуцера, на якому кріпиться РДУ, не повинна перевищувати 0,5м. Відстань між антенним фланцем і верхньою контрольованою межею рівня речовини в ємності не повинна бути менше 1 м. Ця відстань є зоною нечутливості датчика, званої «мертвою» зоною ( рис. 4, а).

 

Рис. 4. Установка РДУ на технологічних ємностях

При виборі місця установки РДУ на ємності, необхідно забезпечити максимальне відстань його від пристроїв які подають матеріал (Рис. 4, б), з тим, щоб потік матеріалу не перетинав pадіолуч РДУ. При цьому необхідно забезпечити таке розміщення РДУ, щоб pадіолуч при мінімальному рівні речовини в ємності не потрапляв на її стінки. Діаметр D pадіолуча РДУ-Х2 розраховується по фоpмулах D = 0,15 R. Так, на відстані R = 5 м від РДУ ширина променя буде 0,75 м, а при R = 10 м ширина променя D = 1,5 м.

Для більш ефективної роботи датчика по поверхнях зі складним рельєфом (наприклад, при утворенні воронок або конусів матеріалу) допускається встановлювати РДУ з невеликим (5 ... 10 градусів) нахилом до вертикалі (рис.4,б).

2. Розміщення радіолокаторів на технологічних ємностях зазвичай проводиться в досить обмежених умовах. Тому, крім очевидного методу кріплення радара у верхній частині агрегату, розроблені технічні рішення [6], засновані на повороті осі радіопроменя за допомогою відбивачів або кутових хвилеводів (рис. 5). У цьому випадку для прицілювання радара використовують кутовий відбивач, встановлений в заданому місці над ємністю.

Рис. 5. Вимірювання відстані до поверхні матеріалу з використанням відбивача

3 . Основна похибка визначення відстані пов'язана з ухилами поверхні матеріалу. Потужність радіохвилі, що відображається ближньої до антени зоною еліпсоподібної майданчика (рис. 6), перевищує потужність радіохвилі, що відображається дальньої зоною. Тому при визначенні відстані виникає систематична помилка «в мінус».

Рис. 6. Вимірювання відстані до похилої поверхні матеріалу

4. Ухил поверхні матеріалу утворюється за рахунок властивих йому кутів природного укосу. При цьому, як показали експерименти, потужність відбитого сигналу залежить не тільки від відстані до опромінюваної поверхні, але і від кута зустрічі радіопроменя з поверхнею. На практиці це може призвести до значного ослаблення відбитого сигналу при великих ухилах зондуючої поверхні. Для визначення відстані в таких випадках створені спеціальні алгоритми обробки радіолокаційних даних [6].

5. Вимоги до точності визначення відстані до поверхні матеріалу обмежені, природно, максимальним розміром його шматків (рис. 7). За законами радіофізики, похибка вимірювання відстані при частотно-модульованому випромінюванні радара не перевищує довжини його хвилі. Тому для звичайних у металургії матеріалів з розміром шматків у діапазоні 5 ... 80 мм і довжині хвилі випромінювання 8 мм така точність забезпечується простий електронною схемою вторинного (низькочастотного) блоку радіолокатора РДУ [6]. Слід враховувати, що при цьому в зоні радіопроменя природні коливання рельєфу поверхні усереднюються.

 

Рис. 7. Вимірювання відстані до матеріалу різного розміру

6. Радіолокатор може не тільки визначати відстань, але і розпізнавати вид матеріалу залежно від його електрофізичних властивостей. Так, при проведенні експериментів з використанням коксу розміром 5 ... 80 мм, агломерату фракцією 5 ... 40 мм і окатишів діаметром 5 ... 15 мм було виявлено можливість розрізнення виду матеріалів [6].

7. Великі дослідження проведено з метою визначення можливості мікрохвильового контролю грануляційного складу кускових і сипучих матеріалів при їх русі на конвеєрі [6]. Це завдання, важлива для вдосконалення і автоматизації технологічних режимів гірничодобувних, збагачувальних виробництв, доменного процесу, до цих пір не має задовільного рішення. Віддаленим аналогом цієї наукової проблеми є дистанційне радіолокаційне зондування рельєфу земної поверхні. Однак, суттєвою різницею завдання контролю грансостава від моделей відображення радіохвиль є сумірність розмірів гранул матеріалу з відстанню від них до антени, що диктується конструктивної необхідністю розміщення антени в безпосередній близькості від контрольованого потоку матеріалу.

8. Радари застосовують також для вимірювання рівня металургійних розплавів (металу, шлаку) на кисневому конвертері, який характеризується інтенсивним пило-та газовиділеннями, високою температурою, обмеженими можливостями розміщення апаратури, а також для вимірювання рівня рідкого металу в чавуновозних ковшах, міксерах, вакууматорах і ін. [6].

9. Умови експлуатації радарів в металургійному виробництві у багатьох випадках пов'язані з наявністю негативних техногенних впливів (високих температур і тисків, потужних пилових і газових потоків, вібрацій, ударів і т.п.) Так, температура на колошнику доменної печі або на кришці вакууматора може перевищувати 100 ° С, а у верхній частині конвертера-ще вище. Це вимагає застосування спеціальних пристроїв для теплового захисту РДУ [6].

Запиленість середовища в бункерах може бути досить значною (до 250г/м3). Хоча загасання відбитого сигналу при цьому не перевищує 3 дБ, реальну небезпеку становить запилення поверхні антени. Тому необхідно застосовувати захисні пластини з радіопрозорого теплостійкого матеріалу. Крім того, слід організувати або аеродинамічний віддув пилу з радіоканалу з одночасним обдувом поверхні захисної пластини, або аеростатичних наддув порожнині між антеною РДУ і захисною пластиною [6]. При цьому бажано використовувати для обдування осушений стиснений газ, оскільки частинки водяної пари можуть конденсуватися на захисній пластині у вигляді плівки, що створить перешкоди для радіовипромінювання.