CN103403509A - 用于测量熔融材料中参数的传感器布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量熔融材料中的参数的传感器布置，确切地说是用于测量温度，确切地说是熔点在500℃以上的熔融金属或冰晶石，所述传感器布置包含上部和可拆除地布置在所述上部的下部。本发明的特征在于，一个管子布置在所述下部中背向所述上部的浸没端上，其中所述管子与所述下部的纵轴同轴地延伸并且其背向所述上部的一端封闭而另一端开放；特征在于，一个导管布置在导向套中以便于能够移动，其中所述导管与所述上部的所述纵轴同轴地延伸并且其两端均是开放的；特征在于，在所述下部的方向上的作用的一个力通过弹性体被施加给所述导管，并且所述导管触碰所述下部；以及，特征在于，所述导管的一个开口以及所述下部的所述管子的开放端经布置彼此相邻并且与所述下部的所述纵轴同轴。

Description

用于测量熔融材料中参数的传感器布置

技术领域

本发明涉及一种用于测量熔融材料中参数的传感器布置，确切地说是用于测量温度，确切地说是熔点在500℃以上的熔融金属或冰晶石中，所述传感器布置包含上部和可拆除地布置在所述上部的下部。熔融金属可以是（例如）熔融的钢或铁。

背景技术

已知一些类似的传感器布置，尤其是可根据文档DE4433685C2知晓，其中该文档描述了布置在支撑体上的热电偶。所述热电偶伸到在其中测量熔融材料的冷却温度的容器中。进一步知晓用于测量熔融材料温度的传感器布置，尤其是根据文档DE10331124B3知晓，其中玻璃纤维被用作传感器元件。此外，文档EP1034419B1公开了一种使用热电偶的传感器布置，与DE4433685C2非常相似。例如，根据文档JP07229791A可知晓另一种温度传感器。在这种情况下，测量中会使用玻璃纤维，它从熔融材料接受辐射并将其传输到分析单元，在分析单元中会用已知方式根据所接收的辐射来确定温度。

发明内容

本发明的目的是改进现有装置和进一步简化其操作安全性。

独立权利要求中的特征满足上述目的。从属权利要求中详细说明了有利的实施例。一方面，可以用简单的方式接受并传输光辐射以用于分析熔融材料因辐射引起的温度（或其他参数，例如，添加剂的含量），所用方式为：将管子布置在所述下部中背向所述上部的浸没端上，其中所述管子与所述下部的纵轴同轴地延伸并且其背向所述上部的一端是封闭的而另一端是开放的；将导管布置在导向套中以便能够移动（确切地说是在纵向方向中），其中所述导管与所述上部的纵轴同轴地延伸并且两端均是开放的；通过弹性体将所述下部的方向中的作用的一个力施加在所述导管上，从而使所述导管触碰到所述下部；以及将所述导管的一个开口以及所述下部的所述管子的开放端布置地彼此相邻且与所述下部的纵轴同轴。另一方面，光纤，优选地布置在所述上部的所述导管以及所述下部的所述管子中，它可以非常简易地用于多次测量循环。

优选地用于光传输以及随后的温度和/或参数确定的光纤，通常是从线轴解开且经由传感器布置馈送到其尖端。所述光纤包含由玻璃制成的芯，优选地是被金属套环绕的石英玻璃，这使得对玻璃的处理变得可行且阻止了（例如）玻璃无意中破碎。为此，金属套（通常是钢套）紧密地围绕着芯。此类光纤是在市场上可买到的。为了测量，将光缆穿过传感器布置进入下部管子的尖端，即，到达其封闭端。传感器布置的浸没方式是将其浸没端浸在熔融材料中，其中，特别地，被浸没的下部会加热到与熔融材料相平衡的温度。熔融材料的辐射被光纤的末端接收并被输送以用于分析。

当测量高温熔融材料的温度时（例如熔融的冰晶石或钢），光纤中暴露于熔融材料的末端会由于温度的作用而受到损坏，从而使得它通常不能被多次用来进行可靠的测量。因此，在测量完成后将传感器布置从熔融材料中拉出之后，下部与上部分开。在此种情况下，导管由于弹性体的压力被从上部推出一段距离，该距离由导管在上部的布置确定，具体地说是机械止动器的布置。所述距离可以是（例如）1至5cm。在此种情况下，起初被从上部推出达到下部管子尖端的光纤被导管围绕有导管移动距离的长度，并在此种情况下得以机械稳定。仍从导管伸出的光纤末端则会很容易被折断，例如被横向的、机械的操作折断，也即，被弯曲。随后，产生了一个未被损坏的光纤新末端可用于进一步测量。为此，将下部插到所述上部上，使光纤穿过传感器布置进入所述下部管子的尖端，并可以实行测量。

在此种情况下，光纤末端被折断的长度大体上由下部管子的长度和因弹性体的压力而产生的导向套移动来确定。为了使光纤在断裂位置处折断而不产生较大的变形，导管的内直径一方面要足够大以使得光纤顺利地向前运动，但另一方面不要太大到超过光纤的外直径，由此可以在很大程度上阻止光纤在被折断的时候会在导管尖端被弯曲，并可以保证断裂位置处光纤横截面（包括金属套）得到基本保留。在此种情况下，发现两直径之差为约0.5mm或者甚至小于0.5mm比较合适。如先前所述，导管的向前移动受限于上部的特定设计，因此上述导管可以作适当调整，以使得要折断的光纤尽可能地少，从而减少成本。

传感器布置优选地经设计使得弹性体被设计成能经布置与上部纵轴同心的螺旋弹簧。这使得作用在导管上的压力是均匀压力，因此上述导管不会被塞住或卡住。便利的是，导管中背向下部的那一端被布置在围绕着弹性体的外壳中。这有效地阻止了外界对移动机制的损坏。外壳内侧的端面限制能够确定弹性体的弹簧行进，从而确定导管的运动。

有利的是，所述弹性元件优选在外壳内触碰到导管的卡圈，以使得作用在导管上的压力是均匀压力。所述卡圈也可以设计成带有背向弹性体的止动器侧的圆周边缘，并且当所述导管处于其延伸位置时，所述卡圈被按压到上部外壳的止动器表面。因此所述外壳可以设计成绕着上部纵轴的圆柱形状，其中其背向下部的端面包含用于光纤穿过的导管开口，其中相对的端面包含另一个用于光纤的开口。

优选的是，上部和下部各通过一个连接部分彼此相连。在此种情况下比较方便的是连接部分中的至少一个连接部分包含了至少一个凹槽并且至少另一个连接部分包含了至少一个边缘，其中所述一个连接部分的一个边缘和所述另一个连接部分的至少一个凹槽互相接合。因此，可以实施一种夹扣连接，该连接可以通过使两部分（上部和下部）彼此按压来实现，并可以由抵消张力来分离。为此，连接部分中的至少一个连接部分由弹性材料制成。

连接部分中有一个在其面向另一个连接部分的一端被便利地设计成了管形，其中所述管子也可以在纵向方向上包含多个狭缝以提供附接和分离所需的弹性，其中所述管子在其面向另一个连接部分的一端围绕该连接部分。由管形连接部分围绕的所述另一个连接部分也可以被设计成一个管子。

便利的是，布置在传感器布置下部上的连接部分包含轴对称的圆锥，其较小直径经布置与下部管子的开放端相邻。将上部和下部连接之后，圆锥中直径较大的一端可以与导管面向它的一端相接合且该端优选地也被设计成圆锥形，这样，所述圆锥又居中，故所述光纤的前进不会在各步骤等处受阻。

便利的是，至少一个凹槽和至少一个边缘沿上部和下部的纵轴延伸，从而会提供额外的轴对称引导和均匀压力，并且上部和下部不会彼此卡住。可以通过这种方法改进对光纤的引导。

便利地是，下部中背向上部的一端具有容器，该容器包含进入口，以便于布置在容器上的熔融材料能够进入，而下部管子的封闭端会伸入到该进入口中。熔融材料可以放在所述容器中以测量液相曲线。该容器在其背向下部的一端是封闭的，且该容器包含可以布置在侧部或面朝下部的进入口。因此可能便利的是，下部的管子延伸穿过容器的进入口。

容器优选地经布置与下部管子同心且在其背向下部的一端包含封闭端。面向传感器布置下部的一端可以是开放的。然而，同时封闭两端而在容器的夹套表面中布置侧向开口也是可行的。便利的是，所述容器尽可能多地从下部热去耦。可以通过单个翅片使用所属领域技术人员所知的方式来对此产生影响，其中所述翅片经布置围绕容器和/或下部的纵轴并将容器连接到下部。热去耦越好，翅片的总截面面积越小。

还有利的是，上部中背向下部的一端被布置在支撑管或浸没喷管上，以使得能以一种简单的方式将传感器布置浸没在熔融材料中并将其从熔融材料中拉出。此种情况下，可以将外壳直接连接到浸没喷管或支撑管上。为此，连接器（所谓的接触部分）非常知名，其接触适用于相应的应用，因此除了机械连接，还可以提供电学接触和/或光学接触。这使得除了光信号、电信号之外，（例如）从热电偶或电化学传感器获得的信号也会被传输。

为了在浸没过程中保护浸没端，可以用熟知方式将保护帽设置在浸没端以保护下部管子的封闭端，并且如果适用的话，也会保护容器布置以免其在浸没在熔融材料中时受到机械损坏。

本发明的范围进一步包括意在用于上述类型的传感器布置的上部，以及意在与该类型上部共同使用的下部。

附图说明

下面通过附图以示例性方式来描述本发明。在附图中：

图1所示为浸没喷管的概览；

图2所示为传感器布置上部和下部的截面，其中这两部分是分开的；

图3所示为传感器布置的截面；

图4所示为具有内置光纤的传感器布置的截面；

图5所示为在测量完成将上部与下部分离之后的传感器布置；以及

图6所示为光纤被折断的端。

具体实施方式

图1所示为根据本发明的传感器布置的示意图概览。上部1基本上由接触块2构成，其中接触块2同时经由接触部分3在其背向浸没端的一端连接到了喷管4上，并且它也包含外壳，在接触块浸没端处还示出了其上施加了弹簧张力的导管5。

图2所示为上部1和下部6的截面。光纤7穿过接触部分从下部1的上端伸出。光纤7离开滚轴被引导穿过喷管4并进入下部6的内部。上部1很大程度上被设计成一种外壳，从而形成中空空间以容纳光纤的一部分、导管5一端的一部分，以及螺旋弹簧11的一部分。

外壳8由钢套构成，该钢套在其上部端面9上具有用于连接螺旋弹簧11上端的圆周支柱（abutment）10。螺旋弹簧11的下端按压着导管5的止动器12，使得在所示的布置状态下，即在上部1和下部6之间连接被分开的情况下，导管5位于其被推出的位置，其中推出过程受限于止动器12，其中所述止动器12触碰到布置在外壳中的外壳下端面13。在所示实例中，下端面13由上部1的连接部分14的上限提供。在其相对端处，连接部分14包含圆周凹槽15。

下部6包含由陶瓷材料制成的主体16。在其浸没端18封闭的管子17延伸穿过了主体16。在浸没端18处，所述管子被样品容器19所围绕，所述样品容器由翅片20连接到主体。在下部6中背向所述浸没端的末端处，连接部分21被布置在下部6上，且能够以其管形端22而被插到上部1的连接部分14上。为此，将在组装状态中与圆周凹槽15接合的圆周边缘23被布置在管状端22的内部上。

连接部分21包含同轴圆锥24，该同轴圆锥24直径较小的一端触碰到管子17的开放端，且它可以借助于其较大的一端来容纳导管5中也被设计成圆锥形的那一端。管子17可以由铜或钢或石英玻璃制成；容器19和翅片20可以由钢制成。容器19的容积可以大约为4cm³，高度大约为28mm，内直径大约为14mm。

图3所示为插在上部1上的下部6，其中导管5面向浸没端的一端被推入到上部1的外壳8中。在此过程中螺旋弹簧11被压缩。在上部1和下部6的套叠过程期间，即当螺旋弹簧11被压缩时，光纤7面向传感器布置浸没端的一端被推进管子17若干毫米。如果熔融材料的温度（辐射）达到约350℃到800℃，例如500℃，同时传感器布置正被浸没，那么可以用熟知的方式使喷管4发生振动，其中一旦达到限定温度，振动便会自动开始。振动可以用于将光纤7自动馈送到管子17中。为了将要进行的测量，光纤7以拖动方式被馈送达到管子17的封闭浸没端18。此种情况下，光纤7从上部1的导管5中伸出约60mm。图3和/或图4中示出了组装后布置，其中图4所示为前进的光纤7。

利用图4所示的布置，跟随在传感器布置之后的样品容器19中的样品被浸没在熔融材料中。然后，将传感器布置从熔融材料中拉出，且借助于光纤可以确定冷却曲线。在此过程中，传感器布置4可以暴露于借助于喷管以熟知的方式发生的振动中。当然，同时测量熔融材料的温度也是可行的。此种情况不需要容器。熔融材料放射出的辐射由光纤检测出并被输送到探测器。以已知的方式根据辐射确定温度。

图5和图6所示为测量完成后的传感器布置。上部1和下部6被分开以便用一个新的下部来替换在测量中消耗的下部6。将下部6与上部1分开之后，作用在螺旋弹簧11上的压力也减弱了，因此导管5被推出外壳8约2cm。在此过程中，光纤7的位置没有改变，从而使得因导管5前进，光纤7中从导管5中伸出的那一端变短了。随后，光纤7的从导管5中伸出并现在因导管的前进被缩短的那一端则因为导管5尖端上的摇摆运动而被手动折断。

在测量过程中，光纤7折断端的结构完整性发生（至少部分）破坏，因此它不再能用于另一次测量。导管5的前进机制使光纤7末端被折断的一端最小化，从而使得光纤7的无损部分中被舍弃的会尽可能少。

然后，新的下部6可以被插入到上部1上，并可以进行新一次的测量。

Claims (13)

1.一种用于测量熔融材料中参数的传感器布置，确切地说用于测量温度，确切地说是熔点在500℃以上的熔融金属或冰晶石中，所述传感器布置包含上部和可拆除地布置在所述上部的下部，其特征在于，一个管子布置在所述下部中背向所述上部的浸没端上，其中所述管子与所述下部的纵轴同轴地延伸并且其背向所述上部的一端封闭而另一端开放；特征在于，一个导管布置在导向套中以便于能够移动，其中所述导管与所述上部的所述纵轴同轴地延伸并且其两端均是开放的；特征在于，在所述下部的方向上的作用的一个力通过弹性体被施加给所述导管，并且所述导管触碰所述下部；以及，特征在于，所述导管的一个开口以及所述下部的所述管子的开放端经布置彼此相邻并且与所述下部的所述纵轴同轴。

2.根据权利要求1所述的传感器布置，其特征在于所述弹性体经提供为与所述上部的所述纵轴同心地布置的螺旋弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的传感器布置，其特征在于所述导管中背向所述下部的所述端被布置在围绕着弹性元件的外壳中。

4.根据权利要求1至3中至少一项所述的传感器布置，其特征在于所述弹性元件触碰到所述导管的卡圈。

5.根据权利要求1至4中至少一项所述的传感器布置，其特征在于所述上部和所述下部各通过一个连接部分彼此相连。

6.根据权利要求5所述的传感器布置，其特征在于所述连接部分中的至少一个连接部分包含至少一个凹槽并且至少另一个连接部分包含至少一个边缘，其中，所述一个连接部分的至少一个边缘和所述另一个连接部分的至少一个凹槽互相接合。

7.根据权利要求6所述的传感器布置，其特征在于所述至少一个凹槽和所述至少一个边缘经布置以围绕所述上部和所述下部的纵轴延伸。

8.根据权利要求1至7中至少一项所述的传感器布置，其特征在于光纤布置在所述上部的所述导管和所述下部的所述管子中。

9.根据权利要求1至8中至少一项所述的传感器布置，其特征在于所述下部中背向所述上部的所述端具有容器，所述容器包含进入口，以便布置在其上的所述熔融材料能够进入，而所述下部的所述管子的所述封闭端伸入到所述进入口中。

10.根据权利要求9所述的传感器布置，其特征在于所述下部的所述管子延伸穿过所述容器的所述进入口。

11.根据权利要求1至10中至少一项所述的传感器布置，其特征在于所述上部中背向所述下部的所述端被布置在支撑管上或浸没喷管上。

12.一种上部，所述上部用于根据权利要求1至11中至少一项所述的传感器布置。

13.一种下部，所述下部用于与根据权利要求12所述的上部一起使用。

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