JPS62180256A - 溶解ガス量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熔融金属の溶湯内に含有される溶解ガスの量
を測定する溶解ガス量測定装置に関し、特に、非常に単
純化され、また、そのような測定装置として使用される
回路装置の費用を減少した電気的回路装置に関する。さ
らに、本発明の回路装置は、電力の消費をがなり減少す
ることができる。

〔従来の技術、および発明が解決しようとする問題点〕

ランスリー（Ｒａｎｓｌｅｙ　）による米国特許２，８
６１゜４５０号およびワーコール（Ｗａｒｃｈｏｌ　　
：ワーコールは本発明の発明者である）等による米国特
許出願７６．３，２９０は、溶融したアルミニウムおよ
びアルミニウム合金に熔けている溶解ガス、水素ガスは
これらのガスの内で最も大切であるが、それらの溶解ガ
スの量を測定することを用いた装置を開示している。ラ
ンスリーおよびワーコール等の開示内容は参考として本
発明に編入されている。両文献の開示内容は、２つのセ
ルを具備するカサロメータを使用し、各セルは抵抗ブリ
ッジ回路の２つの辺に電気的に接続された純白金線コイ
ルをそれぞれ有している。低電位の電圧は、上記ブリッ
ジおよび２つのセルを通って印加され、白金線を加熱す
る。各々のセルは、白金線を収容する構造を有し、その
一方のセルは大気に開放され、そしてこの一方のセルは
大気中に一定の比率で含まれる水素ガスを受け取り、こ
れにより基準用セルとして使用する。他方のセルは、測
定用セルであり、溶融金属に熔解している第２のガス、
例えば水素ガスであるが、そのガスの分子を含んでいる
搬送ガスを受け取るために結合されたハウジングを有し
ている。基準用セルの水素定数は、平衡を示す零値を獲
得するために搬送ガスが水素ガスの分子を受け取る前に
、測定用セル中の搬送ガスに対照して均衡される。この
均衡は、通常内部の絶縁コアに手巻きされた同一の白金
線素子を必要とする。

この手巻き工程は煩雑であり、整合工程が正確に行われ
ることが最終的に保障されず、ただ時間をン良費する工
程である。

さらに、白金線を有する抵抗ブリッジ回路はそれなりに
評価することができるが、相当量の電気エネルギーを要
求、すなわち消費する。熔解ガスの定数を決定するため
に使用する装置は、炉から炉に移動して熔解ガスの測定
を行わなければならないために移動可能とされている。

この理由により、そのような装置は電池を電力源として
いる。

ゆえに、消費電力の減少は重要な問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、低価格のソリッドステート型定電流源の使用
によってブリッジ回路を無（すことができる基準カサロ
メータセルの開示を含んでいる。

この低電圧源に対する低電流源は、１つのカサロメータ
セルの電気抵抗と比較するための基準として与えられる
ものである。この定電流源は、バッテリと上記１つのセ
ルとの間に電気的に直列に接続されている。純粋な搬送
ガスは、ワーコール等の出願において論じられているの
と同様に、浄化するためにセル（および、装置）内に導
入される。

搬送ガスの存在は、白金線の電気抵抗を安定させる。そ
して、白金線の電気抵抗の安定はその白金線を通過する
電流を安定させ、その結果白金線を通る電圧を降下させ
る。作動増幅器は、カサロメータセルを横切って接続さ
れ、電圧緩衝器に利得を与え、そのカサロメータによっ
て得られる感度指数を上昇させる。、零オフセツト基準
電圧は、増幅器の出力調整を行うために与えられる。こ
のやり方において、増幅器の出力は零ボルトまたは他の
予め定められた電圧値に設定することができる。

搬送ガスは、溶融金属中に溶解されたガス（水素ガス）
の分子を乗せて溶融金属の溶湯を通って循環される。こ
の２種類のガスはセルに注がれ、そして、そのガスは白
金線を冷却して白金線の電気抵抗を減少させる。すなわ
ち、水素は、例えば、窒素である１股送ガスよりもセル
内の白金線から熱を奪う能力が大きい。このとき、白金
線を通ることで生じる電圧降下は、セルを横切って接続
され増幅器の存在により変化されることになる。この白
金線を通ることで生じる電圧降下は、搬送ガスの水素定
数に比例している。ここで、増幅器は、溶融金属の溶湯
中における水素量の読みである出力を与えるものである
。

〔実施例〕

本発明は、その目的および利点が、以下の詳細説明の記
載および添付図面から最も良く理解されるであろう。

第１図を参照して、カサロメータセル１０は概略的に示
されているが、グラウンドと定電流源１２との間に接続
されている。上記したセルは、白金線の１つのコイル（
図示しない）を有しており、そのコイルは溶融金属の溶
湯（図示しない）の中の成分ガスの量を測定するために
そのガスを受け取るものである。従って、白金線は成分
ガスを受け取るためのハウジングの中に含まれることに
なる。その装置をさらに一層詳しく示すことは、前記し
たランスレーおよびワーコール等の参考文献において描
かれ、また記載されているので、不必要であると信じて
いる。

定電流源１２はセル１ｏと直流電源（バッテリー）１４
との間に直列に接続されている。この定電流源は、種々
の装置を使用することができるが、小型、低電流排流、
そしてソリッドステート装置であることが好ましく、例
えば、米国カリフォルニア州すンタクララのナショナル
・セミコンダクタ社（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ　ｏｆ　５ａｎｔａ　Ｃ１ａｒａ。

Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ　）のＬＭ３１７を利用すること
ができる。ＬＭ３１７は３端子の調整可能な電圧レギュ
レータであり、通常は名称表示用として、電圧を調整す
るために使用されている。しかし、本発明の装置は調整
された電流を作ることができ、これにより、電流の供給
を一定にすることができる。

このことは、装置の出力端子と装置の調整用ピンとの間
に接続された抵抗１５によて成し遂げられる。調整用ピ
ンおよび抵抗は、弾力的に応用することのできる装置を
与える。例えば、１２オームの抵抗は、定電流源１２か
ら１０４ミリアンペアの一定の直流電流出力を与えるこ
とになる。定電流源１２からの出力電流の変化は装置に
よって補償されるが、この変化は入力端子と出力端子と
の間の電圧変化として向かい合わされた抵抗１５を横切
って現れる。電流値１０４ミリアンペアの供給は本発明
の目的のために適している。

「均衡」回路１６はセル１０を横切って接続されている
。セル１０に搬送ガスだけが存在しているとき、回路１
６は電流源１２によって与えられた定電流に逆らって、
そのセルを通過して流れる電流を均衡させるために使用
される。このやり方によれば、搬送ガスが溶融金属中に
循環され、そして、水素ガスが搬送ガスに乗せられると
き、セル１０を通って発現された電圧変化は搬送ガス中
の水素の量、すなわち、溶融金属中の水素の量に比例す
ることになる。回路１６は参照番号１８で示された作動
増幅器が好ましいが、他の回路手段を使用することもで
きる。本発明の目的に適した増幅器としては、ナショナ
ル・セミコンダクタ社の８ピンのＬＭＩＯが有る。

セル１０を通ることによって生じた電圧降下は、２にオ
ームの抵抗２ｏを介して増幅器１８の負の入力（ピン２
）に連結されているのが直接示されている。増幅器の利
ｉ４はピン２とピン６との間に接続された外部帰還抵抗
２２によって固定されるが、もしＬＭＩＯが第１図に示
されたやり方で使用されるならば外部帰還抵抗はＩＯＫ
オームの抵抗である。

ＬＭＩＯは第２の増幅器の端子であるピン１とピン８と
を有し、２つの作動増幅器が一体化されていイ°曽１＠
器である。ピン２．ピン３およびピン６は：・；の増幅
器の端子である。第１の増幅器の正の１″・：５１”　
（ピン３）はＩＯＫオームの抵抗２４を介して第２の増
幅器の出力（ピン１）に接続され、それにより、第１の
増幅器の正の入力は第２の増幅器の出力とされている。

この方法において、第１の増幅器は以下に詳述するよう
に第２の増幅器で制御される。

ピン８は、第２の増幅器の入力端子である。第２の増幅
器の利得は、５にオームの調整可能な帰還用抵抗２６お
よび固定された８、２にオームの帰還用抵抗によって決
められている。第２の増幅器の入力インピーダンスは、
ＬＭＩＯを増幅器として使用するとき１．５にオームの
抵抗３０によって確定される。

増幅器１８の出力電圧（ピン６）は、調整可能なＩＫオ
ームの抵抗３２および抵抗３２のレンジ調整として相応
しく与えられた固定された１、５にオームの抵抗３４を
通って現出される。

さらに記載されるように、装置および回路は以下の方法
に従って機能する。前述した参考の特許文献にも記述さ
れているように、プローブと連合したガス管の施設とに
より、カサロメータ１０は不活性搬送ガスで浄化される
。セル１ｏを通過して流れる電流は、セル１０内の白金
線コイルの電気的抵抗を安定させ、ガスがコイルから熱
を奪う過程を安定させる。コイルから奪った熱は、セル
１０のコイルがバッテリ１４および電流源１２がらの電
流の流れによって熱せられるために消失される。

セル１０で生じた電圧降下は、半導体装置セル１０を通
過する電流で安定化され、そして、増幅器１８の負の入
力に印加された電圧を安定させる。

セル１０によって印加された電圧から結果として得られ
るピン６のいかなる出力も調整用抵抗２６によって零と
される。すなわち、増幅器１８の入力であるピン３の電
圧はセル１０を通って現出される電圧に等しくなされて
いる。抵抗２８は、調整可能な抵抗２６と直列に接続さ
れ、抵抗２６の調整により最適なレンジが確立され、増
幅器１８の出力（ピン６）はビン２に印加された電圧値
によって零とされることができる。

ここで、回路１６が零とされることにより、浄化用搬送
ガスは次ぎに溶融金属の溶湯に向けられる。前記のラン
スレーおよびワーコールの参考文献で説明されているよ
うに、搬送ガスは溶融金属に含有されたガスの分子を捕
獲し一緒にセル１０に搬送する。この過程は２つのガス
の間の圧力が等しくなるまで継続される。セル１０内の
含有ガス（例えば、水素）は、白金線の熱を奪う能力が
搬送ガスよりも大きく、この含有ガス（水素ガス）で冷
却することによって白金線の電気的な抵抗値を変化させ
る。ここで、セル１０で生じる電圧降下は回路１６を通
る電圧を変化させ、そして、回路１６は増幅器１８のビ
ン６に搬送ガスに含まれる含有ガスに比例した読み値の
信号を出力する。

この読み値は、ワーコールの出願で説明されているよう
に、溶融金属の溶湯の含有ガスを決定するために使用さ
れている。定電流源１２によって与えられた定電流は、
セル１０に含有されるガスの量に正確に対応した変化で
あるセル１０で生じる電圧降下を保障する。

セル１０に使用するための白金線の製造において、白金
線の物理的な長さは、それぞれのコイルの電気的な抵抗
値における違いと常に同様であるとは限らない。新しい
コイルが準備され使用されるとき、この白金線の長さを
注意し、そして、含有ガスの正確な読み値を確保するた
めに、回路１６は調整可能な抵抗３２で「スパン調整ｊ
が行えるようになされている。ガス定数の大きさは、予
め定め知られていて、例えば、６パーセントの水素は搬
送ガスと結合し、残り　（９４パーセント）は搬送ガス
である。抵抗３２の適切な調整によって、回路１６は要
求され既知の出力がビン６に提供されることになる。こ
の調整は、溶融金属の溶湯中のガス定数の量を決定する
ために使用されるであろう特別な白金線のために増幅器
１６の回路の目盛を調整するものである。

上述の記載から、そのような装置のブリッジ回路および
第２のセル（基準用セル）を無くし、１つのカサロメー
タセルだけの使用、および、溶解されたガス定数を決定
するだめの装置ではこれまで達成できなかった要求であ
る電流の実質的な減少を有する定電流源の提供という効
果は評価されることができるであろう。・ 以上、本発明は好ましい実施例によって説明されたが、
この実施例に限定されるものではなく本発明の思想に係
る形態はすべて包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る溶解ガス量測定装置の一実施例の
概要を示す回路図である。 １０・・・セル、 １２・・・定電流源、 １４・・・バッテリー、 １６・・・回路、 １８・・・作動増幅器。 以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、搬送ガスと、溶融金属の溶湯または流れの中に溶解
   された第２のガスとを受け取り、該２つのガスの間の平
   衡を測定するために適用される１つのカサロメータセル
   と、 直流電圧源と、 前記セルと前記直流電圧源との間に電気的に接続された
   セルに定電流を供給する手段と、 前記セルが搬送ガスだけを含むとき、該セルを通過する
   電流の流れを前記定電流と対照して均衡させる手段と、 を具備する溶解ガス量測定装置。 ２、前記定電流供給手段に電気的に接続され、前記セル
   を横切って接続された作動増幅器と、該作動増幅器の出
   力を零に合わせる手段と、を具備し、 該零合わせ手段は、前記セルが搬送ガスだけを含むとき
   、前記定電流源に対照して該セルの電流を均衡させる手
   段である特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、前記第２のガスが前記セル内に所定量だけ存在する
   とき、要求された増幅器の出力を供給するために前記作
   動増幅器を調整する手段を具備する特許請求の範囲第２
   項に記載の装置。