DE10359447B4

DE10359447B4 - Eintauchsensor

Info

Publication number: DE10359447B4
Application number: DE10359447A
Authority: DE
Inventors: Jacques Plessers
Original assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: DE10359447A1; CN1898553A; UA87997C2; CN1898553B

Abstract

Eintauchsensor zur Analyse von Kryolith-, Eisen-, Stahl- oder Kupferschmelzen mit einem Eintauchträger, mit einem Strahlungsdetektor sowie mit einer Strahlungsführungseinrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung von Strahlung und mit einer an oder in dem Eintauchträger angeordneten Signalschnittstelle, wobei an oder in dem Eintauchträger (3) der Strahlungsdetektor (6) und zumindest ein Teil der Strahlungsführungseinrichtung (4; 5) angeordnet sind, wobei die Signalschnittstelle (8) mit dem Strahlungsdetektor (6) verbunden ist und wobei in dem Eintauchträger (3) ein optisches Spektrometer, ein Röntgenspektrometer und/oder ein Massenspektrometer angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Eintauchsensor zur Analyse von insbesondere Metallschmelzen mit einem Eintauchträger, mit einem Strahlungsdetektor sowie mit einer Strahlungsführungseinrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung von Strahlung und mit einer an oder in dem Eintauchträger angeordneten Signalschnittstelle.

Derartige Eintauchsensoren sind aus WO 03/081287 A2 bekannt. Hier ist ein Trägerrohr offenbart, welches in eine Aluminiumschmelze eingetaucht wird. Innerhalb des Trägerrohres ist ein Linsensystem angeordnet. Am oberen Ende des Rohres ist ein Lichtleiter angeordnet, der mit einem Spektrographen einerseits und einem Laser andererseits über einoptisches System verbunden ist. Die von der Schmelze ausgehende Strahlung wird über den Lichtleiter in den Spektrographen geleitet, dort wird die Strahlung analysiert, um daraus Analyseergebnisse zur Zusammensetzung der Aluminiumschmelze abzuleiten.

US 5,712,710 offenbart eine Sonde für die Messung in flüssigen Lösungen. Beispielhaft werden hier galvanische Bäder (plating industry) genannt. Dabei wird die Lösung durchleuchtet und die Transparenz der Probe ausgewertet in einer separaten externen Auswerteeinrichtung. Eine ähnliche technische Lösung zeigt US 5,694,206 . Auch bei der hier offenbarten Sonde wird die Transparenz einer Probe ausgewertet. Die Sonde wird beispielsweise zur pH-Wertbestimmung benutzt, also auch bei niedrigen Temperaturen. DE 38 39 561 A1 offenbart eine prinzipiell ähnliche Sonde, bei der ebenfalls eine Durchleuchtung eines Probenmaterials erfolgt, um an Hand der Transparenz auf die Eigenschaften von wässrigen Lösungen zu schlussfolgern. DE 102 26 286 B3 offenbart einen Sensor für weichplastische Werkstoffe, also ebenfalls für den Niedertemperaturbereich. DE 199 60 197 A1 beschreibt ein Sensorsystem mit dem die Eintauchtiefe eines Objektes in einem Medium bestimmt werden kann. Das Medium wird dazu durchleuchtet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorhandene Vorrichtung zu verbessern und die Handhabung zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an oder in dem Eintauchträger der Strahlungsdetektor und zumindest ein Teil der Strahlungsführungseinrichtung angeordnet sind und dass die Signalschnittstelle mit dem Strahlungsdetektor verbunden ist. Dadurch wird die Signalweiterleitung wesentlich vereinfacht, da die von einer Metallschmelze ausgehende optische Strahlung bereits an oder in dem Eintauchträger in elektrische Signale umgewandelt werden kann, die sich auf vielfältige Weise einfach weiterleiten lassen. Der Strahlungsdetektor muss nicht mehr für einen Dauerbetrieb ausgelegt sein, er verliert nach der Messung seine Funktion und kann daher einfach und preiswert gestaltet werden. Eine Wartung des Strahlungsdetektors ist nicht mehr notwendig.

Vorzugsweise weißt der Strahlungsdetektor eine Einrichtung zur Aufnahme von Strahlung und zur Umwandlung in elektrische Signale auf, insbesondere ist der Strahlungsdetektor zweckmäßigerweise zur Aufnahme und Umwandlung von sichtbarem Licht, Ultraviolettstrahlung, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlung und/oder Mikrowellenstrahlung in elektrische Signale eingerichtet. Damit lassen sich alle Arten von optischen oder andere Strahlungen aufnehmen und zur Analyse der Schmelze nutzbar machen. Insbesondere ist es zweckmäßig, dass der Eintauchträger als Rohr ausgebildet ist, in dem die einzelnen Teile angeordnet sind, da dadurch ein Schutz der einzelnen Teile beim Transport besser gewährleistet werden kann. Zweckmäßig ist es auch, dass der Eintauchträger aus einem in Metallschmelze verbrauchbaren Material, insbesondere aus einer organischen Material gebildet ist.

Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Signalschnittstelle als elektrische oder optische Kupplung oder als Sender (zur draht- oder kabellosen Übertragung von Signalen) ausgebildet ist. Entsprechend ist es möglich, von außen kommende optische Signale in die Strahlführungseinrichtung einzukoppeln, von dem Strahlungsdetektor kommende Signale (elektrische oder optische Signale) draht- oder kabelgebunden oder auch über die Luft mittels Sender weiterzuleiten. Insbesondere wird es dadurch möglich, den Eintauchträger nach Gebrauch von den externen Einrichtungen einfach zu lösen und zu entsorgen und an die mit den externen Einrichtungen (Computer, Laser zur Strahlungsbereitstellung, Funkenstrecke oder andere Einrichtungen) verbundenen Zuleitungen über das Kupplungsteil einen neuen Eintauchträger anzuschließen.

Vorzugsweise ist der Eintauchträger mit einer mechanischen Kupplung, vorzugsweise zum Ankoppeln einer Trägerlanze verbunden. Derartige Trägerlanzen sind in der Metallurgie üblich zum Halten von Messeinrichtungen. Innerhalb der Trägerlanze laufen Signalleitungen. Für den Fall, dass die Signalschnittstelle als Sender ausgebildet ist, können die von dem Strahlungsdetektor abgegebenen Signale per Funk an einen Computer weitergeleitet werden. Dabei ist es prinzipiell auch möglich, die Signalauswertung bereits in einer Baueinheit mit dem Strahlungsdetektor vorzusehen, so dass lediglich die Ergebnisse weitergeleitet werden. Denkbar ist es auch, an oder in dem Eintauchträger eingehende elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln. In diesem Fall könnten auch die beim Eintauchträger ankommenden Signale drahtlos oder kabellos per Funk an den Eintauchträger gesendet werden, wobei die Funksignale in optische Signale umgewandelt werden. Damit wäre eine berührungslose Messung möglich, eine feste Verbindung zwischen dem Sensor und der Auswerteeinrichtung oder einer Signalbereitstellungseinrichtung wären überflüssig, da man in der Lage ist, ausreichend preiswerte, kleine und leistungsstarke Baueinheiten hierfür zur Verfügung zu stellen.

Zweckmäßig ist es, dass an oder in dem Eintauchträger ein Signalverstärker und/oder ein Prozessor zur Signalauswertung angeordnet ist, zweckmäßig ist es weiterhin, dass die Strahlführungseinrichtung optische und/oder magnetische Linsen, optische Fasern, Spiegel, eine Funkenentladungsstrecke und/oder Blenden aufweist. Auch die Einrichtung zur Erzeugung der Funkenentladung oder eine andere Strahlungsemissionseinrichtung kann zweckmäßigerweise an oder in dem Eintauchträger angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist an oder in dem Eintauchträger ein optisches Spektrometer, ein Röntgenspektrometer und/oder ein Massenspektrometer angeordnet.

Es kann sinnvoll sein, eine Gasleitungseinrichtung an oder in dem Eintauchträger vorzusehen, mit deren Hilfe die Oberfläche der zu messenden Schmelze freigeblasen wird, so dass die Strahlung auf die zu messende Oberfläche fokussiert oder auf sie gefunkt werden kann.

In dem Fall, dass der Eintauchträger als Rohr ausgebildet ist, ist es sinnvoll, eine Gasleitungseinrichtung innerhalb des Rohres vorzusehen, um zu verhindern, dass Schmelze beim Eintauchen des Eintauchsensors in das Rohr eindringt. Insbesondere bei hohen Temperaturen schmelzende Materialien wie Kryolithschmelzen, Eisen- oder Stahlschmelzen oder auch Kupferschmelzen können auf die vorbeschriebene Weise gut analysiert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt hierzu eine schematische Darstellung eines Eintauchsensors, eingetaucht in eine Metallschmelze.
In einen Tiegel 1 mit einer Eisenschmelze 2 ist ein Eintauchsensor teilweise eingetaucht. Der Eintauchträger 3 ist als Rohr aus Pappe ausgebildet, in dem die Strahlführungseinrichtung mit einem halbdurchlässigen Spiegel 4 und einer Linse 5 angeordnet ist. In dem Rohr ist weiterhin ein Spektrometer 6 angeordnet, das die aus der Eisenschmelze 2 kommende Strahlung aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt. Die elektrischen Signale werden mittels Signalleitungen 7 an eine Kupplung 8 weitergeleitet. Die Kupplung dient der Verbindung des Eintauchsensors mit externen Versorgungseinrichtungen. Dazu ist an dem Connector über einen Lichtleiter 9 eine Laserquelle angeschlossen, Signalkabel 10 verbinden den Eintauchsensor mit einem Computer und eine Gasleitung 11 ermöglicht die Gaszufuhr in das Rohr (den Eintauchträger 3), wobei das Rohr selbst die Gasleitung zwischen der Kupplung 8 und der Schmelze darstellt. Der Lichtleiter 9 ist mit einem Lichtaustritt 12 verbunden. Laserlicht wird durch den Lichtaustritt 12 hindurch durch den Spiegel 4 und die Linse 5 auf die Eisenschmelze 2 fokussiert. Das von der Eisenschmelze 2 reflektierte Licht wird vom Spiegel 4 auf den Signaleingang des Spektrometers 6 gelenkt. Dazu ist der Spiegel 4 halb durchlässig ausgebildet.
Neben dieser konkret beschriebenen Ausführungsform sind die bereits weiter oben beschriebenen Ausgestaltungen ebenfalls denkbar.
In das dem Eintauchende abgewandten Ende des Rohres kann eine Trägerlanze eingesteckt werden, an der das Rohr beim Eintauchvorgang gehalten wird.

Claims

Eintauchsensor zur Analyse von Kryolith-, Eisen-, Stahl- oder Kupferschmelzen mit einem Eintauchträger, mit einem Strahlungsdetektor sowie mit einer Strahlungsführungseinrichtung zur Aufnahme und Weiterleitung von Strahlung und mit einer an oder in dem Eintauchträger angeordneten Signalschnittstelle, wobei an oder in dem Eintauchträger (3) der Strahlungsdetektor (6) und zumindest ein Teil der Strahlungsführungseinrichtung (4; 5) angeordnet sind, wobei die Signalschnittstelle (8) mit dem Strahlungsdetektor (6) verbunden ist und wobei in dem Eintauchträger (3) ein optisches Spektrometer, ein Röntgenspektrometer und/oder ein Massenspektrometer angeordnet ist.
Eintauchsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (6) eine Einrichtung zur Aufnahme von Strahlung und zur Umwandlung in elektrische Signale aufweist.
Eintauchsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (6) zur Aufnahme und Umwandlung von sichtbarem Licht, Ultraviolettstrahlung, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlung und/oder Mikrowellenstrahlung in elektrische Signale eingerichtet ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintauchträger (3) als Rohr ausgebildet ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintauchträger (3) aus einem in Metallschmelze verbrauchbaren Material, insbesondere aus einem organischen Material gebildet ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalschnittstelle (8) als elektrische oder optische Kupplung oder als Sender ausgebildet ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintauchträger (3) mit einer mechanischen Kupplung, vorzugsweise zum Ankoppeln einer Trägerlanze verbunden ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Eintauchträger (3) ein Signalverstärker und/oder ein Prozessor zur Signalauswertung angeordnet ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsführungseinrichtung (4; 5) optische und/oder magnetische Linsen (5), optische Fasern, Spiegel (4), eine Funkenentladungsstrecke und/oder Blenden aufweist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Eintauchträger eine Strahlungsemissionseinrichtung angeordnet ist.
Eintauchsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Eintauchträger eine Gasleitungseinrichtung angeordnet ist.
Eintauchsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitungseinrichtung eine Gasleitung (11) und eine Leitungskupplung aufweist.