DE3832763A1 - Vorrichtung zur erfassung des niveaus einer schlackengrenzschicht in einer metallschmelze - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Erfassung des Niveaus einer oder mehrerer Grenzschichten oder Grenzen zwischen Materialschichten in Metallschmelzen in einer Schmelzpfanne. Die betreffenden Grenzschichten sind entweder Grenzschichten zwischen Luft und Schlacke und/oder zwischen der Schlacke und geschmolze­ nem Metall.

Bei der Metallherstellung und insbesondere bei der Herstel­ lung von Stahl wird das geschmolzene Metall aus einem Schmelz­ ofen in einen Behälter, eine sogenannte Pfanne, gegossen. Darauf wird die Pfanne, z. B. auf Schienen, zur nahegelegenen Verarbeitungsstation, z. B. zum Frischen des Metalls, bewegt. Der Behälter enthält üblicherweise 10 m³ geschmolzenes Metall, wobei angestrebt wird, den Behälter maximal bis zu einem be­ stimmten Niveau geschmolzenen Metalls zu füllen. Wenn das geschmolzene Metall in den Behälter geschüttet wird, ergibt sich aus der Schmelze eine aufsteigende Schlackenschicht, die sich auf der Oberfläche ablagert.

Eine Vorrichtung zur Erfassung der Luft/Schlackengrenzfläche ist aus der deutschen Patentanmeldung P 36 41 987.7 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt einen an einem Ende der Lanze in Richtung der Schmelze befestigten Meßstab zur Analyse, der vertikal nach unten bewegbar ist, wobei ein Verarbeitungsschaltkreis mit dem Meßstab verbunden ist. Die Lanze trägt ebenfalls Sonden zur Bestimmung des Ausmaßes der Füllung der Pfanne, im folgenden als Füllgrad bezeichnet, der Zusammensetzung der Schmelze, der Schmelztemperatur und anderer Parameter.

Der Meßstab trägt einen Brummdetektor, der ein Netzbrummen, d. h. von elektrischen Kabeln und anderen im Raum oder dem Gebiet, in dem die Pfanne angeordnet ist, herrührende elek­ trische Felder, erfaßt. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip, daß die Kapazität der Kupplung zwischen dem Meßstab und der Schlackenoberfläche zunimmt, wenn sich der Meßstab der Schlackenoberfläche von oben nähert. Der Brummdetektor er­ zeugt ein Erstsignal, wenn der Meßstab mit der Schlackenober­ fläche in Berührung kommt. Die Lanze der bekannten Vorrich­ tung trägt weiter einen induktiven Sensor, der zur Erzeugung eines zweiten Signals dient, wenn die Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Metall und der unteren Fläche der Schlac­ kenschicht während der kontinuierlichen Abwärtsbewegung der Lanze in der Schmelze erzeugt. Diese zwei Signale ermöglichen die Bestimmung der Dicke der Schlackenschicht und damit den Füllgrad der Pfanne mit einer Genauigkeit von etwa ±0,5 cm. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht jedoch darin, daß die Vorrichtung auf elektrische Störungen an­ spricht, insbesondere Störungen, die im elektrischen Netz auftreten. Die Hauptstörungen beruhen auf dem Vorhandensein von z. B. netzbetriebener elektrischer Motoren und Spannungs­ spitzen, die auftreten, wenn induktive Lasten ein- oder aus­ geschaltet werden, und weiter auf der Verwendung von thyri­ storgesteuerten Werkzeugen usw., wobei diese Störungen durch den Meßstab aufgenommen werden und zu Falschmessungen führen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige Messung von einer oder mehreren Grenzschichten unabhängig von Störungen des Netzes oder ähnlichen Netzlei­ tungen ermöglicht.

Mit der Erfindung soll in vorteilhafter Weise eine Vorrich­ tung geschaffen werden, die Grenzschichten zwischen Luft und Schlacke und zwischen Schlacke und geschmolzenem Metall mit der gleichen Ausrüstung erfassen kann. Wenn der Meßstab sich durch die Schlackenschicht nach unten in Richtung der Schmel­ ze bewegt, ändert sich die Kapazität der Kupplung, wobei diese Änderung zu einer entsprechenden Änderung in der Impedanz an dem Punkt führt, wobei die Änderung wiederum durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemessen werden kann.

Die Erfindung basiert auf der Anwendung eines ähnlichen Prin­ zips wie bei der oben beschriebenen deutschen Patentanmeldung, nämlich auf dem Messen der Änderung der Impedanz an dem Meß­ punkt des Meßstabes. Die Impedanz am Meßstabmeßpunkt oder dem Versorgungspunkt des Versorgungskabels des Meßstabes ändert sich, wenn die kapazitive Kupplung zwischen dem Meß­ stab und der Schlackenschicht allmählich zunimmt, wenn sich der Meßstab der Schlackenschicht annähert. Wenn sich der Meß­ stab durch die Schlackenschicht nach unten in Richtung der Schmelze bewegt, ändert sich die kapazitive Kupplung erneut, wobei diese Änderung zu einer entsprechenden Änderung der Impedanz an dem Punkt führt, welche Änderung wiederum mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden kann.

Die oben beschriebene Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, einen Oszillator bereitzustellen, der den Meßstab mit einer Frequenz versorgt, die unterschiedlich als die Netzfrequenz ist und die entweder höher oder niedriger als die Netzfrequenz sein kann. Die Oszillatorfrequenz liegt vorzugsweise bei einem kHz oder höher.

Die Änderung der Impedanz am Meßstabversorgungspunkt wird mittels eines Synchrondetektors gemessen, der die Amplitude der Phasenkomponente erfaßt, die in Phase oder entgegenge­ setzter Phase mit dem Bezugssignal (= Oszillatorausgangs­ signal) liegt, und erzeugt ein Ausgangssignal, das demselben entspricht. Das Ausgangssignal des Synchrondetektors wird differenziert, verglichen und zu einem Impuls umgewandelt, um ein Signal zu bilden, das anzeigt, wenn sich der Meßstab in einem vorbestimmten Abstand von der Grenzfläche oder der Grenzschicht befindet. Im Fall einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung ist der Abstand Null, d. h. es besteht ein physikalischer Kontakt zwischen dem Meßstab und der Grenz­ schicht. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise so, und die Vorrichtung kann so eingestellt werden, daß sie einen Ab­ stand anzeigt, der z. B. 10 cm von der Grenzschicht oder der Grenzfläche entfernt sein kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des mit dem Meßstab gekuppelten Schaltkreises zur Erfassung einer Grenzfläche;

Fig. 2 eine alternative Verwirklichung des in Fig. 1 dargestellten Impedanzschaltkreises;

Fig. 3 ein Diagramm einer Kupplung zur Erfassung mehrerer Grenzflächen mit Hilfe einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung; und

Fig. 4 eine alternative Verwirklichung der Impedanz und des Synchrondetektors in Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Oszilla­ tor 1, dessen Schwingungsfrequenz im wesentlichen höher als die der Netzfrequenz und vorzugsweise in der Größenordnung von 1 kHz liegt. Der Oszillator versorgt einen Meßstab (nicht dargestellt) über einen Impedanzschaltkreis Z und ein koaxia­ les Kabel 2, wobei der Impedanzschaltkreis der dargestellten Ausführungsform in Form einer Widerstandsserienimpedanz aus­ gebildet ist.

Obwohl es nicht dargestellt ist, umfaßt der Meßstab gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein U-förmiges Thermoele­ ment, das an der Spitze der Lanze angebracht ist und zur Temperaturmessung in der in der oben erwähnten deutschen Patentanmeldung P 36 41 987.7 beschriebenen Weise dient.

Wenn sich der Meßstab der oberen Fläche der Schlackenschicht nähert, ändert sich die kapazitive Kupplung zwischen dem Meßstab und der oberen Fläche, was zu einer Impedanzänderung am Punkt A zwischen der Serienimpedanz Z und dem Kabel 2 führt.

Das bedeutet, daß die Amplitude und die Phasenstellung des Oszillatorsignals, das über die Serienimpedanz Z zum Punkt A geführt wird, sich ebenfalls ändert. Der Zweck der Impedanz Z liegt in der Schaffung einer von dem Oszillatorversorgungs­ punkt getrennten Abnahmestelle, die für eine Anzeige der Wirkung einer Impedanzänderung des Meßstabes geeignet ist. Die geänderte Amplitude und/oder Phase am Punkt A in bezug auf den Ausgang des Oszillators 1 wird in einem Synchrondetek­ tor 3 angezeigt.

Das Oszillatorausgangssignal wird als Bezugssignal verwendet und dem Synchrondetektor 3 über einen Begrenzer 4 zugeführt. Der Zweck des Begrenzers 4 liegt in der Schaffung eines quadratischen Signals, das die Nulldurchgänge des Ausgangs­ signals des Oszillators 1 anzeigt.

Das am Punkt A erhaltene Signal wird dem Meßsignaleingang des Synchrondetektors 3 über einen Bandpaßfilter 5, einen Ver­ stärker 6 und einen weiteren Bandpaßfilter 7 zugeführt. Die Bandpaßfilter sind so ausgelegt, daß sie alle Frequenzen ausfiltern, die auf oder benachbart zur Netzfrequenz liegen, und ebenfalls Frequenzen ausfiltern, die oberhalb der Oszil­ latorfrequenz liegen. Es ist wesentlich, ein möglichst schmales Filterband um die Oszillatorfrequenz zu erhalten.

Der Filterschaltkreis 5 ist erforderlich, um zu verhindern, daß der Verstärker 6 durch elektrische Felder der Netz­ frequenz, die durch den Meßstab aufgenommen werden, über­ lastet wird. Somit ist es möglich, statt eines Bandpaßfil­ ters mit einem Frequenzband um die Frequenz des Oszillators 1 einen Hochpaßfilter zu verwenden, dessen abgefilterte Frequenz weit oberhalb der Netzfrequenz (jedoch niedriger als die Oszillatorfrequenz 1) liegt, oder einen Bandfilter zu verwenden, dessen ausgefiltertes Band rings um die Netz­ frequenz liegt. Statt der oben beschriebenen Filter können ebenfalls andere Filter verwendet werden, die die oben be­ schriebenen Anforderungen erfüllen. Der Filtervorgang muß so durchgeführt werden, daß die Amplitudenänderungen des Signals am Punkt A am Ausgang des Filters erscheinen.

Der Synchrondetektor ist sehr empfindlich oder spricht auf Änderungen der Amplitude und Phase des Oszillatorsignals am Punkt A an und erzeugt an seinem Ausgang ein Ausgangssignal, das diesen Änderungen entspricht. Das Signal am Ausgang des Begrenzers 4, das dem Bezugseingang des Synchrondetektors 3 zugeleitet wird, kann in vielen Weisen verarbeitet werden, bevor ein Vergleich mit dem Meßsignal vom Filterschaltkreis 5 bis 7 durchgeführt wird. Wenn es verwendet wird, wie es ist, d. h. in Phase mit dem Oszillatorsignal 1, wird eine Amplitudendifferenz hauptsächlich angezeigt. Wenn es um 90° phasenversetzt ist, wird hauptsächlich die Phasendifferenz angezeigt. In einer Phasenstellung dazwischen erhält man eine gemischte Anzeige von Phase und Amplitude. Es ist wesentlich, daß der Ausgang des Synchrondetektors 3 einen Wert hat, der ohne Vermischung durch die Signaländerung am Punkt A be­ stimmt wird, wobei die Signaländerung durch die Impedanz­ änderung des Meßstabes am Ende des Kabels 2 infolge des Ein­ flusses der Schlacke hervorgerufen wird. Eine sehr geeignete Auslegung des Synchrondetektors verwendet sowohl ein quadra­ tisches Signal in Phase mit dem Oszillator und ein um 90° phasenverschobenes Signal.

Der Ausgang von den Filtern 5 bis 7 ist im wesentlichen ein sinusoidales Signal. Wenn das Quadratwellensignal vom Be­ grenzer 4 mit dem sinusoidalen Signal in Phase ist und das sinusoidale Signal jede halbe Periode umkehrt, wird eine Vollwellengleichrichtung erreicht. Die halbe Periode kann je nach Wunsch positiv oder negativ gerichtet sein. Wenn das Quadratwellensignal genau mit dem sinusoidalen Signal in Phase ist, wird die gesamte Oberfläche des sinusoidalen Signals geschaffen. Wenn statt dessen das quadratische Wel­ lensignal 90° phasenverschoben ist, hat das sinusoidale Sig­ nal in der Mitte der quadratischen Wellenperiode einen Null­ durchgang. Somit ergibt sich ein Nullsignalausgang des quadratischen Signals. Wenn dann eine kleine Phasenänderung des sinusoidalen Signals bei A erfaßt wird, wird ein Ungleich­ gewicht zwischen den Eingängen des Detektors 3 als ein Aus­ gang festgestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltkreis erreicht man die beste Leistung, wenn die Phasendifferenz zwischen dem sinusoidalen Signal am Meßeingang des Synchron­ detektors 3 etwa 45° beträgt, so daß der Detektor 3 auf eine Kombination von Amplitude und Phase reagiert.

Das Ausgangssignal des Synchrondetektors 3 wird in eine Differentiationsschaltung 8 abgeleitet. Im Prinzip führt diese Schaltung ein neues Hochpaßfiltern in einigen Stufen durch, um die schnelle Änderung des Ausgangssignals des Detektors 3 abzuleiten, die durch die schnelle Änderung der Kapazität am Meßstab hervorgerufen wird, wenn sich der Meß­ stab nach unten und in die Schlacke absenkt. Es soll bemerkt werden, daß nicht die Kapazität am Meßstab selbst, sondern die Kapazitätsänderungen gemessen werden. Oft tritt eine niedrige Kapazitätsänderung des Meßstabes auf, die beispiels­ weise davon abhängt, daß die Kapazität zwischen dem Leiter und seiner Umgebung im koaxialen Kabel 2 sich im Laufe der Zeit ändert. Dieses sollte nicht erfaßt werden. Somit wird die schnelle Kapazitätsänderung, wenn sich die Kapazität an einer Schlackengrenzschicht abrupt ändert, erfaßt.

Der Ausgang des Differentiators 8 wird an einem bestimmten Niveau mit Hilfe eines Sperrkreises 9 gesperrt. Der Sperr­ kreis 9 wird mittels eines parallelen Schaltkreises eines Widerstandes und einer Diode symbolisiert, kann jedoch jeden anderen, dem Fachmann geläufigen Aufbau aufweisen.

Der Synchrondetektor 3 hat einen internen Filter, der die Oszillatorfrequenz ausfiltert, und der Ausgang des Detektors ist ein Gleichstromsignal, das seine Amplitude ändert, wenn das empfangene Signal bei A sich aufgrund einer schnellen Impedanzänderung des Meßstabes ändert. Die Zeitkonstante im Differentiator 8 liegt in der Größenordnung von 0,1 sek, welches eine sehr kurze Zeit in Beziehung zur langsamen oben erwähnten Änderung ist.

Der bei einem bestimmten Niveau gesperrte Ausgang der Schal­ tung 8 wird in einem Komparator 10 mit einem Bezugswert ver­ glichen, der dem Wert des erhaltenen Signals entspricht, wenn die Spitze des Meßstabes mit der oberen Fläche der Schlacken­ schicht in physikalische Berührung kommt. Dieser Bezugswert kann mittels eines Potentiometers 11 eingestellt werden. Das Ausgangssignal des Komparators 10 zeigt an, daß sich der Meßstab mit der Schlackenschicht in physikalischer Berührung befindet. Das Potentiometer kann ebenfalls auf einen Wert eingestellt werden, bei dem der Komparator ein Ausgangssignal erzeugt, wenn sich der Meßstab in einem vorbestimmten Abstand von der Oberfläche der Schlackenschicht befindet, d. h. in einem Abstand von 10 cm.

Bevor die Lanze in die Schlacke eingeführt wird, nachdem sie durch einen möglichen Verschluß am oberen Teil der Pfanne hindurchgegangen ist, wird der Komparator 10 durch ein von einer Steueranordnung geliefertes Rückstellsignal zurückge­ stellt, wobei die Steuerung kein Teil der vorliegenden Erfin­ dung darstellt.

Das koaxiale Kabel 2 kann eine beträchtliche Länge haben, z. B. eine Länge von mehreren Metern, je nach Art der vor­ liegenden Vorrichtung. Die Kapazität zwischen der Abschir­ mung oder der Hülle des koaxialen Kabels und dem inneren Leiter wird unter diesen Umständen groß. Um die Wirkung dieser Kapazität auf das Meßergebnis auszuschließen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Bootstrap-Schaltung 12 versehen, die bewirkt, daß die Impedanz der Abschirmung der Impedanz des inneren Leiters folgt, wenn sich diese Impedanz ändert. Die Bootstrap-Schaltung 12 umfaßt einen Hochpaßfilterschaltkreis 13, dessen Innenseite mit einem Betriebsverstärker 14 verbunden ist, dessen niedrig unter­ drückter Ausgang mit der Abschirmung des koaxialen Kabels 2 verbunden ist. Der Filterschaltkreis 13, der ein Hochpaßfil­ ter ist, ist erforderlich, damit verhindert wird, daß der Verstärker 14 durch vom Meßstab aufgenommene elektrische Felder der Netzfrequenz überlastet wird. Damit die Phasen­ rotation im Filterschaltkreis 13 nicht das Meßergebnis be­ einflußt, ist eine Phasenberichtigungsschaltung 15 vorgese­ hen, die die Phase des der Abschirmung des koaxialen Kabels mittels der Bootstrap-Schaltung 12 zugeführten Signals spei­ chert. Die Bootstrap-Funktion wird in bekannter Weise er­ reicht, und zwar mit Hilfe eines Verstärkers 17 und den dar­ gestellten äußeren damit verbundenen Bauteilen.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Bootstrap-Schaltung weg­ gelassen werden kann.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Impedanz­ schaltkreises Z in Fig. 1. Der Impedanzschaltkreis bei dieser Ausführungsform umfaßt eine Brücke, die einen Transformator 17 mit einer Primärwicklung 18 und einer Sekundärwicklung 19 mit einer mittleren Abnahme 20 umfaßt. Die Primärwicklung 18 ist in Serie mit dem Oszillatorausgang und dem Bezugsniveau verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung ist mit dem Bezugs­ niveau über eine Serienimpedanz 21 verbunden, die in diesem Fall vorzugsweise eine Kapazität ist, wohingegen das andere Ende der Wicklung mit dem mittleren Leiter des koaxialen Kabels 2 verbunden ist. Die mittlere Abnahme 20 ist mit dem Bandpaßfilter 5 verbunden. Die Brückenkupplung ist ausge­ glichen, wenn der Meßstab nur eine geringe kapazitive Kupp­ lung mit der Schlackenschicht oder überhaupt keine Kupplung aufweist. Wenn diese kapazitive Kupplung zunimmt, tritt an der mittleren Abnahme 20 ein unausgeglichenes Signal auf, das gefiltert und dann dem Meßeingang des Synchrondetektors 3 zugeführt wird.

Bei der obigen Beschreibung wurde angenommen, daß die Vorrich­ tung verwendet wird, um eine Luft/Schlackengrenzschicht oder Grenzfläche festzustellen. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Schlacken/Metallgrenzfläche oder Grenzschicht ebenfalls festgestellt werden kann. Dies wird dadurch er­ reicht, daß man einen Vergleicherschaltkreis 22 vorsieht. Das Niveau, bei dem der Vergleicherschaltkreis 22 schaltet, wird mit Hilfe eines Potentiometers 23 eingestellt, so daß der Schaltkreis 22 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Meßstab in einem bestimmten Abstand von der Schlacken/Metallgrenzflä­ che angeordnet ist, wobei dieser Abstand einem bestimmten Grad einer kapazitiven Kupplung zwischen dem Meßstab und der Schlacken/Metallgrenzfläche entspricht, die von der gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 unterschiedlich ist.

Wenn die Vorrichtung verwendet wird, um weitere Grenzflächen festzustellen, ist die notwendige Anzahl von Vergleichern in der Weise vorgesehen, wie sie mittels gestrichelter Linien in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Grad der kapazitiven Kupplung hängt von dem Abstand der Meßstaboberfläche und der Fähigkeit der Materialschicht ab, elektromagnetische Felder zu leiten.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1, die sich selbsttätig an die bestehende Kabel­ kapazität anpaßt. Der Oszillator 1 ist ein Hoch-Q-Niedrig­ widerstand-Oszillator, der eine Serienschaltung einer Induk­ tion L und des mit dem Meßstab verbundenen Kabels 2 liefert. Die ausgewählte Induktion des Induktors L ist so, daß die Serienschaltung bei der Oszillator-1-Frequenz in Resonanz ist, solange die Lanze mit dem Meßstab gut oberhalb der Schlackenoberfläche angeordnet ist. Wenn bei der Serienschal­ tung L, 2 der Meßstab einen Q-Wert von 10 und die Versor­ gungsspannung des Oszillators 1 ungefähr 7 V aufweisen, wird die Spannung über die Kapazität, bestehend aus der Kabel­ kapazität und der Meßstabkapazität, ungefähr 70 V. Somit wird das Kabel zusammen mit dem Meßstab mit einer recht hohen Spannung am Punkt A′ versorgt. Es soll darauf hinge­ wiesen werden, daß die Spannung und die Q-Werte nur beispiel­ haft erwähnt wurden.

Ein Spannungsteiler R 1, R 2 mit einem hohen Widerstand ist am Punkt A′ angeschlossen, um die Spannung bei A′ in eine ge­ eignete Spannung zu teilen, damit nicht ein Verstärker 25, der hinter einem möglichen Hochpaßfilter oder Bandpaßfilter 26 angeordnet ist, überlastet wird, wobei der Filter 26 den Rest des spanungsgeteilten Brumm- oder Netzsignals, das das Schwingungssignal bei A′ überlagert, ausfiltert. Eine ge­ eignete Spannung an der Abnahmestelle des Teilers R 1, R 2 kann in der Größenordnung von ½₀ der Spannung bei A′ liegen. Da die Spannung bei A′ so hoch ist, ist das im Kabel 2 erzeugte Brummsignal von geringer Bedeutung, insbesondere deshalb, weil der Induktor eine sehr geringe Impedanz für Brummfrequenzsignale aufweist, und kann vernachlässigt werden. Daher ist es nicht erforderlich, den Filter 26 vor­ zusehen. Der Verstärker 25 ist dann leer als Pufferschalt­ kreis, bevor das abgenommene spannungsgeteilte Signal dem Synchrondetektor 27 zugeführt wird. Der in Fig. 1 dargestell­ te Bandpaßfilter 7 ist nicht erforderlich, da der Serienreso­ nanzschaltkreis L, 2, -Meßstab ein Hoch-Q-Schaltkreis ist. Der nichtintegrierte Schaltkreis vom Synchrondetektor 27 wird einem sehr niedrig integrierten Schaltkreis 28 zugeführt, der so niedrig ist, daß der Ausgang von ihm nicht das Signal bei A′ aufgrund der plötzlichen Kapazitätsänderung, die auf­ tritt, wenn der Meßstab in die Nähe oder in die Schlacke be­ wegt wird, beeinflußt. Der Ausgang des integrierenden Schalt­ kreises 28 wird einem Steuereingang des Oszillators 1 zuge­ führt, wobei der Oszillator 1 so ist, daß er seine Oszilla­ torfrequenz ändert, bis der Steuereingang auf Null gebracht ist. Durch diese Servoregelung ist das in Fig. 4 dargestellte System in der Lage, die Kapazität des Kabels 2 und des Meß­ stabes auszugleichen, wobei die Kapazitätsänderung im Laufe der Zeit eine sehr geringe Änderung ist.

Der Ausgang des Detektors 27 wird ebenfalls einem Filter­ schaltkreis 29 zugeführt, der die Oszillatorfrequenz des Detektorausgangs ausfiltert. Der Ausgang des Filterschalt­ kreises 29 ist mit dem Ausgang des Synchrondetektors 3 in Fig. 1 vergleichbar, der einen Filterschaltkreis eingebaut hat, und die Differentialschaltung 8 und die damit darauf­ folgend verbundene Schaltung entsprechen der in Fig. 1.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß bei dieser Ausfüh­ rungsform das Bezugssignal um 90° verschoben ist, so daß der Synchrondetektor im Quadrat arbeitet.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können abgeändert oder im Rahmen der Erfindung liegend verändert werden. Beispielsweise muß der Meßstab nicht notwendigerweise an einer Lanze vorgesehen sein, sondern kann ebenfalls am Ende eines Kabels angeordnet sein, das über eine Rolle läuft und abgesenkt wird, bis der Meßstab mit der Schmelze in Be­ rührung kommt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Erfassung des Niveaus einer Schlacken­ grenzschicht in einer Metallschmelze, umfassend

• - eine Einrichtung zum Einführen in Richtung des Schmelz­ niveaus,
• - einen am unteren Ende der Einrichtung vorgesehenen Meßstab zum Zusammenwirken mit der Schlackengrenzschicht (-schich­ ten), wenn die Einrichtung in Richtung der Schlackengrenz­ schichten bewegt wird,
• - einen mit dem Meßstab verbundenen feinfühligen Erfassungs­ schaltkreis, wobei der Meßstab während des Einführens kapazitiv mit der Schlackengrenzschicht gekuppelt ist und der Erfassungsschaltkreis so angeordnet ist, daß er eine vorbestimmte Impedanzänderung (-änderungen) an dem Meßstab feststellt, wenn der Meßstab in Richtung der Grenzfläche bewegt wird, und
• - der Erfassungsschaltkreis einen Oszillator (1) mit einer von der Netzfrequenz unterschiedlichen Frequenz umfaßt, der den Meßstab über ein Versorgungsnetz versorgt,
• - einen Synchrondetektor mit einem mit dem Oszillator (1) verbundenen Bezugssignaleingang und einem mit dem Versor­ gungsnetz verbundenen Meßsignaleingang,

dadurch gekennzeichnet, daß das Netz einem vom Oszillator­ versorgungspunkt getrennten mit dem Meßstab und gegebenen­ falls mit dem Netzstabversorgungskabel (2) verbundenen Ab­ nahmepunkt (A; 20; A′) aufweist, und daß der Synchrondetek­ tor (3, 8) einen fehlerfrei von der Änderungsqualität des kontinuierlich vorhandenen Signals an der Abnahmestelle abhängigen Gleichstromausgang beliefert, der den Grad der kapazitiven Kupplungsänderung zwischen dem Meßstab und der Grenzfläche anzeigt, und daß ein Schwellenschaltkreis (10) mit dem Ausgang des Synchrondetektors zur Schaffung eines Ausgangssignals verbunden ist, wenn das dauernd vorhandene Signal am Abnahmepunkt eine vorbestimmte Änderungsqualität hat, die anzeigt, daß der Meßstab in einem bestimmten Ab­ stand von der Grenzfläche angeordnet ist, der einem bestimm­ ten Grad der kapazitiven Kupplung zwischen dem Meßstab und der Grenzfläche entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz eine Reihenschaltung einer Impedanz (Z) und des Meß­ stabs mit seinem möglichen Versorgungskabel umfaßt, und daß der Abnahmepunkt zwischen der Impedanz und dem Meßstab mit seinem möglichen Versorgungskabel vorgesehen, und daß das freie Ende der Impedanz mit dem Oszillator verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz eine Brückenkupplung (17-21) ist, von der ein Arm eine zusätzliche mit dem Bezugsniveau der Vorrichtung verbun­ dene Impedanz (21) umfaßt und der andere Arm mit dem Meßstab oder dem Meßstabversorgungskabel verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Oszillatorfrequenz in einem Bereich liegt, der beträchtlich höher als der der Netzfre­ quenz ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenkupplung (17-21) einen Transformator mit

• - einer Primärwicklung (18), die zwischen dem Oszillatoraus­ gang und dem Vorrichtungsbezugsniveau in Serie geschaltet ist, und
• - einer Sekundärwicklung (19) mit einer mittleren Abnahme­ stelle (20), wobei ein Ende der Sekundärwicklung mit dem Bezugsniveau in Serie mit einer Impedanz (21) zum zusätz­ lichen Eingang und das andere Ende der Sekundärwicklung mit dem Meßstab oder dem Meßstabversorgungskabel verbunden ist, und die Abnahmestelle (20) mit dem Meßsignaleingang des Detektors verbunden ist, umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenschaltkreis einen Differentiatorschaltkreis (8) umfaßt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Synchrondetektors und dessen Ausgang mit einem Komparatorschaltkreis verbunden ist, der eine Einrichtung aufweist, um den Schwellenwert so einzustellen, daß das Aus­ gangssignal erzeugt wird, wenn der Meßstab an oder in einem bestimmten Abstand von der Grenzfläche angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung der Anordnung von zwei Grenzflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Komparatorschalt­ kreis 22 für jede zu messende Grenzfläche umfaßt, und daß der Eingang jedes entsprechenden Komparatorschaltkreises (22) gemeinsam mit dem Ausgang des Differentiatorschaltkreises (8) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bootstrapping-Schaltung (12) für die Abschirmung oder die Hülle des Meßstabversorgungs­ kabels (2) vorgesehen ist, so daß der Einfluß der Abschir­ mungsimpedanz zur Erde oder zum Bezugsniveau der Vorrichtung ausgeschaltet wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Filter (5-7) zwischen dem gemeinsamen Punkt (A) und dem Meßsignalausgang des Synchron­ detektors geschaltet sind, um Störsignale der Netzfrequenz, die durch den Meßstab aufgenommen werden, oder andere von der Oszillatorfrequenz unterschiedliche Störfrequenzen aus­ zufiltern.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4, 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz eine Induktion (L) ist und die Resonanz des Serienschaltkreises auf die Frequenz des Oszillators abgestimmt wird, wenn der Meßstab gut ober­ halb der Schlackenoberfläche der Schmelze angeordnet ist, und wobei der Oszillator eine steuerbare, variable Frequenz hat und eine Servosteuereinrichtung (27, 1) zur Steuerung der Oszillatorfrequenz in der Weise vorgesehen ist, daß die Oszillatorfrequenz der Resonanzfrequenz der Serienschaltung entspricht, solange die Impedanz des Meßstabes und seines möglichen Versorgungskabels (2) nur niedrige Impedanzände­ rungen aufgrund von Umgebungseinflüssen aufweist (Fig. 4).