DE102021114407A1 - Bubble detection device and method for detecting bubbles in an electrically conductive melt - Google Patents
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Abstract
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Blasendetektionsvorrichtung (100) und ein Verfahren zum Detektieren von Blasen bereitgestellt, die Blasendetektionsvorrichtung (100) aufweisend: eine Sendespule (110) zum Senden eines Signals, eine Empfangsspule (120) zum Empfangen eines Signals, wobei die Sendespule (110) und die Empfangsspule (120) derart eingerichtet sind, dass mindestens ein Kopplungsbereich (130) gebildet wird, in dem die Sendespule (110) und die Empfangsspule (120) miteinander derart induktiv gekoppelt sind, dass, wenn die Sendespule (110) und die Empfangsspule (120) in einer elektrisch leitfähigen Schmelze sind, ein von der Sendespule (110) ausgesendetes Signal mittels der Empfangsspule (120) empfangen werden kann.According to various embodiments, a bubble detection device (100) and a method for detecting bubbles are provided, the bubble detection device (100) having: a transmitting coil (110) for transmitting a signal, a receiving coil (120) for receiving a signal, the transmitting coil (110 ) and the receiving coil (120) are set up in such a way that at least one coupling region (130) is formed in which the transmitting coil (110) and the receiving coil (120) are inductively coupled to one another such that when the transmitting coil (110) and the Receiver coil (120) are in an electrically conductive melt, a signal emitted by the transmitter coil (110) can be received by the receiver coil (120).
Description
Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Blasendetektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Blasen in einer Schmelze.Various embodiments relate to a bubble detection device and a method for detecting bubbles in a melt.
Im Allgemeinen können Zweiphasenströmungen aus ein oder mehreren Gasen in einer Schmelze (z.B. einem Flüssigmetall, einer Halbleiterschmelze, Salzschmelze oder Legierung) in vielen Technologien wichtig sein, z.B. in der Metallurgie, dem Recycling von Metallen, bei Prozessen der Energietechnik, und/oder der Halbleiterindustrie. Beispielsweise kann in der Metallurgie Gas zur Prozessierung von geschmolzenen Materialien mit großen Schmelzvolumina (z.B. mehr als 100 1) eingesetzt werden, z.B. zum Rühren, Mischen und/oder Homogenisieren. In diesen Prozessen kann eine Größe, eine Geschwindigkeit, eine Verweilzeit und/oder eine Verteilung der Blasen wichtig sein, z.B. um effektiv Rühren zu können, und/oder um die chemischen Reaktionen zu fördern. Beim Stranggießen von Stahl kann Gas eingeleitet bzw. injiziert werden, z.B. um Verstopfungen des Tauchrohrs zu verhindern und/oder um nichtmetallische Einschlüsse zu separieren. Bei unvorteilhaften Strömungen und/oder Blasenverteilungen können Blasen während einer Erstarrung im Stahl verbleiben, wodurch beispielsweise die Qualität eines Endproduktes reduziert werden kann. In der Energietechnik ist unter anderem die Produktion von Wasserstoff relevant. Neben der Elektrolyse aus Wasser kann Wasserstoff beispielsweise auch aus Methan extrahiert werden. Dabei kann Methan in einen mit flüssigem Zinn gefüllten Säulenreaktor eingeblasen werden. Auf dem Weg durch den Reaktor kann das Methan in Wasserstoff und elementaren Kohlenstoff getrennt werden, ohne Kohlendioxid zu erzeugen. Dabei kann eine Verweilzeit, eine Größe und eine Verteilung der Blasen des Methans innerhalb des flüssigen Zinns wichtig sein, um die chemische Reaktion optimal ablaufen zu lassen und/oder eine hohe Durchsatzrate zu erzeugen. In general, two-phase flows of one or more gases in a melt (e.g., a liquid metal, semiconductor melt, molten salt, or alloy) can be important in many technologies, e.g., metallurgy, metal recycling, power engineering processes, and/or the semiconductor industry . For example, in metallurgy, gas can be used to process molten materials with large melting volumes (e.g. more than 100 l), e.g. for stirring, mixing and/or homogenizing. In these processes, a size, speed, residence time and/or distribution of the bubbles can be important, e.g., to be able to stir effectively and/or to promote the chemical reactions. Gas can be introduced or injected during the continuous casting of steel, e.g. to prevent clogging of the dip tube and/or to separate non-metallic inclusions. In the case of unfavorable flows and/or bubble distributions, bubbles can remain in the steel during solidification, which can reduce the quality of an end product, for example. In energy technology, the production of hydrogen is relevant, among other things. In addition to electrolysis from water, hydrogen can also be extracted from methane, for example. Here, methane can be blown into a column reactor filled with liquid tin. On the way through the reactor, the methane can be separated into hydrogen and elemental carbon without producing carbon dioxide. A residence time, a size and a distribution of the methane bubbles within the liquid tin can be important in order to allow the chemical reaction to proceed optimally and/or to generate a high throughput rate.
Im Allgemeinen können Gasblasen in Wasser, und/oder schwach leitenden Medien, und/oder undurchsichtige Medien mittels verschiedener Messtechniken detektiert werden. Diese Verfahren können für einen Einsatz in einer Schmelze ungeeignet sein. Beispielsweise können optische Verfahren nicht in einer undurchsichtigen Schmelze eingesetzt werden. Beispielsweise können derzeitige resistive bzw. kapazitive Gittersensoren nicht für eine Schmelze geeignet sein, z.B. aufgrund einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bzw. einer hohen Temperatur der Schmelze.In general, gas bubbles in water, and/or poorly conducting media, and/or opaque media can be detected using various measurement techniques. These methods can be unsuitable for use in a melt. For example, optical methods cannot be used in an opaque melt. For example, current resistive or capacitive grid sensors may not be suitable for a melt, e.g. due to a high electrical conductivity or a high temperature of the melt.
Beispielsweise können Blasen in einer Schmelze mittels einer der folgenden Methoden detektiert werden. Die folgenden Methoden weisen jedoch Nachteile auf, durch diese beispielsweise die oben genannten Eigenschaften der Blasen nur indirekt ermittelt werden können. Beispielsweise können in Metallschmelzen in industriellen Anlagen, z.B. in der Stahl-Sekundärmetallurgie, Gasblasen anhand eines Auftreffbereiches der sichtbaren Oberfläche bewertet werden. Beispielsweise können mittels Röntgenstrahlen verschiedene Eigenschaften von Gasblasen in Schmelzen und/oder Zweiphasen-Strömungsregimen visualisiert werden. Allerdings können die massereichen Elemente (z.B. Bi, Ga, Fe, In, etc.), die typischerweise in Schmelzen auftreten können, die Röntgenstrahlen derart schwächen, dass mit einem vertretbaren Aufwand nur dünne Behälter, z.B. mit einer Breite geringer als 15 mm, durchstrahlt werden können. Dadurch kann dieses Verfahren für große Volumina (z.B. mehr als 1 1) ungeeignet sein. Beispielsweise können mittels eines Neutronenbasierten Verfahrens oder eines Gamma-Radiographie-Verfahrens breitere Behälter (z.B. mit einer Breite von mehr als 15 mm) durchstrahlt werden. Jedoch kann durch diese Verfahren der Aufwand erhöht werden. Zusätzlich können ein erzielbarer Bildkontrasts und/oder eine zeitliche Auflösung der Messung unzureichend sein. Beispielsweise können Ultraschallverfahren auf einer Reflexion der von einem Sensor ausgesendeten Impulse an einer Grenzfläche zwischen einer Blasenoberfläche und der Schmelze basieren. Damit kann der Abstand zwischen einem Sensor und der Blasenoberfläche bestimmt werden. Tomographische Verfahren können dabei die Form, Position und Geschwindigkeit der Blase detektieren. Allerdings kann die Auswertung der Daten sehr schwierig werden, wenn sich viele Blasen (z.B. mehr als 3) gleichzeitig im Messfenster befinden. Beispielsweise können die Blasen, die sich näher am Sensor befinden als andere Blasen, Signale der anderen Blasen abschirmen. Zudem kann bei diesem Verfahren die Einkopplung des Ultraschallsignals in die Schmelze besonders bei Temperaturen über 200 °C schwierig sein. Beispielsweise kann beim Einsatz in besonders hohen Temperaturen mittels Ultraschall Wellenleitern die Messtiefe limitiert sein. Zusätzlich können sich an einer Einkoppelstelle des Signals Oxide ablagern, wodurch die Signalgüte reduziert werden kann. Dies kann dazu führen, dass die Sensoren unbrauchbare Signale liefern. Beispielsweise können Blasen mittels Nadelsonden detektiert werden. Eine Durchlaufzeit einer Blase kann lokal an der Spitze einer der Nadelsonden gemessen werden. Erreicht beispielsweise die Blase die Spitze der Nadelsonde, so kann sich der Widerstand der Nadelsonden erhöhen. Um beispielsweise eine räumliche Verteilung und/oder eine Größe einer Blase zu bestimmen, kann es notwendig sein, eine Vielzahl von Nadelsonden (z.B. mehr als 10) in der Schmelze anzuordnen. Zusätzlich kann eine räumliche Auflösung durch einen Abstand der Nadelsonden voneinander bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Wahl einer Isolierung und eines Materials für eine Spitze der Nadelsonde wichtig sein, um korrosive Effekte während der Messung zu reduzieren. Beispielsweise können sich Oxide an der Spitze der Nadelsonde ablagern, wodurch die Signalgüte reduziert wird. Aufgrund der Nadelsonden innerhalb der Schmelze können nicht zu vernachlässigende Störungen der Strömung auftreten. Beispielsweise können Gasblasen eine Tendenz zeigen Strömungshindernissen, z.B. den Nadelsonden, auszuweichen. Dadurch können ermittelte Messwerte mit sehr großen Fehlern behaftet sein. Beispielsweise können induktive Verfahren, bei denen die Magnetfeldsensoren außerhalb der Schmelze positioniert sind, eine Detektion von Blasen ermöglichen. Eine genaue räumliche Verteilung und/oder eine genaue Bestimmung der Blasengröße kann jedoch schwierig sein, da beispielsweise ein mathematisches nicht-lineares inverses Problem bzw. ein schlechtgestelltes nicht-lineares inverses Problem gelöst werden muss.For example, bubbles in a melt can be detected using one of the following methods. However, the following methods have disadvantages, for example the above-mentioned properties of the bubbles can only be determined indirectly by means of these. For example, in metal melts in industrial plants, eg in steel secondary metallurgy, gas bubbles can be evaluated using an impact area on the visible surface. For example, various properties of gas bubbles in melts and/or two-phase flow regimes can be visualized using X-rays. However, the massive elements (e.g. Bi, Ga, Fe, In, etc.), which can typically occur in melts, can weaken the X-rays to such an extent that only thin containers, e.g. with a width of less than 15 mm, can penetrate with reasonable effort can become. As a result, this method can be unsuitable for large volumes (eg more than 1 liter). For example, wider containers (eg with a width of more than 15 mm) can be irradiated using a neutron-based method or a gamma radiography method. However, the effort can be increased by these methods. In addition, an achievable image contrast and/or a temporal resolution of the measurement may be insufficient. For example, ultrasonic methods can be based on a reflection of the pulses emitted by a sensor at an interface between a bubble surface and the melt. This allows the distance between a sensor and the bubble surface to be determined. Tomographic methods can detect the shape, position and speed of the bubble. However, evaluating the data can become very difficult if there are many bubbles (eg more than 3) in the measurement window at the same time. For example, the bubbles that are closer to the sensor than other bubbles can shield signals from the other bubbles. In addition, coupling the ultrasonic signal into the melt can be difficult with this method, especially at temperatures above 200 °C. For example, when used in particularly high temperatures, the measuring depth can be limited using ultrasonic waveguides. In addition, oxides can be deposited at a coupling point of the signal, which can reduce the signal quality. This can cause the sensors to deliver unusable signals. For example, bubbles can be detected using needle probes. A transit time of a bubble can be measured locally at the tip of one of the needle probes. For example, if the bubble reaches the tip of the needle probe, the resistance of the needle probes may increase. For example, in order to determine a spatial distribution and/or a size of a bubble, it may be necessary to arrange a large number of needle probes (eg more than 10) in the melt. In addition, a spatial resolution can be determined by a distance between the needle probes. For example, a choice of insulation and of a material for a needle probe tip may be important to reduce corrosive effects during measurement. For example, oxides can build up on the tip of the needle probe, reducing signal fidelity. Due to the needle probes within the melt, flow disturbances that cannot be neglected can occur. For example, gas bubbles can show a tendency to avoid flow obstructions, such as needle probes. As a result, measured values can be subject to very large errors. For example, inductive methods, in which the magnetic field sensors are positioned outside the melt, can enable bubbles to be detected. However, an accurate spatial distribution and/or an accurate determination of the bubble size can be difficult because, for example, a mathematical non-linear inverse problem or an ill-posed non-linear inverse problem has to be solved.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Blasen (d.h. Gasblasen) in einer elektrisch leitfähigen Schmelze bereitgestellt. Die Schmelze kann für sichtbares Licht undurchlässig sein.According to various aspects, an apparatus for detecting bubbles (i.e., gas bubbles) in an electrically conductive melt is provided. The melt can be opaque to visible light.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die ein oder mehrere Eigenschaften (z.B. eine Räumliche Verteilung, eine Größe eine Geschwindigkeit, etc.) von Gasblasen kontinuierlich detektieren kann. Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Vielzahl von Gasblasen detektieren kann, z.B. gleichzeitig. Die Gasblasen können beispielsweise in sogenannten Blasenketten und/oder in Blasenschwärmen detektiert werden. Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die Blasen mit kleinem Durchmesser (z.B. kleiner 3 mm) und großem Durchmesser (z.B. größer 10 mm, 30mm, 60mm und größer 100mm) detektieren kann.According to various aspects, a device is provided that can continuously detect one or more properties (e.g., a spatial distribution, a size, a velocity, etc.) of gas bubbles. According to various aspects, an apparatus is provided that can detect a plurality of gas bubbles, e.g., simultaneously. The gas bubbles can be detected, for example, in so-called bubble chains and/or in bubble swarms. According to various aspects, an apparatus is provided that can detect small diameter (e.g., less than 3 mm) and large diameter (e.g., greater than 10 mm, 30 mm, 60 mm, and greater than 100 mm) bubbles.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine hohe zeitliche und/oder hohe räumliche Auflösung aufweist, verglichen mit herkömmlichen Blasendetektionssystemen.According to various aspects, an apparatus is provided that has high temporal and/or high spatial resolution compared to conventional bubble detection systems.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, deren Messwerte mit geringem rechentechnischem Aufwand auswertbar sind. Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, bei der man mit hohem rechentechnischem Aufwand (z.B. die Lösung eines inversen Problems) zusätzliche Informationen über die Blase und Schmelze ermittelt werden können. Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die einen auf einfache Weise zu realisierenden und/oder anzupassenden Aufbau aufweist, und/oder für Behälter mit großen Durchmessern (z.B. mehr als 20cm) geeignet ist.According to various aspects, a device is provided whose measured values can be evaluated with little computational effort. According to various aspects, an apparatus is provided in which additional information about the bubble and melt can be determined with high computational effort (e.g. solving an inverse problem). According to various aspects, a device is provided which has a structure which is easy to implement and/or adapt, and/or which is suitable for containers with large diameters (e.g. more than 20 cm).
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die in einer großen Bandbreite von Geometrien verwendet werden kann, insbesondere kann die Geometrie der Vorrichtung an eine Verwendung bzw. einen Verwendungsort angepasst werden.According to various aspects, a device is provided which can be used in a wide range of geometries, in particular the geometry of the device can be adapted to a use or a use location.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die zumindest teilweise mit Medien, die eine hohe Temperaturen z.B. über 300°C, 500°C, oder über 1000°C aufweisen, in Kontakt gebracht werden.According to various aspects, a device is provided which is at least partially brought into contact with media having a high temperature, e.g., above 300°C, 500°C, or above 1000°C.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die robust gegenüber ein oder mehreren reaktiven Fluiden ist, z.B. gegenüber ein oder mehreren chemisch aggressiven Fluiden.According to various aspects, a device is provided that is robust to one or more reactive fluids, e.g., one or more chemically aggressive fluids.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Blasendetektionsvorrichtung zum Detektieren von Blasen in einer elektrisch leitfähigen Schmelze bereitgestellt, die Blasendetektionsvorrichtung aufweisend: eine Sendespule zum Senden eines Signals, eine Empfangsspule zum Empfangen eines Signals, wobei die Sendespule und die Empfangsspule derart eingerichtet sind, dass mindestens ein Kopplungsbereich gebildet wird, in dem die Sendespule und die Empfangsspule miteinander derart induktiv gekoppelt sind, dass, wenn die Sendespule und die Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze sind, ein von der Sendespule ausgesendetes Signal mittels der Empfangsspule empfangen werden kann.According to various aspects, a bubble detection device for detecting bubbles in an electrically conductive melt is provided, the bubble detection device having: a transmitting coil for transmitting a signal, a receiving coil for receiving a signal, the transmitting coil and the receiving coil being set up in such a way that at least one coupling region is formed in which the transmission coil and the reception coil are inductively coupled to one another in such a way that when the transmission coil and the reception coil are in an electrically conductive melt, a signal emitted by the transmission coil can be received by the reception coil.
Anschaulich wird eine Blasendetektionsvorrichtung bereitgestellt, die mindestens zwei Spulen aufweist, die in einer Schmelze positioniert werden können. Mindestens eine Spule kann zum Senden eines Signals (eine sogenannte Sendespule oder Erregerspule) und mindestens eine Spule kann zum Empfangen eines Signals (eine sogenannte Empfangsspule oder Empfängerspule) verwendet werden. Mittels einer gewählten Frequenz des gesendeten Signals, kann eine räumlich aufgelöste Ausgabe bereitgestellt werden, ohne ein inverses Problem zu lösen. Die bereitgestellte Blasendetektionsvorrichtung erlaubt eine hohe räumliche und/oder zeitliche Auflösung der Verteilung, Größe und Geschwindigkeit von Blasen in der elektrisch leitfähigen Schmelze, beispielsweise in flüssigen Metallen. Die räumliche Auflösung der Blasendetektionsvorrichtung kann durch eine Hinzunahme von mehreren Sendespulen und/oder Empfangsspulen erreicht werden. Durch eine hohe Frequenz kann mittels der Blasendetektionsvorrichtung eine hohe Bildrate verglichen mit herkömmlichen Systemen bereitgestellt werden. Die Fähigkeit zur Messung der Geschwindigkeit von Blasen kann durch die Hinzunahme einer oder mehreren zusätzlicher Messebenen erreicht werden. Die bereitgestellte Blasendetektionsvorrichtung kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass sie nicht durch eine Temperatur der Schmelze, eine möglicherweise auftretende Korrosion und/oder durch eine besondere Anforderung auf eine Koppelschicht eingeschränkt wird.Clearly, a bubble detection device is provided that has at least two coils that can be positioned in a melt. At least one coil can be used to transmit a signal (a so-called transmitter coil or excitation coil) and at least one coil can be used to receive a signal (a so-called receiver coil or receiver coil). By means of a chosen frequency of the transmitted signal, a spatially resolved output can be provided without solving an inverse problem. The bubble detection device provided allows a high spatial and/or temporal resolution of the distribution, size and speed of bubbles in the electrically conductive melt, for example in liquid metals. The spatial resolution of the bubble detection device can be achieved by adding a plurality of transmitting coils and/or receiving coils. A high frame rate compared to conventional systems can be provided by means of the bubble detection device due to a high frequency. The ability to measure the velocity of bubbles can be achieved by adding one or more additional measurement planes. The bubble detector provided tion device can, for example, be set up in such a way that it is not limited by the temperature of the melt, any corrosion that may occur and/or by a special requirement for a coupling layer.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Detektieren von Blasen in einer Schmelze bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Positionieren zumindest einer Sendespule und einer Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze, wobei die Sendespule und die Empfangsspule in einem Kopplungsbereich induktiv miteinander gekoppelt sind. Senden eines Signals mittels der Sendespule, Empfangen eines von dem gesendeten Signal erzeugten Messsignals mittels der Empfangsspule, Ermitteln eines Wertes, welcher eine oder mehrere Eigenschaften der Schmelze mit oder ohne Gasblase(n) repräsentiert, basierend auf dem empfangenen Messsignal.According to various aspects, a method for detecting bubbles in a melt is provided, the method comprising: positioning at least one transmission coil and one reception coil in an electrically conductive melt, the transmission coil and the reception coil being inductively coupled to one another in a coupling region. Sending a signal using the transmitting coil, receiving a measurement signal generated by the transmitted signal using the receiving coil, determining a value which represents one or more properties of the melt with or without gas bubble(s), based on the received measurement signal.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Detektieren von Blasen in einer Schmelze bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Positionieren mehrerer Sendespulen und mehrerer Empfangsspulen in einer elektrisch leitfähigen Schmelze, wobei die mehreren Sendespulen und die mehreren Empfangsspulen eine räumliche Anordnung von Kopplungsbereichen, in denen jeweils eine der mehreren Sendespulen induktiv mit einer der mehreren Empfangsspulen gekoppelt ist, erzeugen. Senden eines Sendesignals mittels einer der mehreren Sendespulen, Empfangen jeweils eines Messsignals mittels jeder der mehreren Empfangsspule, wobei das jeweilige Messsignal von dem Sendesignal erzeugt wird. Ermitteln eines Wertes, welcher ein oder mehrere Eigenschaften der Schmelze mit oder ohne Gasblase(n) repräsentiert, basierend auf den empfangenen Messsignalen.According to various aspects, a method for detecting bubbles in a melt is provided, the method comprising: positioning a plurality of transmission coils and a plurality of reception coils in an electrically conductive melt, the plurality of transmission coils and the plurality of reception coils having a spatial arrangement of coupling regions, in each of which one of the multiple transmitting coils is inductively coupled to one of the multiple receiving coils. Sending a transmission signal by means of one of the several transmission coils, receiving a respective measurement signal by means of each of the several reception coils, the respective measurement signal being generated by the transmission signal. Determination of a value, which represents one or more properties of the melt with or without gas bubble(s), based on the received measurement signals.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Blasendetektionsvorrichtung bereitgestellt, die ein oder mehrere Spulen aufweist, wobei die ein oder mehrere Spulen so eingerichtet sind, um in einem flüssigen Metall angeordnet werden zu können. Gemäß verschiedenen Aspekten können die eine oder mehreren Spulen jeweils ein oder mehrere Windungen aufweisen.According to various aspects, a bubble detection device is provided that includes one or more coils, wherein the one or more coils are configured to be placed in a liquid metal. In various aspects, the one or more coils may each have one or more turns.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Blasendetektionsvorrichtung eine oder mehrere Messebenen aufweisen, um beispielsweise über einen Abstand direkt benachbarter Messebenen Zeitabhängigkeiten, z.B. Geschwindigkeit über Zeitunterschiede zu detektieren.According to various aspects, a bubble detection device can have one or more measurement planes, for example to detect time dependencies over a distance between directly adjacent measurement planes, e.g. speed over time differences.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Blasendetektionsvorrichtung mehrere Empfangsspulen (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 16, 32, oder mehr als 32) aufweisen, die eingerichtet sind, ein induziertes Magnetfeld gleichzeitig, z.B. in einer parallelen Messung, oder zeitlich versetzt, z.B. in einer seriellen Messung, zu detektieren.According to various aspects, a bubble detection device may include multiple receiving coils (e.g., 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 16, 32, or more than 32) configured to sense an induced magnetic field simultaneously, e.g., in a parallel measurement, or at different times, e.g. in a serial measurement.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren bereitgestellt, dass eine schnelle und präzise Messung der Amplitude und/oder der Phase einer induzierten Spannung erlaubt. Ferner kann ein effektiver und genauer Algorithmus zur Demodulation verwendet werden.According to various aspects, a method is provided that allows for a quick and precise measurement of the amplitude and/or the phase of an induced voltage. Furthermore, an effective and accurate algorithm for demodulation can be used.
Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren bereitgestellt, die Größe des Kopplungsbereiches über unterschiedliche Frequenzen zu beeinflussen, die Frequenzen können überlagert und/oder zeitlich versetzt erzeugt werden.According to various aspects, a method is provided for influencing the size of the coupling region via different frequencies, the frequencies can be superimposed and/or generated with a time offset.
Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Embodiments are shown in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigen
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1A bis2B schematisch eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten; -
3 eine beispielhafte schematische Darstellung einer Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten, die mehrere Sendespulen und mehrere Empfangsspulen aufweist; -
4 einen beispielhaften Zeitverlauf eines demodulierten Signals einer Empfangsspule; -
5A eine schematische Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten; -
5b eine beispielhafte Sensitivitätsmatrix einer Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten; -
6 beispielhaft einen schematischen Aufbau einer Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten; -
7 eine Fotografie einer Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten entsprechend der schematischen Darstellung nach2A /2B; -
8 eine Fotografie einer Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten, die in einen Behälter, der mit einem Flüssigmetall gefüllt ist, eingetaucht ist; und -
9 in einer Fotografie schematisch eine mögliche Anordnung einer Blasendetektionsvorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten.
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1A until2 B schematically a bubble detection device according to various aspects; -
3 an exemplary schematic representation of a bubble detection device according to various aspects, which has a plurality of transmitting coils and a plurality of receiving coils; -
4 an exemplary time course of a demodulated signal of a receiving coil; -
5A a schematic bubble detection device according to various aspects; -
5b an exemplary sensitivity matrix of a bubble detection device according to various aspects; -
6 by way of example, a schematic structure of a bubble detection device according to various aspects; -
7 1 shows a photograph of a bubble detection device according to various aspects according to the schematic representation2A /2 B; -
8th 14 is a photograph of a bubble detection device according to various aspects immersed in a container filled with a liquid metal; and -
9 in a photograph schematically a possible arrangement of a bubble detection device according to various aspects.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Gemäß verschiedenen Aspekten können sich ein oder mehrere Bauteile in Kontakt mit einer Schmelze befinden. Als Schmelze wird hierbei ein Material oder ein Materialgemisch verstanden, das weder fest noch gasförmig ist. Eine Schmelze kann eine Prozesstemperatur aufweisen, bei der Blasen innerhalb der Schmelze detektiert werden sollen. Die Prozesstemperatur kann im Folgenden auch als eine Temperatur der Schmelze bezeichnet werden. Es versteht sich, dass die Prozesstemperatur einen Temperaturbereich umfassen kann. Beispielsweise kann die Prozesstemperatur des Materials bzw. die Prozesstemperatur des Materialgemischs größer sein als dessen jeweilige Schmelztemperatur. Beispielsweise kann bei einem Materialgemisch aufweisend mehrere Materialien die Prozesstemperatur kleiner sein als eine Schmelztemperatur von zumindest einem der mehreren Materialien des Materialgemischs. Beispielsweise kann die Schmelze eine Salzschmelze, und/oder eine Halbleiterschmelze, und/oder eine Metallschmelze, einem sogenannten Flüssigmetall aufweisen oder sein. Beispielsweise kann die Schmelze ein oder mehrere Metalle, und/oder ein oder mehrere ionische Lösungen, und/oder ein oder mehrere Halbleiter aufweisen.In various aspects, one or more components may be in contact with a melt. Here, a melt is understood to be a material or a mixture of materials that is neither solid nor gaseous. A melt can have a process temperature at which bubbles within the melt are to be detected. The process temperature can also be referred to below as a temperature of the melt. It goes without saying that the process temperature can cover a temperature range. For example, the process temperature of the material or the process temperature of the material mixture can be greater than its respective melting point. For example, in the case of a material mixture comprising a plurality of materials, the process temperature can be lower than a melting point of at least one of the plurality of materials in the material mixture. For example, the melt can include or be a salt melt and/or a semiconductor melt and/or a metal melt, a so-called liquid metal. For example, the melt can have one or more metals and/or one or more ionic solutions and/or one or more semiconductors.
Gemäß verschiedenen Aspekten können ein oder mehrere Bauteile und/oder eine Schmelze elektrisch leitfähig sein. Als elektrisch leitfähig werden die ein oder mehreren Bauteile bzw. die Schmelze bezeichnet, wenn die jeweilige elektrische Leitfähigkeit a größer als 102 S/m ist, z.B. größer ist als 103 S/m, 104 S/m, 105 S/m, 106 S/m, 107 S/m, oder größer ist als 108 S/m. Es versteht sich, dass die elektrische Leitfähigkeit sich auf die elektrische Leitfähigkeit bei einer Temperatur bezieht, bei der das jeweilige Bauteil verwendet werden kann (z.B. funktionsgemäß), bzw. bei der die Schmelze untersucht werden kann, z.B. bei der Prozesstemperatur.According to various aspects, one or more components and/or a melt can be electrically conductive. The one or more components or the melt are referred to as being electrically conductive if the respective electrical conductivity a is greater than 10 2 S/m, for example greater than 10 3 S/m, 10 4 S/m, 10 5 S/m. m, 10 6 S/m, 10 7 S/m, or greater than 10 8 S/m. It goes without saying that the electrical conductivity relates to the electrical conductivity at a temperature at which the respective component can be used (eg functionally) or at which the melt can be examined, eg at the process temperature.
Gemäß verschiedenen Aspekten können ein oder mehrere Bauteile elektrisch isolierend sein. Ein elektrisch isolierendes Bauteil ist beispielsweise nicht oder schlecht elektrisch leitfähig. In various aspects, one or more components may be electrically isolating. An electrically insulating component is, for example, not electrically conductive or only poorly conductive.
Beispielsweise kann die elektrische Leitfähigkeit eines elektrisch isolierenden Bauteils kleiner sein als 102 S/m. Von besonderer Bedeutung kann sein, dass die Leitfähigkeit des isolierenden Bauteils um mindestens eine Größenordnung geringer ist als die des elektrischen LeitersFor example, the electrical conductivity of an electrically insulating component can be less than 10 2 S/m. It can be of particular importance that the conductivity of the insulating component is at least one order of magnitude lower than that of the electrical conductor
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Bauteil als eine Sendespule bezeichnet werden. Die Sendespule kann eine Spule sein, die ein oder mehr Windungen aufweist. Die Sendespule kann ein Stab sein. Die Sendespule kann eingerichtet sein, ein Signal zu senden. Beispielsweise kann das Signal mit einer vorgegebenen Frequenz gesendet werden. Beispielsweise kann dazu ein Wechselstrom mit der vorgegebenen Frequenz an die Sendespule angelegt werden. Beispielsweise kann die vorgegebene Frequenz größer als 10 Hz sein, z.B. größer als 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz, 500 kHz, 1 MHz, 2 MHz, 5 MHz, 10 MHz oder größer als 20 MHz. Beispielsweise kann die Sendespule eingerichtet sein, ein oder mehrere weitere Signale zu senden. Beispielsweise können die ein oder mehrere weiteren Signale voneinander verschiedene oder gleiche vorgegebene Frequenzen aufweisen. Beispielsweise können das Signal und die ein oder mehreren weiteren Signale in einer vorgegebenen Reihenfolge gesendet werden. Beispielsweise kann die Sendespule eingerichtet sein, das Signal kontinuierlich und/oder in bestimmten Intervallen (z.B. in Zeitintervallen) zu senden. Insbesondere kann die Sendespule dazu eingerichtet sein, jedes der ein oder mehreren weiteren Signale in einem jeweiligen vorgegebenen Zeitintervall zu senden. Beispielsweise kann die Sendespule derart ausgestaltet sein, dass sie eine Strömung innerhalb der Schmelze so wenig wie möglich beeinflusst (z.B. stört). Beispielsweise kann ein Querschnitt eines Spulenleiters der Sendespule so gering wie möglich wie sein, ohne die Funktion der Blasendetektionsvorrichtung zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann die Sendespule so groß wie notwendig sein, um den Anforderungen an die mechanische Festigkeit zu genügen.In various aspects, a component may be referred to as a transmit coil. The transmitter coil can be a coil that has one or more turns. The transmitter coil can be a rod. The transmission coil can be set up to transmit a signal. For example, the signal can be sent at a predetermined frequency. For example, an alternating current with the specified frequency can be applied to the transmission coil for this purpose. For example, the predetermined frequency may be greater than 10 Hz, e.g. greater than 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz, 500 kHz, 1MHz, 2MHz, 5MHz, 10MHz or greater than 20MHz. For example, the transmission coil can be set up to transmit one or more further signals. For example, the one or more further signals can have predefined frequencies that are different or the same as one another. For example, the signal and the one or more other signals can be sent in a predetermined order. For example, the transmission coil can be set up to transmit the signal continuously and/or at specific intervals (e.g. at time intervals). In particular, the transmission coil can be set up to transmit each of the one or more further signals in a respective predefined time interval. For example, the transmission coil can be designed in such a way that it influences (e.g. disturbs) a flow within the melt as little as possible. For example, a cross section of a coil conductor of the transmission coil can be as small as possible without impairing the function of the bubble detection device. For example, the transmitter coil can be as large as necessary to meet mechanical strength requirements.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Bauteil als eine Empfangsspule bezeichnet werden. Die Empfangsspule kann eine Spule mit ein oder mehreren Windungen sein. Die Empfangsspule kann ein Stab sein. Die Empfangsspule kann eingerichtet sein, ein Signal zu empfangen. Das Signal kann beispielsweise ein Strom, und/oder eine Spannung, und/oder eine Frequenz aufweisen oder sein. Die Empfangsspule kann beispielsweise eingerichtet sein, das Signal durchgehend oder nur in vorgegebenen Intervallen zu Empfangen. Beispielsweise kann die Empfangsspule das Signal zeitaufgelöst empfangen. Beispielsweise kann die Empfangsspule derart ausgestaltet sein, dass sie eine Strömung innerhalb der Schmelze so wenig wie möglich beeinflusst (z.B. stört). Beispielsweise kann ein Querschnitt eines Spulenleiters der Empfangsspule so gering wie möglich sein, ohne die Funktion der Blasendetektionsvorrichtung zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann die Empfangsspule so groß wie notwendig sein, um den Anforderungen an die mechanische Festigkeit zu genügen.In various aspects, a component may be referred to as a receiving coil. The receiving coil can be a coil with one or more turns. The receiving coil can be a rod. The receiving coil can be set up to receive a signal. The signal can have or be a current and/or a voltage and/or a frequency, for example. The receiving coil can be set up, for example, to receive the signal continuously or only at predetermined intervals. For example, the receiving coil can receive the signal in a time-resolved manner. For example, the receiving coil can be designed in such a way that it affects a flow within the melt as little as possible flows (e.g. disturbs). For example, a cross section of a coil conductor of the reception coil can be as small as possible without impairing the function of the bubble detection device. For example, the receiver coil can be as large as necessary to meet mechanical strength requirements.
Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Signal (z.B. ein gesendetes Signal, ein empfangenes Signal, ein Messsignal, ein Sendesignal) eine Signalcharakteristik aufweisen. Eine Signalcharakteristik kann durch ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften definiert sein bzw. diese repräsentieren: eine Intensität, und/oder eine Frequenz, und/oder eine Signaldauer, und/oder eine Pulsdauer, und/oder eine Pulsanzahl, und/oder eine Anzeit, und/oder eine Phase. Die Intensität beinhaltet die Stromstärke, und Spannung des Signals. Beispielsweise können ein erstes Signal und ein zweites Signal voneinander verschiedene (d.h. unterschiedliche) Signalcharakteristiken aufweisen. Anschaulich kann das bedeuten, dass sich eine Signalcharakteristik des ersten Signals von einer Signalcharakteristik des zweiten Signals in zumindest einer der zuvor genannten Eigenschaften der Signalcharakteristik unterscheidet. Beispielsweise können ein erstes Signal und ein zweites Signal die gleiche Signalcharakteristik haben, d.h. sich in keiner der zuvor genannten Eigenschaften unterscheiden. Signale mit gleicher Signalcharakteristik können auch als gleiche Signale verstanden werden.According to various aspects, a signal (e.g. a transmitted signal, a received signal, a measurement signal, a transmission signal) can have a signal characteristic. A signal characteristic can be defined by or represent one or more of the following properties: an intensity, and/or a frequency, and/or a signal duration, and/or a pulse duration, and/or a pulse number, and/or a time, and/or a phase. Intensity includes the current and voltage of the signal. For example, a first signal and a second signal may have different (i.e. different) signal characteristics from each other. This can clearly mean that a signal characteristic of the first signal differs from a signal characteristic of the second signal in at least one of the above-mentioned properties of the signal characteristic. For example, a first signal and a second signal can have the same signal characteristics, i.e. they do not differ in any of the aforementioned properties. Signals with the same signal characteristics can also be understood as the same signals.
Eine Blasendetektionsvorrichtung kann ein oder mehrere Sendespulen und ein oder mehrere Empfangsspulen aufweisen. A bubble detection device may include one or more transmit coils and one or more receive coils.
Spulen können jeweils derart angeordnet sein, dass zwischen den ein oder mehreren Sendespulen und den ein oder mehreren Empfangsspulen ein oder mehrere Kopplungsbereiche gebildet werden können. In jedem der ein oder mehreren Kopplungsbereiche kann jeweils eine Sendespule mit jeweils einer Empfangsspule induktiv gekoppelt sein.Coils can each be arranged in such a way that one or more coupling regions can be formed between the one or more transmission coils and the one or more reception coils. In each of the one or more coupling areas, a respective transmission coil can be inductively coupled to a respective reception coil.
Es versteht sich, dass die Spulen auch derart angeordnet sein können, dass die Sendespule 110 gänzlich oder teilweise innerhalb der Empfangsspule 120 bzw. die Empfangsspule 120 gänzlich oder teilweise innerhalb der Sendespule 110 angeordnet sein kann.It goes without saying that the coils can also be arranged in such a way that the
Es versteht sich, dass die Sendespule 110 und/oder die Empfangsspule 120 auch bezüglich einer Z-Achse beliebig rotiert werden können. Beispielweise kann eine Rotation bezüglich der Z-Achse analog zu einer zuvor beschriebenen Rotation bezüglich der X-Achse bzw. der Y-Achse durchgeführt werden.It goes without saying that the
In den
Zum Detektieren von Blasen kann die Sendespule 110 eingerichtet sein, ein Signal mit einer vorgegebenen Frequenz zu senden. Die Empfangsspule 120 kann dieses beispielsweise im Kopplungsbereich empfangen, z.B. über die induktive Kopplung. Beispielsweise kann das empfangene Signal anders sein, wenn sich innerhalb des Kopplungsbereiches und/oder in der Nähe des Kopplungsbereiches eine Blase befindet, verglichen mit dem empfangenen Signal, wenn sich innerhalb des Kopplungsbereiches und/oder in der Nähe des Kopplungsbereiches nur die Schmelze (bzw. keine Blase) befindet.In order to detect bubbles, the
Die Sendespule 110 und die Empfangsspule 120 können jeweils zumindest abschnittsweise mit einem elektrisch isolierenden Material umgeben sein, z.B. um die jeweilige Spule von der elektrisch leitfähigen Schmelze zu trennen. Das elektrisch isolierende Material sollte beispielsweise eine Schmelztemperatur aufweisen, die größer ist als die Temperatur der Schmelze, in der die Blasendetektionsvorrichtung verwendet werden soll. Beispielsweise verhindert das elektrisch isolierende Material einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Sendespule 110 und der Empfangsspule 120 (z.B. in einem Kopplungsbereich 130). Beispielsweise kann das elektrisch isolierende Material eingerichtet sein, dass die jeweilige umgebene Spule nicht während der Verwendung der Blasendetektionsvorrichtung 100 schmilzt. Beispielsweise können die Sendespule 110, und/oder die Empfangsspule 120, und/oder das jeweilige elektrisch isolierende Material mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt sein.The transmitting
Beispielsweise können die Sendspule 110 und/oder die Empfangsspule 120 so aufgebaut sein, dass sie für ein vordefiniertes Zeitintervall (z.B. innerhalb von 600 s, z.B. innerhalb von 300 s, 180 s, 120 s, 60 s, 50 s, 40 s, 30 s, 20 s, 10 s, 5 s, oder innerhalb von 1 s) ihre jeweilige Funktion erfüllen und sich danach in der Schmelze auflösen und/oder sich in dieser verschmelzen. Beispielsweise können die Materialien aus der die Sendspule 110 und/oder die Empfangsspule 120 gebildet sind, die in der Schmelze enthalten sind. Beispielsweise können die Materialien eine ähnliche Schmelztemperatur (z.B. 200°C mehr oder weniger) wie die Schmelze aufweisen.For example, the transmitting
Die Blasendetektionsvorrichtung 100 kann beispielsweise ein Sendeschaltkreis aufweisen. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis mit der Sendespule 110 gekoppelt sein. Der Sendeschaltkreis kann eingerichtet sein, an die Sendespule 110 einen Wechselstrom mit einer Frequenz zum Senden des Signals anzulegen. Beispielsweise kann eine zusätzliche Frequenz gleich oder ein Vielfaches (z.B. 2-faches, 3-faches, 5-faches, 10-faches etc. oder auch ein nicht ganzzahliges Vielfaches.) der Frequenz des Sendesignals sein und diesem überlagert werden. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eine Wechselspannung mit einer Frequenz zum Senden eines Signals an die Sendespule 120 anlegen. Beispielsweise kann das gesendete Signal eine Frequenz und/oder eine Intensität aufweisen. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis mehrere Wechselströme zum Senden von Signalen von der Sendespule 120 bereitstellen, wobei die mehreren Wechselströme voneinander verschiedene Frequenzen, und/oder Stromstärken, und/oder Spannungen aufweisen können. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis einen Multiplexer aufweisen. Beispielsweise kann der Multiplexer mit der Sendespule 110 gekoppelt werden, um ein zu sendendes Signal bereitzustellen. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, eine Messung eines Stroms der Sendespule 110 durchzuführen. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis ein Stromstärke-Messgerät und/oder ein Spannungs-Messgerät aufweisen. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis einen Leistungsverstärker und/oder einen speziellen Leistungsstromverstärker aufweisen.The
Die Blasendetektionsvorrichtung 100 kann beispielsweise einen Empfängerschaltkreis aufweisen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis mit der Empfangsspule 120 gekoppelt sein. Der Empfängerschaltkreis kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, das Signal, das von der Empfangsspule 120 gesendet wurde, zu empfangen, und/oder zu verarbeiten und/oder zu speichern. Beispielsweise kann die Empfangsspule 120 ferner dazu eingerichtet sein, die ein oder mehreren weiteren Signale der Sendespule 110 zu empfangen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis eingerichtet sein, eine Messung eines Stroms und/oder einer Spannung der Empfangsspule 110 durchzuführen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis ein Stromstärke-Messgerät und/oder ein Spannungs-Messgerät aufweisen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis einen Spannungsvorverstärker und/oder einen Stromverstärker und/oder einen Stromvorverstärker aufweisen.The
Die Blasendetektionsvorrichtung 100 kann beispielsweise eine Steuereinheit aufweisen. Der Sendeschaltkreis und/oder der Empfängerschaltkreis können ein Teil der Steuereinheit sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Empfängerschaltkreis und/oder den Sendeschaltkreis zu steuern. Beispielsweise kann die Blasendetektionsvorrichtung 100 und/oder die Sendeeinheit dazu eingerichtet sein, einem Signal, das durch die Empfangsspule empfangen wurde, ein Signal, das durch die Sendespule gesendet wurde zuzuordnen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung zum Ausgeben eines Datensatzes eingerichtet sein. Der Datensatz kann beispielsweise Informationen über ein jeweiliges gesendetes Signal und/oder ein dazugehöriges empfangenes Signal aufweisen. Der Datensatz kann beispielsweise Informationen darüber aufweisen, ob das Signal empfangen oder gesendet wurde, und/oder in welcher Spule, und/oder mit welcher Spannung, und/oder mit welcher Stromstärke, und/oder mit welcher Phase, und/oder mit welcher Frequenz, und/oder zu welchem Zeitpunkt das Signal gesendet bzw. empfangen wurde.The
Die mehreren Sendespulen 110 können jeweils an einen Sendeschaltkreis 210 angeschlossen werden. Der Sendeschaltkreis 210 kann eine Wechselstromquelle aufweisen. Der Sendeschaltkreis kann dazu eingerichtet sein, an jeder Sendespule 110 einen Wechselstrom mit einer konstanten Frequenz bereitzustellen. Beispielsweise kann an den mehreren Sendespulen gleichzeitig der Wechselstrom bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Wechselstrom an den Sendespulen in einer vorgegebenen Reihenfolge (z.B. nacheinander oder abwechselnd) bereitgestellt werden.The
Die mehreren Empfangsspulen können mit einem Empfängerschaltkreis 220 gekoppelt sein. Der Empfängerschaltkreis kann dazu eingerichtet sein die mehreren Empfangsspulen gleichzeitig zu betreiben und/oder in einer vorgegebenen Reihenfolge zu betreiben (z.B. nacheinander). Der Empfängerschaltkreis 220 kann beispielsweise einen Signalverstärker 221 und/oder einen analog-digital Konverter 222 aufweisen. Der Empfängerschaltkreis 220 kann mit einer Steuereinheit 230 (z.B. einem Echtzeitcomputersystem) gekoppelt sein. Der Empfängerschaltkreis und/oder die Steuereinheit 230 kann eingerichtet sein, das empfangene Signal zu prozessieren, z.B. das empfangene Signal auszugeben, und/oder das empfangene Signal in ein oder mehrere Teilsignale aufzuspalten (z.B. mittels Signaldemodulation), und/oder das empfangene Signal zu korrigieren (z.B. mittels einer Fehlerkorrektur und/oder einer Schwächungskorrektur), und/oder das empfangene Signal zu glätten. Der Empfängerschaltkreis und/oder die Steuereinheit 230 kann dazu eingerichtet sein, von den mehreren Empfangsspulen empfangene Signale zeitaufgelöst zu prozessieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 230 eingerichtet sein, mehr als 10 empfangene Signale pro Sekunde, z.B. mehr als 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, oder mehr als 10000 Signale pro Sekunde, zu prozessieren, z.B. einzeln zu prozessieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 230 eingerichtet sein, das empfangene Signal und/oder das prozessierte Signal an die Datenprozessiereinheit 240 (z.B. Personal-Computer) zu übermitteln.The multiple receive coils may be coupled to a
Die Blasendetektionsvorrichtung 100 kann in einer Schmelze positioniert werden. In der Schmelze können sich mehrere Blasen 11 befinden. Die Blasen 11 können sich beispielsweise an einem der Kopplungsbereiche 130 vorbei bewegen oder durch einen der Kopplungsbereiche 130 hindurchbewegen. Beispielsweise ist in einer Vergrößerungsansicht eine Blase 11 in einem Kopplungsbereich 130 dargestellt. Durch die Anwesenheit der Blase 11 kann sich ein von einer Empfangsspule empfangenes Signal verändern. Beispielsweise kann sich die Impedanz der Empfangsspule verändern. Beispielsweise kann sich die Impedanz der Sendespule verändern.The
Anschaulich kann der Kopplungsbereich ein Bereich sein, in dem Blasen detektiert werden können. Eine Größe des Kopplungsbereichs kann mittels des Skin-Effekts abgeschätzt werden. Durch das Signal, welches von der Sendespule 110 gesendet wird, kann in der leitfähigen Schmelze ein Wirbelstrom mit einer Dicke δ um die Sendespule 110 herum entstehen, wobei die Dicke δ wie folgt abgeschätzt werden kann:
Für eine anschauliche Darstellung von Grenzen von ein oder mehreren Kopplungsbereichen 130 (d.h. von ein oder mehreren sensitiven Bereichen der Blasendetektionsvorrichtung 100) kann beispielsweise eine Blasendetektionsvorrichtung 100 mit je zwei Sende und zwei Empfangsspulen verwendet werden.A
Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren und/oder charakterisieren von Gasblasen in elektrisch leitfähigen Schmelzen bereitgestellt werden, z.B. in Metallschmelzen. Beispielsweise kann die Vorrichtung bzw. das Verfahren eingesetzt werden zum Detektieren von Gasblasen in einer Zweiphasenströmung, die ein flüssiges Metall aufweisen kann, z.B. in der Metallurgie, beim Recycling von Metallen, sowie in der Energietechnik. Beispielsweise kann in der Metallurgie ein Gas verwendet werden, z.B. zum Rühren, Mischen und Homogenisieren großer Schmelzvolumina. Dabei können Blasenparameter wie eine Größe, eine Geschwindigkeit, eine Verweilzeit sowie eine räumliche Verteilung der Blasen eine wichtige Rolle spielen. Gemäß verschiedenen Aspekten wird eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitgestellt, die ein konstruktiv einfaches, unkompliziertes und/oder kontinuierliches Charakterisieren der Blasenparameter von Gasblasen in elektrisch leitfähigen und/oder optisch undurchsichtigen Schmelzen erlaubt. Beispielsweise erlauben sie das Charakterisieren der Blasenparameter unter aggressiven Bedingungen wie z.B. hohen Prozesstemperaturen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung.According to various aspects, a device and a method for detecting and/or characterizing gas bubbles in electrically conductive melts, e.g. in metal melts, can be provided. For example, the device or the method can be used to detect gas bubbles in a two-phase flow that can contain a liquid metal, e.g. in metallurgy, in the recycling of metals, and in energy technology. For example, a gas can be used in metallurgy, e.g., for stirring, mixing and homogenizing large melt volumes. Bubble parameters such as size, speed, residence time and spatial distribution of the bubbles can play an important role. According to various aspects, a device and a method are provided which allow the bubble parameters of gas bubbles in electrically conductive and/or optically opaque melts to be characterized in a structurally simple, uncomplicated and/or continuous manner. For example, they allow characterizing the bubble parameters under aggressive conditions such as high process temperatures with high temporal and spatial resolution.
Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Erregerspule und eine Empfängerspule aufweisen, die zusammen in eine zu charakterisierende Schmelze eingebracht werden. Die beiden Spulen können gegenüber der Schmelze mittels einer Schutzummantelung elektrisch isoliert sein. Beispielsweise können deren Spulenachsen einen Winkel von 90° bilden. Die Erregerspule kann mit einem wechselförmigen elektrischen Erregersignal beaufschlagt werden, wodurch in der Schmelze Wirbelströme induziert werden können. Die in der Empfängerspule induzierten Spannungen können gemessen werden. Bei Vorhandensein einer Blase (z.B. einer Gasblase) im Messbereich können von der Sendespule induzierte Wirbelströme durch die Blase beeinflusst bzw. verzerrt werden, was sich in einer Beeinflussung einer in der Empfängerspule induzierten Spannung bemerkbar machen kann. Basierend auf dem an der Empfängerspule induzierten Spannungssignal kann eine Erfassung und Charakterisierung der Gasblasen erfolgen. Beispielsweise kann mittels der Blasendetektionsvorrichtung eine Blasencharakterisierung für optisch undurchsichtige Fluide ermöglicht werden.For example, the device can have an excitation coil and a receiver coil, which are introduced together into a melt to be characterized. The two coils can be electrically insulated from the melt by means of a protective sheath. For example, their coil axes can form an angle of 90°. The excitation coil can be subjected to an alternating electrical excitation signal, as a result of which eddy currents can be induced in the melt. The voltages induced in the receiver coil can be measured. If there is a bubble (e.g. a gas bubble) in the measuring range, eddy currents induced by the transmitter coil can be influenced or distorted by the bubble, which can be noticeable in the influence of a voltage induced in the receiver coil. Based on the voltage signal induced at the receiver coil, the gas bubbles can be detected and characterized. For example, the bubble detection device can enable bubble characterization for optically opaque fluids.
Aufgrund der für das Erregersignal verwendeten hohen Frequenzen und des resultierenden Skin-Effekts können die Wirbelströme auf einen kleinen Raumbereich in der Nähe der Erregerspule beschränkt sein, wodurch die räumliche Auflösung allein durch die Sensorgeometrie gegeben sein kann. Beispielsweise kann somit durch eine entsprechende Sensorgeometrie eine hohe räumliche Auflösung erzielbar sein. Durch eine starke Lokalisierung können die erfassten Messsignale stets einer lokal definierten Messposition zuordenbar sein, sodass eine Auswertung keine Lösung eines schlechtgestellten nicht-linearen inversen Problems erfordert und somit unkompliziert erfolgen kann. Durch die starke Lokalisierung können zudem Messungen an unterschiedlichen Messpositionen (z.B. mittels mehrerer Erregerspulen und/oder Empfängerspulen) unabhängig voneinander sein bzw. durchgeführt werden, sodass unkompliziert eine gleichzeitige Charakterisierung an mehreren unterschiedlichen Messpositionen erfolgen kann, aus der z.B. Rückschlüsse über die Größe oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Blasen gezogen werden können. Durch den Einsatz einer hohen Abtastfrequenz (z.B. an den Erregerspulen) kann die Messung mit hoher zeitlicher Auflösung erfolgen.Due to the high frequencies used for the excitation signal and the resulting skin effect, the eddy currents can be limited to a small spatial area in the vicinity of the excitation coil, which means that the spatial resolution can be given solely by the sensor geometry. For example, a high spatial resolution can thus be achieved through a corresponding sensor geometry. Due to a strong localization, the recorded measurement signals can always be assigned to a locally defined measurement position, so that an evaluation does not require a solution of an ill-posed non-linear inverse problem and can therefore be carried out in an uncomplicated manner. Due to the strong localization, measurements at different measuring positions (e.g. using several excitation coils and/or receiver coils) can also be or be carried out independently of one another, so that simultaneous characterization at several different measuring positions can be carried out in an uncomplicated manner, from which, for example, conclusions can be drawn about the size or speed of movement of the bubbles. By using a high sampling frequency (eg at the excitation coils), the measurement can be carried out with a high temporal resolution.
Beispielsweise kann die Blasendetektionsvorrichtung geeignet sein, um in der Metallurgie eingesetzt werden zu können (z.B. während des Rührens oder beim Stranggießen). Beispielsweise kann die Blasendetektionsvorrichtung geeignet sein, um in der Energietechnik eingesetzt werden zu können (z.B. während der Extraktion von Wasserstoff aus Methan). Beispielsweise kann die Blasendetektionsvorrichtung geeignet sein, um während Recycling-Prozessen eingesetzt werden zu können. Beispielsweise kann die Blasendetektionseinrichtung geeignet sein, um Defekte in einem Flüssigmetall/Wasser Wärmetauscher frühzeitig zu erkennen (z.B. der Wärmetauscher zwischen Natrium und Wasser in einem Solarkraftwerk)For example, the bubble detection device may be suitable for use in metallurgy (e.g. during stirring or continuous casting). For example, the bubble detection device may be suitable for use in power engineering (e.g. during the extraction of hydrogen from methane). For example, the bubble detection device can be suitable for use during recycling processes. For example, the bubble detection device can be suitable for early detection of defects in a liquid metal/water heat exchanger (e.g. the heat exchanger between sodium and water in a solar power plant).
Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.Some examples are described below that relate to what is described herein and shown in the figures.
Beispiel 1 ist eine Blasendetektionsvorrichtung zum Detektieren von Blasen in einer elektrisch leitfähigen Schmelze, die Blasendetektionsvorrichtung kann aufweisen: eine Sendespule zum Senden eines Signals, eine Empfangsspule zum Empfangen eines Signals, wobei die Sendespule und die Empfangsspule derart eingerichtet sein können, dass mindestens ein Kopplungsbereich gebildet wird, in dem die Sendespule und die Empfangsspule miteinander derart induktiv gekoppelt sind, dass, wenn die Sendespule und die Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze sind, ein von der Sendespule ausgesendetes Signal mittels der Empfangsspule empfangen werden kann. Beispielweise kann die Blasendetektionsvorrichtung und/oder der Kopplungsbereich derart eingerichtet sein, dass eine Metallschmelze durch die Blasendetektionsvorrichtung und/oder den Kopplungsbereich hindurchfließen kann. Beispielsweise können sich die Sendespule und die Empfangsspule in einer Projektion des Kopplungsbereichs kreuzen. Beispielsweise kann die Sendespule ein oder mehrere Windungen aufweisen. Beispielsweise kann die Empfangsspule ein oder mehrere Windungen aufweisen. Beispielsweise kann der mindestens eine Kopplungsbereich genau ein Kopplungsbereich sein.Example 1 is a bubble detection device for detecting bubbles in an electrically conductive melt, the bubble detection device can have: a transmitting coil for transmitting a signal, a receiving coil for receiving a signal, wherein the transmitting coil and the receiving coil can be set up in such a way that at least one coupling region is formed in which the transmission coil and the reception coil are inductively coupled to one another in such a way that when the transmission coil and the reception coil are in an electrically conductive melt, a signal emitted by the transmission coil can be received by the reception coil. For example, the bubble detection device and/or the coupling area can be set up in such a way that molten metal can flow through the bubble detection device and/or the coupling area. For example, the transmission coil and the reception coil can cross in a projection of the coupling area. For example, the transmission coil can have one or more turns. For example, the receiving coil can have one or more turns. For example, the at least one coupling area can be exactly one coupling area.
Beispiel 2 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die Sendespule, und/oder die Empfangsspule größtenteils ein oder mehrere Materialien der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen kann: Wolfram, Aluminium, Kupfer, Platin, Gold, Molybdän, Tantal, Niob, Titan, Chrom und Rhenium. Beispielsweise kann die Sendespule und/oder die Empfangsspule größtenteils aus einer Titan-Zirkon-Molybdän-Legierung und/oder einer Wolfram-Kupfer-Legierung bestehen oder diese aufweisen.Example 2 is a bubble detection device according to example 1, wherein the transmitting coil and/or the receiving coil can largely have or consist of one or more of the following materials: tungsten, aluminum, copper, platinum, gold, molybdenum, tantalum, niobium, titanium, chromium and rhenium. For example, the transmitting coil and/or the receiving coil can largely consist of or have a titanium-zirconium-molybdenum alloy and/or a tungsten-copper alloy.
Beispiel 3 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die Sendespule einem ersten Material umhüllt ist und wobei die Empfangsspule von einem zweiten Material umhüllt ist. Beispielsweise kann das erste Material gleich dem zweiten Material sein. Beispielsweise kann das erste Material verschieden vom zweiten Material sein. Beispielsweise kann das erste bzw. zweite Material ein elektrischer Isolator sein. Beispielsweise kann das erste bzw. zweite Material eine um mindestens eine Größenordnung geringere Leitfähigkeit bei einer Temperatur der Schmelze (bzw. Prozesstemperatur) aufweisen (d.h. elektrisch schlechter leitfähig sein), bei der die Blasen in der Metallschmelze detektiert werden sollen. Beispielsweise kann das erste bzw. zweite Material eine Keramik, ein Glas, ein organisches Material (z.B. ein Harz) und/oder Porzellan und/oder Polyetheretherketon (PEEK) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen oder sein. Beispielsweise könnte es auch ein schlechterer Leiter, d.h. mit einer um mindestens um eine Größenordnung geringeren elektrischen Leitfähigkeit sein. Beispielsweise kann das erste bzw. zweite Material derart gewählt werden, dass die Schmelztemperatur des Materials größer ist, als eine Temperatur der Schmelze bei der Blasen in der Metallschmelze detektiert werden sollen. Beispielsweise kann das erste bzw. zweite Material derart gewählt werden, dass die vom Material umhüllte Spule innerhalb der Metallschmelze nicht schmilzt.Example 3 is a bubble detection device according to Example 1 or 2, wherein the transmitting coil is encased in a first material and the receiving coil is encased in a second material. For example, the first material can be the same as the second material. For example, the first material can be different from the second material. For example, the first or second material can be an electrical insulator. For example, the first or second material can have a conductivity that is at least one order of magnitude lower at a temperature of the melt (or process temperature) (i.e. have poorer electrical conductivity) at which the bubbles in the molten metal are to be detected. For example, the first or second material may include or be a ceramic, a glass, an organic material (e.g. a resin) and/or porcelain and/or polyetheretherketone (PEEK) and/or polytetrafluoroethylene (PTFE). For example, it could also be a poorer conductor, i.e. with an electrical conductivity that is at least one order of magnitude lower. For example, the first or second material can be selected in such a way that the melting temperature of the material is greater than a temperature of the melt at which bubbles in the molten metal are to be detected. For example, the first or second material can be selected in such a way that the coil covered by the material does not melt within the molten metal.
Beispielsweise kann das erste bzw. das zweite Material derart gewählt werden, dass sich das erste Material bzw. das zweite Material nach einem vordefinierten Zeitintervall in der Schmelze auflösen und/oder in sich mit der Schmelze verschmelzen können. Beispielsweise kann die Sendespule bzw. die Empfangsspule derart gewählt werden, dass sich die Sendespule bzw. die Empfangsspule nach einem vordefinierten Zeitintervall in der Schmelze auflösen und/oder in sich mit der Schmelze verschmelzen können. For example, the first or the second material can be selected in such a way that the first material or the second material can dissolve in the melt and/or fuse with the melt after a predefined time interval. For example, the transmitting coil or the receiving coil can be selected in such a way that the transmitting coil or the receiving coil can dissolve in the melt and/or fuse with the melt after a predefined time interval.
Beispiel 4 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die Schmelze eine elektrische Leitfähigkeit σ größer als 102 S/m hat, z.B. größer ist als 103 S/m, 104 S/m, 105 S/m, 106 S/m, 107 S/m, oder größer ist als 108 S/m. Beispielsweise kann die Schmelze eine Salzschmelze, und/oder eine Halbleiterschmelze, und/oder ein Flüssigmetall, und/oder eine Metallschmelze aufweisen oder sein. Beispielsweise kann die Schmelze ein oder mehrere Metalle, und/oder eine Legierung, und/oder ein oder mehrere ionische Lösungen, und/oder ein oder mehrere Halbleiter aufweisen.Example 4 is a bubble detection device according to one of Examples 1 to 3, wherein the melt has an electrical conductivity σ greater than 10 2 S/m, eg greater than 10 3 S/m, 10 4 S/m, 10 5 S/m , 10 6 S/m, 10 7 S/m, or greater than 10 8 S/m. For example, the melt can include or be a salt melt and/or a semiconductor melt and/or a liquid metal and/or a metal melt. For example, the melt can contain one or more metals and/or an alloy and/or one or more ionic Solutions, and / or have one or more semiconductors.
Beispiel 5 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die Sendespule mit einem Sendeschaltkreis gekoppelt sein kann. Der Sendeschaltkreis kann eingerichtet sein, ein erstes Signal mit einer vorgegebenen ersten Frequenz mittels der Sendespule zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf dem ersten Signal. Der Sendeschaltkreis kann eingerichtet sein, ein zweites Signal mittels der Sendespule zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf dem zweiten Signal. Beispielsweise können das erste Signal und das zweite Signal gleich sein (d.h. alle Eigenschaften der Signalcharakteristik sind gleich) und/oder eine voneinander verschiedene Signalcharakteristik aufweisen (d.h. sich in zumindest einer Eigenschaft der Signalcharakteristik unterscheiden). Beispielsweise kann eine Signalcharakteristik ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen oder sein: eine Intensität, und/oder eine Frequenz, und/oder eine Signaldauer, und/oder eine Pulsdauer, und/oder eine Pulsanzahl, und/oder eine Anzeit, und/oder eine Phase. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, das erste Signal und das zweite Signal in einer vorgegebenen Reihenfolge zu senden, z.B. nacheinander oder abwechselnd. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis dazu eingerichtet sein, das erste Signal zeitlich versetzt vom zweiten Signal zu senden. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, mehr als zwei Signale zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf den mehr als zwei Signalen.Example 5 is a bubble detection device according to any one of Examples 1 to 4, wherein the transmitting coil may be coupled to a transmitting circuit. The transmission circuit can be set up to transmit a first signal at a predetermined first frequency by means of the transmission coil in order to evaluate a measurement result based on the first signal. The transmission circuit can be set up to transmit a second signal by means of the transmission coil in order to evaluate a measurement result based on the second signal. For example, the first signal and the second signal can be the same (i.e. all properties of the signal characteristic are the same) and/or have different signal characteristics (i.e. differ in at least one property of the signal characteristic). For example, a signal characteristic can have or be one or more of the following properties: an intensity and/or a frequency and/or a signal duration and/or a pulse duration and/or a pulse number and/or a time and/or a phase. For example, the transmission circuit can be set up to transmit the first signal and the second signal in a predetermined order, e.g. one after the other or alternately. For example, the transmission circuit can be set up to transmit the first signal with a time offset from the second signal. For example, the transmission circuit can be set up to send more than two signals in order to evaluate a measurement result based on the more than two signals.
Beispiel 6 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß Beispiel 5, wobei das erste Signal bzw. das zweite Signal eine Frequenz von mehr als 10 Hz aufweisen kann, z.B. von mehr als 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz, 500 kHz, 1 MHz, 2 MHz, 5 MHz, 10 MHz oder von mehr als 20 MHz.Example 6 is a bubble detection device according to example 5, wherein the first signal or the second signal can have a frequency of more than 10 Hz, e.g. more than 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 5 kHz, 10kHz, 20kHz, 50kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz, 2MHz, 5MHz, 10MHz or greater than 20MHz.
Beispiel 7 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei die Empfangsspule mit einem Empfängerschaltkreis gekoppelt sein kann. Der Empfängerschaltkreis kann eingerichtet sein, ein Messsignal mittels der Empfangsspule zu empfangen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis eingerichtet sein, das Messsignal zeitaufgelöst zu empfangen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis eingerichtet sein, das Messsignal während ein oder mehrerer vorgegebener Zeitintervalle zu empfangen. Beispielsweise können die ein oder mehreren Zeitintervalle in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Zeitintervalle eine Reihe von Zeitintervallen aufweisen. Eine Reihe von Zeitintervallen kann beispielsweise aufweisen: ein erstes Zeitintervall, ein zweites Zeitintervall, und ein drittes Zeitintervall. Die Empfängerschaltung kann eingerichtet sein, zuerst ein erstes Messsignal in dem ersten Zeitintervall, dann ein zweites Messsignal in dem zweiten Zeitintervall, und dann ein drittes Messsignal in dem dritten Zeitintervall zu empfangen. Die Reihe kann anschließend wiederholt werden. Eine Anzahl von Reihen pro Sekunde kann als eine Messfrequenz bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Messfrequenz mehr als 10 Hz aufweisen, z.B. mehr als 100 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz oder mehr als 10MHz aufweisen. Es versteht sich, dass eine Reihe auch mehr oder weniger als 3 Zeitintervalle aufweisen kann, z.B. 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder mehr als 9 Zeitintervalle.Example 7 is a bubble detection device according to any one of Examples 1 to 6, wherein the receiving coil may be coupled to a receiver circuit. The receiver circuit can be set up to receive a measurement signal by means of the receiving coil. For example, the receiver circuit can be set up to receive the measurement signal in a time-resolved manner. For example, the receiver circuit can be set up to receive the measurement signal during one or more predefined time intervals. For example, the one or more time intervals may be arranged in a predetermined order. For example, the one or more time intervals may include a range of time intervals. A series of time intervals may include, for example: a first time interval, a second time interval, and a third time interval. The receiver circuit can be configured to first receive a first measurement signal in the first time interval, then a second measurement signal in the second time interval, and then a third measurement signal in the third time interval. The series can then be repeated. A number of rows per second can be referred to as a measurement frequency. For example, the measurement frequency can be more than 10 Hz, for example more than 100 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz or more than 10 MHz. It is understood that a series can also have more or less than 3 time intervals, e.g. 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or more than 9 time intervals.
Beispiel 8 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß Beispiel 7, wobei das Messsignal ein Strom, und/oder eine Spannung, und/oder eine Impedanz und/oder eine Frequenz sein kann. Example 8 is a bubble detection device according to example 7, wherein the measurement signal can be a current and/or a voltage and/or an impedance and/or a frequency.
Beispiel 9 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, optional ferner aufweisend eine Steuereinheit. Beispielsweise können der Sendeschaltkreis und/oder der Empfängerschaltkreis können ein Teil der Steuereinheit sein bzw. mit der Steuereinheit gekoppelt sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Empfängerschaltkreis und/oder den Sendeschaltkreis zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, das von der Empfangsspule empfangene Signal zu demodulieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Stromstärke, eine Spannung und/oder eine Frequenz von der Sendespule und/oder der Empfangsspule zu steuern und/oder zu detektieren.Example 9 is a bubble detection device according to any one of Examples 1 to 8, optionally further comprising a control unit. For example, the transmission circuit and/or the receiver circuit can be part of the control unit or can be coupled to the control unit. The control unit can be set up, for example, to control the receiver circuit and/or the transmission circuit. For example, the control unit can be set up to demodulate the signal received by the receiving coil. For example, the control unit can be set up to control and/or detect a current intensity, a voltage and/or a frequency from the transmission coil and/or the reception coil.
Beispiel 10 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, optional ferner aufweisend eine Datenprozessiereinheit. Beispielsweise kann die Datenprozessiereinheit dazu eingerichtet sein, ein Signal, welches das empfangene Signal repräsentiert (z.B. ein empfangenes Signal, ein gesendetes Signal und/oder ein Messsignal), zu prozessieren (z.B. darstellen, verarbeiten, speichern, teilen (z.B. in ein oder mehrere Teilsignale), und/oder vergleichen (z.B. mit einem vorgegebenen Wert) zum Erstellen von Daten, welche eine Anwesenheit einer Blase in dem Kopplungsbereich repräsentieren. Eine zu berechnende Eigenschaft kann beispielsweise eine der folgenden Eigenschaften sein: eine Impedanz, und/oder eine Frequenz. Das Signal kann beispielsweise ein gesendetes Signal sein, z.B. von der Sendespule. Das Signal kann beispielsweise ein empfangenes Signal sein, z.B. von der Empfangsspule. Beispielsweise kann das Signal ein demoduliertes Signal sein. Die Datenprozessiereinheit kann beispielsweise ein Prozessor und/oder ein Oszilloskop aufweisen oder sein. Beispielsweise kann die Datenprozessiereinheit eingerichtet sein, ein Signal mittels einem Korrekturwert bzw. einem Korrekturterm zu korrigieren, z.B. einen bekannten Fehler bzw. eine bekannte Messunsicherheit zu entfernen.Example 10 is a bubble detection device according to any one of Examples 1 to 9, optionally further comprising a data processing unit. For example, the data processing unit can be set up to process (e.g. represent, process, store, divide (e.g. into one or more partial signals) a signal that represents the received signal (e.g. a received signal, a transmitted signal and/or a measurement signal). ), and/or compare (e.g., to a predetermined value) to generate data representing a presence of a bubble in the coupling region. A property to be calculated may be, for example, one of the following properties: an impedance, and/or a frequency. The Signal can be, for example, a transmitted signal, for example from the transmitting coil.The signal can be, for example, a received signal, for example from the receiving coil.For example, the signal can be a demodulated signal.The data processing unit can have or be a processor and/or an oscilloscope, for example . For example the data processing unit can be set up to correct a signal by means of a correction value or a correction term, eg to remove a known error or a known measurement uncertainty.
Beispiel 11 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, ferner optional aufweisend ein oder mehrere weitere Sendespulen. Die ein oder mehreren weiteren Sendespulen und die Empfangsspule können mehrere weitere Kopplungsbereiche bilden. Beispielsweise kann in jedem der weiteren Kopplungsbereiche eine jeweilige weitere Sendespule der ein oder mehreren weiteren Sendespulen mit der Empfangsspule derart induktiv gekoppelt sein, dass, wenn die jeweilige weitere Sendespule und die Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze sind, ein von der jeweiligen weiteren Sendespule ausgesendetes Signal mittels der Empfangsspule empfangen werden kann. Beispielsweise können sich die jeweilige weitere Sendespule und die Empfangsspule in einer Projektion des jeweiligen weiteren Kopplungsbereichs kreuzen. Beispielsweise kann die Sendespule eingerichtet sein zum Senden eines ersten Signals. Beispielsweise kann eine erste weitere Sendespule der ein oder mehreren weiteren Sendespulen eingerichtet sein zum Senden eines zweiten Signals. Beispielsweise kann eine Sendecharakteristik des ersten Signals und eine Sendecharakteristik des zweiten Signals gleich oder verschieden voneinander sein. Beispielsweise können die Sendespule und die erste weitere Sendespule eingerichtet sein, ihre jeweiligen Signale gleichzeitig zu senden. Beispielsweise können die erste Sendespule und die zweite Sendespule eingerichtet sein, ihre jeweiligen Signale nacheinander zu senden.Example 11 is a bubble detection device according to any one of Examples 1 to 10, further optionally comprising one or more further transmitter coils. The one or more further transmission coils and the receiving coil can form a plurality of further coupling regions. For example, in each of the additional coupling areas, a respective additional transmission coil of the one or more additional transmission coils can be inductively coupled to the reception coil in such a way that when the respective additional transmission coil and the reception coil are in an electrically conductive melt, a signal is emitted by the respective additional transmission coil can be received by the receiving coil. For example, the respective further transmission coil and the receiving coil can cross in a projection of the respective further coupling area. For example, the transmission coil can be set up to transmit a first signal. For example, a first additional transmission coil of the one or more additional transmission coils can be set up to transmit a second signal. For example, a transmission characteristic of the first signal and a transmission characteristic of the second signal can be the same or different from one another. For example, the transmission coil and the first further transmission coil can be set up to transmit their respective signals simultaneously. For example, the first transmission coil and the second transmission coil can be set up to transmit their respective signals one after the other.
Beispiel 12 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, ferner optional aufweisend ein oder mehrere weitere Empfangsspulen. Die Sendespule und die ein oder mehreren weiteren Empfangsspulen können mehrere weitere Kopplungsbereiche bilden. Beispielsweise kann in jedem der weiteren Kopplungsbereiche die Sendespule mit einer jeweiligen weiteren Empfangsspule der einen oder mehreren weiteren Empfangsspulen derart induktiv gekoppelt sein, dass, wenn die Sendespule und die jeweilige weitere Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze sind, ein von der Sendespule ausgesendetes Signal mittels der jeweiligen weiteren Empfangsspule empfangen werden kann. Beispielsweise können sich die Sendespule und die jeweilige weitere Empfangsspule in einer Projektion des jeweiligen weiteren Kopplungsbereichs kreuzen.Example 12 is a bubble detection device according to any one of Examples 1 to 10, further optionally comprising one or more further receiving coils. The transmitting coil and the one or more additional receiving coils can form multiple additional coupling areas. For example, in each of the additional coupling areas, the transmission coil can be inductively coupled to a respective additional reception coil of the one or more additional reception coils in such a way that when the transmission coil and the respective additional reception coil are in an electrically conductive melt, a signal emitted by the transmission coil can be detected by means of the respective further receiving coil can be received. For example, the transmission coil and the respective further receiving coil can cross in a projection of the respective further coupling area.
Beispielsweise können die Empfangsspule zum Empfangen eines ersten Signals eingerichtet sein. Beispielsweise kann zumindest eine erste weitere Empfangsspule der ein oder mehreren weiteren Empfangsspulen zum Empfangen eines zweiten Signals eingerichtet sein. Beispielsweise können das erste bzw. zweite empfange Signal als erstes bzw. zweites Messsignal bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Empfangsspule das erste Messsignal zeitgleich mit dem Empfang des zweiten Messsignals durch die erste weitere Empfangsspule empfangen. Beispielsweise kann die Empfangsspule das Messsignal empfangen, bevor (oder nachdem) die erste weitere Empfangsspule das zweite Messsignal empfängt. Beispielsweise kann eine Signalcharakteristik des ersten Messsignals gleich oder verschieden von einer Signalcharakteristik des zweiten Messsignals sein.For example, the receiving coil can be set up to receive a first signal. For example, at least a first additional receiving coil of the one or more additional receiving coils can be set up to receive a second signal. For example, the first or second received signal can be referred to as the first or second measurement signal. For example, the reception coil can receive the first measurement signal at the same time as the reception of the second measurement signal by the first additional reception coil. For example, the receiving coil can receive the measurement signal before (or after) the first further receiving coil receives the second measurement signal. For example, a signal characteristic of the first measurement signal can be the same as or different from a signal characteristic of the second measurement signal.
Ausgehend von den Beispielen 11 und 12 versteht es sich, dass die Blasendetektionsvorrichtung auch mehrere Sendespulen und mehrere Empfangsspulen aufweisen kann. Jede Spule der mehreren Sendespulen bzw. der mehreren Empfangsspulen kann jeweils gemäß einem der zuvor genannten Beispiele ausgestaltet sein. Zusätzlich können auch die weiteren Merkmale auf eine Blasendetektionsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Sendespulen und einer Mehrzahl von Empfangsspulen übertragen werden. Zum besseren Verständnis werden einige ausgewählte Beispiele im Folgenden beschrieben.Based on Examples 11 and 12, it is understood that the bubble detection device can also have a plurality of transmitting coils and a plurality of receiving coils. Each coil of the plurality of transmission coils or of the plurality of reception coils can each be configured according to one of the examples mentioned above. In addition, the further features can also be transferred to a bubble detection device with a plurality of transmitting coils and a plurality of receiving coils. A few selected examples are described below for better understanding.
Beispiel 13 ist eine Blasendetektionsvorrichtung zum Detektieren von Blasen in einer elektrisch leitfähigen Schmelze, die Blasendetektionsvorrichtung kann aufweisen: eine Mehrzahl von Sendespulen zum Senden von ein oder mehreren Signalen, eine Mehrzahl von Empfangsspulen zum Empfangen von ein oder mehreren Signalen, wobei die Mehrzahl von Sendespulen und die Mehrzahl von Empfangsspulen derart eingerichtet sein kann, dass eine Mehrzahl von Kopplungsbereichen gebildet wird, wobei in jedem Kopplungsbereich der Mehrzahl von Kopplungsbereichen jeweils eine Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen und jeweils eine Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen miteinander derart induktiv gekoppelt sein können, dass, wenn die jeweilige Sendespule und die jeweilige Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze sind, ein von der jeweiligen Sendespule ausgesendetes Signal mittels der jeweiligen Empfangsspule empfangen werden kann. Beispielsweise kann jede Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen ein oder mehrere Windungen aufweisen. Beispielsweise kann jede Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen ein oder mehrere Windungen aufweisen.Example 13 is a bubble detection device for detecting bubbles in an electrically conductive melt, the bubble detection device may have: a plurality of transmitting coils for transmitting one or more signals, a plurality of receiving coils for receiving one or more signals, wherein the plurality of transmitting coils and the plurality of receiving coils can be set up in such a way that a plurality of coupling regions is formed, wherein in each coupling region of the plurality of coupling regions one transmitting coil of the plurality of transmitting coils and one receiving coil of the plurality of receiving coils can be inductively coupled to one another in such a way that, if the respective transmission coil and the respective reception coil are in an electrically conductive melt, a signal emitted by the respective transmission coil can be received by the respective reception coil. For example, each transmission coil of the plurality of transmission coils can have one or more turns. For example, each receiving coil of the plurality of receiving coils can have one or more turns.
Beispiel 14 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß Beispiel 13, wobei jede Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen, und/oder jede Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen größtenteils ein oder mehrere Materialien der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen kann: Wolfram, Aluminium, Kupfer, Platin, Gold, Molybdän, Titan, Tantal, Niob, Chrom und Rhenium. Beispielsweise kann die Sendespule und/oder die Empfangsspule größtenteils aus einer Titan-Zirkon-Molybdän-Legierung und/oder einer Wolfram-Kupfer-Legierung bestehen oder diese aufweisen. Beispielsweise kann eine Materialzusammensetzung von einer ersten und einer zweiten Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen gleich oder verschieden voneinander sein. Beispielsweise können eine erste und eine zweite Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen baugleich sein. Beispielsweise kann eine Materialzusammensetzung von einer ersten und einer zweiten Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen gleich oder verschieden voneinander sein. Beispielsweise können eine erste und eine zweite Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen baugleich sein.Example 14 is a bubble detection device according to Example 13, wherein each transmission coil of the plurality of transmission coils, and/or each reception coil of the plurality of reception coils is large may include or consist of one or more of the following materials: tungsten, aluminum, copper, platinum, gold, molybdenum, titanium, tantalum, niobium, chromium, and rhenium. For example, the transmitting coil and/or the receiving coil can largely consist of or have a titanium-zirconium-molybdenum alloy and/or a tungsten-copper alloy. For example, a material composition of a first and a second transmission coil of the plurality of transmission coils can be the same as or different from one another. For example, a first and a second transmission coil of the plurality of transmission coils can be structurally identical. For example, a material composition of a first and a second receiving coil of the plurality of receiving coils can be the same as or different from one another. For example, a first and a second receiving coil of the plurality of receiving coils can be structurally identical.
Beispiel 15 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß Beispiel 13 oder 14, wobei eine, mehrere oder alle Sendespulen der Mehrzahl von Sendespulen von einem ersten Material umhüllt sind und wobei eine, mehrere oder alle der Mehrzahl von Empfangsspulen von einem zweiten Material umhüllt sind. Beispielsweise können das erste und das zweite Material gemäß dem Beispiel 3 ausgestaltet sein.Example 15 is a bubble detection device according to Example 13 or 14, wherein one, more, or all of the transmit coils of the plurality of transmit coils are encased in a first material, and wherein one, more, or all of the plurality of receive coils are encapsulated in a second material. For example, the first and the second material can be configured according to example 3.
Beispiel 16 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 15, wobei die Mehrzahl von Sendespulen mit einem Sendeschaltkreis gekoppelt sein kann. Der Sendeschaltkreis kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Signale über die Mehrzahl von Sendespulen zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf den ein oder mehreren Signalen. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, ein erstes Signal der ein oder mehreren Signalen mit einer vorgegebenen ersten Frequenz mittels zumindest einer ersten Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf dem ersten Signal. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, zumindest ein zweites Signal der ein oder mehreren Signale mittels der ersten Sendespule zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf dem zweiten Signal. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, zumindest ein zweites Signal mittels zumindest einer zweiten Sendespule der Mehrzahl von Sendespulen zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf dem zweiten Signal. Beispielsweise können das erste Signal und das zweite Signal gleich sein (d.h. alle Eigenschaften der Signalcharakteristik sind gleich) und/oder eine voneinander verschiedene Signalcharakteristik aufweisen (d.h. sich in zumindest einer Eigenschaft der Signalcharakteristik unterscheiden). Beispielsweise kann eine Signalcharakteristik ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen oder sein: eine Intensität, und/oder eine Frequenz, und/oder eine Signaldauer, und/oder eine Pulsdauer, und/oder eine Pulsanzahl, und/oder eine Anzeit, und/oder eine Phase. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, das erste Signal und das zweite Signal in einer vorgegebenen Reihenfolge zu senden, z.B. nacheinander oder abwechselnd. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis dazu eingerichtet sein, das erste Signal zeitlich versetzt vom zweiten Signal zu senden. Beispielsweise kann der Sendeschaltkreis eingerichtet sein, mehr als zwei Signale zu senden zum Auswerten eines Messergebnisses basierend auf den mehr als zwei Signalen.Example 16 is a bubble detection device according to any one of Examples 13 to 15, wherein the plurality of transmit coils may be coupled to a transmit circuit. The transmission circuit can be set up to transmit one or more signals via the plurality of transmission coils in order to evaluate a measurement result based on the one or more signals. For example, the transmission circuit can be set up to transmit a first signal of the one or more signals at a predetermined first frequency using at least one first transmission coil of the plurality of transmission coils to evaluate a measurement result based on the first signal. For example, the transmission circuit can be set up to transmit at least a second signal of the one or more signals by means of the first transmission coil in order to evaluate a measurement result based on the second signal. For example, the transmission circuit can be set up to transmit at least one second signal by means of at least one second transmission coil of the plurality of transmission coils in order to evaluate a measurement result based on the second signal. For example, the first signal and the second signal can be the same (i.e. all properties of the signal characteristic are the same) and/or have different signal characteristics (i.e. differ in at least one property of the signal characteristic). For example, a signal characteristic can have or be one or more of the following properties: an intensity and/or a frequency and/or a signal duration and/or a pulse duration and/or a pulse number and/or a time and/or a phase. For example, the transmission circuit can be set up to transmit the first signal and the second signal in a predetermined order, e.g. one after the other or alternately. For example, the transmission circuit can be set up to transmit the first signal with a time offset from the second signal. For example, the transmission circuit can be set up to send more than two signals in order to evaluate a measurement result based on the more than two signals.
Beispiel 17 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 16, wobei die Mehrzahl von Empfangsspulen mit einem Empfängerschaltkreis gekoppelt sein kann. Der Empfängerschaltkreis kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Messsignale mittels der Mehrzahl von Empfangsspulen zu empfangen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis eingerichtet sein, die ein oder mehreren Messsignale zeitaufgelöst zu empfangen. Beispielsweise kann der Empfängerschaltkreis eingerichtet sein, zumindest ein Messsignal der ein oder mehreren Messsignale während ein oder mehrerer vorgegebener Zeitintervalle zu empfangen. Beispielsweise können die ein oder mehreren Zeitintervalle in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Zeitintervalle eine Reihe von Zeitintervallen aufweisen. Die Empfängerschaltung kann eingerichtet sein, zuerst ein erstes Messsignal in dem ersten Zeitintervall, dann ein zweites Messsignal in dem zweiten Zeitintervall, und dann ein drittes Messsignal in dem dritten Zeitintervall zu empfangen. Beispielsweise kann das erste Messsignal mit einer ersten Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen empfangen werden. Beispielsweise kann das zweite Messsignal mit einer zweiten Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen empfangen werden. Beispielsweise kann das dritte Messsignal mit einer dritten Empfangsspule der Mehrzahl von Empfangsspulen empfangen werden. Beispielsweise können die erste, und/oder zweite, und/oder dritte Empfangsspule das jeweilige erste, zweite, bzw. dritte Messsignal gleichzeitig oder nacheinander empfangen.Example 17 is a bubble detection device according to any one of Examples 13 to 16, wherein the plurality of receiving coils may be coupled to a receiver circuit. The receiver circuit can be set up to receive one or more measurement signals by means of the plurality of receiving coils. For example, the receiver circuit can be set up to receive the one or more measurement signals in a time-resolved manner. For example, the receiver circuit can be set up to receive at least one measurement signal of the one or more measurement signals during one or more predefined time intervals. For example, the one or more time intervals may be arranged in a predetermined order. For example, the one or more time intervals may include a range of time intervals. The receiver circuit can be configured to first receive a first measurement signal in the first time interval, then a second measurement signal in the second time interval, and then a third measurement signal in the third time interval. For example, the first measurement signal can be received with a first receiving coil of the plurality of receiving coils. For example, the second measurement signal can be received with a second receiving coil of the plurality of receiving coils. For example, the third measurement signal can be received with a third receiving coil of the plurality of receiving coils. For example, the first, and/or second, and/or third receiving coil can receive the respective first, second, or third measurement signal simultaneously or one after the other.
Beispiel 18 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 17, optional ferner aufweisend eine Steuereinheit. Beispielsweise können der Sendeschaltkreis und/oder der Empfängerschaltkreis ein Teil der Steuereinheit sein bzw. mit der Steuereinheit gekoppelt sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Empfängerschaltkreis und/oder den Sendeschaltkreis zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die ein oder mehreren von der Empfangsspule empfangenen Signale (z.B. Messsignale) zu demodulieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, jedes empfangene Signal von jeder Spule einzeln zu demodulieren.Example 18 is a bubble detection device according to any one of Examples 13 to 17, optionally further comprising a control unit. For example, the transmission circuit and/or the receiver circuit can be part of the control unit or can be coupled to the control unit. The control unit can be set up, for example, to control the receiver circuit and/or the transmission circuit to control circle. For example, the control unit can be set up to demodulate the one or more signals (eg measurement signals) received by the receiving coil. For example, the control unit can be configured to individually demodulate each received signal from each coil.
Beispiel 19 ist eine Blasendetektionsvorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 18, optional ferner aufweisend eine Datenprozessiereinheit. Beispielsweise kann die Datenprozessiereinheit dazu eingerichtet sein, ein oder mehrere Signale, welche die ein oder mehreren empfangenen Signale repräsentieren zu prozessieren zum Erstellen von Daten, welche eine Anwesenheit von ein oder mehreren Blasen in der Mehrzahl der Kopplungsbereiche repräsentieren. Eine zu berechnende Eigenschaft kann beispielsweise eine der folgenden Eigenschaften sein: eine Impedanz, und/oder eine Frequenz. Die ein oder mehreren Signale können beispielsweise ein oder mehrere gesendete Signale sein, z.B. von der Mehrzahl von Sendespulen. Die ein oder mehreren Signale können beispielsweise ein oder mehrere empfangene Signale sein, z.B. von der Mehrzahl von Empfangsspulen. Beispielsweise kann die Datenprozessiereinheit eingerichtet sein, die ein oder mehreren Signale mittels eines Korrekturwerts bzw. eines Korrekturterms zu korrigieren, z.B. einen bekannten Fehler bzw. eine bekannte Messunsicherheit zu entfernen. Beispielsweise kann der Korrekturwert bzw. Korrekturterm spezifisch für einen bestimmten Kopplungsbereich der Mehrzahl von Kopplungsbereichen sein.Example 19 is a bubble detection device according to any one of Examples 13 to 18, optionally further comprising a data processing unit. For example, the data processing unit may be configured to process one or more signals representing the one or more received signals to create data representing a presence of one or more bubbles in the plurality of coupling regions. A property to be calculated can be one of the following properties, for example: an impedance and/or a frequency. The one or more signals may be, for example, one or more transmitted signals, e.g., from the plurality of transmit coils. The one or more signals may be, for example, one or more signals received, e.g., from the plurality of receiving coils. For example, the data processing unit can be set up to correct the one or more signals by means of a correction value or a correction term, e.g. to remove a known error or a known measurement uncertainty. For example, the correction value or correction term can be specific to a specific coupling area of the plurality of coupling areas.
Beispiel 20 ist ein Verfahren zum Detektieren von Gasblasen in einer Schmelze, das Verfahren kann aufweisen: Positionieren zumindest einer Sendespule und einer Empfangsspule in einer elektrisch leitfähigen Schmelze, wobei die Sendespule und die Empfangsspule in einem Kopplungsbereich induktiv miteinander gekoppelt sein kann, Senden eines Signals mittels der Sendespule, Empfangen eines von dem gesendeten Signal erzeugten Messsignals mittels der Empfangsspule, Ermitteln eines Wertes, welcher ein oder mehrere Eigenschaften der Schmelze repräsentieren kann, basierend auf dem empfangenen Messsignal. Beispielsweise kann der ermittelte Wert ein Realteil oder ein Imaginärteil einer Impedanz, z.B. von einer Spule, die das Signal empfangen bzw. gesendet hat, sein. Beispielsweise kann der ermittelte Wert eine Frequenz, und/oder Phase, und/oder eine Intensität sein. Beispielsweise kann der ausgegebene Wert einer Größe, und/oder einer Geschwindigkeit, und/oder eine Größe einer Blase entsprechen.Example 20 is a method for detecting gas bubbles in a melt, the method may include: positioning at least one transmitting coil and one receiving coil in an electrically conductive melt, wherein the transmitting coil and the receiving coil may be inductively coupled to one another in a coupling region, sending a signal by means the transmitting coil, receiving a measurement signal generated by the transmitted signal by means of the receiving coil, determining a value, which can represent one or more properties of the melt, based on the received measurement signal. For example, the determined value can be a real part or an imaginary part of an impedance, e.g., of a coil that received or transmitted the signal. For example, the determined value can be a frequency and/or phase and/or an intensity. For example, the output value can correspond to a size and/or a speed and/or a size of a bubble.
Beispiel 21 ist ein Verfahren zum Detektieren von Gasblasen in einer Schmelze, das Verfahren kann aufweisen Positionieren mehrerer Sendespulen und mehrerer Empfangsspulen in einer elektrisch leitfähigen Schmelze, wobei die mehreren Sendespulen und die mehreren Empfangsspulen eine räumliche Anordnung von Kopplungsbereichen, in denen jeweils eine der mehreren Sendespulen induktiv mit einer der mehreren Empfangsspulen gekoppelt sein kann, erzeugen. Senden eines Sendesignals mittels einer der mehreren Sendespulen, Empfangen jeweils eines Messsignals mittels jeder der mehreren Empfangsspule, wobei das jeweilige Messsignal von dem Sendesignal erzeugt werden kann, Ermitteln eines Wertes, welcher ein oder mehrere Eigenschaften der Schmelze repräsentieren kann, basierend auf den empfangenen Messsignalen.Example 21 is a method for detecting gas bubbles in a melt, the method may include positioning multiple transmitting coils and multiple receiving coils in an electrically conductive melt, wherein the multiple transmitting coils and the multiple receiving coils have a spatial arrangement of coupling areas, in each of which one of the multiple transmitting coils can be inductively coupled to one of the plurality of receiving coils. Sending a transmission signal by means of one of the several transmission coils, receiving a respective measurement signal by means of each of the several reception coils, it being possible for the respective measurement signal to be generated by the transmission signal, determining a value which can represent one or more properties of the melt, based on the measurement signals received.
Beispiel 22 ist eine Blasendetektionsvorrichtung, die eingerichtet sein kann, Wirbelströme in einer Schmelze durch ein zeitlich veränderliches Feld mittels einer Erregerspule zu erzeugen. Die Erregerspule, die auch als Sendespule bezeichnet werden kann, kann in einen zu messenden Bereich eingetaucht sein. Die Wirbelströme können durch eine Blase verzerrt werden, die sich in der Nähe der Blasendetektionsvorrichtung befindet, da die Blasen eine geringe oder keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Eine Empfangsspule kann in die Schmelze eingetaucht sein und nahe der Erregerspule platziert sein. Die Verzerrung der Wirbelströme kann durch die Empfangsspule gemessen werden. Dabei kann die Empfangsspule um einen Winkel (z.B. 90°) zur Erregerspule verdreht sein. Hierdurch können an bzw. um die Kreuzungspunkte von der Sendespule und der Empfangsspule, die auch als Kopplungsbereich bezeichnet werden können, sensitive Bereiche für eine Blasenerkennung entstehen. Die in der Empfängerspule induzierte Spannung kann als ein empfangenes Signal gemessen werden. Die Amplitude und die Phase (z.B. ein Aggregatzustand, ein elektrischer Zustand) des gemessenen Signals können zusammen mit der Erregerfrequenz extrahiert (z.B. ausgelesen) werden. Sowohl die Amplitude als auch die Phase können Informationen aufweisen (z.B. beinhalten) über den durch die Blase verzerrten Wirbelstrom und/oder ein durch die Blase verzerrtes Magnetfeld. Um beispielsweise nur Informationen von Blasen zu erhalten, die an den Kreuzungspunkten der beiden Spulen aufsteigen, kann eine Erregerfrequenz der Erregerspule in einer Größenordnung von 1 kHz bis 1 MHz gewählt werden. Aufgrund des Skin-Effektes können sich die Wirbelströme im Fluid nur lokal um den Leiter der Erregerspule ausbilden. Je nach gewählter Frequenz und Leitfähigkeit des Fluids können ab einem gewissen Abstand innerhalb und außerhalb der Spule die Wirbelströme kaum nachweisbar sein. Dadurch werden beispielsweise nur Blasen berücksichtigt, die sich nahe an der Erregerspule befinden. Somit können die von der Erregerspule gemessenen Amplitude und Phase direkt zum Bestimmen einer Existenz einer Blase am Kreuzungspunkt der Spulen, bzw. im sensiblen Bereich um den Kreuzungspunkt herum genutzt werden, ohne dass dazu anschließend ein schlechtgestelltes nicht-lineares inverses Problem gelöst werden müsste. Somit kann die räumliche Auflösung nur von der Geometrie der Blasendetektionsvorrichtung abhängig sein. Ein weiterer Vorteil der hohen Erregerfrequenz, die auch als Trägerfrequenz bezeichnet werden kann, kann sein, dass die Messung mit einer hohen zeitlichen Auflösung erfolgen kann. Aufgrund dieser Lokalität der Messung können beispielsweise mehrere Empfängerspulen entlang der Sendespule angeordnet werden, so dass die Existenz der Blasen an mehreren Stellen entlang der Erregerspule ermittelt werden kann. Durch die Wahl der hohen Erregerfrequenz können die Messungen der einzelnen Empfängerspulen durch den Skin-Effekt voneinander unabhängig sein. Werden zusätzlich mehrere Erregerspulen eingesetzt, kann sich eine Gitterstruktur ergeben, die beispielsweise eine Abtastung einer Fläche erlaubt. Beispielsweise können die durch die Blasen induzierten Spannungen klein sein, so dass eine präzise Stromquelle und ein sogenanntes Lock-In Analyseverfahren nötig sein kann. Das Verfahren ermöglicht beispielsweise eine sehr präzise Demodulation der Amplitude und Phase mittels einer Quadraturdemodulation. Werden mehrere Erregerspulen eingesetzt, können die Erregerspulen entweder über einen Multiplexer angesteuert werden oder es können unterschiedliche Frequenzen eingesetzt werden, die nochmals die zeitliche Auflösung der Messung erhöhen können.Example 22 is a bubble detection device that can be configured to generate eddy currents in a melt through a time-varying field using an excitation coil. The excitation coil, which can also be referred to as the transmission coil, can be immersed in an area to be measured. The eddy currents can be distorted by a bubble that is close to the bubble detection device because the bubbles have little or no electrical conductivity. A receiving coil can be immersed in the melt and placed close to the excitation coil. The distortion of the eddy currents can be measured by the receiving coil. In this case, the receiving coil can be rotated through an angle (eg 90°) to the excitation coil. As a result, sensitive areas for bubble detection can arise at or around the crossing points of the transmitting coil and the receiving coil, which can also be referred to as the coupling area. The voltage induced in the receiver coil can be measured as a received signal. The amplitude and the phase (eg a state of aggregation, an electrical state) of the measured signal can be extracted (eg read out) together with the excitation frequency. Both amplitude and phase may include (eg, include) information about the eddy current distorted by the bubble and/or a magnetic field distorted by the bubble. For example, in order to only obtain information from bubbles that rise at the crossing points of the two coils, an excitation frequency of the excitation coil of the order of 1 kHz to 1 MHz can be selected. Due to the skin effect, the eddy currents in the fluid can only form locally around the conductor of the excitation coil. Depending on the selected frequency and conductivity of the fluid, the eddy currents can hardly be detected from a certain distance inside and outside the coil. This means, for example, that only bubbles that are close to the excitation coil are taken into account. Thus, the amplitude and phase measured by the excitation coil can be used directly to determine the existence of a bubble at the cross point of the coils, or in the sensitive area around the crossing point, without having to solve an ill-posed non-linear inverse problem afterwards. Thus, the spatial resolution can depend only on the geometry of the bubble detection device. A further advantage of the high excitation frequency, which can also be referred to as the carrier frequency, can be that the measurement can be carried out with a high temporal resolution. Due to this locality of the measurement, several receiver coils can be arranged along the transmitter coil, for example, so that the existence of the bubbles can be determined at several points along the excitation coil. By choosing the high excitation frequency, the measurements of the individual receiver coils can be independent of one another due to the skin effect. If a number of excitation coils are additionally used, a lattice structure can result which, for example, allows a surface to be scanned. For example, the voltages induced by the bubbles can be small, so that a precise current source and a so-called lock-in analysis method can be necessary. The method enables, for example, a very precise demodulation of the amplitude and phase using quadrature demodulation. If several excitation coils are used, the excitation coils can either be controlled via a multiplexer or different frequencies can be used, which can further increase the temporal resolution of the measurement.
Beispiel 23 ist eine mögliche Anordnung einer Blasendetektionsvorrichtung. Eine Erregerspule und eine Empfangsspule können beispielsweise waagrecht oder senkrecht zueinander angeordnet werden. Beide Spulen können jeweils voneinander und gegenüber der Schmelze elektrisch isoliert sein, um unerwünschte Leckströme zu vermeiden. Eine solche Isolierung kann bis etwa 250 °C durch spezielle Materialien wie beispielsweise PEEK erreicht werden. Bei höheren Temperaturen der Schmelze (bzw. Prozesstemperaturen) können keramische Materialen zum Isolieren der Spulen verwendet werden. Die Dicke der isolierten Drähte sollte so dünn wie möglich sein, um die Strömung so wenig wie möglich zu stören.Example 23 is one possible arrangement of a bubble detection device. An excitation coil and a receiving coil can be arranged horizontally or perpendicularly to one another, for example. Both coils can be electrically isolated from each other and from the melt in order to avoid unwanted leakage currents. Such insulation can be achieved up to around 250 °C using special materials such as PEEK. At higher melt (or process) temperatures, ceramic materials can be used to insulate the coils. The thickness of the insulated wires should be as thin as possible in order to disturb the flow as little as possible.
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- 2021-06-03 DE DE102021114407.8A patent/DE102021114407A1/en active Pending
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