CN1699938B - 测量熔融金属中温度的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用光纤来测量熔融金属中温度的设备。该光纤与测量仪器直接或者间接地相连，并且由载体将其固定。光纤的浸入端通过一个能够在该金属熔化物中消耗的物体供应。该消耗物体表现的消耗率最大为10c曲min，并且该消耗率近似等于或者大于该光纤结构消耗的速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用光纤测量熔融金属中温度的设备，该光纤与测量仪器直接或者间接地相连并且由载体将其固定。光纤的浸入端由能够在该熔化物中损耗的物体引导。本发明还涉及一种利用光纤测量熔融金属中温度的方法，该光纤与测量仪器直接或者间接地相连，可选择地与探测器相连，并且由载体将其固定。
背影技术
由例如公开的欧洲专利申请EP655613A1可以了解这种设备。在该申请所描述的设备中，光纤具有一个由多层组成的保护性的包层。该保护性包层以每秒1至10cm的速率微粒溶解，因此，在一段较短的时间之后，该包层不能继续为光纤提供最佳保护。该保护性包层其中含有一种熔点高于待测熔融金属的温度的微粒。
由公开的日本专利申请JP03-126500或JP03-284709可以了解类似的这种设备。此外，该文献提供了很多的利用普通光纤测量熔融金属的参考文献。
发明内容
本发明的一个目的是改进已知的设备特别是对光纤的保护。本发明的另一个目的是提供一种利用光纤测量熔融金属中温度的方法。
一种用于测量熔融金属中温度的设备可以实现上面的目的，其中该设备包括与测量仪器直接或者间接相连且由载体固定的光纤。根据本发明，光纤具有一个浸入端，它由一种可熔物体引导，其中该可熔物体在熔化物中表现出最大为10cm/min的消耗率，且此消耗率近似等于或者大于光纤消耗的速率。
因为该物体具有最大为每秒10cm的消耗率，并且该消耗率近似等于或者大于光纤结构消耗的速率，因此，一方面保证了在测量期间非消耗光纤的自由面总是暴露着的并且可用于进行测量，而另一方面，保证了光纤沿其长度受到充分的保护。光纤结构的消耗必定始于光纤的浸入端，并且沿其轴向继续，只要光纤暴露于可以使其结构消耗的环境中(高温，金属熔化物的侵蚀性，等等)。
这样，因为包围光纤的物体也从其浸入端开始逐渐消耗，所以为了接收黑体形式的辐射以及传输该辐射用于确定温度，光纤的新表面区域总是与熔融金属接触。有利的是，该可熔物体的消耗率最大为每分钟1cm。这里，消耗率是基于大约600℃至1700℃特别是大约1400℃至1700℃的温度范围，它是可熔物体的性质，取决于该物体的材料和结构(例如，材料的化学键)。
如果可熔物体具有比铁(或者钢，铸铁)还高的熔点并且不溶于熔铁(或者熔钢，熔融铸铁)，那么这是有利的。特别是，如果该物体由型砂，耐火水泥和粘结灰尘这组材料中至少一种材料构成，那么这是有利的。材料可由粘结剂粘合起来。型砂，耐火水泥和粘接灰尘特别适宜于位于大约600℃至1700℃温度范围内的熔融金属。首先，这些材料非常耐热。由这些材料构成的物体是基本上通过侵蚀(erosion)溶解在熔融金属中的，该侵蚀使得该材料的各个微粒之间的连接溶解。这个过程是基本上始于浸入端且沿着纵轴方向即是光纤的轴向而进行的。光纤最好由石英玻璃制成。
光纤由金属管特别是钢管直接包围为宜。此外，光纤直接与探测器相连是有利的，其中该探测器可以设置在可熔物体内。
为了提供对该设备通用功能的控制特别是为了长期测量，在该可熔物体内设置一个消耗传感器是有利的。在可熔物体内可以设置机械稳定剂，它提高了对消耗的控制，这是有利的。在一个优选实施例中，可熔物体以可分离的方式设在载体的一端，使得可以在不减少整个设备的功能性的前提下能够将其置换。也为了实现这里可分离的连接，有利的是，通过电和/或光接触片，将可熔物体中的电和/或光信号线路连接到载体内的接触片(连接器)。
特别地，优选将该光纤形成为连续光纤，此外优选它能够可移动地设置在该载体内和/或该可熔物体内。光纤的消耗部分然后能够通过经由该载体和该可熔物体连续补给光纤的方式简单地替换。
根据本发明的方法其特征在于，由可在熔融物质中消耗的可熔物体引导并且由载体将其固定的光纤其浸入端以及该可熔物体的至少一部分浸入该熔融金属中至少一次或者几次，在至少部分消耗之后从该载体中除去该可熔物体，并且用另外的可熔物体取代该可熔物体，并且通过该物体连续地供应该光纤。该方法有意义地延长了设备的工作寿命，并且使得只要该可熔物体无需替换的话，测量就可以在较长的时间周期内无中断地进行。
附图说明
结合附图来阅读，可以更好地理解本发明前面的概述以及下面的详述。为了解释本发明，在附图中出示了一些优选的实施例。然而，应该理解，本发明不限于所述明确的设置和手段。附图中：
图1是本发明第一实施例中的设备的示意图；
图2是本发明第二实施例中的设备的示意图；
图3是本发明第三实施例中的设备的示意图。
具体实施方式
图1所示的可熔物体1基本上由例如型砂，无机水泥或者灰尘的微粒制得，其中通过压制或者通过使用粘结剂完成微粒的粘结。可熔物体1浸在用于测量的熔融金属中，光纤2沿着可熔物体1的纵轴设置。这里，光纤2的末端3接收光辐射形式的测量信号，通过该信号以已知的方法计算出金属熔化物的温度。
在可熔物体1的表面涂布一个抗磨损层，以便在处理期间保护可熔物体1，尤其是在熔融金属外面的可熔物体1。在熔融金属内，可熔物体1从浸入端(邻近光纤末端3)开始慢慢地溶解，使得可熔物体1的微粒之间的键慢慢地断开。该过程始于浸入端，因为它是暴露于熔融金属的第一部分，然后沿着轴向继续进行。这里，设置于可熔物体1中的光纤2逐渐暴露，使得光纤2的另外表面部分暴露于熔融金属并且接收辐射。
在物体中引入稳定剂4，它使可熔物体1稳定并且防止在运输或者处理期间由于破裂引起的损坏，并且促进浸入端的消耗。在可熔物体1上与浸入端相反的那端引入金属管5，它首先构成可熔物体1的消耗传感器，因为它在接触金属熔化物后产生电信号(因而当物体在那点遭到损坏时)，其次该金属管5构成可熔物体1的支架。为了这个目的，将金属管5粘在由金属制成的载体管道6上。一个能够处理该设备的标准喷管(lance)7插在该载体管道6中。
此外，该标准喷管7用来接触来自于可熔物体1的导线，并且用于信号传输。在图1所示的实施例中，这是一个电信号线路。为了该目的，在金属管5内设置一个光学探测器8，它接收来自于光纤2的光信号并且将其转换为电信号，然后借助于导线9传输该电信号。该导线与电接触片10相连，该电接触片10与标准喷管7内设置的对应的接触片相连接，使得该信号能够传输到例如电子计算设备中。在金属管5中设置一个标定(calibration)设备11，它能够将信号与预定的标准值作比较。以这种方式，可以探测出例如光纤2在长期使用过程中出现的长度变化，并且可以补偿由此导致的信号损耗。
图2表示本发明的第二实施例。与图1中光信号已经在可熔物体1中或者在可熔物体1处转换为电信号然后传输相比，图2中的设备能够传输光信号。这里，在金属管5内设有光连接器12。该连接器能够将光信号耦合到光接触部件13，在光接触部件13中另一个光纤14接收来自于熔融金属的该信号并且将它们传输到固定的测量设备(未示出)，在那里它们转换成电信号。光接触部件13能够插入金属管5。在这两个实施例中，在充分的消耗之后，通过将可熔物体1从标准喷管7中拉出然后用新的可熔物体1取代它这种方式，可以置换该可熔物体1。
虽然在图1和图2所示的实施例中的光纤2是刚性地设置在可熔物体1中，但是图3所示的实施例中具有轴向孔15，光纤2由它引导并且能够连续地供给。为此目的，在可熔物体1相对于浸入端的那端设置一个机械连接器16(例如金属管)。可将设在标准喷管7上的接触部件17推进入该连接器16。为了更好地引导光纤2，在机械连接器16与孔15的连接处提供了一个漏斗状的过渡元件。该过渡元件能够更好地将光纤2插到孔15中。在接触部件17内部，以本身已知的方式设置一个光纤导向系统。这样的一个装置能够使得所谓的环形(endless)或者连续光纤根据消耗量不断地供应，这保证了光纤2的磨损同可熔物体1的消耗具有一定的独立性。这可以导致该测量设备功能的改进和耐久。
显然，在图2和图3的实施例中也可以提供标定设备(未示出)。然后可将其装配在光纤2的另一端，因而通常在整个测量设备的固定部分。
本领域普通技术人员可以理解，只要不背离其中的广义的发明构思，可以对上述实施例进行各种变化，。因此，应该理解，本发明不限于所公开的特定实施例，对本发明的精神和范畴内的各种修改，均落在由所附权利要求所限定的范围内。
Claims (16)
1.一种测量熔融金属中温度的设备，包括直接或者间接与测量仪器相连并且由载体(6)固定的光纤(2)，该光纤(2)具有一个被引导穿过可熔物体(1)的浸入端，其中该可熔物体(1)在该熔融金属中表现出沿着纵轴方向的消耗率最大为10cm/min，且该消耗率等于或者大于该光纤(2)消耗的速率。
2.如权利要求1所述的设备，其中该可熔物体(1)表现出的消耗率最大为1cm/min。
3.如权利要求1所述的设备，其中该可熔物体(1)具有比铁还高的熔点，并且在熔铁中不溶解。
4.如权利要求1所述的设备，其中该可熔物体(1)包括至少一种选自型砂，耐火水泥和粘结灰尘组成的材料。
5.如权利要求1所述的设备，其中该光纤(2)包括石英玻璃。
6.如权利要求1所述的设备，其中该光纤(2)由金属管至少部分地包围。
7.如权利要求6所述的设备，其中该管子是钢管。
8.如权利要求1所述的设备，其中该光纤(2)与探测器(8)相连。
9.如权利要求8所述的设备，其中该探测器(8)设置在该可熔物体(1)内。
10.如权利要求1所述的设备，其中在该可熔物体(1)内设有一个消耗传感器。
11.如权利要求1所述的设备，其中在该可熔物体(1)中设有机械稳定剂(4)。
12.如权利要求1所述的设备，其中该可熔物体(1)是可分离地设置在该载体(6)的一端处的。
13.如权利要求1所述的设备，其中在该可熔物体(1)内的电和/或光信号线路通过电和/或光接触片连接到该载体(6)内的接触片(10)。
14.如权利要求1所述的设备，其中该光纤(2)包括环形光纤。
15.如权利要求1所述的设备，其中该光纤(2)可移动地设置在该载体(6)和/或该可熔物体(1)中。
16.一种测量熔融金属中温度的方法，该光纤直接或者间接地与测量仪器相连，并且由载体(6)将其固定，其中该光纤(2)的浸入端被引导穿过该载体(6)的可熔物体(1)，该可熔物体(1)在该熔融金属中表现出沿着纵轴方向的消耗率最大为10cm/min，且该消耗率等于或者大于该光纤(2)消耗的速率，该方法包括将该光纤(2)的该浸入端以及第一可熔物体(1)的至少一部分浸入该熔融金属中至少一次，在该载体(6)至少部分消耗之后除去该第一可熔物体(1)，并且用第二可熔物体(1)取代第一可熔物体(1)，并且通过该第二可熔物体(1)不断地供应该光纤(2)。
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