FI67761C - Foerfarande och anordning foer maetning av ett smaelt materialsom emitterar straolning - Google Patents

Description

67761

MENETELMÄ JA LAITE SULAN SÄTEILYÄ EMITTOIVAN MATERIAALIN VIRTAUSNOPEUDEN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä ja sitä vastaava laite sulan säteilyä emittoivan materiaalin, erityisesti sulan lasin, keraamisten aineiden tai mineraalien valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden määrittämiseksi.

5 Kun mitataan sellaisen sulan materiaalin valuman, virran tai suihkun virtausnopeus, jolla on hyvin korkea lämpötila, on selvää, ettei minkäänlainen mekaaninen kosketus materiaalin ja mittalaitteen välillä ole mahdollinen. Kiinteän pitkänomaisen kohteen, kuten pitkittäisen akselinsa suunnassa 10 liikkuvan paperirainan, nopeuden mittaamiseksi ilman mekaanista kosketusta mittalaitteen ja kohteen välillä, on aikaisemmin ehdotettu, että kummassakin kahdessa välin päässä toisistaan kohteen liikeradalla olevasta kohdasta tunnustellaan signaalia, joka saa alkunsa siitä kohdasta tai johon 15 tuo liikkuvan kohteen sillä hetkellä tunnustelupaikassa oleva kohta vaikuttaa, ja joka signaali on esim. kohteesta heijastuva valosignaali. Signaalit, jotka saadaan tällä tavalla kahdesta tunnustelukohdasta ovat kohinan kaltaisia ja niitä verrataan toisiinsa niin, että on mahdollista tode-20 ia niiden ajallisen siirtymän suuruus, jolloin, kun kahden tunnustelupaikan välinen etäisyys tunnetaan, mainittua aika-siirtymää voidaan käyttää kohteen nopeuden määrittämiseen. Tällaisia mittauslaitteita on esitetty esim. ruotsalaisten patenttijulkaisuiden n:o 329 735, n:o 334 254, n:o 348 055 25 ja n:o 371 015 selitysosissa. Kuten näistä patenttijulkaisuista nähdään, tällaisia aikaisemmin tunnettuja nopeuden mittauslaitteita rasittavat vakavat ongelmat ja ne ovat suhteellisen monimutkaisia ensisijassa sen tähden, että on välttämätöntä verrata ja määrittää kahden kohinan kaltaisen 30 signaalin suhteellinen aikasiirtymä sellaisella tarkkuudella ja luotettavuudella, joka on mittaustuloksen kannalta tyydyttävä .

67761

On myös ehdotettu, esim. saksalaisessa patenttijulkaisussa n:o 2 616 443, yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisussa n:o 3 388 328 ja brittiläisessä patenttijulkaisussa n:o 1 132 364 samankaltaisia laitteita akselinsa suuntaisesti liikkuvan 5 pitkänomaisen kiinteän kohteen nopeuden mittaamiseksi, joissa laitteissa kohteen lämpösäteilyä tunnustellaan kahdessa välin päässä toisistaan olevasta kohdasta pitkin liikkuvaa kohdetta ja säännöllisin väliajoin kohdetta kuumennetaan pituussuunnassa paikallisesti siihen kohdistettujen lämpö-10 säteilypulssien avulla kohdassa, joka on virtaussuunnassa tunnustelukohtien yläpuolella. On kuitenkin selvää, ettei tuollaista laitetta voidan käyttää sellaisen sulan materiaalin valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden mittaamiseen, joka on jo kuumennettu hyvin korkeaan lämpötilaan.

15 On myös aikaisemmin tunnettua mitata kaasukuplia sisältävän nesteen virtausnopeus suuntaamalla valonsäde nestevirtauksen läpi kahdesta toisistaan välin päässä olevasta paikasta ja ilmaisemalla kaasukuplien kulku näissä kohdissa nestettä kaasukuplien kulkuajan ja siis nesteen kulkuajan määrittämi-20 seksi näiden kahden paikan välillä. Tietenkään tätä menetelmää ei voida käyttää säteilyä itsessään emittoivan sulan materiaalin, kuten esim. vapaasti putoavan sulan lasisuihkun virtausnopeuden määrittämiseen.

Mitään tyydyttävää menetelmää ei itse asiassa tunneta nyky-25 tekniikassa sulan säteilyä emittoivan materiaalin, kuten esim. vapaasti putoavan sulan lasisuihkun valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden määrittämiseksi.

Keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada parannettu yksinkertainen ja luotettava menetelmä ja laite sulan sätei-30 lyä emittoivan materiaalin, erityisesti sulan lasin, keraamisten aineiden tai mineraalien valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden mitaamiseksi.

3 67761

Keksintö perustuu siihen havaintoon, että sulan säteilyä emittoivan materiaalin, kuten erityisesti sulan lasin, valuma, virta ja suihku emittoi säteilyä, joka on luonteeltaan sellaista, että jos materiaalivirran rajoitetultaa alueelta 5 emittoituva säteily ilmaistaan esim. sopivan säteilyilmaisi-men avulla, tämän ilmaisimen lähtösignaali on suurimmaksi osaksi kohinan kaltaista, mutta sisältää myös pulssimaisia hyvin suuren amplitudin omaavia muutoksia, jotka esiintyvät signaalissa satunnaisesti* Kuvio 1 oheisissa piirustuksissa 10 esittää havainnollisesti esimerkkinä sellaisen säteilyilmai-simen lähtösignaalin, joka on järjestetty vastaanottamaan sulan lasisuihkun rajoitetun alueen emittoimaa säteilyä. Kuten kuviosta havaitaan signaalin pääosa on kohinan kaltaista, mutta signaali sisältää myös joukon pulssimaisia 15 hyvin suuria intensiteettimuutoksia tai amplitudipoikkeamia. Näiden lyhyiden ja suurten ilmaisimen lähtösignaalissa ilmenevien amplitudimuutosten täytyy vastata materiaalin emittoiman säteilyn intensiteetissä tapahtuvia paikallisia epäjatkuvia ja satunnaisia vaihteluita, jotka todennäköisimmin 20 aiheutuvat materiaalin paikallisesta epäjatkuvasta ja sattumanvaraisesta epähomogeenisuudesta. Sulassa lasissa nämä epähomogeenisuudet ovat todennäköisesti sulaneessa lasissa olevia ilmakuplia, ja kuten on todettu, tuollaisia säteilyn intensiteetin pulssimaisia muutoksia ilmenee myös hyvin 25 puhtaissa lasimateriaaleissa. Mitä tulee muihin säteilyä emittoiviin materiaaleihin, kuten esim. keraamisiin aineisiin ja mineraaleihin, niissä todennäköisesti on mukana samanlaisia kaasu- tai ilmakuplia, jotka saavat aikaan samanlaisia satunnaisesti tapahtuvia emittoituvan säteilyn 30 intensiteettimuutoksia. Useimmiten sulissa metalleissa on myös paikallisia epäjatkuvia epähomogeenisuuksia, esim. kuonahiukkasia, jotka voivat aiheuttaa samanlaisia pulssimaisia, satunnaisia intensiteettimuutoksia materiaalin emittoimassa säteilyssä.

35 Tämä keksintö perustuu sille uudelle periaatteelle, että näitä materiaalin emittoiman säteilyn pulssimaisia, sattu manvaraisesti tapahtuvia intensiteettimuutoksia pitäisi 4 67761 voida käyttää hyväksi materiaalin virtausnopeuden määrittämiseksi siten, että materiaalivirran määrätyltä alueelta emittoituva säteily ilmaistaan kahdessa välin päässä toisistaan olevassa kohdassa virtaustiellä ja tuollaisen pulssi-5 maisen intensiteettimuutoksen, joka tapahtuu ylävirran puolella olevassa llmaisupaikassa, ja saman pulssimaisen intensiteettimuutoksen, joka tapahtuu alavirran puolella olevassa paikassa, välinen aikaväli mitataan.

Tähän mittausperiaatteeseen sisältyy kuitenkin erityinen 10 ongelma, koska mainitut intensiteettimuutokset tapahtuvat täysin satunnaisesti ja sentähden vaihtelevin ja täysin sattumanvaraisin keskinäisin aikavälein. Materiaalin virtausnopeuden tarkka mittaaminen edellyttäisi kuitenkin sitä, että on mahdollista määrittää täsmälleen saman intensiteet-15 timuutoksen, joka tapahtuu kahdessa välin päässä toisistaan olevassa kohdassa virtaustiellä, ilmaistuksi tulemisen välinen aikaväli. Tämä on valkea toteuttaa, koska intensiteetti-muutokset tapahtuvat täysin sattumanvaraisesti, eikä yhtä intensiteettlmuutosta voida helposti erottaa toisesta.

20 Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tämä ongelma on ratkaistu siten, että ylävirran puolella1 olevan ilmaisimen luona tapahtuvan säteilyn intensiteettimuutoksen ja alavirran puolella olevan ilmaisimen luona tapahtuvan säteilyssä ilmenevän heti seuraavan intensiteettimuutoksen välinen 25 aikaväli mitataan vain sillä ehdolla, että intensiteetti- muutosta, joka on ilmaistu ylävirran puolella olevassa paikassa, on edeltänyt ennalta määrätty aikajakso, jonka kuluessa ylävirran puolella olevassa ilmaisupaikassa ei ole tapahtunut säteilyn intensiteettlmuutosta, joka ennalta 30 määrätty aikajakso on niin pitkä, että se on varmasti pitempi kuin materiaalivirtauksen kulkuaika noiden kahden ilmai-supaikan välillä. Tällä tavalla voidaan mitata aikaväli, joka on materiaalivirran todellinen kulkuaika noiden kahden ilmaisupaikan välillä.

5 67761

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää edellä käsiteltyä säteilyilmaisimesta tulevaa lähtösignaalia, joka säteilyilmaisin vastaan-5 ottaa säteilyä sulan lasisuihkun rajoitetulta alu eelta; ja

Kuvio 2 on keksinnön mukaisen mittalaitteen yksinkertaistetun piirikaavion eräs toteutusesimerkki.

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti sulan säteilyä emittoivan ma-10 teriaalin 1 valumaa, virtaa tai suihkua, esim. sulaa lasi-suihkua, jonka virtausnopeus V kuviossa nuolella merkittyyn suuntaan on tarkoitus määrittää. Keksinnön mukainen laite mainitun virtausnopeuden V määrittämiseksi käsittää kaksi säteilyilmaisinta SI ja S2, jotka on järjestetty vastaanot-15 tamaan säteilyä suihkun 1 kahdelta rajoitetulta alueelta, jotka ovat toisistaan sopivalla etäisyydellä L suihkun 1 virtaustiellä» sopivan linssijärjestelmän 2 kautta, jota linssijärjestelmää el ole esitetty kuvassa yksityiskohtaisesti. Säteilyilmaisimllta SI ja S2 saadut lähtösignaalit 20 syötetään kumpikin vastaavaan vahvistimeen F1 ja F 2, joista saadaan näin signaalit, joiden muoto on kuvattu kuvion 1 i esimerkin avulla ja joita edellä käsiteltiin. Näiden signaalien pääosa on siis kohinan kaltaista, mutta ne sisältävät myös suuria pulssimaisia amplitudlmuutoksia P, jotka saavat 25 alkunsa lasisuihkusta 1 emittoituvan säteilyn intensiteetin paikallisista epäjatkuvista vaihteluista. On syytä huomata, että säteilyilmaisimista SI ja S2 saaduissa vastaavissa läh-tösignaaleissa toinen toistaan peräkkäin seuraavien pulssien P välinen aikaväli ajassa T mittaa lasisuihkun 1 virtausno- 30 peuden V yhtälön . . ' V = —ψ- mukaan.

Keksinnön mukaan molemmat vahvistimista F1 ja F2 saadut lähtösignaalit syötetään seuraavaan signaalinkäsittelypii-riin, joka kuvatussa toteutusesimerkissä käsittää Schmitt-35 liipaisupiirin ST1 ja ST2, jotka molemmat on järjestetty antamaan lähdössään ainoastaan tulosignaalin pulsseja P

6 67761 vastaavia pulsseja P', jotka pulssit P ylittävät ennalta määrätyn amplituditason, esim. kuviossa 1 esitetyn amplitudin A.

Kahden peräkkäin toisiaan seuraavan vastaavista Schmitt-5 liipaisupiireistä ST1 ja ST2 saatujen, signaalipulssien P' välisen aikavälin määrittämiseksi laite on varustettu digi-taalilaskurilla R, jota voidaan ohjata kellopulssigeneraat-torilla C, jossa on aloitustulo, johon STlrstä saadut sig-naalipulssit P' syötetään, kun taas ST2rsta saadut signaali-10 pulssit P' syötetään laskurin lopetustuloon. Laskuri R alkaa siis toimia, kun signaalipulssi P' ilmaantuu STl:n lähtöön, so. säteilyilmaisimesta SI, ja lakkaa, kun signaalipulssi P', joka saa alkunsa lasisuihkusta 1 tulevan säteilyn samasta paikallisesta epäjatkuvasta intensiteetin poikkeamasta, 15 ilmaantuu ST2;n lähtöön, so. säteilyilmaisimesta S2. Kuten huomataan laskurin R lukema osoittaa silloin säteilyilmaisimesta SI ja S2 saatujen signaalipulssien P' välisen aikavälin. Laskurin R lukema siirretään digitaalisen lasku- ja Ohjausyksikköön D, joka sitten nollaa laskurin R niin, että 20 laskenta voidaan aloittaa uudestaan seuraavalla STlrstä tulevalla pulssilla P'. Lasku- ja ohjausyksikkö D käyttää hyväkseen em. laskurin lukemaa laskeakseen lasisuihkun 1 virtausnopeuden V em. tavalla ja siirtää laskutuloksen signaalina näyttöyksikköön 3 ja/tai ohjaavaan tietokoneeseen 25 tai ohjauslaitteeseen 4 esim. lasisuihkun 1 virtauksen säätämiseksi ja ohjaamiseksi.

On eduksi, että laskuri D on sellainen, että se laskiessaan käyttää hyväkseen laskurilta R siirrettyjen useiden lukemien keskiarvoa, joista lukemista kukin edustaa sitä peräkkäistä 30 aikaväliä, joka on vastaavasti ilmaisimesta SI ja S2 saatujen signaalien kahden ajallisesti peräkkäisen pulssin P välillä. Tällä tavalla virtausnopeuden määrittäminen ei ole niin herkkä säteilyilmaisimien SI ja S2 lähtösignaaleiden pulssien P nousuaikojen vaihteluille.

67761

Sen takaamiseksi, että laskurin R aloituspulssi ja lopetus-pulssi todella ovat peräisin lasisuihkun 1 emittoiman säteilyn samasta palkallisesta epäjatkuvasta intensiteetin poikkeamasta, aloituspulssit, jotka saadaan STlsstä, so. sätei-5 lyilmaisimesta SI, syötetään laskurin R aloitustuloon port-tipiirinB kautta, joka avataan tai mahdollistetaan päästämään läpi STlsstä tuleva uusi pulssi vasta ennalta määrätyn ajan kuluttua siitä, kun STlsstä saatu edellinen aloitus-pulssi P' ilmaantui. Tämä aikaväli on valittu niin, että se 10 vastaa vähintään odotettua maksimiaikaa, jonka lasisuihku 1 kulkee kahden säteilyilmaisimen SI ja S2 mittauspaikan välillä.

Claims (4)

8 67761

1. Menetelmä sulan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden määrittämiseksi, 5 missä sinänsä tunnetulla tavalla a) materiaalivirran rajoitetulta alueelta emittoituvan säteilyn intensiteetti ilmaistaan kahdessa eri kohdassa, jotka sijaitsevat ennaltamäarätyllä etäisyydellä (L) toisistaan virtaustie 1lä ja näitä ilmaistuja sätei- 10 lyintensiteettejä vastaavat sähkösignaalit aikaansaa daan, b) molempia näin saatuja sähkösignaaleja verrataan toisiinsa molempien ilmaisukohtien välisen materiaalivirran kulkuajan määrittämiseksi ja 15 c) tällä tavalla määritettyä kulkuaikaa ja molempien ilmaisukohtien välistä etäisyyttä (L) käytetään materiaalivirran virtausnopeuden laskemiseen, tunnettu siitä, että molempien ilmaisukohtien välinen materiaalivirran kulkuaika määritetään siten, että 20 d) kummastakin molemmista ilmaisukohdista saaduista sähkÖ-signaaleista erotetaan sellaiset pulssimaiset amplitu-dimuutokset, jotka ylittivät ennalta määrityn amplitudin, jotka amplitudimuutokset saavat alkunsa materiaalivirran sätei1yintensiteetin satunnaisesti tapahtuvis-25 ta, paikallisista, epäjatkuvista poikkeamista, jotka vuorostaan aiheutuvat materiaalivirran paikallisista epähomogeenisuuksista ja e) aikaväli määritetään ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun sähkösignaalin tällaisen ampli-30 tudimuutoksen esiintymisen ja alavirran puolella si jaitsevasta ilmaisukohdasta saadun sähkösignaalin sen amplitudimuutoksen esiintymisen välillä, jonka aiheut taa sama materiaalivirran epähomogeenisuus kuin ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun sig-35 naalin mainitun amplitudimuutoksen. 9 67761

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että menetelmävaiheessa e) mainittu aikaväli määritetään mittaamalla se aikaväli, joka jäi ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin am-5 plitudimuutoksen esiintymisen ja heti seuraavana alavirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin amplitudimuutoksen esiintymisen väliin ainoastaan silloin, kun mainittua ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin amplitudimuutosta edeltää ennalta 10 määrätty aikajakso, jonka kuluessa ei esiinny mitään amplitudiin uutoksia ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadussa mainitussa signaalissa, jolloin tämä ennalta määrätty aikajakso valitaan niin, että se ylittää materiaalivirran molempien iImaisukohtien välisen odotetun maksimi-15 kulkuajan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että useiden mainittujen aikavälien keskiarvoa käytetään molempien ilmaisukohtien välisen materiaalivirran 20 kulkuajan mittana.

4. Laite sulan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden mittaamiseksi, joka laite käsittää 25 a) kaksi säteilyilmaisinta (SI, S2), jotka on järjestetty vastaanottamaan materiaalivirran (1) rajoitetulta alueelta emittoimaa säteilyä kahdesta eri kohdasta, jotka sijaitsevat ennalta määrätyn etäisyyden (L) päässä toisistaan virtaustiellä ja tuottamaan sähköinen 30 lähtösignaali, joka vastaa mainitun vastaanotetun sä teilyn intensiteettiä, b) signaalinkäsittelypiirit, joihin syötetään mainitut molemmat sähköiset lahtösignaalit ja jotka on järjestetty näistä määrittämään molempien ilmaisukohtien välinen 35 materiaalivirran (1) kulkuaika ja 67761 10 c) laskentayksikön, joka on järjestetty vastaanottamaan mainitun signaalinkäsittelypiirin määrittämän arvon materiaalivirran kulkuajasta molempien ilmaisukohtien välillä ja tämän arvon ja molempien ilmaisukohtien vä- 5 lisen etäisyyden (L) perusteella laskemaan materiaali virran virtausnopeus, tunnettu siitä, että mainitut signaalinkäsittely- piirit käsittävät d) kumpaakin säteilyilmaisinta (SI, S2) varten pulssiero- 10 tuspiirin (ST1, ST2), joka on yhdistetty säteilyilmai- simen lähtöön ja järjestetty erottamaan sen lähtösig-naalista vain sellaiset pulssimaiset amplitudimuutok-set, jotka ylittävät ennalta määrätyn amplitudiarvon (A) ja aikaansaamaan lähtöönsä vastaavat signaalipuls-15 sit (P'), e) ajanmittauspiirin (R), jossa on aloitustulo ja lopetus-tulo sen aikavälin mittaamiseksi, joka on mainitun aloitustulossa vastaanotetun signaalipulssin ja sitä seuraavan mainitussa lopetustulossa vastaanotetun sig- 20 naalipulssin välillä, jolloin aloitustulo on yhdistetty sen pulssierotuspiirin (ST1) lähtöön, joka on yhdistetty ylävirran puolelle järjestettyyn sateilyilmaisimeen (S1) ja lopetustulo on yhdistetty sen pulssierotuspii-rin (ST2) lähtöön, joka on yhdistetty alavirran puolel-25 le järjestettyn sätei lyilmaisimeen (S2) ja f) porttipiirin, joka on kytketty ajanmittauspiirin (R) aloitustulon ja ylävirran puolelle järjestettyyn sätei-lyilmaisimeen (S1) yhdistetyn pulssierotuspiirin (ST1) lähdön väliin päästämään läpi vain sellaiset mainitun 30 pulssierotuspiirin (ST1) lähdössä esiintyvät signaali- pulssit (P1), joita edeltää ennalta määrätty aikajakso, jonka kuluessa ei mitään tällaisia signaalipulsseja ole esiintynyt pulssierotuspiirin (ST1) lähdössä. 35 11 67761