DE102016116537A1

DE102016116537A1 - Apparatus and method for acoustic temperature measurement and arrangement of such a device

Info

Publication number: DE102016116537A1
Application number: DE102016116537.9A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Behler; Sebastian Buzga
Original assignee: Z&J Technologies GmbH
Current assignee: Z&J Technologies GmbH
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-08
Also published as: LU100366A1; LU100366B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum (19), insbesondere in einem Hochofen. Die Vorrichtung umfasst hierbei mehrere Schallerzeugereinrichtungen (5a) und Schallempfängereinrichtungen (5b) zum Aussenden und Empfangen von Schallsignalen, die mit Abstand zueinander am oder im Prozessraum (19) positionierbar sind. Weiterhin umfasst die Vorrichtung umfasst eine Signalsteuer- und Verarbeitungseinrichtung (17), die im Betrieb mit den Schallerzeugereinrichtungen (5a) und Schallempfängereinrichtungen (5b) elektrisch verbunden ist. Die Signalsteuer- und Verarbeitungseinrichtung (17) ist zum sequenziell und zeitlich verschachtelten Aussenden von in der Frequenz sich ändernden Sendeschallsignalen durch die Schallerzeugereinrichtung (5a) konfiguriert. Die Signalsteuer- und Verarbeitungseinrichtung (17) ist ferner zum Korrelieren der von den Schallempfängereinrichtung (5b) empfangenen Empfangsschallsignalen und den Sendeschallsignalen konfiguriert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung eines Temperaturfeldes, sowie eine Anordnung einer Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung.The invention relates to a device for the acoustic temperature measurement in a process space (19), in particular in a blast furnace. In this case, the device comprises a plurality of sound generator devices (5a) and sound receiver devices (5b) for emitting and receiving sound signals which can be positioned at a distance from one another on or in the process space (19). Furthermore, the device comprises a signal control and processing device (17), which in operation is electrically connected to the sound generating devices (5a) and sound receiver devices (5b). The signal control and processing device (17) is configured for the sequential and temporally interleaved emission of frequency-varying transmission sound signals by the sound generating device (5a). The signal control and processing means (17) is further configured to correlate the received sound signals received from the sound receiving means (5b) and the transmitted sound signals. The invention further relates to a method for detecting a temperature field, and an arrangement of an apparatus for acoustic temperature measurement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist bspw. aus DE 20 2015 106 820 U1 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur akustischen Temperaturmessung und eine Anordnung mit einer derartigen Vorrichtung. The present invention relates to an apparatus for acoustic temperature measurement with the features of the preamble of claim 1. Such a device is, for example, from DE 20 2015 106 820 U1 known. The invention further relates to a method for acoustic temperature measurement and an arrangement with such a device.

Für die Gewinnung von Eisen wird Eisenerz als Ausgangsstoff verwendet, das in der Natur meist als Oxid vorkommt. In großtechnischen Anlagen wie z.B. Hochöfen wird das Eisenerz durch Reduktions- und Schmelzprozesse in flüssiges Roheisen umgewandelt. Für derartige Reduktions- und Schmelzprozesse sind bestimmte Temperaturen im Hochofen einzuhalten. Ein Hochofen hat prinzipiell die Form eines Kamins oder eines Schornsteins aus zwei umgekehrt aufeinander gesetzten hohlförmigen Kegelstümpfen und eine Gesamthöhe von 15 bis 75 m. Dadurch wird sowohl ein optimaler Gas/Stoffaustausch innerhalb der Einsatzstoffe als auch ein Temperaturverlauf von 200° bis 2000°C vom Gichtverschluss bis an den Boden des Hochofens ermöglicht. Innerhalb des Hochofens laufen mehrere Prozesse gleichzeitig ab, die bestimmte Temperaturen voraussetzen, wie z.B. in der Trocken- und Vorwärmezone zum Trocknen und Vorwärmen des Eisenerzes, des Koks und der Zuschlagsstoffe durch ein durchströmendes Gas, in der Reduktionszone zum Reduzieren des Eisenoxids durch Kohlenstoff und Kohlendioxid, in der Kohlungszone zum Bilden eines Eisen-Kohlenstoffgemisches und in der Schmelzzone zum Verbrennen des Koks und zum Schmelzen des Eisen-Kohlenstoffgemisches. Werden die für die Prozesse optimalen Temperaturen nicht eingehalten, verlaufen die Prozesse gar nicht oder nur unvollständig ab. For the extraction of iron, iron ore is used as the starting material, which usually occurs in nature as an oxide. In large-scale installations such as e.g. Blast furnaces convert iron ore into molten pig iron by reduction and melting processes. For such reduction and melting processes, certain temperatures must be maintained in the blast furnace. In principle, a blast furnace has the shape of a chimney or a chimney made of two inverted hollow truncated cones and a total height of 15 to 75 m. As a result, both an optimal gas / mass transfer within the feedstock and a temperature profile of 200 ° to 2000 ° C from Gichtverschluss to the bottom of the blast furnace allows. Within the blast furnace several processes take place simultaneously which presuppose certain temperatures, e.g. in the drying and preheating zone for drying and preheating the iron ore, coke and aggregates by a flowing gas, in the reduction zone to reduce the iron oxide by carbon and carbon dioxide, in the carbon zone to form an iron-carbon mixture and in the melting zone to burn of the coke and melting the iron-carbon mixture. If the optimal temperatures for the processes are not met, the processes do not run completely or only incompletely.

Es ist daher erheblich und unerlässlich, dass die innerhalb eines Hochofens und während dessen laufenden Betriebs herrschenden Temperaturen ortsgenau gemessen und damit Einfluss auf dieselben genommen werden kann. Berührungsthermometer wie z.B. Bimetallthermometer sind meist nicht für derartig hohe Temperaturen konzipiert und können die Temperatur auch nur an einem Punkt messen. Berührungslos messende Thermometer wie z.B. Strahlungsthermometer (auch Strahlungspyrometer genannt) messen die ausgestrahlte Strahlung des zu messenden Gegenstands, die im Infrarot- bzw. µm-Wellenbereich liegt. Diese Art der Temperaturmessung ist gegenüber der Temperaturmessung durch Berührung flexibler. Allerdings ist in den eingangs genannten Hochöfen mit anfallendem Schmutz und Staub insbesondere durch Koks und andere Nebenprodukten zu rechnen, die die ausgestrahlten Wellen des zu messenden Gegenstands absorbieren und/oder filtern. Zusätzlich kann die Temperaturmessung durch direkt auf dem Temperatursensor und/oder auf einer Schutzscheibe liegenden Schmutz verfälscht werden. It is therefore essential and indispensable that the temperatures prevailing within a blast furnace and during its operation can be precisely measured and thus influenced. Contact thermometers, such as Bimetallic thermometers are usually not designed for such high temperatures and can measure the temperature only at one point. Non-contact measuring thermometers, e.g. Radiation thermometers (also called radiation pyrometers) measure the radiated radiation of the object to be measured, which lies in the infrared or μm wave range. This type of temperature measurement is more flexible than the temperature measurement by touching. However, in the abovementioned blast furnaces accumulating dirt and dust can be expected in particular by coke and other by-products which absorb and / or filter the emitted waves of the object to be measured. In addition, the temperature measurement can be falsified by lying directly on the temperature sensor and / or on a protective disc dirt.

Um diesen Nachteil zu umgehen, werden in Hochöfen meist Schallpyrometer verwendet, die anhand der Laufzeit einer ausgesandten und empfangenen Schallwelle die Temperatur bestimmen. Je höher die Temperatur des zu messenden Gases ist, desto höher ist die Schallgeschwindigkeit innerhalb dieses Gases und desto kürzer ist die Laufzeit einer Schallwelle. Typischerweise kann die Frequenz des hierfür ausgesendeten Schallsignals zwischen 100 bis 6000 Hz liegen. Bei den zuvor genannten Temperaturen von 200 bis 2000° Grad liegt die Schallgeschwindigkeit zwischen etwa 430 bis 950 m/s. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Schallsender bzw. -quellen und/oder -empfänger ist es möglich, eine Temperaturverteilung innerhalb des Hochofens zu ermitteln. In order to avoid this disadvantage, blast furnaces usually use sound pyrometers, which determine the temperature based on the transit time of an emitted and received sound wave. The higher the temperature of the gas to be measured, the higher the speed of sound within this gas and the shorter the duration of a sound wave. Typically, the frequency of the sound signal emitted for this purpose can be between 100 and 6000 Hz. At the aforementioned temperatures of 200 to 2000 ° degrees, the speed of sound is between about 430 to 950 m / s. By using one or more sound transmitters or sources and / or receivers, it is possible to determine a temperature distribution within the blast furnace.

Eine derartige Temperaturmessvorrichtung ist aus DE 20 2015 106 820 U1 bekannt, die auf die Anmelderin zurückgeht. Zur Ermittlung eines Temperaturfeldes im Hochofen sind mehrere derartiger Temperaturmessvorrichtungen in der Hochofenwand angeordnet, die als Sende-/Empfangseinheiten konzipiert sind. Dabei werden die einzelnen Sende-/Empfangseinheiten so angesteuert, dass diese sequenziell, d.h. nacheinander die Schallsignale aussenden. Wenn ein Schallsignal abgeklungen ist, wird die nächste Sende-/Empfangseinheit angesteuert und sendet ein neues Signal aus. Such a temperature measuring device is made DE 20 2015 106 820 U1 known to the applicant. To determine a temperature field in the blast furnace, a plurality of such temperature measuring devices are arranged in the blast furnace wall, which are designed as transmitting / receiving units. In this case, the individual transceiver units are controlled in such a way that they emit the sound signals sequentially, ie one after the other. When a sound signal has subsided, the next transceiver unit is triggered and sends out a new signal.

Dieses Verfahren bzw. die so konfigurierte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Messzeiten relativ lange sind. Dies hat zur Folge, dass während der jeweiligen Messung eine Änderung der Temperatur im Hochofen stattfinden kann, die bei der Messung nicht berücksichtigt wird bzw. das Messergebnis verfälscht. This method or the device configured in this way has the disadvantage that the measuring times are relatively long. This has the consequence that during the respective measurement, a change in the temperature in the blast furnace can take place, which is not taken into account in the measurement or falsifies the measurement result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum anzugeben, die dazu geeignet ist, ein Temperaturfeld im Prozessraum zu erfassen, wobei etwaige Temperaturänderungen während der Temperaturmessung möglichst gut berücksichtigt werden sollen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde ein entsprechendes Verfahren zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum sowie eine Anordnung umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung anzugeben, die in einem Prozessraum angeordnet ist. The invention is based on the object to provide a device for acoustic temperature measurement in a process room, which is adapted to detect a temperature field in the process space, with any temperature changes during the temperature measurement should be considered as good as possible. The invention is further based on the object of specifying a corresponding method for the acoustic temperature measurement in a process space as well as an arrangement comprising a device according to the invention, which is arranged in a process space.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit Blick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst. Hinsichtlich der Anordnung wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst. According to the invention this object is achieved by a device having the features of claim 1 and with regard to the method by the subject of claim 11. With regard to the Arrangement, the object is achieved by the subject matter of claim 12.

Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum. Bei dem Prozessraum kann es sich um einen Hochofen handeln. Andere Prozessräume, bei denen Temperaturfelder gemessen werden sollen, sind im Rahmen der Erfindung möglich. Die Vorrichtung umfasst mehrere Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen zum Aussenden und Empfangen von Schallsignalen, die mit Abstand zueinander am oder im Prozessraum positionierbar sind. Vorzugsweise sind eine Schallerzeugereinrichtung und eine Schallempfängereinrichtung zu einer Einheit zusammengefasst. Es handelt sich um integrierte Sende-/Empfangseinheiten. Es ist auch möglich, die Schallempfängereinrichtungen und Schallerzeugereinrichtungen als gesonderte Messeinrichtungen auszubilden. In der Praxis haben sich die integrierten Einheiten bewährt. Die Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen, insbesondere die integrierten Sende- und Empfängereinheiten sind vorzugsweise baugleich. The invention comprises an apparatus for acoustic temperature measurement in a process space. The process room can be a blast furnace. Other process spaces in which temperature fields are to be measured are possible within the scope of the invention. The device comprises a plurality of sound generator devices and sound receiver devices for emitting and receiving sound signals which can be positioned at a distance from one another on or in the process space. Preferably, a sound generating device and a sound receiver device are combined into one unit. These are integrated transceiver units. It is also possible to design the sound receiver devices and sound generator devices as separate measuring devices. In practice, the integrated units have proven themselves. The sound generator devices and sound receiver devices, in particular the integrated transmitter and receiver units are preferably identical.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit, die im Betrieb mit den Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen elektrisch verbunden ist. Auch hier gilt, dass die verschiedenen Funktionen, konkret eine Signalerfassung und Steuer-und Verarbeitungsfunktion in einem Gerät integriert sein können. Es ist auch möglich, die Funktionen in gesonderten Geräten zu verwirklichen. The device according to the invention comprises a signal acquisition and processing unit, which is electrically connected in operation to the sound generator devices and sound receiver devices. Again, the various functions, specifically a signal acquisition and control and processing function can be integrated in one device. It is also possible to realize the functions in separate devices.

Die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ist zum sequenziell und zeitlich verschachtelten Aussenden von in der Frequenz sich ändernden Sendeschallsignalen durch die Schallerzeugereinrichtung konfiguriert. Die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ist ferner zum Korrelieren der von den Schallempfängereinrichtungen empfangenen Empfangsschallsignalen und den Sendeschallsignalen konfiguriert. The signal acquisition and processing unit is configured for the sequential and temporally interleaved emission of frequency-varying transmission sound signals by the sound generating device. The signal acquisition and processing unit is further configured to correlate the received sound signals received from the sound receiving devices and the transmission sound signals.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Gesamtmesszeit, d.h. die Messzeit signifikant verkürzt wird, die durch das Aussenden von Sendeschallsignalen durch die Schallerzeugereinrichtung bestimmt wird. Die Verkürzung der Messzeit bedeutet, dass etwaige Temperaturänderungen während der Messung weniger stark ins Gewicht fallen, da die Messauflösung erhöht wird. Die Messqualität wird dadurch verbessert. The invention has the advantage that the total measurement time, i. the measurement time is significantly shortened, which is determined by the emission of transmission sound signals by the sound generating device. The shortening of the measurement time means that any temperature changes during the measurement are of less importance, since the measurement resolution is increased. The measurement quality is thereby improved.

Die Verkürzung der Messzeit wird dadurch erreicht, dass die Sendeschallsignale sequenziell und zeitlich verschachtelt ausgesendet werden. Mit anderen Worten wird ein Sendeschallsignal einer Schallerzeugereinrichtung während der Signaldauer einer anderen, insbesondere der unmittelbar vorhergehenden Schallerzeugereinrichtung ausgesandt. Die Sendeschallsignale der beiden Schallerzeugereinrichtungen sind daher sequenziell und zeitlich verschachtelt. Im Unterschied zum Stand der Technik wird also nicht gewartet, bis das vorangehende Schallsignal vollständig abgeklungen ist, bevor das nächste Schallsignal ausgesandt wird. Dadurch wird eine signifikante Verkürzung der Messzeit erreicht. The shortening of the measuring time is achieved by transmitting the transmitted sound signals sequentially and temporally interleaved. In other words, a transmission sound signal of a sound generating device during the signal duration of another, in particular the immediately preceding sound generating device is emitted. The transmission sound signals of the two sound generating devices are therefore sequentially and temporally interleaved. In contrast to the prior art, therefore, it is not waited until the preceding sound signal has completely decayed before the next sound signal is emitted. This achieves a significant shortening of the measuring time.

Dabei ist es nicht erforderlich, dass jede der Schallerzeugereinrichtungen das Sendeschallsignal aussendet, während die letzte Schallerzeugereinrichtung ebenfalls noch sendet. Für die Verkürzung der Messzeit genügt es, wenn mehrere einzelne Schallerzeugereinrichtungen sequenziell und zeitlich verschachtelt Schallsignale aussenden. Wenn andere einzelne Schallerzeugereinrichtungen nicht zeitlich verschachtelt aussenden, ändert dies nichts daran, dass die Messzeit im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt wird. Es ist allerdings besonders vorteilhaft, wenn alle Schallerzeugereinrichtungen bzw. wenn alle Sende-/Empfangseinheiten zeitlich verschachtelt Sendeschallsignale aussenden. Mit anderen Worten sendet die letzte Schallerzeugereinrichtung bereits ein Sendeschallsignal aus, während die erste Schallerzeugereinrichtung noch sendet. In this case, it is not necessary for each of the sound generating devices to emit the transmitted sound signal while the last sound generating device is still transmitting. To shorten the measuring time, it is sufficient if several individual sound generating devices emit sound signals sequentially and temporally interleaved. If other individual sound generating devices do not transmit in a timed manner, this does not change the fact that the measuring time is shortened in comparison to the prior art. However, it is particularly advantageous if all sound generating devices or if all the transceiver units transmit time-aligned transmission sound signals. In other words, the last sound generating device already transmits a transmission sound signal while the first sound generation device is still transmitting.

Für die Identifizierung und Separierung der sequenziell und zeitlich verschachtelt ausgesandten Sendeschallsignale ist vorgesehen, dass die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit so konfiguriert ist, dass in der Frequenz sich ändernde Sendeschallsignale durch die Schallerzeugereinrichtungen erzeugt werden. Die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ist ferner zum Korrelieren der von den Schallempfängereinrichtungen empfangenen Empfangsschallsignale und der Sendeschallsignale konfiguriert. For the identification and separation of the sequentially and temporally interleaved emitted transmission sound signals is provided that the signal detection and processing unit is configured so that in frequency changing transmitting sound signals are generated by the sound generating devices. The signal acquisition and processing unit is further configured to correlate the received sound signals received from the sound receiving devices and the transmission sound signals.

Durch die Korrelation kann eine Impulsantwort erzeugt werden, aus der die Laufzeit des jeweiligen Signals und damit die Pfadtemperatur berechnet werden kann. Insbesondere handelt es sich um eine Kreuzkorrelation zwischen dem Sendeschallsignal und dem Empfangsschallsignal. Die Kreuzkorrelation ist eine aus der Nachrichtentechnik bekannte Methodik zur Signalanalyse und beschreibt die Korrelation, also die Verbindung, von zwei unterschiedlichen Signalen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten. Im Falle von zwei identischen Signalen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten spricht man von einer Autokreuzkorrelation. Mit anderen Worten beschreibt die Autokreuzkorrelation die Korrelation eines Signals mit sich selbst zu einem früheren Zeitpunkt, beziehungsweise die Ähnlichkeit eines Signals mit sich selbst. Die Korrelation der Signale hat generell den Vorteil, dass die große Anzahl von unabhängig ausgesendeten Sendeschallsignalen auf der Seite der Schallempfängereinrichtung störungsfrei unterschieden und damit entkoppelt werden können, um das Sendesignal mit einer maximalen Sicherheit von einem Störsignal zu unterscheiden. Störungen ergeben sich beispielsweise aufgrund von Hintergrundgeräuschen im Prozessraum. Durch die Korrelation kann somit die jeweilige Laufzeit des Signals und damit die entsprechende Temperatur sehr präzise bestimmt werden. Through the correlation, an impulse response can be generated, from which the duration of the respective signal and thus the path temperature can be calculated. In particular, it is a cross-correlation between the transmission sound signal and the reception sound signal. Cross-correlation is a method of signal analysis known from communications technology and describes the correlation, ie the connection, of two different signals at two different points in time. In the case of two identical signals at two different points in time, this is called an autocross correlation. In other words, the autocross correlation describes the correlation of a signal with itself at an earlier time, or the similarity of a signal with itself. The correlation of the signals generally has the advantage that the large number of independently emitted transmit sound signals on the side of the sound receiver device without interference distinguished and can be decoupled so as to distinguish the transmission signal with a maximum security of an interference signal. Disturbances arise, for example, due to background noise in the process area. As a result of the correlation, the respective transit time of the signal and thus the corresponding temperature can be determined very precisely.

Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Signalform eingeschränkt. Periodisch sich ändernde Sendeschallsignale sind bevorzugt. The invention is not limited to any particular waveform. Periodically changing transmission sound signals are preferred.

Akustische Temperaturmessung hat den Vorteil, dass die Gastemperatur ohne Strahlungsanteil erfasst wird. Die akustische Temperaturmessung ist unempfindlich gegenüber staubbeladener, korrosiver sowie aggressiver Atmosphäre. Die Messung erfolgt verzögerungs- und driftfrei. Die akustische Gastemperaturmessung unterliegt praktisch keiner Alterung. Acoustic temperature measurement has the advantage that the gas temperature is detected without radiation. The acoustic temperature measurement is insensitive to dust-laden, corrosive and aggressive atmosphere. The measurement takes place without delay and drift. The acoustic gas temperature measurement is subject to virtually no aging.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit zur Erzeugung linearer oder logarithmisch oder exponentiell veränderlicher Sendeschallsignale konfiguriert. Bei den Sendeschallsignalen handelt es sich um sogenannte Sweeps, die sinusförmig verlaufen. Die sinusförmigen Schallsignale sind ineinander verschachtelt. Man spricht daher auch von sogenannten interleaved sweeps. Die Verschachtelung bedeutet, dass eine Schallerzeugereinrichtung bereits sendet, während eine vorangehende Schallerzeugereinrichtung ebenfalls noch sendet. Die Schallsignale überlagern sich. Auch hier gilt, dass nicht jedes Sendeschallsignal in das vorangegangene Sendeschallsignal verschachtelt sein muss. Es genügt, wenn mehrere Sendeschallsignale zeitlich verschachtelt sind. In a preferred embodiment of the invention, the signal acquisition and processing unit is configured to generate linear or logarithmically or exponentially variable transmit sound signals. The transmitted sound signals are so-called sweeps that run sinusoidally. The sinusoidal sound signals are interlaced. One speaks therefore also of so-called interleaved sweeps. The interleaving means that a sound generator device is already transmitting, while a preceding sound generator device is also still transmitting. The sound signals are superimposed. Again, it is true that not every transmitted sound signal must be nested in the previous transmission sound signal. It is sufficient if several transmit sound signals are interleaved in time.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit zur Erzeugung orthogonaler Sendeschallsignale konfiguriert. Orthogonale Sendeschallsignale erlauben ein verschachteltes oder auch gleichzeitiges Aussenden der Messsignale. Aufgrund der Charakteristik der Sendeschallsignale ist ein späteres Separieren der einzelnen Messsignale möglich. In a further preferred embodiment, the signal acquisition and processing unit is configured to generate orthogonal transmit sound signals. Orthogonal transmit sound signals allow interleaved or simultaneous transmission of the measurement signals. Due to the characteristic of the transmitted sound signals, a later separation of the individual measuring signals is possible.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit zur Erzeugung von Sendeschallsignalen in der Form von Barker Codes konfiguriert. Der Barker Code ist ein Binärcode, der verschachtelt, getrennt oder auch gleichzeitig gesendet werden kann. Das gleichzeitige Senden setzt voraus, dass die Messsignale orthogonal sind. In another preferred embodiment, the signal acquisition and processing unit is configured to generate transmit sound signals in the form of Barker codes. The Barker code is a binary code that can be nested, separated or sent at the same time. Simultaneous transmission requires the measurement signals to be orthogonal.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung weiterhin denkbar, dass die voran beschriebenen Sendeschallsignale, beispielsweise in der Form von interleaved sweeps, orthogonalen Signalen oder Barker Codes auf sogenannten vor-Ort Endstufen hinterlegt sind. Die Endstufe enthält hierbei nur ein digitales Signal, während das Sendeschallsignal abgespielt wird. Alternativ ist es ebenso denkbar, dass die Sendeschallsignale direkt aus der Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ausgesendet werden. Die Endstufe kann vorzugsweise an der Sende- und Empfangseinheit angeordnet sein. Beispielhaft kann die Endstufe an der Sende- und Empfangseinheit in einem Klemmkasten verbaut sein. It is within the scope of the present application further conceivable that the above-described transmission sound signals, for example in the form of interleaved sweeps, orthogonal signals or Barker codes are deposited on so-called on-site power amplifiers. The power amplifier contains only a digital signal, while the send sound signal is played. Alternatively, it is also conceivable that the transmission sound signals are transmitted directly from the signal acquisition and processing unit. The output stage can preferably be arranged on the transmitting and receiving unit. By way of example, the output stage can be installed on the transmitting and receiving unit in a terminal box.

Weitere bevorzugte Ausführungen betreffen die Schallerzeugereinrichtung und die Schallempfängereinrichtung. Die Schallerzeugereinrichtung und die Schallempfängereinrichtung können als integrierte Sende- und Empfangseinheit ausgebildet sein. Further preferred embodiments relate to the sound generator device and the sound receiver device. The sound generator device and the sound receiver device can be designed as an integrated transmitting and receiving unit.

Vorzugsweise weisen die Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen jeweils mindestens eine Dichtungseinrichtung zur Abdichtung gegen die Atmosphäre im Prozessraum auf, wobei die Dichtungseinrichtung für die Schallsignale durchlässig ist. Dies hat den Vorteil, dass die Schallerzeugereinrichtung und/oder die Schallempfängereinrichtung von der Atmosphäre im Prozessraum, insbesondere von der Hochofenatmosphäre entkoppelt sind. Damit ist es möglich, im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen sensible Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen zu verwenden, ohne dass die Gefahr besteht, dass diese durch die aggressive Atmosphäre frühzeitig zerstört oder zumindest in der Funktionsweise beeinträchtigt werden. Konkret eröffnet die Ausführung die Möglichkeit, anstelle der bisher verwendeten pneumatischen Schallerzeuger elektroakustische Schallwandler zu verwenden, ohne dass die Lebensdauer der Vorrichtung unverhältnismäßig verkürzt wird. Die Ausführung ist aber generell nicht auf elektroakustische Schallwandler eingeschränkt. Preferably, the sound generating devices and sound receiving devices each have at least one sealing device for sealing against the atmosphere in the process space, wherein the sealing device is permeable to the sound signals. This has the advantage that the sound generator device and / or the sound receiver device are decoupled from the atmosphere in the process space, in particular from the blast furnace atmosphere. This makes it possible to use in comparison to the known devices sensitive sound generating devices and sound receiver devices, without the risk that they are destroyed early by the aggressive atmosphere or at least impaired in the operation. Specifically, the design opens the possibility to use instead of the previously used pneumatic sound generator electro-acoustic transducer without the life of the device is disproportionately reduced. However, the design is generally not limited to electroacoustic transducers.

Die Dichtungseinrichtung ist für die Schallsignale durchlässig. Damit wird erreicht, dass die von der Schallerzeugereinrichtung emittierten Schallsignale in den Prozessraum gelangen können. Umgekehrt können die aus dem Prozessraum zu empfangenden Schallsignale durch die Dichtungseinrichtung zur jeweiligen Schallempfängereinrichtung gelangen. Insgesamt werden die zur Temperaturmessung eingesetzten Schallwandler vor der Prozessraumatmosphäre geschützt, ohne dass die Signalübertragung gestört wird. Die Ausführung umfasst verschiedene Möglichkeiten der Zuordnung der Dichtungseinrichtung. Im einfachsten Fall dichtet die Dichtungseinrichtung sowohl die Schallerzeugereinrichtung als auch die Schallempfängereinrichtung ab. Dabei kann es sich um eine einzige Dichtungseinrichtung für beide Schallwandler handeln. Alternativ dichtet die Dichtungseinrichtung nur die Schallerzeugereinrichtung ab. Die Schallempfängereinrichtung kann entweder ausreichend robust für die Prozessraumatmosphäre sein oder anderweitig vor der Prozessraumatmosphäre geschützt sein. Ebenso ist es möglich, dass nur die Schallempfängereinrichtung durch die Dichtungseinrichtung abgedichtet ist. Die Schallerzeugereinrichtung kann ausreichend robust für die Prozessraumatmosphäre oder anderweitig geschützt sein. Es ist auch möglich, dass der Schallerzeugereinrichtung und der Schallempfängereinrichtung jeweils eine eigene Dichtungseinrichtung zur Abdichtung gegen die Atmosphäre im Prozessraum zugeordnet ist. The sealing device is permeable to the sound signals. This ensures that the sound signals emitted by the sound generating device can reach the process space. Conversely, the sound signals to be received from the process space can pass through the sealing device to the respective sound receiver device. Overall, the sound transducers used for temperature measurement are protected from the process room atmosphere, without the signal transmission is disturbed. The design includes various ways of assigning the sealing device. In the simplest case, the sealing device seals both the sound generator device and the sound receiver device. This may be a single sealing device for both sound transducers. Alternatively, the sealing device only seals the sound generating device. The sound receiver device can either be sufficiently robust for the Process room atmosphere be or otherwise protected from the process room atmosphere. It is also possible that only the sound receiver device is sealed by the sealing device. The sound generator device may be sufficiently robust for the process room atmosphere or otherwise protected. It is also possible for the sound generating device and the sound receiver device to each have its own sealing device for sealing against the atmosphere in the process space.

Im Schallrohr kann eine einzige Dichtungseinrichtung angeordnet sein, die die Schallerzeugereinrichtung und/oder die Schallempfängereinrichtung abdichtet. Dabei kann die Dichtungseinrichtung sowohl die Schallerzeugungseinrichtung als auch die Schallempfängereinrichtung gemeinsam abdichten. Dabei bietet es sich an, wenn die Dichtungseinrichtung das gesamte Schallrohr, also den gesamten Querschnitt des Schallrohrs überdeckt und damit den Raum auf der dem Prozessraum abgewandten Seite von der Prozessraumatmosphäre abkoppelt. Die hinter der Dichtungseinrichtung angeordneten Schalleinrichtungen sind geschützt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass mit wenig Aufwand alle sensiblen Schallwandler-Bauteile geschützt sind. In the sound tube, a single sealing device may be arranged, which seals the sound generating device and / or the sound receiver device. In this case, the sealing device can seal both the sound generating device and the sound receiver device together. In this case, it makes sense if the sealing device covers the entire sound pipe, that is to say the entire cross section of the sound pipe, and thus decouples the space on the side facing away from the process space from the process chamber atmosphere. The sound devices arranged behind the sealing device are protected. This embodiment has the advantage that all sensitive sound transducer components are protected with little effort.

Alternativ ist es möglich, dass die einzige Dichtungseinrichtung entweder nur die Schallerzeugereinrichtung oder nur die Schallempfängereinrichtung abdichtet. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Schallempfängereinrichtung ein empfindliches Mikrofon umfasst, das durch die Dichtungseinrichtung vor der schädlichen Prozessraumatmosphäre geschützt ist. Alternatively, it is possible that the single sealing device seals either only the sound generating device or only the sound receiving device. In this case, it is possible, for example, for the sound receiver device to comprise a sensitive microphone which is protected by the sealing device from the harmful process chamber atmosphere.

Alternativ können mehrere Dichtungseinrichtungen im Schallrohr angeordnet sein, wobei eine erste Dichtungseinrichtung die Schallerzeugereinrichtung und eine zweite Dichtungseinrichtung die Schallempfängereinrichtung abdichtet. Mit anderen Worten weist jeder Schallwandler eine eigene Dichtungseinrichtung auf, die diesen vor der Prozessraumatmosphäre schützt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Dichtungseinrichtung räumlich nahe am jeweiligen Schallwandler angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann die Dichtungseinrichtung in die Wandung des Schallrohres integriert sein und einen seitlich am Schallrohr befestigten Schallwandler schützen. Es ist auch möglich, dass die Dichtungseinrichtung den Querschnitt des Schallrohres überdeckt. Alternatively, a plurality of sealing devices may be arranged in the sound tube, wherein a first sealing device seals the sound generating device and a second sealing device seals the sound receiver device. In other words, each sound transducer has its own sealing device, which protects it from the process room atmosphere. This embodiment has the advantage that the sealing device can be arranged spatially close to the respective sound transducer. For example, the sealing device can be integrated in the wall of the sound tube and protect a laterally mounted on the sound tube transducer. It is also possible that the sealing device covers the cross section of the sound tube.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dichtungsvorrichtung eine Membran. Diese hat den Vorteil, dass sie schwingfähig ist und somit auf einfache Weise für die Übertragung der Schallsignale vom Prozessraum auf die vom Prozessraum durch die Dichtungseinrichtung getrennten Schalleinrichtungen sorgen kann. In a particularly preferred embodiment, the sealing device comprises a membrane. This has the advantage that it is capable of oscillating and thus can provide in a simple manner for the transmission of the sound signals from the process space to the sound equipment separated from the process space by the sealing device.

Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung druckbeständig. Die Druckbeständigkeit bezieht sich in besonders bevorzugter Weise auf die in einem Hochofen herrschenden Drücke. Die Druckbeständigkeit der Dichtungseinrichtung bedeutet allgemein, dass diese an sich, d.h. ohne mechanische Hilfsmittel, ausreichend stabil ist, um den auf die Druckeinrichtung wirkenden Drücken zu widerstehen. Preferably, the sealing device is pressure resistant. The pressure resistance relates in a particularly preferred manner to the pressures prevailing in a blast furnace. The pressure resistance of the sealing device generally means that it is intrinsically, i. without mechanical aids, is sufficiently stable to withstand the pressures on the printing device.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Dichtungseinrichtung ein Stützelement zur Aufnahme mechanischer Kräfte auf. Das Stützelement nimmt die im Prozessraum herrschenden Drücke bzw. die daraus resultierenden Kräfte auf, so dass die Stabilität und damit die Sicherheit der Dichtungseinrichtung verbessert wird. In a further preferred embodiment, the sealing device has a support element for receiving mechanical forces. The support element absorbs the pressures prevailing in the process chamber or the resulting forces, so that the stability and thus the safety of the sealing device is improved.

Bei der Ausführungsform mit Membran sind die Membran und das Stützelement in Sandwichbauweise angeordnet. Das Stützelement übernimmt die Ableitung der mechanischen Lasten ins Gehäuse. Die Membran dient im Wesentlichen nur der Signalübertragung und der Abdichtfunktion. Damit erfolgt eine Funktionstrennung, bei der das jeweilige Bauteil für die entsprechende Funktion optimiert wird. So kann die Membran dünner gestaltet sein als bei der Ausführungsform ohne Hilfsmittel. In the membrane embodiment, the membrane and support member are sandwiched. The support element takes over the derivation of the mechanical loads in the housing. The membrane essentially serves only the signal transmission and the sealing function. This results in a separation of functions in which the respective component is optimized for the corresponding function. Thus, the membrane may be made thinner than in the embodiment without tools.

Das Stützelement kann beispielsweise ein Lochblech umfassen, das parallel zur Membran angeordnet ist. Durch das Lochblech wird erreicht, dass die Schallübertragungsfunktion der Membran, also die Schwingfähigkeit der Membran zumindest lokal, d.h. im Bereich der Öffnungen des Lochblechs erhalten bleibt, so dass die Schallsignale die Membran passieren können. The support element may for example comprise a perforated plate which is arranged parallel to the membrane. By the perforated plate is achieved that the sound transmission function of the membrane, so the vibration of the membrane at least locally, i. is maintained in the region of the openings of the perforated plate, so that the sound signals can pass through the membrane.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesem zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the attached schematic drawings. In this show

1 eine schematische Darstellung eines Messaufbaus zur Erfassung eines Temperaturfeldes in einem Hochofen nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und 1 a schematic representation of a measurement setup for detecting a temperature field in a blast furnace according to an embodiment of the invention and

Für 2 einen Längsschnitt durch eine Sende-/Empfangseinheit, die für den Messaufbau nach 1 bzw. allgemein für Erfindung geeignet ist. For 2 a longitudinal section through a transmitting / receiving unit, the for the measurement structure according to 1 or is generally suitable for invention.

Die akustische Gastemperaturmessung, auch als Schallpyrometrie bezeichnet, ist ein berührungsloses Messverfahren, das auf der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit basiert, wonach die Quadratwurzel der absoluten Temperatur proportional zur Schallgeschwindigkeit ist. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung misst die Schalllaufzeit zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei die Entfernung zwischen der Sende- und Empfangseinheit bekannt ist. Der integrale Temperaturmittelwert ergibt sich aus der Schalllaufzeit und der bekannten Strecke zwischen Sender und Empfänger. Acoustic gas temperature measurement, also referred to as sound pyrometry, is a non-contact measurement method based on the temperature dependence of the speed of sound, according to which the square root of the absolute temperature is proportional to the speed of sound. The method and the device for acoustic temperature measurement measures the sound propagation time between a transmitter and a receiver, wherein the Distance between the transmitting and receiving unit is known. The integral average temperature results from the sound propagation time and the known distance between transmitter and receiver.

1 zeigt eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung ist dazu geeignet, in einem Prozessraum 19, beispielsweise in einem Hochofen ein 2-dimensionales Temperaturfeld zu erfassen. Die Erfindung ist nicht auf Hochöfen eingeschränkt sondern kann auch bei anderen Prozessräumen eingesetzt werden. 1 shows an apparatus for acoustic temperature measurement according to an embodiment of the invention. The device is suitable in a process room 19 for example, to detect a 2-dimensional temperature field in a blast furnace. The invention is not restricted to blast furnaces but can also be used in other process spaces.

Die Vorrichtung umfasst mehrere Schallerzeugereinrichtungen 5a und mehrere Schallempfängereinrichtungen 5b. Die Schallerzeugereinrichtungen 5a und die Schallempfängereinrichtungen 5b sind in einer Einheit integriert. Es handelt sich dabei um baugleiche Sende-/Empfangseinheiten. Bei der in 1 gezeigten Anordnung sind die Schallerzeugereinrichtungen 5a und die Schallempfängereinrichtungen 5b bzw. die integrierten Sende-/Empfangseinheiten auf dem Umfang des Prozessraumes bzw. des Hochofens verteilt angeordnet. Beispielsweise sind 8 Sende-/Empfangseinheiten vorgesehen. Es ist möglich mehr oder weniger als 8 Einheiten auf dem Umfang anzuordnen. The device comprises a plurality of sound generating devices 5a and several sound receiver devices 5b , The sound generating devices 5a and the sound receiver devices 5b are integrated in one unit. These are identically constructed transceiver units. At the in 1 The arrangement shown are the sound generating devices 5a and the sound receiver devices 5b or the integrated transmitting / receiving units distributed on the circumference of the process space or the blast furnace. For example 8th Transceiver units provided. It is possible more or less than 8th To arrange units on the circumference.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung einerseits als solche, d.h. unabhängig von der Montage im Prozessraum beansprucht wird. Es handelt sich also um ein System mit mehreren Schallerzeugereinrichtungen 5a und mehreren Schallempfängereinrichtungen 5b, die mit Abstand zueinander am oder im Prozessraum 19 positionierbar sind. Außerdem wird im Rahmen der Erfindung die Anordnung umfassend den Prozessraum 19 und die installierte Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung beansprucht. 1 zeigt die installierte Vorrichtung bzw. einen Teil davon. At this point it should be noted that the device for acoustic temperature measurement on the one hand as such, that is claimed independently of the assembly in the process room. It is therefore a system with several sound generating devices 5a and a plurality of sound receiving devices 5b that are spaced apart on or in the process space 19 are positionable. In addition, in the context of the invention, the arrangement comprising the process space 19 and the installed device for acoustic temperature measurement claimed. 1 shows the installed device or a part thereof.

Die Vorrichtung umfasst ferner eine Signalerfassungseinheit 17. Diese ist, mit 1 dargestellt, im Betrieb mit den Schallerzeugereinrichtungen 5a und Schallempfängereinrichtungen 5b elektrisch verbunden, sodass die Schallerzeugereinrichtungen 5a angesteuert und Signale der Schallempfängereinrichtungen 5b verarbeitet werden können. Bei dem Beispiel gemäß 1 ist die Signalerfassungseinheit 17 als ein Schaltschrank ausgebildet. Die Vorrichtung umfasst bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit 18, die mit der Signalerfassungseinheit 17 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Signalerfassungseinheit 17 und Signalverarbeitungseinheit 18 erfolgt über ein Netzwerk zur Weiterleitung von Daten. Das erfasste Temperaturfeld ist in der Signalverarbeitungseinheit 18, bspw. auf einem Bildschirm, dargestellt. The device further comprises a signal detection unit 17 , This one is, with 1 shown in operation with the sound generating devices 5a and sound receiver devices 5b electrically connected so that the sound generating devices 5a controlled and signals of the sound receiver devices 5b can be processed. In the example according to 1 is the signal acquisition unit 17 designed as a cabinet. The device comprises in the embodiment according to 1 furthermore a signal processing unit 18 connected to the signal acquisition unit 17 connected is. The connection between the signal acquisition unit 17 and signal processing unit 18 takes place via a network for forwarding data. The detected temperature field is in the signal processing unit 18 , on a screen, for example.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit 17, 18 so konfiguriert, dass durch Ansteuern der Schallerzeugereinrichtungen 5a sequenziell und zeitlich verschachtelte Sendeschallsignale erzeugt werden, deren Frequenz sich ändert, insbesondere sich kontinuierlich ändert. Die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit 17, 18 ist weiterhin so konfiguriert, dass die Sendeschallsignale und die von der Schallempfängereinrichtung 5b empfangenen Empfangsschallsignale miteinander korreliert werden können. In the embodiment according to 1 is the signal acquisition and processing unit 17 . 18 configured so that by driving the sound generating devices 5a be generated sequentially and temporally nested transmission sound signals whose frequency changes, in particular changes continuously. The signal acquisition and processing unit 17 . 18 is further configured so that the transmission sound signals and the sound receiver device 5b Received sound signals received can be correlated with each other.

Die Vorrichtung gemäß 1 mit N Schallempfängereinrichtungen 5a funktioniert wie folgt:
Die Messung der Schalllaufzeit von einer Schallerzeugereinrichtung 5a zu den restlichen N – 1 Schallempfängereinrichtungen 5b (z.B. 9, bei einer Anlage mit 10 Systemen) benötigt eine Zeit von ca. 2–3 Sekunden. Dieser Zeitraum dient dazu, um zur Herstellung eines ausreichenden S/N (signal to noise, d.h. Störabstand) durch das Sendesignal für eine längeren Zeitraum Energie bereitzustellen. Im vorliegenden Fall wird dies durch einen Sweep, d.h. durch einen in der Frequenz ansteigenden Sinuston, der ca. 2 Sekunden andauert und mit sehr hohem Pegel von der Schallerzeugereinrichtung 5a abgestrahlt wird, erreicht. The device according to 1 with N sound receiver devices 5a works as follows:
The measurement of the sound propagation time from a sound generator device 5a to the remaining N - 1 sound receiver devices 5b (eg 9, in a system with 10 systems) requires a time of about 2-3 seconds. This period serves to provide energy for producing a sufficient S / N (Signal to Noise) by the transmit signal for a longer period of time. In the present case this is done by a sweep, ie by a sinusoid rising in frequency, which lasts about 2 seconds and with a very high level from the sound generator 5a is emitted.

Bei einer Messung, wie im Stand der Technik, aller N Strecken würden also N·2 Sekunden benötigt, bis das Temperaturfeld untersucht ist. In diesem Zeitraum ist allerdings damit zu rechnen, dass die Temperaturverteilung deutlichen Veränderungen unterworfen ist. In a measurement, as in the prior art, all N stretches would thus take N · 2 seconds until the temperature field is examined. In this period, however, it is likely that the temperature distribution is subject to significant changes.

Mit Hilfe der Interleaved Sweep Messtechnik wird hingegen dieser Vorgang erheblich beschleunigt. Hierzu werden die Signale der N Schallerzeugereinrichtung 5a mit einem geringen Zeitversatz ∆t direkt nacheinander gestartet und an allen Schallempfängereinrichtungen 5b gleichzeitig aufgezeichnet. Der Zeitversatz beträgt von 20ms bis 100ms, insbesondere von 30ms bis 70ms, insbesondere von 40ms bis 60ms. Bei dem Beispiel beträgt der Zeitversatz ca. 50ms. Die vorstehenden Werte sind für die Temperaturmessung im Hochofen vorteilhaft. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Zeitversatz eingeschränkt. Generell sollte für die Bestimmung des optimalen Zeitversatzes die Länge der Impulsantwort vor dem Auftreten der nichtlinearen Peaks und die Abklingzeit des Impulses beachtet werden. Die Länge der Impulsantwort bestimmt hierbei die Unterbringung aller Sweeps innerhalb dieser Zeit und ist damit auch abhängig von der Anzahl der Schallerzeugereinrichtungen 5a. Des Weiteren bestimmt die Abklingzeit des Impulses einen Mindestabstand, damit die versetzten Impulse sich nicht gegenseitig verdecken. By contrast, this process is considerably accelerated with the help of interleaved sweep measurement technology. For this purpose, the signals of the N sound generator 5a with a small time offset .DELTA.t started directly after each other and at all sound receiver devices 5b recorded simultaneously. The time offset is from 20ms to 100ms, especially from 30ms to 70ms, especially from 40ms to 60ms. In the example, the time offset is about 50ms. The above values are advantageous for the temperature measurement in the blast furnace. The invention is not limited to this time offset. In general, to determine the optimal time offset, the length of the impulse response before the occurrence of the nonlinear peaks and the decay time of the pulse should be considered. The length of the impulse response determines the placement of all sweeps within this time and is thus dependent on the number of sound generating devices 5a , Furthermore, the decay time of the pulse determines a minimum distance so that the offset pulses do not obscure each other.

Besonders vorteilhaft ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit 17, 18 so konfiguriert, dass der Zeitversatz so bemessen ist, dass typischerweise auftretende nichtlineare Peaks aus der Impulsantwort eliminiert werden. Bei dem vorliegenden Anwendungsfall im Hochofen treten derartige nichtlineare Peaks nach ca. 500ms bis 600ms auftreten. Bei 10 Sende-/Empfangseinheiten bestimmt sich daher an der Zeitversatz von 50 ms so, dass das letzte Sendeschallsignal gesendet wird, bevor die nichtlinearen Peaks auftreten. Particularly advantageous is the signal acquisition and processing unit 17 . 18 configured so that the skew is sized to eliminate typically occurring non-linear peaks from the impulse response. In the present application in the blast furnace, such non-linear peaks occur after about 500 ms to 600 ms. At 10 transceiver units, therefore, the 50 ms skew is determined so that the last transmit echo signal is sent before the nonlinear peaks occur.

Jedenfalls sollte idealerweise der Gesamtversatz kleiner als die Laufzeit eines Signals sein. Der Gesamtversatz ist wie bereits erwähnt von der Länge der Impulsantwort eines einzelnen Signals abhängig, da nur innerhalb eines eingeschränkten Zeitbereiches die gesuchten Impulse auffindbar sind. In any case, ideally the total offset should be smaller than the duration of a signal. The total offset is, as already mentioned, dependent on the length of the impulse response of a single signal, since the sought impulses can only be found within a limited time range.

Dabei wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung auch dann funktioniert und zu einer Verkürzung der Messzeit führt, wenn einzelne Schallerzeugungseinrichtungen 5a nach Abklingen eines Sendesignals senden und somit nicht erfindungsgemäß arbeiten, solange andere Schallerzeugungseinrichtungen 5a erfindungsgemäß arbeiten. It should be noted that the device also works and leads to a shortening of the measurement time, if individual sound generating devices 5a send after decay of a transmission signal and thus not work according to the invention, as long as other sound generating devices 5a work according to the invention.

Das Sweep Signal kann exponentiell oder logarithmisch oder linear ansteigen oder abfallend sein. Es ist hierbei anzumerken, dass sich bei einer Änderung der Sweep-Rate andere Bedingungen für den Zeitversatz und die daraus resultierende Platzierung der Impulse in der Gesamtimpulsantwort ergeben. The sweep signal may be exponential or logarithmic or linearly increasing or decreasing. It should be noted that if the sweep rate is changed, there are different conditions for the time offset and the resulting placement of the pulses in the overall impulse response.

Es ist auch möglich andere Anregungssignale bzw. Sendeschallsignale zu verwenden, die eine Korrelation zwischen dem Sendeschallsignal und dem Empfangsschallsignal ermöglichen. Nach der an sich bekannten Kreuzkorrelation zwischen Empfangssignal und Sendesignal kann dann die Impulsantwort jeder Teilstrecke durch angepasste Fensterung freigestellt und ausgewertet werden. Die resultierende Gesamtmesszeit reduziert sich daher erheblich, so dass eine deutliche Verbesserung der Qualität des Temperaturprofils erreicht werden kann. It is also possible to use other excitation signals or transmit sound signals which enable a correlation between the transmission sound signal and the reception sound signal. After the known cross-correlation between the received signal and the transmission signal, the impulse response of each partial path can then be freed and evaluated by adapted fenestration. The resulting total measurement time is therefore reduced considerably, so that a significant improvement in the quality of the temperature profile can be achieved.

Bei den Schallerzeugereinrichtungen 5a und Schallempfängereinrichtungen 5b bzw. integrierten Sende-/Empfangseinheiten können besonders bevorzugt elektroakustische Schallerzeuger eingesetzt werden. Die Erfindung ist aber nicht hierauf eingeschränkt. At the sound generating devices 5a and sound receiver devices 5b or integrated transceiver units, particularly preferably electroacoustic sound generators can be used. The invention is not limited thereto.

Die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung gemäß 2 umfasst eine Schallerzeugereinrichtung 5a und eine Schallempfängereinrichtung 5b. Die beiden Einrichtungen 5a, 5b sind allgemein Schallwandler, wobei die Schallerzeugungseinrichtung 5a als Schallquelle fungiert, die Schallsignale erzeugt und aussendet. Die Schallempfängereinrichtung 5b dient zur Aufnahme von Schallsignalen, die in elektrische Signale umgewandelt werden. Bei dem Beispiel gemäß 2 sind die Schallerzeugereinrichtung 5a und die Schallempfängereinrichtung 5b Teil einer elektroakustischen Einheit. Demnach handelt es sich bei der Schallerzeugereinrichtung 5a um einen Lautsprecher und bei der Schallempfängereinrichtung 5b um ein Mikrofon. The device for acoustic temperature measurement according to 2 comprises a sound generator device 5a and a sound receiver device 5b , The two facilities 5a . 5b are generally sound transducers, wherein the sound generating device 5a acts as a sound source that generates and sends sound signals. The sound receiver device 5b is used to record sound signals that are converted into electrical signals. In the example according to 2 are the sound generator device 5a and the sound receiver device 5b Part of an electroacoustic unit. Accordingly, it is the sound generator device 5a around a speaker and at the sound receiver device 5b around a microphone.

Wie in 1 und 2 weiter zu erkennen, weist die Vorrichtung ein Schallrohr 6 auf, durch das die Schallsignale von der Schallerzeugereinrichtung 5a oder 5d zum Prozessraum 19 und umgekehrt vom Prozessraum 19 zur Schallempfängereinrichtung 5b oder 5c im Betrieb geleitet werden. Das Schallrohr 6 mündet in den Prozessraum 19. As in 1 and 2 to recognize further, the device has a sound tube 6 on, through which the sound signals from the sound generator 5a or 5d to the process room 19 and vice versa from the process room 19 to the sound receiver device 5b or 5c be routed during operation. The sound tube 6 flows into the process room 19 ,

Am Ende des Schallrohres 6, d.h. auf der vom Prozessraum abgewandten Seite der Vorrichtung ist ein Gehäuse 12 angeordnet. Das Gehäuse 12 ist druckfest ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 12 so ausgelegt, dass die im Prozessraum herrschenden Drücke, insbesondere die im Hochofen herrschenden Drücke das Gehäuse 12 nicht zerstören. Im Gehäuse 12 ist die Schallerzeugereinrichtung 5a angeordnet und mit diesem verbunden. Die Schallempfängereinrichtung 5b ist an der Gehäuseaußenseite angeordnet (nicht dargestellt) und mit dem Gehäuse 12 verbunden, wobei die akustische Anbindung der Schallempfängereinrichtung 5b durch eine Öffnung 11 in der Gehäuseseitenwand erfolgt. At the end of the sound tube 6 , ie, on the side facing away from the process space of the device is a housing 12 arranged. The housing 12 is pressure resistant. In other words, the case 12 designed so that the pressures prevailing in the process chamber, in particular the pressures prevailing in the blast furnace, the housing 12 do not destroy. In the case 12 is the sound generator device 5a arranged and connected to this. The sound receiver device 5b is located on the outside of the housing (not shown) and with the housing 12 connected, wherein the acoustic connection of the sound receiver device 5b through an opening 11 takes place in the housing side wall.

Das Gehäuse 12 ist zweiteilig aufgebaut. Ein anderer Aufbau des Gehäuses ist möglich. The housing 12 is constructed in two parts. Another structure of the housing is possible.

Ein erstes Gehäuseteil 12a des zweiteiligen Gehäuses 12 ist topfartig ausgebildet und nimmt die Schallerzeugereinrichtung 5a, d.h. den Lautsprecher auf. Konkret weist das erste Gehäuseteil 12a einen Deckel 12c auf, der das erste Gehäuseteil 12a verschließt. Dazu weist das erste Gehäuseteil 12a einen Flansch 13 auf, mit dem der Deckel 12c verschraubt oder anderweitig befestigt ist. Der Deckel 12c weist eine mittig angeordnete Öffnung 12d auf, die im montierten Zustand mit dem Schallrohr 6 fluchtet. Mit anderen Worten ist der Mittelpunkt der Öffnung 12d bzw. der Mittelpunkt des Deckels 12c auf der Mittelachse des Schallrohrs 6 angeordnet. Die Schallerzeugereinrichtung 5a ist mit dem Deckel verschraubt bzw. anderweitig befestigt, so dass die im Betrieb wirksame schallemittierende Fläche der Schallerzeugereinrichtung 5a vor der Öffnung 12d angeordnet ist. A first housing part 12a of the two-part housing 12 is pot-shaped and takes the sound generator 5a , ie the speaker on. Specifically, the first housing part 12a a lid 12c on, the first housing part 12a closes. For this purpose, the first housing part 12a a flange 13 on, with the lid 12c bolted or otherwise secured. The lid 12c has a centrally located opening 12d on, in the assembled state with the sound tube 6 flees. In other words, the center of the opening 12d or the center of the lid 12c on the central axis of the sound tube 6 arranged. The sound generator device 5a is bolted to the lid or otherwise secured so that the effective in operation sound-emitting surface of the sound generating device 5a in front of the opening 12d is arranged.

Das Gehäuse 12 weist ein zweites Gehäuseteil 12b auf, das mit dem ersten Gehäuseteil 12a verbunden ist. Konkret ist das zweite Gehäuseteil 12b als zylindrisches Rohrstück ausgebildet, das in die Öffnung 12d des Deckels 12c eingesetzt und mit diesem verbunden ist. Mit anderen Worten bildet das zylindrische zweite Gehäuseteil 12b eine axiale Verlängerung der Öffnung 12d in Richtung des Schallrohres 6. Das zweite Gehäuseteil 12b bzw. allgemein das Gehäuse 12 weist die vorstehend genannte seitliche Öffnung 11 auf, wie in den 1, 2 zu erkennen. Die seitliche Öffnung 11 bildet den Zugang für die Schallempfängereinrichtung 5b, die an der Außenseite des Gehäuses 12, konkret des zweiten Gehäuseteils 12b angeordnet und mit diesem verbunden ist. The housing 12 has a second housing part 12b on, with the first housing part 12a connected is. Specifically, the second housing part 12b formed as a cylindrical piece of pipe, which in the opening 12d of the lid 12c used and connected to this. In other words, the cylindrical second housing part forms 12b an axial Extension of the opening 12d in the direction of the sound tube 6 , The second housing part 12b or in general the housing 12 has the above-mentioned lateral opening 11 on, like in the 1 . 2 to recognize. The side opening 11 forms the access for the sound receiver device 5b on the outside of the case 12 , Specifically, the second housing part 12b arranged and connected to this.

Das zweite Gehäuseteil 12b weist einen Flansch 8 auf, der mit dem Schallrohr 6, konkret mit einem zylindrischen Abschnitt 6b des Schallrohres 6 verbunden, insbesondere verschraubt ist. Der zylindrische Abschnitt 6b weist einen entsprechenden Flansch 8 auf. Mit anderen Worten ist ein erstes Ende des zylindrischen zweiten Gehäuseteils 12b mit dem Deckel 12c des ersten Gehäuseteils 12a und ein zweites Ende des zweiten Gehäuseteils mit dem Schallrohr, konkret mit dem zylindrischen Abschnitt 6b des Schallrohrs 6 verbunden. The second housing part 12b has a flange 8th on that with the sound pipe 6 , specifically with a cylindrical section 6b of the sound tube 6 connected, in particular screwed. The cylindrical section 6b has a corresponding flange 8th on. In other words, a first end of the cylindrical second housing part 12b with the lid 12c of the first housing part 12a and a second end of the second housing part with the sound tube, specifically with the cylindrical portion 6b of the sound tube 6 connected.

Auf der Prozessraumseite der Dichtungseinrichtung 1 ist eine Absperreinheit in Form eines Kugelhahns 7 vorgesehen. Hierdurch kann das Schallrohr 6 verschlossen werden und die Dichtungseinrichtung 1 von der Atmosphäre im Prozessraum abgekoppelt werden. On the process room side of the sealing device 1 is a shut-off unit in the form of a ball valve 7 intended. This allows the sound tube 6 be closed and the sealing device 1 be decoupled from the atmosphere in the process room.

Das Gehäuse 12, die im bzw. am Gehäuse 12 angeordnete Schallerzeugereinrichtung 5a bzw. Schallempfängereinrichtung 5b und der zylindrische Abschnitt 6b bilden zusammen die elektroakustische Einheit, die als Ganzes handhabbar ist und mit dem konischen Schallrohr 6 verbunden werden kann bzw. verbunden ist. The housing 12 , in or on the housing 12 arranged sound generating device 5a or sound receiver device 5b and the cylindrical section 6b together form the electroacoustic unit, which can be handled as a whole and with the conical sound tube 6 can be connected or connected.

Die elektroakustische Einheit kann auch an bestehenden Vorrichtungen zur akustischen Temperaturmessung nachgerüstet werden. The electro-acoustic unit can also be retrofitted to existing devices for acoustic temperature measurement.

Wie in den 1, 2 gut zu erkennen, weist die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung eine Dichtungseinrichtung 1 auf. Die Dichtungseinrichtung 1 dient dazu, die Schallerzeugereinrichtung 5a und die Schallempfängereinrichtung 5b gegen die Atmosphäre im Prozessraum abzudichten. Die Dichtungseinrichtung 1 ist allgemein ein scheibenförmiges Dichtelement, das den Durchtritt von Gasen aus dem Prozessraum, insbesondere Gichtgas, verhindert und ausreichend flexibel ist, um Schallsignale zu übertragen. Die Größe des Dichtelements hängt davon ab, ob die Querschnittsfläche des Schallrohrs 6 oder eine seitliche Öffnung im Schallrohr 6 überspannt wird. As in the 1 . 2 To recognize the device for acoustic temperature measurement has a sealing device 1 on. The sealing device 1 serves to the sound generator device 5a and the sound receiver device 5b seal against the atmosphere in the process room. The sealing device 1 is generally a disk-shaped sealing element, which prevents the passage of gases from the process space, in particular blast furnace gas, and is sufficiently flexible to transmit sound signals. The size of the sealing element depends on whether the cross-sectional area of the sound tube 6 or a side opening in the sound tube 6 is overstretched.

Die Dichtungseinrichtung 1 ist bei dem Beispiel gemäß den 1, 2 konkret als schalldurchlässige Membran 2 ausgebildet. Die Membran 2 ist so flexibel, dass diese eine Übertragung der Schallsignale in den Prozessraum 19 bzw. aus dem Prozessraum 19 ermöglicht. Gleichzeitig ist die Membran 2 so druckstabil, dass diese den im Prozessraum herrschenden Drücken widerstehen kann. The sealing device 1 is in the example according to the 1 . 2 specifically as a sound-permeable membrane 2 educated. The membrane 2 is so flexible that this is a transmission of sound signals into the process space 19 or from the process room 19 allows. At the same time the membrane 2 so pressure-stable that it can withstand the pressure prevailing in the process space.

Wie in 2 dargestellt, ist die Dichtungseinrichtung 1 im Schallrohr 6 angeordnet. Da die Querschnittsfläche der Dichtungseinrichtung 1 größer als jene des Schallrohrs 6 ausgebildet ist, kann die Dichtungseinrichtung 1 zwischen den beiden Flanschen 8 des Schallrohrs 6 und des zylindrischen zweiten Gehäuseteils 12b eingespannt werden. Hierzu sind Dichtungsringe 10 vorgesehen, welche durch die Flansche 8 verpresst werden. Um eine definierte Anpresskraft zu gewährleisten sind zwischen den Flanschen 8 zusätzliche Distanzelemente 9, im speziellen Distanzringe, angeordnet. As in 2 is shown, is the sealing device 1 in the sound tube 6 arranged. As the cross-sectional area of the sealing device 1 larger than that of the sound tube 6 is formed, the sealing device 1 between the two flanges 8th of the sound tube 6 and the cylindrical second housing part 12b be clamped. These are sealing rings 10 provided by the flanges 8th be pressed. To ensure a defined contact force between the flanges 8th additional spacer elements 9 , in particular spacers arranged.

Konkret überspannt die Dichtungseinrichtung 1 den gesamten Querschnitt des Schallrohres 6. Dabei grenzt die Dichtungseinrichtung 1 einen Messraum 16 vom Prozessraum 19 mit den zu messenden Temperaturen ab. Der Messraum 16 und der Prozessraum 19 sind also entkoppelt, so dass die im Prozessraum 19 befindlichen aggressiven Gase und Stoffe nicht in den Messraum 16 gelangen können. Sowohl die Schallempfängereinrichtung 5b als auch die Schallerzeugereinrichtung 5a sind im Messraum 16 angeordnet. Mit anderen Worten dichtet die Dichtungseinrichtung 1 sowohl die Schallerzeugereinrichtung 5a als auch die Schallempfängereinrichtung 5b ab. Specifically, the sealing device spans 1 the entire cross section of the sound tube 6 , The sealing device is adjacent 1 a measuring room 16 from the process room 19 with the temperatures to be measured. The measuring room 16 and the process room 19 So are decoupled, so that in the process room 19 aggressive gases and substances are not in the measuring room 16 can reach. Both the sound receiver device 5b as well as the sound generator device 5a are in the measuring room 16 arranged. In other words, the sealing device seals 1 both the sound generator device 5a as well as the sound receiver device 5b from.

Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Es ist auch möglich, dass nur die Schallerzeugereinrichtung 5a durch die Dichtungseinrichtung 1 abgedichtet ist. Die Schallempfängereinrichtung 5b kann außerhalb des Messraumes angeordnet sein, wenn beispielsweise ein Mikrofon verwendet wird, das den Einsatzbedingungen im Hochofen als solches genügt. Umgekehrt gilt das Gleiche für die Schallerzeugereinrichtung 5a. Die in den 1, 2 dargestellte Ausführung hat den Vorteil, dass sowohl die Schallerzeugereinrichtung 5a als auch die Schallempfängereinrichtung 5b im Wesentlichen unabhängig von der aggressiven Atmosphäre im Prozessraum gewählt werden können. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn, wie in den 1, 2, eine elektroakustische Einheit zur Temperaturmessung verwendet wird. The invention is not limited to this embodiment. It is also possible that only the sound generator device 5a through the sealing device 1 is sealed. The sound receiver device 5b can be arranged outside the measuring chamber, for example, if a microphone is used, which meets the conditions of use in the blast furnace as such. Conversely, the same applies to the sound generator device 5a , The in the 1 . 2 illustrated embodiment has the advantage that both the sound generating device 5a as well as the sound receiver device 5b essentially independent of the aggressive atmosphere in the process space can be selected. This advantage is particularly useful if, as in the 1 . 2 , an electro-acoustic unit is used for temperature measurement.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die Dichtungseinrichtung 1 ein Stützelement 3 auf, das bei dem Beispiel gemäß 2 als Lochblech ausgebildet ist. Das Lochblech ist parallel zur Membran 2 angeordnet und dient dazu, die auf die Membran 2 wirkenden mechanischen Lasten in das Gehäuse 12 abzuleiten. Die Schallübertragungsfunktion der Membran 2 wird dadurch gewährleistet, dass die Schwingfähigkeit der Membran 2 durch die im Lochblech vorgesehenen Öffnungen zumindest lokal erhalten bleibt. Dies reicht für die Übertragung der Schallsignale aus. In the embodiment according to 2 has the sealing device 1 a support element 3 on, in the example according to 2 is designed as a perforated plate. The perforated plate is parallel to the membrane 2 arranged and serves on the membrane 2 acting mechanical loads in the housing 12 derive. The sound transmission function of the membrane 2 is guaranteed by that the vibrational ability of the membrane 2 is maintained at least locally by the apertures provided in the perforated plate. This is sufficient for the transmission of the sound signals.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Dichtungseinrichtung seal means
2 2: Membran membrane
3 3: Stützelement support element
5 a, d 5 a, d: Schallerzeugereinrichtung Schaller generating device
5 b, c 5b, c: Schallempfängereinrichtung Sound receiver device
6 6: Schallrohr sound tube
6b 6b: zylindrischer Abschnitt cylindrical section
7 7: Kugelhahn ball valve
8 8th: Flansch flange
9 9: Distanzelement spacer
10 10: Dichtungsring sealing ring
11 11: seitliche Öffnung lateral opening
12 12: Gehäuse casing
12a 12a: erstes Gehäuseteil first housing part
12b 12b: zweites Gehäuseteil second housing part
12c 12c: Deckel cover
12d 12d: Öffnung opening
13 13: Flansch flange
16 16: Messraum measuring room
17 17: Signalerfassungseinheit Signal detection unit
18 18: Signalverarbeitungseinheit Signal processing unit
19 19: Prozessraum process space

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202015106820 U1 [0001, 0005]

Claims

Device for acoustic temperature measurement in a process space ( 19 ), in particular in a blast furnace, comprising - a plurality of sound generating devices ( 5a ) and sound receiver devices ( 5b ) for transmitting and receiving sound signals which are at a distance from one another on or in the process space ( 19 ), and - a signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) in operation with the sound generating devices ( 5a ) and sound receiver devices ( 5b ) is electrically connected, characterized in that the signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) - for the sequentially and temporally interleaved emission of frequency-changing transmission sound signals by the sound generating devices ( 5a ) and - for correlating the sound receiver devices ( 5b ) received receiving sound signals is configured with the transmission sound signals.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) is configured to generate linear or logarithmic or exponentially variable transmission sound signals.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) is configured to generate orthogonal transmit sound signals.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) is configured to generate transmit sound signals in the form of Barker codes.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sound generating devices ( 5a ) and sound receiver devices ( 5b ) at least one sealing device ( 1 ) for sealing against the atmosphere in the process space ( 19 ), wherein the sealing device ( 1 ) is permeable to the sound signals.

Device according to claim 5, characterized in that the tools Schaller means ( 5a ) and sound receiver devices ( 5b ) each a sound tube ( 6 ) and the sealing device ( 1 ) in the sound tube ( 6 ) is arranged.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the sealing device ( 1 ) a membrane ( 2 ).

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the sealing device ( 1 ) pressure-resistant, in particular based on the pressure prevailing in a blast furnace pressure is resistant.

Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the sealing device ( 1 ) a support element ( 3 ) for absorbing mechanical forces.

Device according to claim 9, characterized in that the support element ( 3 ) comprises a perforated plate which is parallel to the membrane ( 2 ) is arranged.

Method for acoustic temperature measurement in a process space ( 19 ), in particular in a blast furnace, comprising - a plurality of sound generating devices ( 5a ) and sound receiver devices ( 5b ) spaced apart on or in the process space ( 19 ) and send and receive sound signals, and - a signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) connected to the sound generating devices ( 5a ) and sound receiver devices ( 5b ) is electrically connected, characterized in that the sound generating devices ( 5a ) by the signal acquisition and processing unit ( 17 . 18 ) and emit sequentially and temporally interleaved transmit sound signals that change in frequency, the sound emitted by the sound receiver devices ( 5b ) received reception sound signals and the transmission sound signals are correlated.

Arrangement comprising a device for detecting a temperature field in a process space ( 19 ) according to claim 1, wherein the device in openings in the wall of the process space ( 19 ) is mounted in the process space ( 19 ).