BR112015017285B1 - Método e aparelho para medir a limpeza de metal fundido, e, meio de armazenagem não transitório legível em computador - Google Patents

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA MEDIR A LIMPEZA DE METAL FUNDIDO, E, MEIO DE ARMAZENAGEM NÃO TRANSITÓRIO LEGÍVEL EM COMPUTADOR Métodos e aparelho para medir a limpeza de metal fundido. Corrente contínua é passada através de metal fundido avançando através de uma passagem. Um sinal de voltagem é analisado em relação à presença de inclusões genericamente não metálicas sólidas no metal. um método inclui amostrar dados digitais do sinal de voltagem para gerar amostras de dados; atualizar uma média de operação retardado das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; determinar um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base; identificar uma inclusão possível quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar; armazenar uma contagem máxima quando as amostras de dados utilizando detecção de pico até um número prescrito das amostras de dados caem abaixo do limiar; e comparar um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar a possível inclusão como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a métodos de e aparelho para determinar a presença ou ausência de inclusões genericamente não metálicas e sólidas no metal fundido incluindo determinar informação de concentração e tamanho de tais inclusões.

Antecedentes da Invenção

[002] Metais fundidos, particularmente alumínio fundido e aço fundido, são frequentemente contaminados por inclusões não metálicas pequenas aprisionadas que originam uma variedade de desvantagens ou defeitos em produtos fabricados a partir de metal fundido. Por exemplo, tais inclusões podem fazer com que o metal solidificado rasgue durante operações de trabalho mecânico, ou podem introduzir furos e riscas em folhas e defeitos de superfície e bolhas em folhas, ou originar taxas aumentadas de quebra durante a produção de fio de metal, etc.

[003] Um analisador conhecido que permite medições rápidas de limpeza de metal e fornece informações de concentração e tamanho das inclusões é o denominado Analisador de Limpeza de metal líquido *freswgpVgogpVg cdtgxkcfq eqoq “NkOEC’^ Uo crctgnjq fg NkOEC convencional pode compreender uma sonda tendo um meio de parede eletricamente isolante, frequentemente na forma de um tubo de amostragem, tendo uma passagem precisamente dimensionada pequena em uma parede lateral. O tubo é imerso no metal fundido a ser testado e um fluxo uniforme do metal é aspirado por vácuo ou pressão através da passagem pequena enquanto uma corrente elétrica substancialmente constante é passada através do fluxo entre eletrodos dispostos respectivamente no interior e exterior do tubo. As inclusões particuladas têm genericamente resistividade elétrica muito elevada em comparação com o metal fundido e o deslocamento de uma partícula através da passagem é acompanhado por uma alteração em resistência para a corrente elétrica na passagem, desse modo produzindo um pulso elétrico na voltagem através dos eletrodos. O número de pulsos produzidos enquanto um volume fixo de metal transita na passagem fornece uma indicação do número de partículas por volume unitário presente no metal. Além disso, é possível analisar o pulso para determinar tamanho de partícula e distribuição de partícula. Genericamente, a voltagem é monitorada em tempo real, porém o traço de voltagem pode ser registrado e analisado posteriormente e mantido para referência futura. Os exemplos de dispositivos de LiMCA típicos são descritos nas patentes US 4.600.880, 5.130.639, 4.555.662, e 5.039.935.

[004] Para aparelho LiMCA funcionar eficazmente, a corrente fluindo entre os eletrodos deve ser corrente contínua (CC) e deve ser mantida relativamente constante por um período de tempo suficiente, por exemplo, 30 segundos ou aproximadamente, para permitir uma medição confiável. Também a corrente passando entre os eletrodos deve ser mantida relativamente alta, e é desejável minimizar ruído elétrico aleatório que possa indesejavelmente obscurecer o sinal de voltagem desejado. Para atender essas exigências, tem sido comum fornecer o aparelho com uma ou mais baterias recarregáveis (por exemplo, do tipo níquel-cádmio), para gerar a corrente CC necessária durante a fase de teste. As baterias são recarregadas entre os ciclos de teste quando a geração de ruído elétrico não é importante, por exemplo, utilizando um gerador de rede ou recarregador de bateria. Embora o uso de baterias como a fonte de corrente possa ser eficaz, baterias demoram um tempo significativo para recarregar e exigem equipamento adicional para assegurar que a recarga ocorra adequadamente. Tendem também a ser pesadas, volumosas e podem ter uma vida operacional curta se constantemente submetidas a ciclos rápidos de descarga e recarga. Outro problema que aparelho convencional pode encontrar é a geração de calor considerável, representando uma perda de eficiência e exigindo tamanho e peso extra para dispositivos de resfriamento ou dissipadores de calor.

[005] O uso de ultra-capacitores, em vez de baterias, como fontes de energia para dispositivos LiMCA foi revelado na patente US 7.459.896 que fok eqpegfkfc rctc OcteqVVg g qwVtqu go 4 fg fgzgodtq fg 422: *“c rcVgpVg fg OcteqVVg g qwVtqu”+ *c tgxgnc>«q fg ewjc rcVgpVg fi gurgekfiecogpVg incorporada aqui por essa referência). Como explicado nessa patente, ultra- capacitores podem ser empregados como fontes de energia como alternativa para baterias recarregáveis. Entretanto, ultra-capacitores têm uma densidade de carga de volume mais baixa do que baterias recarregáveis e não podem, portanto, fornecer correntes elevadas em taxas constantes por períodos de tempo prolongados. No dispositivo da patente de Marcotte e outros, o uso de um ultra-capacitor pode resultar na geração de calor significativo e exigir conjunto de circuitos que seja suscetível à inclusão de ruído elétrico. Isso tem necessitado de medidas complexas para eliminar ruído a partir do sinal de teste, por exemplo, por fornecer três ou mais eletrodos para gerar um sinal de referência para fins de comparação. Há, portanto, um desejo por abordagens alternativas que permitem o uso de ultra-capacitores como uma fonte de corrente sem desvantagens inerentes.

[006] Designs de LiMCA anteriores, particularmente aqueles incorporando baterias, empregaram em geral resistores de lastro grande e transistores operando em uma região linear (intermediária) para manter corrente constante gerando perdas de calor elevadas e exigindo controle de calor para manter as temperaturas de operação em uma região segura.

[007] É também conhecida a incorporação no aparelho de algum meio de reduzir ruído no sinal de voltagem de modo que os pulsos desejados possam ser detectados de forma mais confiável. Por exemplo, Marcotte e outros empregam um design de três eletrodos para gerar um sinal adicional contendo somente ruído, e então subtrair os sinais um do outro para reduzir o sinal de ruído de segundo plano.

[008] Entretanto, embora eficaz, isso aumenta o tamanho e custo do aparelho e requer conjunto de circuitos adicional.

[009] Há, portanto, necessidade de designs alternativos e métodos de uso de equipamento de LiMCA.

Sumário da Invenção

[0010] Modalidades exemplares da presente invenção empregam um método compreendendo: (a) amostrar dados digitais de voltagem medida através de eletrodos parcialmente imersos em um metal fundido para gerar amostras de dados; (b) aplicar uma média de operação retardada das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; (c) determinar um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base; (d) identificar uma inclusão possível quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar; (e) armazenar uma contagem máxima como as amostras de dados utilizando detecção de pico até um número prescrito das amostras de dados cair abaixo do limiar; e (f) comparar um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar as possíveis inclusões como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

[0011] Em modalidades específicas do método acima, o parâmetro pode incluir largura, os pontos de dados das inclusões validadas a partir da etapa (f) podem ser salvos, um nível de ruído presente na linha de base estabelecida na etapa (b) pode ser monitorado, após o que o nível de ruído na linha de base precedendo a possível inclusão após identificação na etapa (d) também pode ser monitorado, e um nível de ruído aceitável máximo com base na largura da inclusão efetiva pode ser dinamicamente ajustado.

[0012] Em outra modalidade exemplar do método, a voltagem medida através dos eletrodos parcialmente imersos em um metal fundido pode ser obtida por carregar pelo menos um ultra-capacitor a uma voltagem de 2,7 volts ou menos; avançar metal fundido através de uma passagem em uma parede feita de material eletricamente resistivo entre um interior e uma exterior de uma sonda de limpeza de metal; descarregar pelo menos um ultracapacitor; através de um circuito de rede de escada de resistor associado a ou cada ultra-capacitor, através do metal fundido avançado através da passagem entre um eletrodo interior posicionado no interior da sonda e um eletrodo exterior posicionado fora da sonda, em que o ou cada circuito de rede de escada de resistor compreende dois ou mais resistores conectados em paralelo entre si, cada resistor estando em uma perna de circuito incluindo um ou mais transistores de efeito de campo capazes de serem comutados diretamente entre uma condição OFF não condutiva e uma condição ON totalmente condutiva, a rede de escada de resistor tendo valores de resistência eficazes para manter uma corrente de medição não maior que 100 amps através do metal fundido avançado através da passagem; comutar os transistores de efeito de campo das pernas de circuito do ou cada circuito de rede de escada de resistor entre a condição OFF não condutiva e a condição ON totalmente condutiva de acordo com uma sequencia para manter a corrente de medição em uma faixa de corrente predeterminada pelo menos por um tempo necessário para medição de limpeza do metal fundido; e medir a voltagem através dos eletrodos interno e externo.

[0013] Modalidades exemplares da presente invenção também podem empregar um meio de armazenagem não transitório legível em computador que armazena declarações e instruções, que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que um ou mais processadores: amostrem dados digitais de voltagem medida através de eletrodos parcialmente imersos em um metal fundido para gerar amostras de dados; atualizem uma média de operação retardada das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; determinem um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base; identifiquem uma inclusão possível quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar; armazenagem uma contagem máxima como as amostras de dados utilizando detecção de pico até um número prescrito das amostras de dados cair abaixo do limiar; e comparem um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar a possível inclusão como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

[0014] Outras modalidades exemplares podem fornecer aparelho para medir limpeza de um metal fundido. Tal aparelho pode compreender um ou mais ultra-capacitores recarregáveis operáveis em uma voltagem de descarga de 2,7 volts ou menos; pelo menos dois eletrodos; uma sonda de limpeza de metal tendo um interior, uma parede feita de material eletricamente resistivo e uma passagem na parede interconectando o interior com um exterior da sonda para permitir que metal fundido passe através, em que um de pelo menos dois eletrodos é posicionado no interior da sonda como um eletrodo interior e outro de pelo menos dois eletrodos é posicionado fora da sonda como um eletrodo exterior; um dispositivo medindo voltagem através dos eletrodos interior e exterior e gerar um sinal de voltagem; para o ou para cada de um ou mais ultra-capacitores, um circuito de rede de escada de resistor associado interconectando seu ultra-capacitor associado com um dos eletrodos, o ou cada circuito de rede de escada compreendendo dois ou mais resistores conectados em paralelo entre si, cada resistor estando em uma perna de circuito incluindo um ou mais transistores de efeito de campo capazes de serem comutados diretamente entre uma condição OFF não condutiva e uma condição ON totalmente condutiva, e o circuito ou circuitos de rede de escada de resistor tendo valores de resistência eficazes para manter uma corrente de medição não maior que 100 amps através do metal fundido presente na passagem quando o circuito ou circuitos são expostos à voltagem de descarga a partir de um ou mais ultra-capacitores; um controlador adaptado para individualmente comutar os transistores de efeito de campo das pernas de circuito do ou cada circuito de rede de escada de resistor entre a condição OFF não condutiva e a condição ON totalmente condutiva de acordo com uma sequencia eficaz para manter a corrente de medição em uma faixa de corrente predeterminada pelo menos por um tempo exigido para medição de limpeza do metal fundido; e um analisador para analisar o sinal de voltagem. O analisador de tal aparelho compreende um meio de armazenagem não transitório legível em computador que armazena declarações e instruções, que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que um ou mais processadores: (a) amostrem dados digitais de voltagem medida através dos eletrodos para gerar amostras de dados; (b) atualizem uma média de operação retardada das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; (c) determinem um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base estabelecida na etapa (b); (d) identifiquem uma possível inclusão quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar determinado na etapa (c); (e) armazenem uma contagem máxima como as amostras de dados utilizando detecção de pico até que um número prescrito das amostras de dados caia abaixo do limiar estabelecido na etapa (c); e (f) comparem um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar a possível inclusão como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

[0015] Pode haver um único ultra-capacitor e circuito de rede de escada de resistor associado, porém alternativamente pode haver dois ou mais tais ultra-capacitores e circuitos para reduzir a corrente carregada por cada ektewkVq fg tgukuVqt. godqtc ugjc tgeqpjgekfq swg c “rgicfc” fq crctgnjq exigido quando dois, ou mais especialmente mais de dois, de tais ultra- capacitores e circuitos são fornecidos aumenta provavelmente o tamanho e custo do aparelho.

[0016] Em uma forma exemplar, o transistor ou transistores de efeito de campo de cada ou da maioria das pernas de circuito são transistores de efeito de campo montados em superfície que empregam espaço mínimo no aparelho e evitam suscetibilidade indevida a ruído. Tais FETs têm corpos componentes que são diretamente fixados em um painel de circuito subjacente e têm terminais de projeção que são conectados aos percursos de circuito do painel de circuito sem exigir a presença de furos no painel de circuito. Tais FETs podem ter resistência muito baixa na condição ON totalmente condutiva e quando submetidos a voltagens relativamente baixas (isto é, 2,7 volts, e alternativamente 1,4 volts ou menos) em um circuito de rede de escada de resistor, geram pouco calor, então normalmente não há necessidade de fornecer os FETs com dissipadores de calor pesados e volumosos convencionalmente usados para FETs de outros tipos. Além disso, por montar os FETs diretamente sobre o painel de circuito, o uso de fios alongados não é exigido, e isso reduz a quantidade de ruído aleatório captado pelos dispositivos uma vez que tais fios atuam como antenas pequenas. Em modalidades exemplares, os FETs são comutados diretamente a partir da condição OFF não condutiva para a condição ON totalmente condutiva em um período de tempo muito curto (por exemplo, tipicamente menor que 1 □ s). FETs adequados desse tipo podem ser obtidos, por exemplo, da International Rectifier de El Segundo, CA 90245, EUA, ou Digi-Key Corporation de Thief River Falls, MN 56701, EUA.

[0017] Em uma modalidade exemplar, o transistor ou transistores de efeito de campo de cada das pernas de circuito pode ser escolhido para introduzir uma resistência menor que 1 mili-ohm na perna de circuito quando na condição ON totalmente condutiva, desse modo minimizando perda de calor no circuito. Tais valores de resistência mínimos podem ser também obtidos por fornecer dois ou mais transistores de efeito de campo conectados em paralelo em uma perna de circuito, desse modo reduzindo a resistência combinada introduzida pelos transistores de efeito de campo na perna de circuito. Isso permite o uso de transistores de efeito de campo que podem ter uma resistência mais elevada na condição ON do que seria desejado para uso individual.

[0018] O uso de FETs montados na superfície permite que o design seja feito compacto, e o conjunto de circuitos compacto reduz ruído no sinal de voltagem que torna possível determinar a limpeza de metal a partir do sinal de voltagem enquanto emprega somente dois eletrodos, isto é, sem ter de fornecer eletrodos adicionais e conjunto de circuitos para fins de eliminação de ruído.

[0019] Uma modalidade exemplar específica emprega dois ultra- capacitores e dois circuitos de rede de escada de resistor separados. Isso reduz o fluxo de corrente em cada circuito de rede pela metade que teria sido se usasse um único ultra-capacitor e um circuito de rede de escada de resistor único. Isso permite que cada circuito permaneça mais frio durante o período de medição cada ultra-capacitor provê então metade da corrente exigida. Por exemplo, se o aparelho exigir uma corrente de medição de 60-65 amps, cada ultra-capacitor e circuito de rede de escada de resistor forneceria 30-32,5 amps, cada circuito sendo conectado aos eletrodos para fornecer fluxo de corrente na mesma direção. Evidentemente, mais de dois ultra-capacitores e circuitos de rede de resistor podem ser empregados desse modo, porém com uma necessidade consequente de exigências adicionais de capital e tamanho.

[0020] Os resistores de cada circuito de rede de escada de resistor podem ter valores de resistência que diferem entre si. o controlador pode então ser programado para comutar os transistores de efeito de campo das pernas de circuito para primeiramente ligar em uma perna de circuito de resistência mais baixa, e então para ligar uma ou mais pernas de circuito de resistência mais elevada à medida que a voltagem de descarga do ultracapacitor associado declina durante o tempo exigido para medição. Quando há três ou mais pernas de circuito por circuito de rede de escada de resistor, o controlador pode ser programado para ligar as pernas de circuito de acordo com uma sequencia binária eficaz para manter a corrente de medição na faixa de corrente predeterminada.

[0021] Os resistores empregados na rede de escada de resistor podem ser individualmente de valores de baixa resistência, por exemplo, em uma modalidade exemplar, em uma faixa de 0,02 a 2,64 ohm, ou alternativamente em uma faixa de 0,02 a 0,66 ohm.

[0022] O aparelho pode incluir ainda um dispositivo para medir a corrente de medição e para gerar um sinal alertando o controlador quando a corrente cair a um limite mais baixo da faixa de corrente predeterminada, de modo que o controlador possa então comutar FETs on e/ou off para manter a corrente de medição na faixa predeterminada. O aparelho também pode incluir um analisador de sinal de voltagem adaptado para determinar limpeza de metal a partir do sinal do dispositivo registrando voltagem, e um ou mais carregadores para carregar o(s) ultra-capacitor(es) entre medições de limpeza de metal.

[0023] O aparelho em uma modalidade exemplar pode incluir conjunto de circuitos para purgar a passagem de resíduos e incrustação antes das medições de limpeza. Em uma forma, isso pode ter a forma de um circuito comutável desviando o circuito de rede de escada de resistor e conectando o ou cada ultra-capacitor em paralelo diretamente através do eletrodo interior e exterior para purgar a passagem. Para correntes de purgação mais elevadas, o aparelho pode incluir um circuito comutável conectando dois ou mais ultra- capacitores em série e desviando os circuitos de rede de escada de resistor para conectar os ultra-capacitores conectados em série através dos eletrodos interior e exterior. A voltagem mais elevada dos ultra-capacitores conectados em série produz uma corrente mais elevada através da passagem do que uma forma alternativa na qual dois ou mais ultra capacitores são conectados em paralelo.

[0024] Em uma forma exemplar, o aparelho pode empregar dois, e não mais que dois, eletrodos, isto é, um único eletrodo interno e um único eletrodo externo. Isso é porque a resistência do aparelho exemplar a captação de ruído pode permitir que o sinal de voltagem resultante seja analisado sem equipamento de cancelamento de ruído elaborado. A resistência a ruído pode ser aperfeiçoada em particular por posicionar os resistores e transistores de efeito de campo montados na superfície no mesmo painel de circuito imediatamente adjacente entre si, desse modo minimizando a pegada dos componentes de circuito e os comprimentos de conectores. Uma combinação de características também torna possível evitar amplamente a presença de dissipadores de calor convencionalmente usados para retirar calor a partir de resistores e transistores de efeito de campo porque esses elementos podem operar bem frios (Por exemplo, frios o bastante para tocar). Isso é possível porque uma ou mais características, como uma voltagem de descarga baixa dos ultra-capacitores, uma resistência baixa dos transistores de efeito de campo na condição ON, uma corrente de medição relativamente baixa, valores de resistência baixa dos resistores, etc., como discutido.

[0025] Em uma forma exemplar, cada circuito de rede de escada de resistor tem três ou mais pernas de circuito (genericamente até seis) e a comutação individual dos transistores de efeito de campo das pernas de circuito do ou cada circuito de escada de rede de resistor é realizada de acordo com uma sequencia binária para manter a corrente de medição na faixa de corrente predeterminada. A sequencia pode ser predeterminada de acordo com uma rotina de calibragem e registrada para uso durante o tempo exigido para medição de limpeza do metal fundido. Em uma forma, os transistores de efeito de campo são comutados de OFF para a condição ON por sinais de voltagem gerados por um controlador, por exemplo, um circuito eletrônico contendo um microprocessador e opcionalmente um dispositivo de memória e temporizador.

[0026] Se desejado, a passagem pode ser purgada antes do tempo exigido para medição de limpeza do metal fundido por orientar corrente a partir de pelo menos um ultra-capacitor através de metal fundido na passagem enquanto faz com que a corrente desvie do ou de cada circuito de rede de escada de resistor. Em uma forma exemplar, dois ou mais dos ultra- capacitores são conectados em série, de modo que uma voltagem aumentada pode ser aplicada através dos eletrodos à medida que os ultra-capacitores conectados em série são descarregados através da passagem.

[0027] Modalidades de aparelho exemplares da invenção podem ser feitas bem compactadas porque a geração de calor é mantida em um mínimo por limitar a voltagem operacional do ultra-capacitor a não mais que 2,7 volts (Por exemplo, menos de 1,4 volts, como em uma faixa de 0,8 a 1,4 volts), por limitar a corrente de medição a não mais que 100 amps, e por empregar FETs que têm resistência baixa quando nas condições ON totalmente condutivas, por exemplo, não mais que alguns mili-ohms e, por exemplo, não mais que 1 mili-ohm. Como observado acima, FETs com resistência mais elevada podem ser empregados com o mesmo efeito se dois ou mais forem conectados em paralelo em uma perna do circuito.

[0028] Em modalidades exemplares, a rede de circuito de escada de resistor provê um modo de empregar FETs sem recorrer à operação de tais dispositivos em suas faixas intermediárias que geram calor significativo. Desse modo, os dispositivos podem ser usados somente na condição OFF não condutiva e na condição ON totalmente condutiva que quase não geram perdas. Há então muito pouco calor gerado pelos FETs ou resistores e a necessidade de dissipadores de calor volumosos e pesados pode ser evitada. Como anteriormente observado, isso também torna possível usar FETs montados em superfície, que ocupam menos espaço e são menos suscetíveis à recepção de ruído elétrico.

[0029] Por ajustar valores de resistor de escada, voltagem de descarga de ultra-capacitor, parâmetros de calibragem, e/ou pontos de ajuste de controle (por exemplo, através de firmware), modalidades exemplares podem ser ajustadas para amostragem em metais diferentes e podem ser ajustadas para correntes de descarga mais elevadas ou mais baixas e crista de corrente mais justa ou mais solta (Isto é, faixa entre correntes máxima e mínima durante amostragem).

Breve Descrição dos Desenhos

[0030] Modalidades exemplares da presente invenção são descritas em detalhe abaixo em combinação com os desenhos em anexo, nos quais:

[0031] A figura 1 é um diagrama de circuitos combinado e esboço esquemático ilustrando uma modalidade exemplar da presente invenção;

[0032] A figura 2 é um gráfico mostrando os resultados de um teste realizado de acordo com uma modalidade exemplar da invenção;

[0033] As figuras 3A, 3B e 3C são fluxogramas ilustrando uma modalidade exemplar da presente invenção;

[0034] A figura 4 é um fluxograma ilustrando um processo de estado de operação de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção;

[0035] As figuras 5A e 5B são fluxogramas ilustrando outro estado de operação de acordo com modalidades exemplares da presente invenção;

[0036] A figura 6 é um fluxograma ilustrando um estado de operação adicional de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção;

[0037] A figura 7 é um gráfico mostrando os resultados de um teste realizado de acordo com o método da figura 3; e

[0038] A figura 8 ilustra um sistema de computador no qual as várias modalidades podem ser implementadas.

Descrição Detalhada

[0039] A figura 1 mostra um diagrama de circuito 10 adequado para fornecer corrente de medição de limpeza em um analisador de LiMCA de acordo com uma modalidade exemplar da invenção. Esse circuito, ou pelo menos a maior parte do mesmo, pode ser fornecido em um painel de circuito ogpekqpcfq eqoq wo “rakpgn fg gpgtikCo” Q crctgnjq Vambém pode incluir wo “rckpgn rtkpekrcn” eqpVgpfq gswkramgpVq rctc kpkekct woc tqVkpc fg ecnkdtcigo. g wm “rakpgn apan„ikeq” eqpVgpfq fkurqukVkxqu fg mgfk>«q. registro e possivelmente processamento de sinais. Para conveniência, o painel principal pode ser remoto do painel de energia e painel analógico, por exemplo, localizado em uma caixa de controle (não mostrada) conectada ao painel de energia em uma unidade de sonda por um cabo umbilical de comprimento adequado (por exemplo, trinta pés de comprimento). O painel analógico é preferivelmente posicionado tão próximo quanto possível do painel de energia para mínima suscetibilidade a ruído.

[0040] No diagrama de circuito 10, dois ultra-capacitores 11a e 11b são fornecidos para fornecer corrente contínua finalmente a eletrodos 12a (positivo) e 12b (negativo), durante um período de medição do aparelho. Os eletrodos são posicionados em lados opostos de uma parede de uma sonda tubular oca encerrada 13 feita de material eletricamente resistivo tendo uma passagem pequena 14 na mesma de tal modo que o eletrodo 12a seja interno da sonda e o eletrodo 12b seja externo da sonda. A sonda 13 e o eletrodo externo 12b são imersos em metal fundido para ser analisado (representado por linha de superfície ondulada 15). Antes do período de medição iniciar, os ultra-capacitores 11a e 11b são individualmente carregados por dispositivos de carga associados 16a e 16b até uma voltagem na qual sejam capazes, juntos, de fornecer uma corrente de medição predeterminada, em uma modalidade pelo menos 65 amps, porém não mais que 100 amps, quando o período de medição inicia. A voltagem de carga máxima é mantida baixa em comparação com as voltagens nas quais ultra-capacitores normalmente operam, por exemplo, um máximo de 2,7 volts e genericamente na faixa de 0,8 a 1,4 volts. Os dispositivos de carga 16a, 16b e conjunto de circuitos associados são desligados antes e durante todo tempo do período de medição para evitar geração de ruído elétrico a partir dos circuitos CA e similares usados por tais dispositivos. O uso de tais voltagens baixas contribui para as perdas de calor baixas, desejadas.

[0041] Os terminais positivos dos ultra-capacitores 11a e 11b são individualmente conectados ao eletrodo interno 12a através dos circuitos de rede de escada de resistor, separados, Na e Nb, comutáveis por transistores de efeito de campo (FETs), todos os quais são do tipo montado em superfície para permitir um design compacto (isto é, são montados em contato direto com um painel de circuito de suporte). os terminais negativos de ambos os ultra-capacitores 16a, 16b são conectados ao eletrodo 12b quando FET 25 é ligado.

[0042] Para iniciar uma operação de medição, uma bomba a vácuo P (ou alternativamente um reservatório de vácuo) retira ar a partir do interior da sonda 13 e o vácuo resultante aspira metal fundido em uma taxa constante para o interior da sonda através da passagem estreita 14. Uma voltagem de controle é aplicada através da linha 20 aos FETs 21a e 21b para ligar os ektewkVqu 44c g 44d *ogpekqpcfqu eqoq “rgmcu” fg ektewkVq fos circuitos de rede de escada de resistor) levando a partir dos terminais positivos dos ultra- capacitores 11a e 11b, respectivamente, desse modo permitindo conexão ao eletrodo positivo 12a. As pernas de circuito 22a e 22b contêm resistores de lastro 23a e 23b, respectivamente, do mesmo valor de resistência adequados para permitir uma corrente combinada através do metal não maior que 100 amps, e preferivelmente 65 a 70 amps. Ao mesmo tempo, uma voltagem de controle é aplicada através da linha 24 ao FET 25 para ligar o FET e desse modo conectar o terminal negativo do ultra-capacitor 11a ao eletrodo negativo 12b para completar o circuito. O eletrodo negativo do ultra-capacitor 11b é conectado constantemente ao eletrodo negativo 12b, assim nesse estágio ambos os ultra-capacitores fornecem corrente através do metal na passagem 14 através dos eletrodos 12a e 12b. À medida que a corrente flui através do metal, a voltagem através dos eletrodos é medida por um dispositivo registrando voltagem e produzindo um sinal de voltagem, por exemplo, um aparelho de registro e análise de voltagem V, de modo que a presença e características de pulsos no sinal de voltagem que são característicos de inclusões de metal possam ser detectados, medidos, avaliados e determinados.

[0043] À medida que a operação de teste prossegue, as voltagens de saída dos ultra-capacitores 11a e 11b rapidamente diminuem, assim a corrente passando através do metal na passagem 14, medida, por exemplo, por um dispositivo de medição de corrente 17 (por exemplo, um transdutor de feito Hall) e visto ou registrado pelo medidor de corrente A, começa a declinar a partir do valor inicial desejado de 65-70 amps. Para compensar esse declínio, e manter a corrente em uma faixa de medição predeterminada, por exemplo, aproximadaogpVg 82 c IUC. woc qw ocku “rgmcu fg tgfg fg guecfc adicionais 32a/32b, 42a/42b, 52a/52b, 62a/62b e 72a/72b dos circuitos de rede de escada são ativadas (ligadas), de modo que a corrente possa fluir respectivamente através de pares de resistores 33a/33b, 43a/43b, 53a/53b, 63a/63b e/ou 73a/73b para reduzir a resistência geral nos circuitos de rede de escada entre os ultra-capacitores e o eletrodo interno 12a. isso é obtido por aplicar voltagens de controle através das linhas 30, 40, 50, 60 e 70 como exigido para pares de FET 31a/31b, 41a/41b, 51a/51b, 61a/61b e 71a/71b, respectivamente. A aplicação de tais voltagens de controle está sob o controle de um controlador FET 18 que pode compreender um dispositivo microprocessador.

[0044] A sequencia na qual tais FETs são ligados é escolhida para manter a corrente de medição sempre compreendida na faixa desejada, por exemplo, aproximadamente 55 a 65 amps, ou alternativamente aproximadamente 60 a 65 amps, à medida que a voltagem dos ultra- capacitores 11a, 11b diminui. Em um exemplo específico do circuito ilustrado, se resistores 23a/23b forem individualmente ditos como tendo um xcnqt fg tgukuVêpekc fg “T”, tgukuVqtgu 55c/55d Vêo rtefetkxenoepVe individualmente um valor de resistência de 2xR, resistores 43a/43b, preferivelmente cada tem valor de resistência de 4xR, resistores 53a/53b têm, preferivelmente individualmente um valor de resistência de 8xR, resistores 63a/63b têm preferivelmente individualmente um valor de resistência de 16xR e resistores 73a/73b têm individualmente preferivelmente um valor de resistência de 32xR. Em tal circuito destinado a uso com alumínio ou ligas de alumínio fundido, o valor R pode ser 0,020ohm com as resistências dos vários resistores desse modo sendo: 23a/23b = 0,020 ohm 33a/33b = 4x0,15 ohm em paralelo = 0,0375 ohm 43a/43b = 2x0,15 ohm em paralelo= 0,075 ohm 53a/53b = 0,15 ohm 63a/63b = 0,33 ohm; e 73a/73b = 2x0,33 ohm em série = 0,66 ohm.

[0045] Em uma sequência de controle exemplar, resistores 23a/23b são ligados primeiramente. A seguir, à medida que a voltagem diminui, resistores adicionais são ligados conforme necessário de acordo com uma sequencia codificada binária iniciando com resistores 73a/73b que produz a menor alteração de corrente. A seguir, resistores 73a/73b são desligados e resistores 63a/63b são ligados causando duas vezes a alteração de corrente que os resistores 73a/73b fizeram. Então, os dois resistores 73a/73b e 63a/63b são ligados, e assim por diante em uma sequência binária, isto é, 100000, 100001, 100010, 100011, 100100, 100101, 100110, ...111111 (isto é, 32 estados no total), onde o dígito menos significativo controla resistores 73a/73b e o dígito mais significativo controla resistores 23a/23b. essa sequencia de 32 transições de resistor é colocada sucessivamente em uso à medida que a corrente cai para em torno de 60 amps para manter a corrente de medição na faixa desejada. Na realidade, somente alguns dos 32 estados 1000001 a 1111111 podem ser eficazes para manter o valor de corrente, e normalmente pelo menos 5 ou 6 estados são eficazes. Por comutar para esses estados, o fluxo de corrente através do metal na passagem 14 pode ser mantido compreendido em uma faixa desejada de, por exemplo, 60 a 65 amps durante o tempo exigido para uma medição de limpeza de metal (normalmente pelo menos 30 segundos) apesar da diminuição rápida de voltagem dos ultra-capacitores 11a e 11b.

[0046] Embora na figura 1 cada perna de circuito seja dotada de um único FET para permitir que a perna de circuito seja comutada para dentro ou comutada para fora do circuito, é alternativamente possível fornecer dois ou mais FETs conectados em paralelo em cada perna de circuito. Os FETs de tal arranjo seriam todos ligados ou desligados ao mesmo tempo. A vantagem de tal arranjo é que múltiplos FETs conectados em paralelo reduziriam adicionalmente quaisquer valores de resistência introduzidos pelos FETs individuais para minimizar adicionalmente perdas de calor no conjunto de circuitos. Por exemplo, em uma modalidade é desejável manter a resistência FET abaixo de aproximadamente 1 mili-ohm. Isso pode ser feito, por exemplo, utilizando um único FET tendo um valor de resistência de 0,8 mili- ohm quando na condição ON, ou utilizando digamos 10 FETs em paralelo, cada com um valor de resistência de 8,0 mili-ohm. Desse modo, FETs ou valores de resistência maiores podem ainda ser empregados. Evidentemente, 10 FETs têm uma pegada maior do que um único FET que pode tornar os mesmos mais suscetíveis à captação de ruído, assim é aconselhável usar FETs de valores de resistência menores quando forem disponíveis. Por manter a voltagem dos ultra-capacitores baixa e a resistência de FET baixa nas pernas de circuito, geração de calor indesejável pode ser mantida para dissipadores de calor volumosos e pesados, desse modo minimizando tamanho e peso de equipamento e minimizando suscetibilidade do equipamento à captação de ruído elétrico externo e interno, desse modo mantendo o sinal de voltagem “nkorq” Ug eqpukfgtcfq xcpVcjquq rctc crnkec>õgu gurgeífíecu. gpVtgVcpVq. FETs 23a e 23b individualmente podem ser dotados de dissipadores de calor uma vez que pegam a maior parte do fluxo de corrente e estão na condição ON durante todo o tempo durante a medição.

[0047] A ativação dos vários resistores nos dois circuitos de escada de resistor pode ser em resposta a monitoramento automático da corrente em tempo real através do transdutor 17 com geração apropriada de alertas para o controlador de FET 18. Componentes adequados para gerar tais alertas podem ser associados ao medidor de corrente A. Uma abordagem alternativa é pré- programar as operações necessárias no controlador de FET antes de uma operação de medição ter início de modo que os ajustes sejam feitos automaticamente de acordo com um programa ótimo de resistência/tempo estabelecido antecipadamente para o circuito e o metal a ser medido. Metais diferentes podem evidentemente exigir programas diferentes em vista de seus valores de resistência diferentes e características de fluxo de corrente.

[0048] Para predeterminar a sequencia usada para comutar ligar e desligar resistores na escada para um metal específico, uma rotina de calibragem pode ser realizada antes da medição efetiva iniciar. De acordo com tal rotina, os ultra-capacitores 11a/11b são carregados em uma voltagem que forneceria mais de 65 amps quando resistores 23a/23b são primeiramente ligados. A corrente inicial pode ser em torno de 70-80 amps. Então, resistores 23a/23b são ligados e, quando a corrente diminui para aproximadamente 65 amps, a voltagem dos ultra-capacitores 11a, 11b é registrada e é usada para determinar a voltagem de carga de ultra-capacitor. Quando a corrente diminui para 60 amps, os resistores restantes são ligados em uma sequencia codificada binária como indicado acima até que uma corrente de 65 amps seja mais uma vez estabelecida. O estado binário de resistor e voltagem de ultra-cap são registrados no controlador 18 para a primeira transição. Cada vez que a corrente diminui para 60 amps, os resistores restantes são ligados na sequencia codificada binária até 65 amps ser novamente obtido e o estado binário de transição seguinte e voltagem de ultra-cap serem registrados. Isso é feito até que todos os resistores nas escadas foram ligados e a corrente cai abaixo de 60 amps indicando que a calibragem está completa. Durante amostragem, cada estado de transição efetivo é ajustado e registrado como estados de transição de calibragem armazenados. Os dados registrados a partir da rotina de calibragem são empregados pelo controlador 18 durante uma operação de medição de limpeza para emitir os sinais de voltagem através das linhas 20 a 70 para controlar os FETs para manter a corrente de medição compreendida na faixa desejada. Uma operação de calibragem de resistência/tempo pode ser realizada para cada metal fundido diferente, ou antes de cada medição se desejado.

[0049] Embora os FETs sejam capazes de ligar ou desligar suas pernas de circuito respectivas muito rapidamente, por exemplo, em uma questão de microssegundos, o emprego da sequencia binária de operação como descrito, é possível descartar qualquer medição de voltagem coletada por registrador de voltagem V pela duração do evento de comutação visto que haverá inevitavelmente um salto de voltagem quando resistor(es) adicional(is) comutam para dentro ou para fora e isso pode confundir a significância do sinal naquele momento específico. Desse modo, o registrador de voltagem V pode ser programado, por exemplo, por um microprocessador adicional localizado no registrador V em um painel analógico (não mostrado), para automaticamente parar o registro ou gravação do sinal de voltagem durante um evento de comutação como prompted por sinais a partir do controlador 18. Alternativamente, os resultados de tais períodos de comutação, embora registrados pelo registrador V, podem ser simplesmente ignorados por software durante análise do sinal de voltagem.

[0050] A saída de voltagem registrada durante um período de medição pode ser processada e analisada para determinar o número e características de inclusões do mesmo modo como para dispositivos de LiMCA convencionais, e o aparelho pode ser dotado de um analisador adequado para analisar o sinal de voltagem e esse pode ser incorporado em, ou associado ao, elemento V mostrado nos desenhos. Entretanto, é vantajoso analisar o sinal no modo descrito abaixo como descrito com referência às figuras 3A-8, e fornecer ao analisador do dispositivo LiMCA com um meio de armazenagem não transitório legível em computador armazenado declarações e instruções que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que os processadores analisem o sinal no modo descrito com referência às figuras 3A-8.

[0051] As características das modalidades exemplares do presente pedido permitem que o dispositivo evite grande parte da interferência elétrica externa e interna, assim o sinal resultante pode ser analisado sem a necessidade de aparelho adicional (por exemplo, eletrodos adicionais) ou rotinas que podem ser exigidas na técnica anterior, como a patente de Marcotte e outros mencionada acima. As modalidades exemplares podem empregar, desse modo, somente dois eletrodos, isto é, eletrodos 12a e 12b como mostrado. É adicionalmente útil dotar as modalidades exemplares da capacidade de condicionar ou purgar a sonda de LiMCA antes de realizar uma medição ou rotina de auto calibragem. Isso é feito por fornecer uma corrente muito elevada (por exemplo, 300A ou mais) através da passagem para deslocar ou eliminar inclusões retidas na passagem ou incrustação, etc., revestindo os lados. Isso pode ser feito por descarregar os ultra-capacitores 11a, 11b diretamente através do metal fundido na passagem através de um circuito tendo pouca ou nenhuma resistência elétrica, por exemplo, não contendo resistores de lastro. Para essa finalidade, os ultra-capacitores podem ser conectados em paralelo (que é normal) ou em série (quando uma corrente mais elevada é exigida). Com referência novamente à figura 1, essas operações são controladas por FETs 25, 80, 90 e 100. Com todos os outros FETs desligados, a ligação de FETs 25, 80 e 90 faz com que os ultra- capacitores 11a, 11b descarreguem em paralelo através do eletrodo 12a. Por outro lado, a ligação de FETs 80 e 100 com FET 25 desligado faz com que os ultra-capacitores descarreguem em série. O controle desses FETs de descarga é mantido por voltagens aplicadas através das linhas 24, 26, 27 e 28 de acordo com sinais a partir do controlador 18. A linha 24 controla FET 25, linha 26 controla FET 80, linha 27 controla FET 90 e linha 28 controla FET 100. O valor de corrente durante essas descargas é determinado pelo valor de resistência do metal entre os eletrodos mais impedâncias de percurso de corrente. A descarga pode ser selecionada com uma duração, por exemplo, de 5 ms a 995 ms conforme necessário.

[0052] O aparelho do tipo acima foi submetido a testes em condições reais em alumínio líquido em fornos em vários locais de teste. Dados salvos durante esses testes incluíram estados de resistor, corrente de descarga, voltagem de capacitor, empo e muitos outros parâmetros. Os resultados de um desses testes são mostrados na figura 2 dos desenhos em anexo, nos quais a forma de onda X mostra a corrente de medição em amps passando entre os eletrodos durante o período de teste, e a forma de onda Y mostra a voltagem de ultra-capacitor à medida que descarrega durante o período de teste. Pode ser visto que apesar da diminuição da voltagem de descarga dos ultra capacitores, a corrente entre os eletrodos foi mantida na faixa de 58 a 63 amps.

[0053] As figuras 3a-C e 4-8 ilustram fluxogramas, diagramas de sistema, e gráficos de amostra de um método 300 de acordo com as modalidades da presente invenção para filtrar ruído e qualificar inclusões em metal fundido. Como anteriormente descrito, à medida que a corrente flui através do metal fundido, a voltagem através dos eletrodos 12a e 12b é medida por aparelho de registro e análise de voltagem V de modo que a presença e características de pulsos na característica de traço de voltagem de inclusões de metal podem ser avaliadas utilizando o método 300.

[0054] Em geral, o método 300 provê filtração contínua em tempo real para identificar e remover ruído de nível baixo e elevado por rastrear médias de operação e criar limiares, inclinações e limites de um sinal analógico digitalizado (isto é, como fornecido pelo aparelho de registro e análise de voltagem V da figura 1). Um sinal produzido por uma inclusão passando através da passagem estreita 14 para o interior da sonda 13 tem uma série de parâmetros incluindo formato definido, tempo de elevação, tempo de queda, largura e amplitude. O método 300 mede esses parâmetros e determina se o sinal representa uma inclusão válida. O método 300 é adaptável em termos de ruído e tamanho de inclusão de tal modo que o nível permissível de ruído aumente à medida que o tamanho da inclusão aumenta. Essa característica adaptável permite que a medição de inclusões maiores em um ambiente de ruído mais elevado enquanto mantém a razão de sinal para ruído elevada.

[0055] Os detalhes do método exemplar 300 começam na etapa 302 da figura 3A. Um ponto de dados novo é recebido a partir do aparelho de registro e análise de voltagem V (da figura 1) na etapa 304 causada por uma interrupção que ocorre em intervalos regulares (por exemplo, a cada 33 microssegundos). Uma variável de contagem de exclusão e uma variável de contagem pós inclusão são individualmente diminuídos por um na etapa 306. Um ponto de dados é salvo em uma segunda variável de buffer (capaz de reter, por exemplo, até 30.000 pontos de dados) na etapa 308 quando dados estão sendo capturados para análise posterior. O ponto de dados é também salvo em uma variável de buffer curto (A ou B) na etapa 310. A armazenagem em cada das variáveis de buffer curto A e B (cada capaz de reter, por exemplo, até 256 pontos de dados) é alternado à medida que cada buffer é cheio.

[0056] Se a variável de contagem de exclusão for ativa, tendo um valor não igual à zero, como determinado na etapa 312 então o método 300 sai na etapa 314. Se a variável de contagem de exclusão não for ativa, tendo um valor igual à zero, então o método 300 continua para a etapa 316 para determinar se um sinal de retenção de circuito de energia existe.

[0057] Se um sinal de retenção existir, então o método 300 pode sair na etapa 314. Um sinal de retenção pode ser gerado, por exemplo, por um módulo de energia. O módulo de energia gera o sinal de retenção um período de tempo curto (por exemplo, 1 milissegundo) antes da troca de resistores. O módulo de energia então libera o sinal de retenção 1 milissegundo após troca de resistores. Isso evita que a alteração de corrente que ocorre em combinação com a alteração de resistor seja interpretada como uma inclusão.

[0058] Se nenhum sinal de retenção existir, então o método 300 continua para a etapa 318 para determinar se a variável de contagem após inclusão é ativa. Se a variável de contagem após inclusão for ativa, então o método 300 continua para a figura 3B. se a variável de contagem após inclusão não for ativa, então o método 300 continua para a etapa 320 para atualizar uma pluralidade de variáveis de mediação: uma variável média (definida, por exemplo, como dezesseis amostras iniciando quatro amostras atrás), uma variável média curta (definida, por exemplo, como oito amostras começando quatro amostras atrás) e uma variável média, longa (definida por exemplo, como 256 amostras). Uma variável de limiar média longa é atualizada na etapa 322 para subtrair 200 unidades a partir da variável média longa atualizada na etapa 320. Na etapa 324, é determinado se a variável média (como atualizada na etapa 320) é menor que a variável de limiar média longa, como atualizada na etapa 322. Uma determinação positiva na etapa 324 é uma indicação de um pulso de ruído negativo grande, e a variável de contagem de exclusão é ajustada em trinta e dois e o método 300 sai na etapa 328. O método 300 continua para a figura 3B quando a etapa de determinação 324 é negativa (isto é, não há um pulso de ruído grande).

[0059] O método 300 funciona em um de três estados de operação: estado zero rastreia o nível de ruído de dados e um nível médio de linha de base enquanto espera por uma inclusão; estado um é quando a inclusão está em uma zona de detecção e o estado dois é quando a inclusão saiu da zona de detecção.

[0060] Com referência à figura 3B, se o estado de operação for zero, como determinado na etapa 340 porque o nível de ruído de ados está em um nível médio de linha de base, então o processamento entra em um processo de entrar estado zero 400 na figura 4. Se o estado de operação não for igual à zero, como determinado na etapa 340, então o método 300 continua para a etapa 342 para determinar se o ponto de dados atual é menor que uma variável de limiar descendente do que pode ser simplesmente o limiar ascendente, que é 225. Se a determinação na etapa 342 for negativa o processamento continua para a figura 3C. uma determinação positiva na etapa 342 pode representar o final de uma inclusão 344 passando pela passagem (orifício) 14 do sistema 10 (vide a figura 1). Uma variável de contagem de inclusão é então ajustada ao valor de pico menos a contagem de base na etapa 346. O valor de pico é menor que a contagem de base na etapa 346. Cada amostra /ponto de dados medida após o limiar ascendente ser cruzado, e antes do limiar descendente ser cruzado, é avaliado para ver se é o valor maior encontrado nessa inclusão, e tal valor maior é o valor de pico. Após o limiar descendente ser cruzado, a linha de base é subtraída do valor de pico para determinar a altura. Uma tabela de consulta (isto é, uma tabela de contar para mícron) é referenciada para determinar o tamanho de inclusão na etapa 348. Larguras aceitáveis mínima e máxima para a inclusão (determinada na etapa 348) são determinadas usando tabelas de consulta de largura min/Max. Como a etapa 350. Um ruído de linha de base aceitável máximo para o tamanho de inclusão(determinado na etapa 348) é determinado utilizando uma tabela de consulta de ruído máximo na etapa 352.

[0061] Se a largura mínima da inclusão for menor que uma contagem de amostra e a variável de contagem de amostra for menor que a largura máxima da inclusão, como determinado na etapa 354, então o processamento continua para a etapa 356. A variável de contagem de amostra é ajustada em 0 quando o limiar ascendente é cruzado. É incrementada por um para cada ponto de dados amostrado até que o limiar descendente seja cruzado. É diretamente proporcional à largura do pulso de inclusão. A largura de amostra Ed comparada com duas tabelas de consulta, uma de larguras máximas para cada tamanho de inclusão, e uma de larguras mínimas para cada tamanho de inclusão. Uma determinação negativa na etapa 354 significa que a inclusão era demasiadamente larga ou demasiadamente estreita 358 (isto é, não uma inclusão válida) e o estado de operação do método 300 é ajustado em zero na etapa 360. Uma inclusão válida é avaliada 362 quando uma variável delta é menor que um nível de ruído máximo aceitável como determinado na etapa 356. A variável delta é calculada por subtrair o valor mínimo nos pontos de dados que foram usados para computar o nível de linha de base a partir do valor máximo nos pontos de dados usados para calcular o nível de linha de base. Indica o nível de ruído no sinal de linha de base. Para cada tamanho de inclusão, há valor delta máximo que será aceito. Na prática, diz que para inclusões maiores, mais ruído de linha de base será tolerado, porém para inclusões menores um nível baixo de ruído de linha de base será exigido. Qualifica a relação de sinal para ruído dos dados. O estado de operação do método 300 é então ajustado em dois na etapa 364. Ruído de linha de base é considerado demasiadamente elevado 366 (isto é, não uma inclusão válida) quando a variável delta é igual a ou maior que o ruído máximo aceitável como determinado na etapa 356. Nesse caso, o estado de operação do método 300 é ajustado em zero na etapa 360.

[0062] Um filtro adicional pode ser usado para medir a largura da base da inclusão (abaixo de limiar descendente). Isso é comparado com a largura contada a partir de quando o limiar ascendente é cruzado. A diferença entre os dois desses corresponde à inclinação da borda avançada da inclusão. Isso permite qualificação de sinais como inclusões ou bolhas de gás.

[0063] Com referência à figura 3C, se todas as seguintes condições forem verdadeiras, então o método 300 continua até um processo de ajustar estado um 500 na figura 5A: (a) O estado operacional não é igual a zero como determinado na etapa 370; (b) O ponto de dados atual é maior que a variável de limiar ascendente como determinado na etapa 372; (c) A variável delta é menor que 500 como determinado na etapa 374; (d) Uma variável de delta persistente é menor que 1000 como determinado na etapa 376; e (e) A variável média é maior que a variável de limiar média longa como determinado na etapa 378.

[0064] Se qualquer uma das condições acima (a) a (e) for falsa, então o processamento continua para determinar se o método 300 está no estado de operação um na etapa 380 ou no estado de operação dois na etapa 382. Se o método 300 estiver no estado de operação um, como determinado na etapa 380, então o processamento continua para um processo de estado um 520 na figura 5B. se o método 300 estiver no estado de operação dois, como determinado na etapa 382, então o processamento continua para um processo de estado dois 600 na figura 6. Se o método 300 não estiver no estado de operação um ou dois então o método 300 termina na etapa 384.

[0065] A figura 4 ilustra um processo de entrar estado zero 400 que é iniciado quando o estado de operação é avaliado no estado zero na etapa 340 (figura 3B). os valores máximo e mínimo (Max/min) de dez pontos de dados começando quatro amostras atrás são calculados na etapa 402. A diferença entre os valores Max/mín. é calculada como etapa 404. A diferença calculada na etapa 404 representa o nível de ruído imediato e é salva como a variável delta. A variável delta persistente é ajustada a partir da variável delta na etapa 406 quando a variável de contagem pós inclusão é ativa como determinado na etapa 408. Os valores Max./mín. de vinte e oito pontos de dados começando quatro amostras atrás são calculados na etapa 410 quando a variável de contagem pós inclusão não é ativa como determinado na etapa 408. A diferença entre os valores Max/min. (a partir da etapa 410) é calculada na etapa 412. A diferença calculada na etapa 412 representa o nível de ruído imediato e é salva como a variável delta persistente.

[0066] Após a etapa 406 ou 412 (dependendo do resultado da etapa 408), o processamento continua para a etapa 414 para calcular a variável de limiar ascendente como a média curta mais 350. A altura de limiar default pode ser ajustada em 350, porém pode ser dinamicamente alterada a partir do PC controlando o Nomad a qualquer momento. Permite ajuste para moldar o filtro aos dados. O resultado desse cálculo corresponde à altura mínima aceita como o início de uma inclusão. Na etapa 416, a variável de limiar descendente é calculada como a variável de limiar ascendente menos 225. Esse valor foi empiricamente atingido. Provê uma histerese de contagem 125 entre limiar ascendente e descendente, que evita que ruído termine a detecção de inclusão prematuramente. Uma faixa grande de valores diferente de 225 pode ser usada. O resultado desse cálculo corresponde à altura que marca o término de uma inclusão. O processo de estado zero 400 está completo agora.

[0067] A figura 5A ilustra um processo de ajustar estado um 500 que é iniciado quando todas as condições 370, 372, 374, 376 e 378 são atendidas conforme a figura 3C. A iniciação do processo 500 significa um início potencial de uma inclusão de modo que a variável de contagem de amostra seja ajustada em um na etapa 502. Uma variável de pico é ajustada no valor do ponto de dados atual na etapa 504 e a linha de base é ajustada para a variável média na etapa 506. Uma variável delta salva é ajustada para a variável delta na etapa 508 e o estado de operação do método 300 é ajustado em um na etapa 510.

[0068] A figura 5B ilustra um processo de estado um 520 iniciado quando o método 300 é determinado como estando no estado de operação um na etapa 380 conforme a figura 3C. Quando o ponto de dados atual é maior que a variável de limiar descendente, como determinado na etapa 522 e o ponto de dados atual é maior que a variável de pico, como determinado na etapa 524, então a variável de pico é ajustada no ponto de dados atual na etapa 526. A etapa 526 é pulada quando a determinação da etapa 524 é falsa. O processo de estado um 520 sai quando a determinação na etapa 522 é falsa. A variável de contagem de amostra é incrementada na etapa 528. Se a contagem de amostra for maior que 50, como determinado na etapa 530, então o estado de operação do método 300 é ajustado em zero na etapa 532. Nessa modalidade o sinal mais largo aceito para uma inclusão é 40 contagens, com o resultado de que qualquer largura acima de 40 seria inválida e ignorada. O valor de detecção de 50 abortos sem esperar pelo término de uma inclusão, porque em 50 (ou qualquer valor acima de 40) o sinal é inválido e será reconhecido como uma inclusão. Outros números de contagem de amostra poderiam ser usados. Nessa modalidade, se a contagem de amostra for igual a ou menor que cinquenta, como determinado na etapa 530, então o processo de estado um 520 sai.

[0069] A figura 6 ilustra um processo de estado dois 600 para marcar o término de uma inclusão que é iniciada quando o método 300 é determinado como estando no estado de operação dois na etapa 382 conforme a figura 3C. o estado de operação do método 300 é ajustado em zero na etapa 602. A inclusão é contada na contagem de tamanho de inclusão apropriada na etapa 604. A variável de contagem pós-inclusão é ajustada em trinta e dois na etapa 606 para evitar a distorção negativo após a inclusão de afetar a linha de base. Trinta e dois fornece o sistema um retardo de 1 milissegundo após o término de uma inclusão para permitir que o sinal recupere uma linha de base estável antes de procurar inclusões. Isso permite que a distorção que ocorre após a inclusão passar através do orifício seja ignorada. Uma faixa ampla de alternativas para 1 milissegundo pode ser usada. Foi escolhida como um valor trabalhável com base em dados de amostra. A captura de dados disparados é iniciada na etapa 608 quando a inclusão é suficientemente grande (como especificado pelo operador do sistema), e o processo 600 sai na etapa 610.

[0070] A figura 7 provê um gráfico de exemplo mostrando um sinal de inclusão válido e ruído interferente. Na figura 7, uma inclusão válida está no tempo 414.5 s. Todo ruído restante foi rejeitado pelo método 300. Como descrito acima, o método 300 é realizado continuamente para identificar parâmetros de inclusão utilizando médias de operação, limiares, inclinação e limites. Uma vez que a análise é realizada em tempo real, em qualquer ponto no qual o sinal não esteja compreendido nos critérios de parâmetro a busca simplesmente continua. Se todos os critérios de parâmetro forem atendidos para identificar uma inclusão, é marcado e categorizado. Ruído indesejável é ignorado. Tanto o nível de ruído baixo (< 201 Dm) como ruído de nível elevado (> 250 Dm) como transientes induzidos e ruído periódico são efetivamente ignorados. O método 300 provê a rejeição de ruído necessário para operar eficazmente com duas sondas 12a e 12b sem utilizar técnicas de processamento de sinal digital tradicionais.

[0071] Os métodos, processos e técnicas descritas aqui podem ser implementadas por um ou mais dispositivos de computação de propósito especial e também podem ser implementados utilizando dispositivos de computação de propósito geral. Os dispositivos de computação de propósito especial podem ser de ligação física para realizar as técnicas, ou podem incluir dispositivos eletrônicos digitais como um ou mais circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), ou disposições de porta programável em campo (FPGAs) que são persistentemente programados para realizar as técnicas, ou podem incluir um ou mais processadores de hardware de finalidade geral programados para executar as técnicas de acordo com instruções de programa em firmware, memória, outra armazenagem ou uma combinação. Tais dispositivos de computação de propósito especial podem combinar também lógica de ligação física customizada, ASICs, ou FPGAs com programação customizada para realizar as técnicas. Os dispositivos de computação de propósito especial podem ser sistemas de computador de mesa, sistemas de computador portáteis, dispositivos portáteis, dispositivos de ligação em rede ou qualquer outro dispositivo que incorpore lógica de ligação física e/ou de programa para implementar as técnicas.

[0072] Por exemplo, com referência à figura 8, um sistema de computador 1300 inclui um barramento 1302 ou outro mecanismo de comunicação para comunicar informações, e um processador de hardware 1304 acoplado ao barramento para processar informações. O processador de hardware 1304 pode ser, por exemplo, um microprocessador de propósito geral.

[0073] O sistema de computador 1300 também inclui tipicamente uma memória 1306, como uma memória de acesso aleatória(RAM) ou outro dispositivo de armazenagem dinâmica, acoplado ao barramento para armazenar informações e instruções a serem executadas pelo processador. A memória 1306 também pode ser usada para armazenagem variáveis temporárias ou outra informação intermediária durante execução de instruções a serem executadas pelo processador. Tais instruções, quando armazenadas em mídia de armazenagem não transitória acessível ao processador 1304, tornam o sistema de computador em uma máquina de propósito especial que é customizado para executar as operações especificadas nas instruções.

[0074] O sistema de computador 1300 inclui ainda uma memória somente de leitura (ROM) 1308 ou outro dispositivo de armazenagem estática acoplado ao barramento para armazenar informação estática e instruções para o processador. Um dispositivo de armazenagem 1310, como um disco magnético ou disco óptico, também pode ser fornecido e acoplado ao barramento para armazenar informações e instruções.

[0075] O sistema de computador 1300 pode ser acoplado através do barramento 1302 a um display 1312 (CRT, LCD, etc.) para exibir informações para um usuário de computador. Um dispositivo de entrada 1314, incluindo teclas alfanuméricas e outras, é acoplado ao barramento para comunicar informação e seleções de comando para o processador. Outro tipo de dispositivo de entrada de usuário é o controle de cursor, como um mouse, um TrackBall, um teclas de orientação de cursor para comunicar informação de direção e seleções de comando para o processador e para controlar movimento de cursor no display. Esse dispositivo de entrada tem tipicamente dois graus de liberdade em dois eixos, um primeiro eixo (por exemplo, x) e um segundo eixo (por exemplo, y) que permite que o dispositivo especifique posições em um plano.

[0076] O sistema de computador 1300 pode implementar as técnicas descritas aqui utilizando lógica de ligação física customizada, um ou mais ASICs ou FPGAs, firmware e/ou lógica de programa que em combinação com o sistema de computador faz com que ou programa o sistema de computador para ser uma máquina de propósito especial. De acordo com uma modalidade, as técnicas da presente invenção são realizadas pelo sistema de computador 1300 em resposta ao processador 1304 executando uma ou mais sequencias de uma ou mais instruções contidas na memória 1306. Tais instruções podem ser lidas na memória 1306 a partir de outro meio de armazenagem, como um dispositivo de armazenagem 1310. A execução das sequencias de instruções contidas na memória 1306 faz com que o processador 1304 execute as etapas de processo descritas aqui. Em modalidades alternativas, o conjunto de circuitos de ligação física pode ser usado no lugar de ou em combinação com instruções de software.

[0077] Q gtoq “oifkc fg cπnczencgem” eqoq wVükzcfq cswk ug tefete a qualquer mídia não transitória que armazena dados e/ou instruções que causam a operação de uma máquina em um modo específico. Tal mídia de armazenagem pode compreender mídia não volátil e/ou mídia volátil. Mídia não volátil inclui, por exemplo, discos ópticos ou magnéticos, como dispositivo de armazenagem. Mídia volátil inclui memória dinâmica, como memória principal. Formas comuns de mídia de armazenagem incluem, por exemplo, um disco floppy, um disco flexível, disco rígido, unidade de estado sólido, fita magnética, ou qualquer outro meio de armazenagem de dados magnéticos, um CD-ROM, qualquer outro meio de armazenagem de ados ópticos, e meio físico com padrões de furos, uma RAM, uma PROM, e EPROM, uma FLASH-EPROM, NVRAM, qualquer outro chip ou cartucho de memória.

[0078] Mídia de armazenagem é distinta de, porém pode ser usada em combinação com, mídia de transmissão Mídia de transmissão participa na transferência de informação entre mídia de armazenagem. Por exemplo, mídia de transmissão inclui cabos coaxiais, fio de cobre e fibra ótica, incluindo os fios que compreendem o barramento. Mídia de transmissão pode também ter a forma de ondas de luz ou acústica, como aquelas geradas durante comunicação de dados infravermelho ou de onda de rádio.

[0079] Várias formas de mídia podem ser envolvidas em carregar uma ou mais sequencias de uma ou mais instruções para o processador para execução. Por exemplo, as instruções podem inicialmente ser carregadas em um disco magnético ou unidade de estado sólido de um computador remoto. O computador remoto pode carregar as instruções em sua memória dinâmica e enviar as instruções através de uma linha telefônica utilizando um modem. O modem local para o sistema de computador 1300 pode receber os dados na linha telefônica e usar um transmissor infravermelho para converter os dados em um sinal infravermelho. Um detector infravermelho pode receber os dados carregados no sinal infravermelho e conjunto de circuitos apropriado pode colocar os dados no barramento 1302. O barramento 1302 carrega os dados para a memória principal 1306, a partir da qual o processador 1304 recupera e excuta as instruções. As instruções recebidas pela memória principal 1306 podem ser opcionalmente armazenadas no dispositivo de armazenagem 1310 antes ou após execução pelo processador 1304.

[0080] O sistema de computador 1300 também pode incluir uma interface de comunicação 1318 acoplada ao barramento 1302. A interface de comunicação 1318 provê uma comunicação de dados de dois sentidos acoplando em um link de rede 1320 que é conectado a uma rede local 1322. Por exemplo, a interface de comunicação pode ser um cartão de rede digital de serviços integrados (ISDN), modem de cabo, modem por satélite, ou um modem para fornecer uma conexão de comunicação de ados para um tipo correspondente de linha telefônica. Como outro exemplo, a interface de comunicação pode ser um cartão de rede de área local (LAN) para fornecer uma conexão de comunicação de dados para uma LAN compatível. Links sem fio também podem ser implementados. Em qualquer tal implementação, a interface de comunicação envia e recebe sinais elétricos, eletromagnéticos ou óticos que carregam fluxos de dados digitais representando vários tipos de informações.

[0081] O link de rede 1320 provê tipicamente comunicação de dados através de uma ou mais redes para outros dispositivos de dados. Por exemplo, o link de rede 1320 pode fornecer uma conexão através da rede local para um computador hospedeiro ou para equipamento de dados operado por um Provedor de serviço de Internet (ISP) 1326. O ISP por sua vez provê serviços de comunicação de dados através da rede de comunicação de dados de pacote do mundo inteiro agora comumente mencionado como internet 1328. A rede local 1322 e a Internet 1328 utilizam sinais elétricos, eletromagnéticos ou ópticos que carregam fluxos de dados digitais. Os sinais através das várias redes e sinais no link de rede 1320 e através da interface de comunicação 1318, que carregam os dados digitais para e a partir do sistema de computador 1300, são formas de exemplo de mídia de transmissão.

[0082] O sistema de computador 1300 pode enviar mensagens e receber dados, incluindo código de programa, através da(s) rede(s), o link de rede 1320 e interface de comunicação 1318. No exemplo da Internet 1328, um servidor 1330 pode transmitir um código solicitado para um programa de aplicação através da internet 1328, o ISP 1326, a rede local 1322 e a interface de comunicação 1318. O código recebido pode ser executado pelo processador 1304 como é recebido, e/ou armazenado no dispositivo de armazenagem 1310, ou outra armazenagem não volátil para execução posterior.

[0083] Essa descrição detalhada do aparelho é usada para ilustrar modalidades exemplares do sistema e método da presente invenção. Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações podem ser feitas no presente aparelho do sistema e que várias modalidades alternativas podem ser utilizadas. Portanto, será reconhecido que várias modificações podem ser feitas tanto no método como no aparelho da presente invenção e nas aplicações nas quais o método e sistema são aplicados sem se afastar do escopo da invenção, que é limitado somente pelas reivindicações apensas.

Claims (14)

1. Método para medir a limpeza de metal fundido, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) amostrar dados digitais de voltagem medida através de eletrodos parcialmente imersos em um metal fundido para gerar amostras de dados; (b) aplicar uma média de operação retardada das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; (c) determinar um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base estabelecida na etapa (b); (d) identificar uma inclusão possível quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar determinado na etapa (c); (e) armazenar uma contagem máxima como as amostras de dados utilizando detecção de pico até um número prescrito das amostras de dados cair abaixo do limiar estabelecido na etapa (c); e (f) comparar um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar as possíveis inclusões como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro inclui largura.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda salvar pontos de dados de inclusões validadas a partir da etapa (f).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda monitorar um nível de ruído presente na linha de base estabelecida na etapa (b).

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda avaliar o nível de ruído na linha de base precedendo a possível inclusão após identificação na etapa (d).

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreende ainda dinamicamente ajustar um nível de ruído aceitável máximo com base na largura da inclusão efetiva.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a voltagem medida através de eletrodos parcialmente imersos em um metal fundido é obtida por: carregar pelo menos um ultra-capacitor a uma voltagem de 2,7 volts ou menos; avançar metal fundido através de uma passagem em uma parede feita de material eletricamente resistivo entre um interior e uma exterior de uma sonda de limpeza de metal; descarregar pelo menos um ultra-capacitor, através de um circuito de rede de escada de resistor associado a ou cada ultra-capacitor, através do metal fundido avançado através da passagem entre um eletrodo interior posicionado no interior da sonda e um eletrodo exterior posicionado fora da sonda, em que o ou cada circuito de rede de escada de resistor compreende dois ou mais resistores conectados em paralelo entre si, cada resistor estando em uma perna de circuito incluindo um ou mais transistores de efeito de campo capazes de serem comutados diretamente entre uma condição OFF não condutiva e uma condição ON totalmente condutiva, a rede de escada de resistor tendo valores de resistência eficazes para manter uma corrente de medição não maior que 100 amps através do metal fundido avançado através da passagem; comutar os transistores de efeito de campo das pernas de circuito do ou cada circuito de rede de escada de resistor entre a condição OFF não condutiva e a condição ON totalmente condutiva de acordo com uma sequencia para manter a corrente de medição em uma faixa de corrente predeterminada pelo menos por um tempo necessário para medição de limpeza do metal fundido; e medir a voltagem através dos eletrodos interno e externo.

8. Meio de armazenagem não transitório legível em computador, caracterizado pelo fato de que armazena declarações e instruções, que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que um ou mais processadores: (a) amostrem dados digitais de voltagem medida através de eletrodos parcialmente imersos em um metal fundido para gerar amostras de dados; (b) atualizem uma média de operação retardada das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; (c) determinem um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base estabelecida na etapa (b); (d) identifiquem uma inclusão possível quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar determinado na etapa (c); (e) armazenem uma contagem máxima como as amostras de dados utilizando detecção de pico até um número prescrito das amostras de dados cair abaixo do limiar estabelecido na etapa (c); e (f) comparem um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar a possível inclusão como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

9. Meio de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o parâmetro inclui largura.

10. Meio de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que é para salvar adicionalmente pontos de dados de inclusões validadas a partir da etapa (f).

11. Meio de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que é para monitorar ainda um nível de ruído presente na linha de base estabelecida na etapa (b).

12. Meio de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de é para avaliar adicionalmente o ruído de nível na linha de base precedente a possível inclusão após identificação na etapa (d).

13. Meio de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajustar dinamicamente um nível de ruído máximo aceitável com base na largura da inclusão efetiva.

14. Aparelho para medir limpeza de um metal fundido, caracterizado pelo fato de que compreende: um ou mais ultra-capacitores recarregáveis operáveis em uma voltagem de descarga de 2,7 volts ou menos; pelo menos dois eletrodos; uma sonda de limpeza de metal tendo um interior, uma parede feita de material eletricamente resistivo e uma passagem na parede interconectando o interior com um exterior da sonda para permitir que metal fundido passe através, em que um de pelo menos dois eletrodos é posicionado no interior da sonda como um eletrodo interior e outro de pelo menos dois eletrodos é posicionado fora da sonda como um eletrodo exterior; um dispositivo medindo voltagem através dos eletrodos interior e exterior e gerar um sinal de voltagem; para o ou para cada de um ou mais ultra-capacitores, um circuito de rede de escada de resistor associado interconectando seu ultracapacitor associado com um dos eletrodos, o ou cada circuito de rede de escada compreendendo dois ou mais resistores conectados em paralelo entre si, cada resistor estando em uma perna de circuito incluindo um ou mais transistores de efeito de campo capazes de serem comutados diretamente entre uma condição OFF não condutiva e uma condição ON totalmente condutiva, e o circuito ou circuitos de rede de escada de resistor tendo valores de resistência eficazes para manter uma corrente de medição não maior que 100 amps através do metal fundido presente na passagem quando o circuito ou circuitos são expostos à voltagem de descarga a partir de um ou mais ultra- capacitores; um controlador adaptado para individualmente comutar os transistores de efeito de campo das pernas de circuito do ou cada circuito de rede de escada de resistor entre a condição OFF não condutiva e a condição ON totalmente condutiva de acordo com uma sequencia eficaz para manter a corrente de medição em uma faixa de corrente predeterminada pelo menos por um tempo exigido para medição de limpeza do metal fundido; e um analisador para analisar o sinal de voltagem. O analisador de tal aparelho compreende um meio de armazenagem não transitório legível em computador que armazena declarações e instruções, que, quando executadas por um ou mais processadores, fazem com que um ou mais processadores: (a) amostrem dados digitais de voltagem medida através dos eletrodos para gerar amostras de dados; (b) atualizem uma média de operação retardada das amostras de dados para estabelecer uma linha de base para identificar alterações súbitas em amplitude das amostras de dados; (c) determinem um limiar por adicionar um valor prescrito à linha de base estabelecida na etapa (b); (d) identifiquem uma possível inclusão quando um número significativo de amostras de dados excede o limiar determinado na etapa (c); (e) armazenem uma contagem máxima como as amostras de dados utilizando detecção de pico até que um número prescrito das amostras de dados caia abaixo do limiar estabelecido na etapa (c); e (f) comparem um parâmetro da inclusão possível com uma tabela de consulta para categorizar a possível inclusão como (i) uma inclusão efetiva ou (ii) ruído.

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