CN100458386C - 用光纤对熔化物的温度进行校准和测量的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运用光纤获取测量信号的方法，该方法包括在光纤的一端安置具有已知参照温度的参照材料，参照材料被加热到至少达到其参照温度，达到参照温度时被光纤接收的信号然后被作为校准信号提供给测量装置并在那里与参照温度的理论数值相比较，其差值用于校准。本发明还涉及相应的装置及其用于校准或用于测定光纤的衰减。
Description
技术领域
本发明涉及一种用光纤获取校准测量信号的方法及其相应的测量装置。本发明还涉及一种用光纤测量熔融物质(熔化物)温度的方法，其测量装置及其应用。在此，熔化物应理解为纯金属熔体，如铁、铜、钢熔体或合金熔体，也可理解为冰晶石，盐或玻璃熔体。
背景技术
此类装置为已知的，在例如德国专利DE 119 34 229 A1中有所描述。文中，一辐射探测器被用于校准测量系统，一第二辐射探测器被用于测量由辐射源发出的辐射。
温度传感器的校准是已知的，在例如英国专利GB 2115 238 A和德国专利DE 195 32 077 A1中有所描述。文中，一个与热电偶尖端绝缘的参照材料被用于校准。这一必要的措施保证了热电偶的顺利运行并防止其毁坏。这种毁坏作用在例如美国专利US3,499,310中有所描述。文中清楚说明了热电偶用参照材料如涂层保护以防止其发生化学反应。
其他装置在例如日本专利JP 63-125906，美国专利US 4,576,486和US5,364,186中有所描述。
发明内容
本发明所要解决的问题是设计一种改进的用以平衡测量信号的方法，以及用于实现此方法的简单且性能可靠的相应装置。
本发明方法所遇到的问题解决如下，在光纤的一端安置一具有已知参照温度的参照材料，此参照材料被加热到至少达到其参照温度。当达到参照温度时，其信号被光纤接收，并作为标准信号被输入测量装置。在那里与参照温度的理论数值相对照，其差值用于校准。特别是，安置有参照材料的光纤的末端可浸没于熔化的金属，如熔化的钢或铁，来进行加热。原则上，信号接收经过已知途径进行。其中尤其是，校准信号由电压值转换为温度值并与参照温度的理论数值相对照。这里，参照材料直接安置于光纤的末端，即在光纤和参照材料间没有绝缘体，而此绝缘体在现有技术中是必需的。
本发明的温度测量方法包括，在本发明的校准过程之后或在校准过程之中，光纤浸没在熔化物中，所得光学信号作为熔化体的温度数值来估定。由于校准时间的紧凑，可得到高精度的温度测量结果。在每次温度测量前，不另增花费地进行校准是可能的。特别是，其优点在于，参照材料的参照温度比熔化物的熔点温度低，其有用性进一步体现于，参照材料被浸没于所测量的熔体，在那里被加热至参照材料的参照温度，之后测定熔体的温度。
有利的是，石英玻璃和/或蓝宝石可用来制作光纤。因此，可以在高温对熔化物进行测定。另外，将塑料纤维和/或石英玻璃纤维与蓝宝石纤维组合作为光纤是有用的。将塑料纤维与石英玻璃纤维组合也是可能的。
为防止熔化物产生过冷，例如，在冷却过程中，与参照材料相接触的光纤末端可被设置为处于振动。在熔化物冷却的过程中，此振动至少是间歇式的，优选在熔化物冷却的过程中一直振动。
本发明的方法可用于校准或用于确定光纤的衰减。
参照温度可以是纯金属的熔点温度，如果此材料被用作参照材料的话。如果用合金作为参照材料，则例如液相线温度，固相线温度或低共熔温度可用作参照温度。根据普朗克定律，可以外推校准曲线超过大于500℃。例如，使用银作为参照材料可在961.8℃进行校准，这样即使在大约1550℃的熔化铁中进行测量也可得到高精度。
根据本发明，用于平衡测量信号的装置包括一根光纤，一个光纤载体，一个与光纤相连接用以接收光纤的信号输出的测量装置；其特征是，一种已知其参照温度的参照材料被直接安置于光纤的一个末端，其特征还在于，测量装置配有一个比较器用于对参照材料处于参照温度时从光纤接收的信号输送给测量装置作为校准信号，与相应于参照温度理论值的信号作比较，还提供一个估定单元用于输出和/或处理二者的差值以达到校准。通过将参照材料直接安置于光纤末端，由简单构造可在测量中得到高精度。
运用光纤测量熔体温度的装置，其中根据本发明的平衡装置具有一个将光纤浸没于熔体的浸没端和用于估定作为温度数据被接收的光学和/或电信号的估测元件，装置的问题被解决。
对此装置，参照材料至少部分覆盖光纤的末端，其至少覆盖末端面和/或参照材料沿着光纤的末端安置是有用的。因为采用这种方式，可接收到光学信号。此外，光纤末端留有至少部分自由表面以接收辐射是有用的。尤其有利的是参照材料可制成如致密料，如线，如线网，或管子，光纤可由石英玻璃和/或蓝宝石制备。另外，光纤和塑料纤维和/或石英纤维组合使用也是有利的。
为防止熔化物产生过冷，一个振动器被安装于光纤或它的载体或光纤导向器上。光纤，特别是其与参照材料接触的末端可由此振动器提供振动。
根据此发明，此装置可用于校准或用于确定光纤的衰减(信号传播损失)。术语“平衡”在此处指校准或衰减确定。
本发明在下文通过实施例更详细地说明。
附图说明
图1为一个测量装置的安装示意图；
图2为通过光纤的详细横截面图；
图3为本发明的测量或校准装置的浸没端的横截面；以及
图4为测量曲线图。
具体实施方式
光纤1的一端与测量装置2连接。载体可以是纸板或其它材料如钢或陶瓷。测量装置2探测由光纤1导出的信号并可将信号与理论参照数值进行对比。据此，从安装于光纤1另一端的参照材料13产生的一个数值，该数值被与存储于测量装置2中的理论参照数值如参照温度进行对比。两个数值之间可能的差别被用于校准测量装置。相应的，测量装置2具有一个估定单元用于输出和/或处理数据。在此情况下，一种纯金属，例如银，可用作参照材料3，此金属的熔点温度，例如银为961.8℃，可用作参照温度。
光纤1由载体4托住并由此载体引导。对可自由移动的光纤1，其可被装穿在套环5内通到测量装置2。安置于光纤1的一个末端的参照材料3被浸没到熔化金属6(例如在精炼炉中)中。熔化金属6例如是熔化的铁或钢。在此情况下，参照材料3例如是银。参照温度是银的熔点温度。其熔点温度比熔化的铁或钢低。参照材料3的光纤1末端在载体4的帮助下被浸没入熔化金属6。在那里，参照材料3首先被加热到其熔点温度。以此方法，通过光纤1输送到测量装置2的信号与相应的理论信号数值进行对比并以此校准测量装置2。参照材料3被熔化后，进一步加热使温度达到熔化金属6的熔点温度。对由此而得的被光纤1传递到测量装置2的信号进行估定，例如转化为与温度相应的电信号，然后在测量装置2中进一步加工。电信号可被转化为光学显示的温度数值。据此，测量装置2首先被校准，然后熔化金属6的实际温度被测定。在图4中，通过这些连续处理步骤绘制了温度曲线。在这里，第一个达到的曲线平顶数值代表了参照材料3(银)的熔点温度，下一个曲线平顶数值代表了熔化金属6的温度。图中未示出的一个振动装置刚性安装在载体4上。此类振动装置是已知的，在例如德国专利DE 44 33 685 A1中有所叙述。
图2示出了意图被浸没入熔化金属的光纤1的末端的横截面。光纤1有一个套管(包壳)7和一个核芯8。在其末端，光纤1的侧面和末端面被参照材料3包围。参照材料3的放置方式对本领域的普通技术人员而言是公知的。实现托置的方法，例如，如图3所示的方式，在一个一段封闭的石英管9内，包围住浸没在参照材料3中的光纤1的末端。此处的光纤1通过一陶瓷管10，例如通过Alsint陶瓷管导入。陶瓷管10通过胶泥，例如LiSiO2胶泥14固定在另外两个同心安排的陶瓷管11，12中。这些陶瓷管也可由Alsint陶瓷管构成。陶瓷管10，11，12固定在接触块13上，通过它导入光纤1。接触块13与载体4(图3中未示出)连接。这里，陶瓷管12例如通过胶泥固定在载体4的开口端。陶瓷管12的开口末端用胶泥14，15粘结而被封闭。在陶瓷管11内，胶泥16亦可被用于固定置于其中的元件。除其它作用外，接触块13及其连接的部件17亦提供光学连接。
Claims (14)
1.用光纤(1)获取校准信号并用光纤(1)测量熔化物温度的方法，其特征在于，具有已知参照温度且该参照温度比熔化物(6)的熔点温度低的参照材料(3)被安置于光纤(1)的一端，其中参照材料(3)被浸没于待测定的熔化物(6)中并被加热达到至少其参照温度，其中当达到参照温度时由光纤(1)接收的信号被传输入测量装置(2)作为校准信号，在那里与参照温度的理论数值作比较，其差值用于校准，在校准后，光纤(1)被浸没于熔化物(6)中，所得光学信号被估定为熔化物(6)的温度数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的校准信号是将电压值被转换为温度数值然后与参照温度的理论数值相比较。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，石英玻璃或蓝宝石用作光纤(1)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，塑料纤维和/或石英玻璃纤维与蓝宝石的组合用于制作光纤(1)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光纤的末端被施加至少是间歇式的振动。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，此方法用于校准或用于测定光纤的衰减。
7.用于平衡测量信号并用光纤测量熔化物温度的装置，包括光纤，光纤载体，与光纤连接的用于接收光纤发出的信号的测量装置，其特征在于，具有已知参照温度的参照材料(3)被安置于光纤(1)的一端，测量装置(2)有一个比较器用于对参照材料(3)处于参照温度时从光纤(1)接收信号，此信号被输送到测量装置(2)，与参照温度的理论数值相对应的信号做比较从而得到校准信号，还提供测定单元用于差值的输出和/或处理以实现校准，其中，该装置还具有一用于将光纤(1)浸没于熔化体(6)的浸没端，和一个估定单元，用于估定所接收的光学和/或电信号作为温度的数值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，参照材料(3)至少部分覆盖光纤(1)的末端。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，光纤(1)的末端至少具有部分自由表面。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，参照材料(3)的构成形式是致密块，线，线网，或管子。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，光纤(1)由石英玻璃或蓝宝石形成。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，光纤(1)由塑料纤维和/或石英玻璃纤维与蓝宝石组合形成。
13.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，光纤与振动器连接。
14.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，用于校准或用于测定光纤的衰减。
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