Толщина и плотность просвечиваемого материала определяют степень поглощения радиоактивного излучения и, следовательно, число изотопов, улавливаемых счетчиком. При повышении или понижении уровня стали на участке измерения его высоты в кристаллизаторе происходит большее или меньшее перекрытие радиоактивного излучения и вместе с тем изменение числа гамма-квантов, улавливаемых счетчиком. Следовательно, количество попадающих на счетчик гамма-квантов служит мерой высоты уровня жидкой стали в кристаллизаторе.
Гамма-кванты, достигающие счетчика, вызывают световые вспышки во вмонтированном кристалле йодистого натрия, частота которых пропорциональна интенсивности проходящего радиоактивного излучения. Вместе с кристаллом находится оптически подрегулированный фотоэлектронный умножитель, в светочувствительной части которого световые вспышки вызывают образование вторичных электронов. Затем в результате работы специальных умножителей, усилителей и преобразователей полного сопротивления получаются соответствующие импульса.
Эти импульсы, стандартизованные, прообразованные и усиленные в счетчике, по специальному кабелю передаются в главней усилитель, которой преобразует их в постоянное напряжение или силу тока, пропорциональные высоте уровня металла в кристаллизаторе.
Так как каждый радиоактивный процесс подвержен статическим колебаниям, полученную таким образом измеренную величину нельзя использовать без дальнейшей, обработки. Эту обработку выполняют специальные фильтры.
При проектировании таких измерительных устройств необходимо учитывать два противоположных требования.
Мощность источника излучения при порожнем кристаллизаторе должна обеспечивать около 4000-6000 импульсов в секунду, так как при этом наблюдаются меньшие статические колебания.
Мощность источника излучения должна быть такой малой, чтобы по возможности не создавалась или создавалась весьма небольшая контролируемая зона; при этом прежде всего учитывают опасность для здоровья обслуживающего персонала.
Оба эти требования учитываются при компромиссном решении, заключающемся в выборе мощностей источников радиоактивного излучения, обеспечивающих около 3000 импульсов в секунду для машин непрерывного литья заготовок квадратного сечения и около 1500 импульсов в секунду для слябовых МНЛЗ.
Измерительное устройство, должно достигать этих мощностей излучения после половины продолжительности периода полураспада кобальта 60 при порожнем кристаллизаторе (период полураспада кобальта 60 составляет 5,3 года). Далее необходимо следить за тем, чтобы источник радиоактивного излучения был размещен на кристаллизаторе или внутри него так, чтобы при установленной в процессе эксплуатации заданной высоте уровня металла в кристаллизаторе еще проходило бы около 60% импульсов, чтобы получалась достаточно большая пороговая доза на обеих сторонах. Небольшие нарушения пропорциональности в ходе кривой замеряемой на участке измерения величины могут быть линеаризованы с помощью корректора. Если источник и приемник радиоактивного излучения закрепить на кристаллизаторе или внутри него таким образом, чтобы это измерительное устройство совершало колебательное движение вместе с кристаллизатором, то качание кристаллизатора модулирует фактическое значение высоты уровня жидкого металла. Эта модуляция, рассматриваемая как нежелательная помеха, компенсируется с помощью соответствующего устройства. Необходимость компенсации отпадает в том случае, если высота или частота подъемов кристаллизатора во время измерения соответствуют требуемой точности регулирования уровня металла, в нем.
Для повышения безопасности или для распознавания "конца процесса разливки стали" в кристаллизаторах дополнительно предусматривается так называемый "шлаковый барьер". Он состоит из точечного источника радиоактивного излучения и дополнительного сцинтилляционного счетчика. Это измерительное устройство определяет уровни воздуха, шлака и стали на основе их различной плотности.
Это измерительное устройство сигнализирует о данных уровнях, и эти сигналы используются для управления машиной непрерывного литья заготовок.
Данные о фактическом уровне металла в кристаллизаторе, получаемые от радиоактивного измерительного устройства, через корректор характеристик поступают в компенсационный усилитель. На втором входе компенсационного усилителя имеется напряжение, модулируемое движением подъема кристаллизатора. Подключенный активный фильтр продолжает обработку компенсированного, но, все-таки еще измененного статистическим колебанием фактического значения уровня металла в кристаллизаторе. После этого сигнал, фактического значения достигает смесительного входа регулятора уровня без выдержки времени и определяет разность между фактическим и заданным уровнями металла в кристаллизаторе.
Сигнал для регулирования скорости вытягивания заготовки снимается на выходе регулятора уровня и через регулируемые ограничительные устройства подводится к регулятору скорости вращения органов, регулирующих скорость вытягивания заготовки. Сигнал отклонения регулируемой величины h (то есть регулируемого уровня металла в кристаллизаторе - прим. переводчика) поступает в согласующий усилитель. Этот нелинейный усилитель, находящийся в замкнутом контуре регулирования стопора, работает как функциональное моделирующее устройство. Коэффициент пропорционального усиления этого согласующего усилителя, при отклонениях, регулируемой величины менее +-15% составляет 0,2, а при отклонениях регулируемой величины более +15% составляет I. Этим достигается то, что замкнутый контур регулирования стопора в интервале нормальных отклонений остается стабильным, однако большие отклонения при достаточно большом усилении могут быть быстро отрегулированы. Сигнал отклонения регулируемой величины, имеющийся в распоряжении на выходе согласующего усилителя, поступает в пропорционально-интегральной регулятор с раздельными интегральным и пропорциональным каналами. Интегральный канал построен как двухдекадный счетчик, задача которого заключается в регулировании отклонения уровня металла в кристаллизаторе до нуля. Интегральный канал состоит из устройства, моделирующего величину (Betragsbildner) преобразователя напряжения в частоту, двухдекадного счетчика прямого и обратного счета и подключенного цифро-аналогового преобразователя.
При начале, процесса литья параллельный пропорциональный канал отключается. При заполнении кристаллизатора сталью оператор вручную устанавливает рабочую точку регулятора. Во избежание скачкообразного перехода при переключении на "автоматику" система регулирования устанавливается на фактическое значение в выключенном состоянии. Как только ypoвень металла в кристаллизаторе достигает участка измерения, пропорциональней регулятор, включаемой устройством, регистрирующим предельные значения, берет на себя регулирование уровня металла в кристаллизаторе. При этом предполагается, что в момент процесса переключения на автоматическое регулирование стопор находится в положении эффективного регулирования.
Исходная величина интегрального канала впоследствии суммируется с исходной величиной пропорционального канала, и обе величины поступают в конечной усилитель и вместе с тем на cepвoпривод для установки стопора.
Рассмотренная выше система обеспечивает небольшие пропорциональные усиления при одновременно больших продолжительностях переналадок.
Эту систему регулирования в соответствии с требованиями дополняют логические соединительное и управляющие устройства, чтобы отдавать команды и обеспечивать соответствующие переключения внешних устройств.
Кроме того, дополнительно могут выдаваться отличительные сигналы или вводиться корректирующие сигналы. Форма и вид этих сигналов должны соответствовать требованиям машины непрерывного литья заготовок и данной системе регулирования
В условиях повышения требований к качеству непрерывного слитка особое значение приобретает измерение и поддержание уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ. Попытки использовать здесь самые разнообразные метода измерений привели к преимущественному распространению метода с применением радиоактивных источников, излучение которых используется для просвечивания кристаллизатора с жидким металлом. За рубежом аппаратура такого типа разработана и широко тиражируется фирмами "Bertgold" ("Бертгольд"), ФРГ, "Brown Boverl" ("Браун Бовери"), Швейцария, и используются при изготовлении оборудования ШЛЗ машиностроительными фирмами "Demag" ("Демаг"), ФРГ "Mannesmarm" ("Маннесман"), ФРГ и ДР.
В системе измерения уровня металла в кристаллизаторе фирмы "Бертгольд" в качестве источника радиоактивного излучения мощностью 10 МэВ используется изотоп Со-60. Источник выполняется в виде проволочной спирали» покрытой для защиты от химически агрессивных сред благородным металлом. Для компенсации нелинейности измерения уровня жидкого металла, обусловленной изменениями толщин просвечивания по мере подъема уровня, изменяют шаг намотки спирали, мощность источника рассчитывается и выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от геометрических размеров кристаллизатора и расстояния между источником и приемником излучения. Источник размещается в свинцовом контейнере и поток излучения коллимируется поворотным коллиматором. В качестве приемника излучения в системе используется сцинтилляционный детектор на базе кристалла NaY, размещаемый в защитном стальном водоохлаждаемом кожухе.
При использовании аппаратуры для контроля уровня металла в квадратных кристаллизаторах источник и приемник излучения размещаются стационарно вне кристаллизатора. На мощных слябовых МНЛЗ источник и приемник размещаются непосредственно в стенке кристаллизатора в специальных приливах. С помощью термостойкого кабеля приемник излучения через соединительную коробку соединен с измерительным прибором типа В 3118, который является интегрирующим накопителем импульсов с последующим преобразованием сигнала интегратора в унифицированный сигнал 0-10 В и 0-5 мА. Прибор рассчитан на работу с потоком импульсов 450-9000 имп/с, интегратор позволяет накапливать их с постоянной времени 0,5; I и 2 с.