CN1126828A - 测温传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量熔液温度的传感器装置，并配备一个容器。该容器至少有一个带材或线材的托架，容器上边有一个开孔。一支热电偶设置在容器内。为了提供一种能精确测定冰晶石熔液的液相温度的传感器装置，上述容器用金属制成。本发明同时还涉及到这种传感器装置的一种测温装置，在这里至少一个托架在其背向上述容器的一侧被夹紧在一个套子内，而该套子又与一个支座可拆卸地连接在一起。此外，本发明还涉及一种测量方法，用于测量容器中冰晶石熔液的液相温度，该容器在冰晶石熔液的冷却过程中是受振动的。

Description

测温传感器装置
本发明涉及一种测量熔液温度用的传感器装置，它具有一个容器，该容器至少配有一个带材或线材的托架，而且在其上边有一开口，在该容器内还设置了一个热电偶。本发明还涉及一种测温装置和一种适用于测量冰晶石熔液的液相温度的方法。
这种传感器装置例如可以用来测定熔液的液相温度，应用时容器内所注入的熔液的冷却曲线被测定。根据液相温度可以获得与熔液成分有关的数据。已知的上述这样一种测量冰晶石熔液的液相温度所用的装置，采用一个石墨坩埚来取样，在坩埚中装一支热电偶。石墨坩埚用一根金属棒固定在支座上。采样时将石墨坩埚浸入冰晶石熔液中；当采集的熔液量约达3cm3并达到热平衡之后，即可将石墨坩埚从熔液是提出来。然后记录熔液的冷却曲线，并由此测定液相温度。用这种测量装置测到的关于液相温度的值有几度的偏差，因此很不准确，所以其测量结果不能可靠地应用于实际工作中。
美国专利US 3,643,509号公开了另一种测温装置。使用其所述装置可对钢液的液相温度进行测量。为此将一支热电偶设置在用石英做的容器内的一根U形的小石英管中。此容器按照一般方法安置在一个测量头的顶端，在其侧面有几个供钢液流入的孔。这种装置在浸入钢液后测量钢液温度，在从钢液中提出来后则用来测量钢液的液相温度。但这种装置不能用于例如融解热低、导热性差的熔液如头晶石熔液。
本发明的任务在于研制一种开头提到的那类传感器装置，该装置可以准确测量出冰晶石熔液的液相温度，而同时制造成本是合算的。此外，本发明的任务还在于提供测量冰晶石熔液的液相温度用的一种测温装置及一种测量方法，应用这一方法能够获得可重现的高精确度的测量结果。
为了制得前面述及的传感器装置，上述任务是这样完成的：所用容器用金属制成。这样一种容器具有相对地小的热容和高的导热性，因此该容器只会从冰晶石溶液中吸取极少的热量。为此目的，该容器的壁厚以小于0.5mm甚至小于0.2mm为合适，制做容器所用材料以铜为宜。
在将一个冷的测温装置浸入冰晶石熔液中时，冰晶石熔液会立即凝附在其温度较低的装置结构件上，一旦达到平衡状态，这种凝固的冰晶石却又会再熔解。这一再熔解过程是在一个具有高导热性的薄壁容器中以最快速度完成的，这是因为一方面只有很少的热量会被该容器吸收，另一方面该容器由于其高导热性会很快地被加热。
为了达到精确测量的目的，上述容器最好具有波状表面。这样，凝固时的冰晶石熔液的表面就可被增大；在将传感器装置从熔液中提出来后凝固过程首先在该表面区域内开始，然后逐渐均匀地继续深入到熔液的内部。
合适的做法是将热电偶安置在一根石英管内，特别是安置在一根单侧封闭的石英管内，该石英管具有非氧化性的防护层。一支这样的热电偶对冰晶石熔液具有耐侵蚀性，而且其体积可做得很小，因此只有极少的热量经过热电偶被导走。此外，上述防护层最好用耐热金属或非氧化物陶瓷做成，以便提高对冰晶石熔液的抵抗能力。为了准确记录熔液的冷却曲线，热电偶最好大致安置在容器中心部位。
为了保证传感器装置的安全可靠的操作，最好用金属线材做成托架，因为金属线材对冰晶石熔液具有很高的抵抗能力。此外，经验证明，至少一个托架与一振动器固定地相连接的做法是有利的。
再者，容器的内表面具有大于1.25μm的糙度是可取的，糙度在2.5至15μm之间则更为有利。
对于装配着前述那种传感器装置的测温装置，任务是这样完成的：至少有一个托架在其背向容器的一侧被夹紧在一个套子内，而该套子又与一个支座可拆卸地连接；当然，该套子也可与支架不可拆卸地相连。这样一种安排在进行测温时可确保对设备的操作既简便又非常可靠。上述套子基本上用耐火材料制成的作法是可取的，因为这样可以缩小托架的长度，而不致使套子在容器浸入熔液时因受到从熔液中升起热气而损坏。所用支座例如可依照冶金上常用的氧气导管或硬纸管的形式加以制做。
有利的做法是把热电偶夹持在套子内，并同套子的一个连接件可以导电地相连接，而且该连接件与支撑件的信号线保持接触。这样，用于熔液采样的容器和热电偶结合成一个单元，从而此单元可以从支座上取下，在测量结束后可以更换一个新的单元。将热电偶的电信号传送给计算单元的信号线可以引到支座内部，以资得到保护而可免受损坏。
为了实现冰晶石熔液的均匀凝固，可取的做法是将支座与一振动器固定地连接起来。
依照本发明，为冰晶石熔液的液相温度提供一种测量方法的任务是这样完成的：在对一个容器中的冰晶石熔液的冷却曲线进行测量的过程中，该容器受振动。这样促使冰晶石熔液从该容器表面开始均匀凝固。通过在冷却过程中冰晶石熔液的振动，便可避免熔液中产生过冷效应。振动频率约为20至1000Hz，最好是是150至400Hz，振幅约为0.01至0.5mm，最好是0.08至0.15mm。
下面按照附图就一个实施例对本发明进行较为详细的说明：
图1是传感器装置的一个示意图，
图2是容器的一个优选的实施形式，
图3是测温装置包括支座的一个示意图。
图1示出一个传感器装置，该装置上的一个容器1中设置着一支热电偶2。容器1是用铜做的，其壁厚为0.1mm。热电偶2的导线安置在一根小石英管内，该石英管伸入容器1中的端头是封闭的。小石英管上的涂层用的是金属或一种非氧化物陶瓷如TiB2、TiN或BN。这种涂层可采用火焰喷涂法、等离子喷镀法或通过汽化渗镀法加以实现。此外，亦可采用浸入或涂敷法或某种类似的涂敷方法。
旋转对称的容器1被固定在三个用金属线做的托架3上。托架3例如可以同容器1焊接起来。制做托架3的材料可用直径为1mm的钢线。容器1详见图2所示。图2a为容器1的一个侧视图，其上有一开孔4，一个托架3就固定在该孔中。图2b为容器1的顶视图，在这里可以清楚看出它的波状圆周面。容器1内部具有约为2.5至15μm的表面粗糙度。
托架3和热电偶2用水泥5固定在一个用耐火材料如堇青石制成的套子6中。在套子6中热电偶2的导线与连接件7的接头相连。如图3所示，套子6安置在支座8的端头中。此处，连接件7的各接头与各信号线可导电地连接，信号线被导引穿过支座8，经过导管9而可与附加连接的测量计算电子设备相接通。一个振动器10与支座8和导管9固定地相连接，该振动器使容器1连同其中待测的冰晶石熔液在记录冷却曲线过程中处于振动状态中。
振动频率可在一个很宽的范围内加以选择，但在150至400Hz之间为宜，用来避免正在冷却的熔液中出现过冷效应。振幅约为0.08至0.15mm。

Claims (21)

1.测量熔液温度用的传感器装置配有一个容器，该容器至少有一个带状或线状的托架，在容器的上边有一个开口，容器内装有一支热电偶，其特征在于容器(1)是用金属制做的。
2.根据权利要求1的传感器装置，其特征在于，容器(1)的壁厚小于0.5mm。
3.根据权利要求2的传感器装置，其特征在于，容器(1)的壁厚小于0.2mm。
4.根据权利要求1至3中任一项的传感器装置，其特征在于，容器(1)是用铜制做的。
5.根据权利要求1至4中任一项的传感器装置，其特征在于，容器(1)具有波状表面。
6.根据权利要求1至5中任一项的传感器装置，其特征在于，热电偶(2)设置在一根石英石玻璃管中，该石英玻璃管具有非氧化物保护层。
7.根据权利要求6的传感器装置，其特征在于，热电偶(2)设置在一根一端封闭的石英玻璃管内。
8.根据权利要求6或7的传感器装置，其特征在于：保护层是用一种耐热金属做成的。
9.根据权利要求6或7的传感器装置，其特征在于，保护层是用一种非氧化物陶瓷做成的。
10.根据权利要求1至9中任一项的传感器装置，其特征在于：热电偶(2)大致设置在容器(1)的中心部位。
11.根据权利要求1至10中任一项的传感器装置，其特征在于，托架(3)是用金属线做成的。
12.根据权利要求1至11中任一项的传感器装置，其特征在于，至少有一个托架(3)与一振动器(10)固定地相连接。
13.根据权利要求1至10中任一项的传感器装置，其特征在于，容器(1)的内表面具有粗糙度大于1.25μm。
14.根据权利要求13的传感器装置，其特征在于，容器(1)的内表面具有的糙度在2.5μm至15μm之间。
15.配有根据权利要求1至14中任一项的传感器装置的测温装置，其特征在于，至少有一个托架(3)在其背向容器(1)的一侧被夹紧在一个套子(6)中，该套子(6)与一个支座(8)相连。
16.根据权利要求15的测温装置，其特征在于，套子(6)基本上是用耐火材料做成的。
17.根据权利要求15或16的测温装置，其特征在于，热电偶(2)被在套子(6)中，并且与套子(6)的一个连接件(7)可导电地相连接，连接件(7)与支座(8)的信号线保持接触。
18.根据权利要求15至17中任一项的测温装置，其特征在于，支座(8)与一个振动器(10)固定地相连接。
19.容器中冰晶石熔液的液相温度的测量方法，其时冰晶石熔液的冷却曲线被测定，其特征在于，容器(1)在冰晶石熔液冷却过程中是受振动的。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于，振动频率为20至100 0Hz，最好是在150至400Hz之间。
21.根据权利要求19或20的方法，其特征在于，振幅约在0.01至0.5mm，最好在0.08至0.15mm之间。
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