KR0162490B1

KR0162490B1 - 액체 금속내의 입자 측정 장치

Info

Publication number: KR0162490B1
Application number: KR1019900007286A
Authority: KR
Inventors: 하세이 레이날드
Original assignee: 폴 제이 레미억스; 알칸 인터내쇼날 리미티드
Priority date: 1989-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1999-05-01
Also published as: AU630959B2; DE69020800D1; JP2966475B2; DE69020800T2; AU5617390A; US5130639A; ZA903812B; EP0398719A2; ES2075156T3; JPH03142348A; KR900018668A; DE398719T1; CA1328679C; EP0398719B1; ATE125042T1; EP0398719A3

Abstract

내용 없음.

Description

액체 금속내의 입자 측정 장치

제1도는 3개의 전극을 갖는 본 발명의 제1실시예에 대한 헤드 부분의 결합된 개략 측면도 및 작동 회로의 블록도를 도시한 도면.

제2도는 4개의 전극을 갖는 본 발명의 제2실시예에 대한 헤드 부분의 개략 측면도.

제3도는 제2도의 선3-3을 따라 절취된 제2실시예에 대한 횡단면을 도시한 평면도.

제4도는 제6도의 화살표 4방향을 따라 취해진 본 발명의 제3실시예에 대한 헤드 부분의 개략 측면도.

제5도는 제6도의 화살표 5방향을 따라 취해진 제4도의 실시예에 대한 정단면도.

제6도는 제5도의 선6-6을 따라 절취된 제4도 및 제5도의 실시예에 대한 횡단면을 도시한 평면도.

제7도는 제6도와 유사한 횡단면 및 6개의 전극을 갖는 본 발명의 추가의 실시예에 대한 개략 회로도를 도시한 도면.

제8도는 제7도와 유사하며 6개의 전극을 갖는 추가의 실시예에 대한 횡단면 및 개략 회로도를 도시한 도면.

제9도는 본 발명의 양호한 구성을 예시하는 장치의 한 전극에 대한 측단면도.

제10도는 분리 헤드 및 본체 부재로 구성된 소형의 자체 내장된 장치의 제1실시예에 대한 측단면도.

제11도는 제10도의 장치의 상부로부터 주본체 부재의 상부 카바가 제거된 것을 도시한 평면도.

제12도는 제11도의 선12-12를 따라 절취된 횡단면도.

제13도는 제10도 내지 제12도의 장치에 대한 헤드부재를 보다 크게 도시한 것으로서, 그 헤드부재의 외부 카바가 제거된 것을 도시한 정단면도.

제14도는 제10도 내지 제13도의 장치에 대한 복수의 밧데리 및 부스트 전류 회로를 도시한 도면.

제15도는 상기 장치의 각각의 밧데리 효율 및 충전 회로를 도시한 도면.

제16도는 접지 루프 전류 통로를 최소화 하기 위한 6개 전극의 응용을 도시한 도면.

제17도는 상기 장치에 대한 잡음을 감소되게 하는 다수의 검사 신호 증폭기 배열을 도시한 회로도.

제18도는 분리 헤드 및 본체 부재를 채용한 자체 내장된 장치의 다른 구조에 대한 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 샘플링헤드 12, 14, 15 : 전극

16 : 튜브 18 : 용융금속

20 : 용기 22 : 보어홀 또는 통로

26 : 진공 소스 28 : D.C 전류원

30, 32 : 케이블 33 : 안정레지스터

34 : 차폐부 40 : 차동 증폭기 회로

42 : 계측 증폭기 77 : 베어링

78 : 넥 커버 86 : 전치 증폭기

95 : 금속 차폐 박스

본 발명은 액체 금속내의 입자 측정, 즉 액체 금속내에 존재하는 입자의 갯수와 크기를 검출 및 측정하는 장치에 관한 것이다.

미합중국 특허 제4,555,662호 및 제4,600,880호에는 액체 금속 특히 액체 알루미늄내의 고체 입자들의 객수와 크기를 일괄(on-line)검출하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이들 특허에서 개발된 장치는 LIMCA분석기로서 알려져 있는데, 이는 간략히 말해서 측벽내에 작고 정교한 통로를 갖는 내열 및 비전도성 물질로 된 용기로 구성된다. 이 용기는 액체 금속내에 침수되어 검사되며, 그 액체 금속의 균일한 스트림은 용기 내부 및 외부에 각각 배치된 2개의 전극 사이의 스트림을 통해 실질상 일정한 전류가 설정되는 동안 용기 내부에서 빼낸 진공 소스에 의해 통로를 통과하게 된다. 그 대상 입자는 통상 전도성을 갖고, 또 구멍에 대한 입자의 통로는 그 구멍에 대한 전기 저항의 변화를 수반해서 그 진폭이 입자의 크기를 가리키는 펄스를 발생되게 한다. 일정한 체적을 갖는 금속이 그 구멍을 통과하는 동안 발생되는 펄스의 갯수는 그 금속의 단위 체적에 대한 입자들의 갯수를 나타낸다.

상기 구멍은 너무 작거나 혹은 다소 큰 입자들이 쉽게 차단되도록 형성되어서는 아니되며, 큰 구멍을 통과하는 작은 입자들은 배경 불규칙노이즈신호와는 약간 다른 불확실한 형상 및 진폭을 갖는 펄스들을 발생시킨다. 실제로는 상당한 주의를 기울이지 않는한 상기 노이즈 신호들이 보다 작은 입자들에 대한 소망 신호의 크기와 거의 같은 크기로 정렬될 수 있으므로 상기 노이즈 신호로부터 소망 펄스 신호를 신뢰성 있게 추출하기가 곤란하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 첫째로 공급 전류가 조심스럽게 필터링되어 균일화되어야 하며, 둘째로 구멍을 통해 금속을 이동시키는데 사용되는 진공(또는 압력)이 펌프로 발생된 펄스를 제거해야 하고, 셋째로 전체 장치가 외부의 전자기 간섭에 대하여 가능한한 많이 차폐되어야 한다. 산업 현장에 필연적으로 제공되는 여러가지 유형의 장치 즉 전기 모터, 전기 용접기, 형광등, 고압선 및 유도로(induction furnaces)와 같은 장치는 그러한 간섭의 요인이 되는데, 이러한 간섭은 전원 케이블이나 혹은 공간을 통한 방열에 의해 전파될 수도 있다.

최근, 간섭을 감소시키거나 제거하기 위한 필터의 설계 및 사용에 대한 기술이 활발히 개발되고 있으나, 그러한 장치의 개발은 입자 지시 펄스(예컨대, 약20-300마이크로 볼트)에 대한 비교적 저전압 신호 특성과 더불어 통로를 통과하는 단위 시간당 입자의 갯수에 대응하는 펄스 주파수가 상기 간섭중인 노이즈 펄스들과 거의 같은 크기로 정렬되는 150-10,000헤르쯔의 범위에 있도록 해야만 한다는 사실에 기인하여 곤경에 부딪히고 있다. 차폐 장치는 방송 청취 신호가 상기 장치에 도달하기 전에 그 신호를 반사 또는 흡수하기 위해 제공될 수 있으나, 전체적으로 밀폐된 금속 박스로 이루어진 것과 같은 이상적인 차폐를 달성하기가 곤란한데, 그 이유는 박스 내부로의 입력 및 박스 내부로부터의 출력에 대한 필요성 때문이며; 상기 입력 및 출력 케이블은 그들이 밀폐된 박스 내부에 대한 연장을 효과적으로 이룰 수 있도록 완전히 차폐되어야 한다. 이에 대한 가치 있는 방안이라 생각되는 한가지 방법은 검사 회로들을 서로로부터 격리시킴과 아울러 가능하다면 주지된 광학 절연기의 사용이나 혹은 절연 변압기의 도움에 의해 간섭 받는 국부 전류 루프의 형성을 방지되게 하는 것이다. 간섭을 다루는데 있어서 특히 어려운 것으로는 유도로를 들 수 있는데, 이러한 유도로는 필터, 차폐 장치 및 절연체가 간섭에 대한 효율을 제한하는 동안 소망신호와 쉽게 혼신되는 강력한 간섭 버스트를 연속적으로 받아들이기 때문이다. 상기한 LIMCA장치의 주요 잇점중 하나는 수시간 또는 몇일이 필요한 종래 장치에 비해 수초 동안에 주어진 결과에 대한 일괄검사를 할 수 있다는 것이나, 유도로인 경우 상기 LIMCA장치가 액체 금속 소스에 근접되어 있어 상술한 문제점을 여전히 안고 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 상기한 LIMCA장치내에 간섭 소자 또는 간섭 소자들을 가능한한 많이 감소시켜 소망의 검사 신호를 정정하는데 사용될 수 있는 간섭 제거 신호를 발생시키기 위한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 간섭 제거 신호가 발생될 수 있고 또한 소망 신호의 증폭 이전에 소망 신호를 정정하는데 사용되는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 검사 신호에 대한 통로 크기의 변화를 평가 및 정정하도록 통로의 크기를 감시하기 위한 신규의 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 소형이고, 소망 간섭 신호의 방지 및 제거에 의해 그러한 신호의 감소를 촉진하며, 또한 보다 쉽게 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라 일괄측정을 위해 사용 가능한 신규의 장치를 제공하는 것이다.

액체 금속내의 입자의 검출 및 측정을 위한 본 발명의 모든 특징을 갖는 장치는, 용융된 금속의 통과를 위한 통로를 갖는 전기 절연 벽부 수단과; 금속 스트림의 형태로 통로를 통해 용융된 금속을 통과시키는 수단과; 액체 금속내에 삽입하여 그 액체 금속 사이에 전류 통로를 형성하도록 하기 위해 상기 벽부 수단의 양측에 배치된 한쌍의 전류 공급 전극과; 전원에서 공급된 전류를 전류 통로로 통과시키기 위해 전류 공급 전극에 접속되는 전류 공급 리드 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 제1특징을 갖는 장치는, 상술된 전극쌍과 함꼐 액체 금속내에 삽입하기 위한 적어도 하나의 제3전극과; 상기 벽부 수단의 양측에 배치된 한쌍의 전극에 접속되어, 전류에 의해 야기된 상기 한쌍의 전극 사이의 전압차를 검출함과 아울러 상기 통로를 통해 전도성이 다른 입자들의 통과에 의해 야기된 전압차의 변화를 검출하는 검출 수단과 접속되게 하고, 대응하는 검사 신호를 연속적으로 발생시키는 검사 리드 수단과; 검사신호에 중첩되는 간섭 신호를 부수적인 전기 또는 자기 간섭으로부터 발생시키는 간섭 안테나의 적어도 일부를 이루는 한쌍의 전극과; 상기 간섭 안테나에 인접 배치되어 상기 부수적인 간섭으로부터 간섭 제거 신호를 발생하는 제거 안테나를 이루는 다른 3개의 전극 쌍과; 상기 간섭 신호의 진폭을 최소한으로 감소시키기 위해 상기 간섭 신호와 반대되는 상기 간섭 제거 신호를 상기 검사 신호에 부가하기 위한 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 다른 특징을 갖는 장치는, 상기 전류 공급 전극쌍과 함께 액체 금속내에 삽입하기 위한 제3, 제4 및 제5전극과; 상기 벽부 수단의 양측에 배치된 상기 제3, 제4 및 제5전극에 접속되어, 전류 통로내의 전류에 의해 야기된 제1쌍의 전극 사이의 전압차를 검출함과 아울러 상기 통로를 통해 전도성이 다른 입자들의 통과에 의해 야기된 전압차의 변화를 검출하는 검출 수단과 접속되게 하고, 대응하는 검사 신호를 연속적으로 발생시키는 검사 리드 수단과; 상기 검사 신호에 중첩되는 간섭 신호를 부수적인 전기 또는 자기 간섭으로부터 발생시키는 간섭 안테나의 적어도 일부를 이루는 제1쌍의 제3, 제4 및 제5전극과; 상기 간섭 안테나에 인접 배치되어 상기 부수적인 간섭으로부터 간섭 제거 신호를 발생시키는 제거 안테나를 이루는 제2쌍의 제3, 제4 및 제5전극과; 상기 간섭 신호의 진폭을 감소시키기 위해 상기 간섭 신호와 반대되는 상기 간섭 제거 신호를 상기 검사 신호에 부가하는 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 또 다른 특징을 갖는 장치는, 한쌍의 전류공급 전극과 함께 액체 금속내에삽입하여 서로 상기 벽부 수단의 양측에 배치되는 제3 및 제4전극과; 상기 제3, 및 제4전극에 접속되어, 그들 전극 사이의 전압차와 아울러 상기 통로를 통해 전도성이 다른 입자들의 통과에 의해 야기된 상기 전압차의 변화를 검출하는 측정 수단과 접속되게 하고, 대응하는 검사 신호를 연속적으로 발생시키는 검사 리드 수단과; 상기 검사 리드 수단에 접속되어 그에 따라 발생된 검사 신호를 수신하는 측정 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 추가의 특징을 갖는 장치는, 상기 벽부 수단의 양측에 배치된 한쌍의 전극에 서로 접속되어, 상기 통로를 통해 전도성이 다른 입자들의 통과에 의해 야기된 상기 전압차의 변화를 검출하는 수단과 접속되고, 발생된 검사 신호를 수신하는 검사 리드 수단과; 상기 전극쌍과 함께 액체 금속내에 삽입하여 상기 벽부 수단의 양측에 배치되는 제3 및 제4전극과; 상기 제3 및 제4전극 사이에 접속되어, 상기 전류 통로내의 전기에 의해 발생된 전압차의 측정에 의해 상기 통로의 크기를 측정하기 위한 측정 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 장치는 액체 금속내에 삽입하기 위한 추가의 전극과, 상기 검사 신호 통로내의 그룹 루프 전류 통로를 최소화하기 위해 장치내에 상기 추가의 전극을 접속하는 수단을 포함하고, 또한 교류 전류 신호를 감소시키는 전원을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 각각의 전극은 또한 침수 가능한 텅스텐 부분과 텅스텐이 갖는 동작 온도 즉 1밀리 볼트보다 작은 접촉 전위를 갖는 금속 장착 부분을 구비하는 것이 바람직 하다.

상술한 각각의 전극은 또한 침수 가능한 텅스텐 부분과 텅스텐이 갖는 동작 온도 즉 1밀리 볼트보다 작은 접촉 전위를 갖는 금속 장착 부분을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 추가의 특징을 갖는 장치는 전기 절연 벽부 수단과 세로 평면에 대하여 대칭인 전극들을 장착하는 장치 본체와, 상기 장치가 상기 세로 평면의 양측에 장착된 2미러의 대칭 평면에 있는 경우에 대한 적어도 하나의 전원을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 추가의 특징을 갖는 장치는 상기 전기 절연 벽부 수단 및 전극들을 장착하는 헤드 부재와; 상기 장치에 대하여 적어도 하나의 전원을 장착하는 본체 부재와; 상기 전극들이 상기 용융된 금속내에 삽입 가능한 동작 위치와 상기 용융된 금속으로부터 이격된 저장 위치 사이에서 상기 본체 부재쪽으로 이동하도록 상기 헤드부재를 장착하는 아암 수단을 구비하고 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 더욱 상세히 설명하도록 한다.

제1도에 도시된 바와같이 본 발명의 제1특징은 LIMCA(상표 이름) 샘플링 헤드(10)에 적용되는데, 이런 헤드(10)는 횡방향으로 평행하게 3개가 간격져 있고 하방향으로 돌출한 전극(12,14,15)을 구비한다. 전극(14,15)은 용기(20)에 포함된 것과 같이 통상적으로 도시되어 검사되기 위한 용융 금속(18)에 직접 연장된다. 그러나 본 발명의 모든 실시예에서, 용융 금속의 소정의 본체는 전달 통로에서 관통하는 유체 흐름과 같이 시험될 수 있고 그리고 금속이 흐를 경우 매우 유용하게 판독할 수 있는 것이 본 발명의 장치의 장점이다. 이런 실시예에서, 전극(12,14)은 전류를 운반하는데, 전극(12)은 (+)이고 전극(14)는 (-)이다. 그러나 장치는 극성을 감지하지 않고 다른 실시예에서 그들의 극성은 서로 반전된다.

튜브(16)는 정밀하게 형성된 보어홀 또는 통로를 가진 두전류 이송 전극(12,14)간의 측벽 일 부분에 제공되고, 금속이 진공 소스(26)에 의해 출구 튜브(24)를 거쳐 셀내에 설정된 진공에 의해 튜브로 형성된 셀내에서 인출되고 6-60amp의 순서로 일정한 직류가 D.C전류원(28) 즉 전류 운반 리이드(30,32)를 거쳐 재충전 가능한 대형 밧데리에 공급된다. 전원은 대응하는 인자에 의해 그의 값을 동시에 설정할 경우 약6(V)에서 0.6(V)까지 전극에 공급된 전압을 감소시키는 안정 레지스터(33)를 포함한다. 두 리이드(30,32)는 픽업을 감소시키기 위해 차폐부(34)에 밀봉되고 차폐부와 회로의 나머지는 공동 접지부에 연결되어 접속부(38)에 의해 접지 기준 전극으로 작동하기 위해 전극(14)에 전기적으로 연결 된다. 전극(12,14) 사이에 검출된 상이한 전압을 가진 원하는 합성 검출 위상으로 구성되는 신호가 본 실시예에서 고역 필터(150Hz)를 포함하는 차동 증폭기 회로(40)에 공급된다.

이런 모든 실시예에서 용융 금속이 진공 상태 튜브 내로 뽑혀질 동안 검출이 실행되더라도, 금속이 내적으로 인가된 가압에 의해 튜브로부터 방출될 경우 검출이 가능하다. 금속의 삽입 및 방출시 검출이 실행되더라도 얻어진 두 결과치가 평균화 된다.

케이블(30,32)이 그의 길이와 같은 길이 만큼 가능한 유효하게 차폐되더라도 전극(12,14)은 통상적으로 간섭 안테나로 형성되고, 안테나는 용이하게 설치되어 측정 헤드 및 그의 접속용 케이블의 이용 및 기동성을 손상시킴이 없이 쉽게 감소되지 않는 다른 유효성이 있다. 이런 간섭 안테나는 노이즈의 지역 소오스로부터 외부 신호를 변화시킴 없이 픽업한다. 여러 어려움 때문에 두전극(12,14)을 차폐하는 그러한 유효성이 있다. 특별한 실시예에서 길이당 90㎝(36in)까지 측정 가능한 전극(12,14)은 약 5㎝간격져 있고 약 387㎠(60in)의 유효 단면적으로 구성된 전극 루우프 안테나로 인해 용융 금속에서 15㎝까지 삽입되어 있다. 이런 루우프 안테나는 부수 간섭의 소스 및 소스들의 방향을 검출하는데 사용될지라도 직선으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

상기 언급한 바와 같이 취급하는데 매우 어려운 간섭 소스중 하나는 이들 장치의 샘플링 주파수 범위 특성(200Hz 내지 10HHz)내에 또는 근처에 그의 간섭을 확산시키는데 유도로를 들 수 있다. 이는 원치 않는 신호를 역으로 미치지 않고 패스 벤드 또는 노치에 거절되지 않는다. 상기 언급한 바와 같이 이런 장치 형태의 주 장점은 온라인을 사용할 수 있어 이런 장치는 간섭의 광범위한 영역내의 유도로 근처 약 15m(45ft)에서 사용될 필요가 있다. 차폐 또는 절연이 그의 소스 근처에 있을시 효과적으로 제한되어 신호 증폭기는 원치 않는 신호를 수신함이 없이 원하는 신호를 수신하기 위해 장착될 수는 없다.

본 발명에 따라, 이런 제1전극 실시예에서 부가 또는 보충 신호 제거 루우프 안테나는 전극(12)과 제3전극(15)의 결합에 의해 형성되로 제3전극(15)은 전극(12,14)과 같은 평판에서 배치되도록 헤드로부터 용융 금속에 직접 하방향으로 연장한다. 전극(15)은 전극(14)으로부터 전극(12)의 대향 측면상에 배치되고 전극(12)으로부터 균등하게 간격져 있어 합성 제거 루우프 안테나는 간섭 안테나와 동일한 유효 단면적으로 형성되는데, 이런 단면적은 헤드의 소정 운동과 용융 금속내에 3개의 전극 삽입 깊이 차이에도 불구하고 항상 균등하게 남아 있다. 이런 용융 금속은 삽입의 깊이가 증가한 만큼 단면적이 감소하도록 단락 회로를 작동한다. 이런 제3전극은 검출 절차 동안 금속내에 삽입 가능한 그의 하단부를 항상 갖도록 충분한 길이로 구성되어 통상적으로 두 전극(12,14)과 동일한 길이로 구성되지만 소량의 신호 전류 만을 이송시키기 때문에 두껍게 될 필요가 없다. 통상 간섭 및 제거 안테나에서 간섭 신호 내의(+)전극(12)을 가진 물리적인 배열로 인해 자동적으로 위상을 실제 배열한다.

도시된 바와 같이 전치 증폭기/필터(40)에 이용되는 차동 증폭기는 전류 트랜스이다. 간섭 안테나(12,14)로부터 나온 신호는 하나의 1차 권선에 인가해서 공급되지만, 제거 안테나(12,15)로부터 나온 신호는 다른 권선에 인가해서 공급 된다. 안테나(12,15)로부터 간섭 제거 신호는 어느 신호를 소정의 증폭하기 전에 안테나(12,14)로부터 소정의 간섭 신호를 삭제하는데 사용되는 것을 알 수 있다. 이에 따라 노이즈와 위상에 의해 야기된 문제점과 불완전한 결합을 하기 이전에 소정의 조정 증폭기에 의해 발생된 이득 변화율을 최소화 하는 장점이 있다. 전치 증폭기는 최대 이용 가능한 이들율을 제공하는 형태로 구성되어 정전 장치는 통상 전기적인 장치보다 작은 신호에 노이즈를 유도하게 된다. 그러나 이용되는 차동 전치 증폭기와 하기에 기술된 다른 장치는 필수적인 것만은 아니다. 따라서 전기 형태의 증폭기가 바람직하게 사용될지라도 이는 주 작동용 전원으로부터 가능한 원치 않는 신호 픽업을 감소시키기 위해 개개의 소형 D.C밧데리로부터 그의 작동 전원을 공급하게 된다. 이러한 트랜스 차동 증폭기는 그 안에 발생된 간섭 신호를 자동 제거하기 위해 약간 균형된 권선을 이용하는 형태로 구성되어 있다. 이러한 시스템은 특히 발생된 소정의 접지 루우프 전압과 같은 양을 감소시키는데 유의해야 하므로 전압은 이 시스템에 연결되는 증폭기와 하기에 기술된 단부에 대한 장치에 의해 완전히 증폭된다.

전치 증폭기/필터(40)의 출력은 얻어진 신호 레벨을 조절하는데 사용되는 가변 이득 증폭기(42)에 공급되고 그의 출력은 이어서 저역 필터(44)와, 150~10,000Hz 범위에서 패스 벤드 필터를 구성하는 고역 필터에 공급된다. 그 필터(44)의 출력은 본 출원에 참고로서 기재된 미합중국 특허 제4,555,662호와 제4,600,880호에 상세히 기재된 바와 같이 계산 및 기록 장치에 공급된다. 이런 레코딩 장치는 금속의 매체적당 다수의 입자를 나타내는 영구 가시 레코드, 필요할 경우 그의 각 크기와 그의 상대 크기 분포를 산출한다.

도시 생략된 또 다른 3개의 전극 실시예에서, 전류 이송 케이블(30,32)은 두개의 전극(12,15)간에 접속되고 반면에, 차동 증폭기(40)는 전술한 바와 같이 접속되어 있는 상태이다. 그러나 이러한 접속은 더이상 접지 루우프 전압을 감소시킬 뿐만아니라 현재 다음 증폭기에 의해 강하게 증폭 된다. 제2도와 제3도에는 상기 기술된 3개의 전극 헤드 장점뿐만아니라 통로(22)의 횡방향 크기(횡방향 차원, 등가 또는 유효한 직경 또는 단면적)를 일정하게 측정하여 4개의 전극 헤드를 이용하는 제2실시예가 예시되어 있다. 장치의 작동 상태는 용융 금속과 사용되어 때때로 작동되는 것을 알 수 있다. 10미크론 등가 직경과 같이 소형의 직경 용융 금속에서 입자를 검출 및 측정하는 것이 요망되었다. 통상적으로 통로(22)에 대한 등가 직경은 300미크론인데, ±2 미크론의 허용 오차로 형성될 수 있다. 등가 직경의 값은 통로가 초기에 얻을 수 있는 혀용 오차 범위내에서 실제 원형으로 되기 때문에 항상 인용되어 실제 원형이 아니더라도 사용시 불균등하게 마모될 수 있다. 이에 따라 결국 소형 직경 통로는 알루미늄과 그의 합금 경우에 700-800℃온도로 약6-60amps의 고전류를 이송하는 용융금속을 주기적으로 흐르게 한다. 통로를 통과한 저항은 2밀리 오옴이지만 이런 소형의 저항이 통로에서 열을 발생할지라도 고전류는 이송된다. 용융 금속은 튜브의 재질 특히 고마그네슘을 포함하는 몇몇 합금으로 부식 작용을 한다. 이에 따라, 금속 단면적이 증가할 경우 통로를 통과하게 되어 금속의 광택 효과를 증가시키게 된다.

약0.6(V)의 전극(12,14)간의 전위차와 더불어 통로(22)에 인가되는 전위차는 약120[mV]이고 10미크론 직경 입자의 통로에 의하여 발생된 신호는 노이즈와 간섭중의 검출 가능한 드레솔드값에서 마이크로 볼트이다. 통로의 단면적이 증가함에 따라 그의 저항에서 두 출력이 감소하게 된다. 따라서 4개의 출력은 입자가 통로를 통하여 발생된 신호에서 감소하게 된다. 공급 전압이 증가함에 따라 신호 레벨도 증가하게 되어 검출 장치에 대해 출력 조건을 증가시키게 된다. 통로는 커다란 응집된 입자에 의하여 차단될 위험이 없이 초기에 소형의 직경으로 구성하지 않는다. 따라서 너무 크지 않고 작동자가 신호에 접속 인자를 인가할 정도로 하는 것이 중요하다. 작동자는 통로가 너무 크기 때문에 얻을 수 없고 그리고 튜브(16)가 재배치될 경우 온라인을 쉽게 검출할 수 있는 것이 중요하다.

제2도에는 헤드(10)에 대한 측방향 입면도가 도시되어 있고 제3도에는 4개의 전극에 대한 상대 위치를 볼 수 있도록 제2도의 선3-3을 따라 절취한 단면도가 도시되어 있다.

제4의 보조 전극(48)은 케이블(30,32)로부터 검출 전류를 이동시키지 않고 보조 전극(15)과 함꼐 소형 직경으로 구성되어 있다. 제4전극(48)은 튜브(16)의 내측면에 배치되어 3개의 전극(14,15,16)은 동일한 평면(56)에 배치된다. 두 검출 전류 이송 전극(12,14)은 간섭 안테나를 형성하여 차동 트랜스 증폭기(40)의 입력 권선 절반부에 접속되고 두 무 전류 이송 전극(15,48)은 제거 안테나를 형성하여 트랜스 입력 권선의 다른 절반부에 접속된다. 이런 접속점은 필요한 제거를 얻기 위해 적절한 것이다. 본 실시예에서, 간섭 및 제거 안테나는 실제 공면이 아니고, 전극(48,12)은 가능한 서로 인접하게 평면(56)에 대하여 고정 각도로 평면(58)에 배치된다.

게다가 전극(15,48)은 그들 사이의 전압차를 측정하고 그리고 통로(22)의 크기를 결정하기 위해 이용하는 컴퓨터 회로에 이 측정치를 공급하는 고입력 임피던스 증폭기(50)에 연결되고 홀의 크기가 증가함에 따라 순서적으로 전압차가 감소하고 그리고 그의 유효 저항이 감소하게 된다. 이런 측정은 두 전극(12,14)간의 큰 검출 전류가 용융 금속의 풀에서 보어 홀(22)을 통해 전게 효과를 발생하기 때문에, 소정의 검출 전류를 운반하지 않는 두개의 보조 전극 사이에서 가능하다. 홀의 대향 측면상에 있는 소정의 두 전극간의 소정의 저항 통로에서, 배드(18)와 튜브(16)에서 금속의 저항은 좁은 보어홀을 통과한 저항에 비해 비교적 낮으며 통로의 저항은 오직 보어홀을 통과한 것이다. 이런 전계에서 소정의 두 다른 전극을 삽입함에 따라 그들 사이의 전위차는 전기 전압계와 같이 적절한 전압계와 고입력 임피이던스에 의해 측정될 수 있다. 이러한 계기의 사용은 그들 자신의 보조 전극의 저항을 무시하게 한다. 제1도에는 이용하는 회로의 나머지가 도시되어 있다.

이런 4개의 전극 형상은 보어홀의 대향 측면에 있고 그들간의 전위차는 두 전류 이동 전극(12,14)간의 전류 통로에서 저항과 함께 변화하기 때문에 두 보조 전극간의 검출 신호를 측정할 수 있다.

제4도 내지 제6도에는 간섭 제거 신호의 자동 등가와 통로 유효 직경 측정과 함계 각각 원치 않는 전압과 접지 루우프를 제공한다. 따라서 두 전극(12,48)은 튜브(16)에 서로 배치되고, 전극(15)과 제5전극(54)은 그들의 길이 방향 돌출부와 평행하게 전극(48)의 대향 측면에 배치된다. 3개의 전극(15,48,54)의 모든 돌출부는 동일한 수직 평면에 배치되고 전극(15,48)은 하나의 안테나 및 전극(48,54)과 다른 안테나로 구성되고 두 전극(15,48)간의 횡 방향 간격은 두 전극(48,54)간의 간격과 동일하게 되어 대응하는 대향 안테나는 실제 동일한 직경을 가진다. 또한 안테나는 하기에 설명한 바와 같이 간섭 안테나 또는 제거 안테나로 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이 전력 케이블(30,32)은 두 전류 이송 전극(12,14)사이에 연결되어 이들은 통로(22)를 통해 금속 풀에 설치되도록 저항 통로에서 전계를 발생하고 원치 않는 검출 신호를 한쌍의 결합된 보조 전극 사이에 측정된다. 도시된 실시예에서, 검출 신호는 전극(46,54) 사이에 얻어지고 간섭 루우프 안테나를 형성한다. 이들 전극은 이용 가능한 검출 신호를 최소화 하기 위해 전류 트랜스 차동 증폭기(40)의 입력 권선에 대한 대향 단부에 연결된다. 전극(48,15)은 입력 권선의 중심탭과 각 단부 사이에 연결된다.

증폭기(58)는 두개의 전극(15,48)사이에 연결되지만 전압차를 측정하기 위해 두 전극(48,54) 사이에 동등하게 연결되어 통로 크기를 측정하게 된다. 전극(12,14)은 유효 루우프 안테나를 형성하기 때문에 그들 평판은(제6도) 3개의 전극(15,48,54)에 고정각으로 되도록 헤드에 장착되므로 두 안테나 시스템 간이 간섭 픽업을 최소화 시킨다. 검출 전류를 이송할 필요가 없도록 3개의 신호 전극을 사용함에 따라 중심 전극간의 간격이 제공되고 다른 두 전극간의 접합점이 형성되어 가상 중심 기준점은 원치 않은 픽업을 얻는데 가능하다. 따라서 이런 기준점을 사용하여 비교적 값싸고 안정한 고입력 임피이던스 밧데리 작동용 계기 증폭기와 같은 전기 전치증폭기에 원하는 신호를 증폭하게 된다.

상기 기술된 모든 실시예에서, 하나의 전극은 원하는 신호 통로에서 접지 루우프를 최소화 하기 위해 전극들이 작동된 A.C일 경우 전원을 기준하는데 사용되어야 한다. 이런 목적을 위해 특히 부차적인 전극을 사용하는 것이 하기에 기술되어 진다. 이런 특별한 전극이 없을시 이런 목적을 위해 튜브(16)(이 실시예에서 전극(14)) 외측에 있는 전류 이송 전극을 이용하게 된다.

제7도에는 제6도의 회로와 함께 가상 중심점을 이용하는 장치의 다른 회로가 도시되어 있는데 이런 회로는 전원용 기준점에서 사용하기 위한 다른 전극(60)을 사용한다. 이런 전극은 전극(15,48,54)를 측정하는 신호와 수직인 평면이 되도록 전극(12,14,48)과 동일한 평면에서 튜브 외측에 위치한다. 또 기준 목적을 위해 사용된 전극은 다른 실시예에 제공되고 제1도의 실시예에서 제4전극, 제2도 및 제3도의 실시예에서 제5전극과 제4도 내지 제6도 실시예에서 제6전극을 형성한다. 따라서 이런 목적을 위해 전류 이송 전극중 하나의 전극을 사용할 필요가 없이 보어를 통해 통과한 입자로서 회로에 접지 루우프 펄스를 유도할 수 있다.

제1도 내지 제6도에 사용된 바와 같이 동일한 기준점은 등가 회로 요소에 대한 제7도에 사용된다. 전극(15,54)은 트랜스 1차 권선의 대향 단부에 연결되고 가상 중심 기준점 은 1차 권선의 중심부 탭과 중심부 전극(48)에 설정된다. 차동 증폭기(40)는 상대적으로 낮은 이득율(X40)로 형성되어 원하는 신호의 합과 원치 않는 픽업 신호의 재거 때문에 유효 이들율이 두배로 된다(X80). 계측 증폭기(42)는 출력 단자(64)에서 총 8000 이득율에 대해 높은 이득율(X100)로 형성된다. 이는 소스(64)로부터 전력에 공급되고 기준 전극에 대한 접속점은 각 접지 접속점으로서 통상적으로 표시된다.

제8도에는 차동 트랜스를 이용하지 않는 다른 회로가 도시되어 있다. 일련의 한쌍의 저항(68)은 두 전극(15,54) 사이에 연결되고 저항은 증폭기(42)의 입력 임피이던스에 대해 낮은 값을 갖으며 입력 임피이던스는 저항의 중심탭과 전극(48) 사이에 연결된다. 또 비교적 값싼 계측용 고 이득 트랜스는 필요로 하는 비싼 고립형 트랜스 대신 사용된다.

전극의 전류 이송 기능을 신호 발생 가능으로부터 분리함에 따라 필요로 하는 전원의 크기 및 형태에 있어서 실제 우수한 장점을 갖게 된다. 특히 본원에 사용되는 다수의 셀6(V) 듀티 밧데리 대신에 1.2(V)의 셀에 전원이 공급되는 것을 알 수 있다. 필요로 하는 amp/hour용량은 다수의 소형 용량 셀을 접속시켜 제공될 수 있으므로 이런 실제 장점은 하기에 상세하게 기술되어 진다.

정류 AC 전원과 관련된 노이즈를 제거하기 위해서 재충전성 저장 배터리로부터 전력이 인가되는데, 이는 완전한 전원이 될 수 없으므로, 측정되는 신호는 이하 관계식에 의한 이론적인 값 이하이다.

Vm=Vt·(1-Vs/Vb)

여기서 Vm은 측정된 신호

Vt는 이론적 신호

Vs는 신호 전극에 걸린 전압이며,

Vd는 배터리 전압이다.

60A 전류에서 6볼트 배터리 전원을 가질때 전류 운반 전극 사이의 신호 전압은 0.5V 이며, 이 때 상기 관계식은 다음 값, Vm=Vt(1-0.5/6)=0.917Vt을 갖는데, 이는 수정 인수 1.09가 측정된 신호값에 가해져야 하기 때문이다. 상기 장치의 에너지 예상 소비치는 에너지 사용의 저 효율성을 나타내는데(약 8.3%) 특히 신호가 단지 30W(0.5Vx60A)만을 사용하며, 반면에 배터리는 안정 저항기에서 소산된 초과량으로서 360W(6Vx60A)를 공급해야 한다는 점에서 그러하다. 상기 값은 상당히 큰 정격이다. 그러나, 개구(22)에 걸리는 전압은 0.12V 이어서 Vm=Vt(1-0.12/60)=0.98Vt이다. 이 값은 고 입력 임피던스 검출회로를 사용하여 두개의 비-전류 이송 전극에서 측정된 전압이며, 단지 1.2V전원으로부터 동일한 전압이 얻어지는 경우에, 신호 진폭 Vm은 다음식을 갖는다.

Vm=Vt(1-0.12/1.2)=0.9Vt이다. 신호 진폭은 약 9%정도 감소되는데, 이는 공차이며, 반면 에너지 예상 소비량은 41.7%의 효율을 가지며, 이는 다음에 의한다. 전류 이송 전극에서의 에너지는 아직 30W이지만, 배터리는 단지 72W(60Ax1.2V)만을 필요로 한다. 10AH용량의 니켈 카드뮴 배터리는 대중적인 것으로, 재충전이 되기 이전에 약90분간 전체 60A의 전류를 제공하도록 병렬로 사용되는데, 이러한 것은 비-표준화 기간에 가능한 것으로 이에 의해서 연속적인 동작이 가능하다. 복수의 배터리를 사용하고, 두개 이상이 상이한 값의 안정 저항기를 사용하면, 시험에 맞게 조정될 수 있는 가변 시험 전류 설비를 제공할 수 있다. 상기 시험은 회로의 내외부에서 배터리와 저항기를 스위치시키도록 비교적 간단하며 저렴한 고상 스위치를 사용하여 이루어진다.

제9도는 전극의 양호한 구조를 도시하는 것으로, 그 각각은 장착 부분(B로 도시)에 부착된 침지성 부분(A로 도시)으로 구성된다.

장착 부분은 동이나 황동(황동이 더 적당)등의 비-부식성 고전도 물질이 사용되어야 하며, 반면 침지성 부분은 용융 알루미늄내에서 반복성의 침지를 견딜 수 있는 고용융점 금속이 적당하다. 가장 중요한 것으로, 두개의 상이한 금속은 사용시에 1mV이하의 접합점 온도의 충분히 낮은 정전위를 가져야 한다. 서술한 바와 같이, 비교적 얇고 기다란 전극은 길이에 있어서 최대 90㎝(5=36인치)까지 측정할 수 있으며, 동작에 있어서 불가능한 것은 아니지만, 그것이 금속에 삽입되어 그로부터 수축되는 경우에 진동을 방지하는 것은 어렵다. 우리는 진동에 의해서 증폭기 체인에 의해서 증폭된 AC신호를 발생시키는 정전위가 조정되는 것을 알 수 있다. 2 내지 3,000의 이득에서 약 10mV의 접촉 전위에서 생성된 신호는 진폭에 있어서 증폭기 체인의기본 노이즈와 동일하다.

우리는 장착 부분에 황동을 사용하고, 침지성 부분에 텅스텐을 사용함으로써 특히 효과적인 조화를 가질 수 있다는 것을 알 수 있었다. 상기 두 부분은 그 접합 부분에서 은으로 납땜되며, 상기 구성은 60℃에서 1mV 이하의 접촉 전위를 가지는 바, 기계적 진동은 최대 10,000의 이득에서도 증폭기 체인의 기본 노이즈 이하의양호한 신호를 발생한다. 이것은 상기 부분에 황동/연철 전류를 사용하여 60℃에서 얻어진 약 30mV의 접촉 전위와 비교될 수 있다. 텅스텐을 사용하면 연철에 비해서 그 전기 저항이 비교적 낮아서 전류 이송 전극용으로 약 6.5mm(0.25인치) 0.D의 작은 직경의 전극을, 다를 전극에 대해서는 2.5mm(0.10인치) 직경을 사용할 수 있다. 이와는 다르게 동일 직경의 전극이 사용된 경우에, 보다 높은 전류가 흐르게 되는 것을 알 수 있는데, 이는 전극의 저항에 의해 1차적으로 제한되기 때문이다. 텅스텐은 알루미늄(7-10분)에서 연철에 비해 비교적 덜 용해되어 보다 긴 전극 수명을 갖는다. 스퓨리어스 신호 발생을 없애는 유사한 이유로 우리는 모든 전류 이송 와이어가 함께 꼬여지는 것이 실제적이라 할지라도 그 기계적인 진동이 간섭이 되는 충분한 강도의 그러한 신호를 발생하기 때문에, 모든 전류 이송 전극을 굳게 고정하는 것이 바람직 하다는 것을 알았다.

기술한 전극 구조는 기술한 바와 같이, 비교적 작은 사이즈의 입자를 상기 장치에 의해서 검출 하는 것을 주목적으로 가지며, 이에는 일차적으로, 노이즈 및 간섭은 비교적 소신호가 적절하게 확인되게 하도록 최소로 되는 것을 필요로 한다. 이러한 문제는 입자 크기와 원하는 전기 신호 사이에 존재하는 입방 관계에 의해 어렵게 된다. 따라서 예를들면 20 미크론 대신에 10 미크론의 입자를 확인하도록 2x의 해상도의 증가를 위해서는 배후의 노이즈에 걸쳐서 신호 강도의 8x의 개선을 요하며, 반면에, 5미크론(4x)의 해상도의 증가는 64x의 개선을 요하며, 이 모든것은 2x와 4x의 대응값으로 S/N비를 유지한다. 적절한 물리적이고 전기적인 설계와 부수회로 소자와 그 외장부의 배열에 의해서, 특히 가능한한 그 물리적인 크기를 줄임으로서 실질적으로 외부의 간섭의 영향을 줄이는 것이 가능하여 고유하게 불규칙한 노이즈 이하로 픽업(pick up)되는 것을 알 수 있었다. 또한 회로 소자가 보다 좁은 간격으로 배치될 수 있는 경우에, 전기 커넥터는 짧아져서 간섭신호를 픽업시키도록 성능이 개선된다. 특히, 외부의 노이즈를 픽업시키는 효과는 전극의 클러스터를 통해 통과하는 세로축에 대해 대칭으로 배치된 임의 의 회로 소자의 배열에 의해서 실질적으로 감소되는데, 상기 축은 도면에 도시된 여러 헤드의 평면내에 놓이며, 이 경우에, 발생된 간섭신호는 서로 역 위상으로 배열되어서, 서로 상쇄되는 성향을 갖는다.

제10도 내지 제13도를 참조하면, 자체 내장 장치는 헤드부재(70)와 주 본체 부재(72)로 투영된 두개의 주부품을 구비하며, 후자는 장착 부재(74)를 구비하며, 그에 의해서 용기 또는 전달러니(도시치 않음)를 내장한 금속 주위에서 금속내에 삽입되거나, 그 상승된 클리어내에서 삽입된 헤드부재에 의해 이송된 전극 클러스터와 더불어 장착될 수 있다. 따라서 헤드부재는 단부에서 상기 두 부재에 피벗된 한쌍의 수평 이격 암(76)에 의해 주 본체 부재상에서 장착되며, 가요성 넥 커버(78)내에서 밀봉되는데, 상기 암은 헤드 부재로 하여금 제10도에서 실선으로 도시된 하부 동작 위치와 여기서 전극은 용융 금속내에 잠기며 전극이 금속면을 정화하는 파선으로 도시된 상부 저장 부분 사이에서 수직으로 이동된다. 베어링(77)은 상기 암을 장착시키는데 사용되는데, 두 부재사이의 기계적 진동의 전달을 최소화 시키도록 탄성적으로 댐프된 형태를 갖는다.

헤드부재의 구조는 제12도에서 보다 상세히 도시되며, 여기서 외부 박판 금속 커버는 그 내부 구조를 노출시키도록 제거되어 도시되어 있다. 하부 강성 컵형 부재(80)와 상부 강성 컵형 부재(82)는 수직 원주상 이격 필타(84)에 의해 강성으로 결합되는데, 양호하게도 이러한 구조는 구조 알루미늄이다. 하부 부재(80)는 전극 클러스터와 샘를링 튜브(16)를 장착시키며, 이들은 그 하부 측면으로부터 서로 평행하게 연장하고, 반면 배터리 동작 전치 증폭기(86)는 그 상부의 중간 지점에 장착되며 헤드 부재를 구성하는 최소의 전자 회로는 상기 위치에서 장착되는데, 블록(88)으로 도시된 큰 부분은 상부 컵형 부재(82)내에서 장착되며, 여기서 상기 컵형 부재는 용융 금속으로부터 열저항성 간섭 구조에 의해 보다 완전하게 보호된다. 암 베어링(77)등의 기계적인 부품과 공기 작동 스위치와 릴레이등의 블록(90)으로 도시된 다른 비-전기 부품은 보다 우수한 내열성을 가지며, 상기 두 부재 사이에서 공간적으로 이격지며, 이러한 공간에 두개의 사이클론쿨러(92) 수단에 의해 냉각 공기가 부여되며, 상기 수단은 본체 케이싱(72)내에 위치하여, 상기 공간의 공기는 금속 차폐 케이싱(95)으로 형성된 본체(72)내의 챔버(94)내부로 방출된다. 이러한 실시예에 있어서, 챔버(94)와 케이싱(95)은 평면적으로 T형으로 도시되며, 본체 케이싱 내부의 잔여부로부터 폐쇄되지만, 그 풋(foot)에서 넥크(78)로 개방되어서, 헤드 부재의 내부까지 개방되어 그 모든 내부는 냉각 공기로 채워진다. 본체 부재(72)의 내부의 잔여부는 전자 회로 보드(97)로 접해지는 반면, 그 후방 단부는 상기 전여부에 힌지되어 컴퓨터 키보드(99)와 조화를 이룬다.

튜브(16)는 컵형 부재(80) 하부의 개구내에서 장착된 보스 부재(96)내의 리세트로 연장됨으로써 용이하게 변위 가능하며, 상기 튜브는 환형 리세스(100)내에 장전된 탄성물질인 환형 커프(98)를 통해서 상기 리세스에 삽탈된다. 그 완전히 삽입된 위치에서 튜브의 상연부는 0형링(102)과 결합된다. 압력하의 가스가 커프와 리세스의 벽 사이에 형성된 가스-타이트 챔버에 튜브(101)에 의해 공급되며, 이러한 압력을 받은 가스에 의해서 튜브의 외부벽에 커프가 견고하게 접촉된다.

본 장치의 대칭 세로축은 제11 내지 제13도에서 참조번호(104)로 도시되며, 그 축은 레드 부재(70) 본체 부재(72) 특히 T-형 챔버(94)를 양분한다. 상기 T형 부재의 크로스-바는 8개의 재충전성 배터리(106)를 갖고 있는 배터리 간막이를 형성하며, 상기 배터리는 시험 전류를 공급하며, 상기 간막이는 또한 -바는 두개의 소형 배터리(108)를 갖고 있는데, 이 두 배터리는 전자회로를 공급한다. 배터리(106)는 평면(104)의 대향측면상에서 4개의 반사경-영상 대칭 그룹중 2개내에 있으며, 상기 두개의 배터리(108)는 또한 상기 평면과 관련하여 대칭적으로 배치된다. 배터리는 부피가 크므로 그 공간의 분포에 제한이 따라서, 간섭에 대한 픽업으로서 작용하는, 공통버스 접속부(110)등의 전류 이송 리드 단자는 최소치 이하로 짧아질 수 없다. 대칭적인 방식으로 쌓여지며, 두 개의 팩으로부터 동일한 수로 회로 접속된 배터리에 있어서, 상기 접속에 의해서 부가된 간섭 신호는 자연적으로 역위상을 가지며, 따라서 서로 상쇄되는 성향을 갖는다. 다른 것보다 한 팩내에서 하나 이상의 배터리를 사용함으로 인한 소량의 비대칭은 허용할 수 있다.

제14도는 전자회로의 배터리와 부스트 전류 공급부분을 도시하며, 제5도는 배터리의 충, 방전을 제어하여, 안정 저항기의 상이한 값의 사용으로 각 출력 전류를 제어하도록 각각의 배터리에 제공되는 회로중 하나를 도시한 것이다. 본 장치의 동작에 있어서, 시험이전에 전류 이송 전극(12,14)에 걸리는 비교적 높은증폭 전류는 간단히 인가하는 것이 좋으며, 이는 본 장치의 작은 이물 및 가스 기포를 정화하는 작용을 하는 것으로 생각되는데, 상기 이물 및 기포는 본 장치에 붙을 수도 있는 것이다. 300A 정도인 전류는 전류 AC일 수 있으며, 이는 AC 전원으로부터 공급된 전류를 받은 트랜스포머(112)와 전파 정류기에 의해서 공급되며, 상기 정류기의 출력은 병렬 접속 전력 MOSFET(118)을 통해서 부스트 구동회로(116)의 제어하에 두개의 전극에 공급된다.

본 회로는 부스트 전류값이 제어되도록 하므로, 그러한 전류는 개구의 효과적인 정화를 하는 최소값으로 조정될 수 있는데, 상기 제어에 의해서 통로를 통과하는 전류로에 있어서의 과도한 전류 밀도에 의한 통로에 대한 손상의 가능성을 감소된다. 트랜스포머(112)는 높은 간섭 픽업 가능성을 갖는 특히 대형의 부품으로서 두개의 동일한 환상 코일 트랜스포머가 병렬 접속 사용되며, 평면(104)의 대향측면상의 케이싱내에서 대칭적으로 배치된 반사경이다. 따라서 어떠한 픽업도 역위상으로 상쇄된다. 이는 병렬접속의 경우에 AC 전원이 110-125V이며, 직렬 접속의 경우에 220-250V가 되므로 장점을 갖는다.

제15도를 참조하면, 배터리를 재충전 시키는 시험 기간 동안 기회가 생기며, 이는 단자 CHG에서 각각의 광학 절연기(120; 타이프 4~35)에 충전 제어 신호를 가함으로서 실행되는데, 상기 절연기에 의해서 전력 MOSFET(124)을 제어하는 트랜지스터(122)가 순서적으로 스위치되어서, 정류기(114)는 각각의 배터리에 충전 전류를 공급한다. 배터리는 회로에 있어서 단자 D-CHG에 각각의 제어 신호를 공급함으로써 전극(12,14)에 전류를 공급하도록 접속되며, 따라서 전력 MOSFET(128)을 제어하는 광학 절연기(126)에도 신호가 공급되는데, 회로의 이러한 부분은 안정 저항기(130)를 포함한다. 전국에 공급된 전류의 값은 전술한바와 같이, 병렬로 다른 숫자의 배터리를 접속함으로써 변화될 수 있지만, 이는 또한, 단자 I1과 I2중 어느 하나 또는 모두에 제어 신호를 인가함으로써 폭넓은 범위로 변화될 수 있다. 이들 단자의 각각은 각각의 광학 절연기(13a,13b)에 접속되어서, 각각의 전력 MOSFET(134a,134b)를 제어하며 회로내의 각각의 안정 저항기(136a,136b)를 선택적으로 접속시킨다.

이러한 배터리 제어의 융통성은 개선된 해상도를 얻는데 있어 매우 중요한 것이 될 수 있다. 종래 장치에서는 보어(22)의 실제적인 최소의 크기는 서술한 바와 같이 약 300 미크론이며, 이는 그것이 시험중에 들어 붙게 되는 큰 입자에 의해서 방해되는 가능성을 피하기 위함이다. 다른 것으로는 통로를 통한 전류의 밀도가 그 크기의 감소에 따라서 2승 관례로 증가하여, 종래 장치에서 사용되는 6A 전원을 급속히 증가할 수 있는 것을 고려한 수 있다. 원하는 시험신호의 값△v는 계산의 편리성을 감안하여 모든 입자가 구면이라고 할때, 다음으로 주어진다.

여기서, I는 시험전류

D는 통로직경

d는 입자 직경

r은 금속의 저항율이다.

상기 식으로부터, 우리는 통로 직경(D⁴)에 있어서의 어떠한 감소는 입자 직경(d³)에 있어서의 대응 감소 보다 더욱 효과적이라는 것을 알 수 있다. 예를들면, 200미크론으로의 통로 크기의 1/3감소는 시험 신호에 있어서 5배의 증가를 초래하여, 동일한 시험신호 값에 대해 10미크론에서 약 6미크론으로의 해상도가 증가하는 가공성을 제공한다. 그러나, 동일한 시험전류에서 통로 직경의 감소는 홀을 통과하는 전류 밀도의 2승의 증가를 초래하며, 이는 열과 손상을 증가시켜 아마 몇번의 시험이 실행될 수 밖에 없는 정도까지 고가의 튜브의 수명을 단축시킨다. 이러한 것은 제어 가능 배터리 회로에 의해 시험 전류가 적절한 값으로 정확하게 세트될 수 있는 본 발명의 장치에 의해 방지될 수 있다. 산업계에는 클리어 금속에 대한 필요성이 끊임없이 대두되고 있는데, 이러한 것은 입자 내용에 대한 급속한 온-라인 분석을 가능하게 함으로써 촉진되며, 그것을 이루려는 프로세스가 개발됨에 따라서 불규칙한 대형입자의 존재 가능성은 감소되며, 그에 따라 100미크론 정도의 작은 개구가 실형되며 이는 결과적으로 해상도의 증가를 가져온다.

제16도는 추가의 전극(60)이 스퓨리어스 전류를 감소시키는데 사용된 방식의 특정예를 나타내는 것으로, 전기 안전을 고려하여 회부 금속 케이싱(74)과 장치의 프레임에 접속된 빌딩 접지의 사용을 필요로 한다. 그러면 배터리 팩은 캐패시터와 동일한 하나의 플레이트로서 작용하며 반면, 상기 케이싱은 서로 다르게 작용하는데, 상기 두 접지에서의 상이한 전위는 캐패시터를 통해서 방해 전류를 생성할 수 있다. 실시예에서와 같이, 배터리가 금속 케이스(95)내에 싸여진 경우, 이 케이스는 등가의 캐패시터 C1의 한 플레이트를 구성하는 반면, 전극 클러스터에 접속되어 있는 상기 배터리는 다른 플레이트를 구성한다. 케이스(95)는 배터리 사이에서 중간 차폐부를 구성하여 또한 캐패시터 C1와 직렬로 접속된 제2등가의 캐패시터 C2의 플레이트로서 작용하며 외부 케이싱(72)은 C2의 다른 플레이트로서 작용한다. 상기 차폐부는 대용량 와이어에 의해 전극(60)에 접속되는데, 상기 전극 또한 비교적 큰 직경(즉, 12.5mm)을 갖는다. 다른 접지 전위에서 발생한 방해 전류는 유해하게 C1 내에서 순화하지만, C2 내에서는 순환하지 않는데, 이는 두개의 플레이트가 동일한 접지 전위에 있기 때문이다. 그러한 별도의 전극을 사용함으로써 부피가 클 필요성과, 고가의 절연 트랜스포머를 사용할 필요성이 제거된다. 또한, 선형 구동되는 모든 D.C전원의 공통측면은 관련 입력 트랜스포터의 고유 용량에 의해 주입된 스퓨리어스 AC 전류를 전환시키도록 각각의 대용량 와이어에 의해 상기 전극에 묶어져야 한다.

제17도는 필요한 고 이득을 얻도록 하기 위한 증폭기 회로의 양호한 형태로서, 반면 이는 최하의 가능한 전시스템 노이즈 레벨을 얻기 위한 회로이며, 상기 레벨은 60A의 전류를 사용하여 300 미크론 직경의 통로를 통하여 이동하는 10미크론 직경의 입자를 검출할 수 있도록 0.5μV(증폭기 노이즈 포함)이하이어야 하며 4이상의 S/N비를 가져야 한다. 필요한 높은 이득을 가지는 사용 증폭기는 높은 고유 노이즈를 가지며 대역폭에 있어서 제한된다.

충분히 낮은 노이즈 레벨을 가지면서, 고 이득을 얻는 것은 다음의 점에서 장점을 갖는다. 즉, 배터리 상에서 부하를 감소시키면서 얻어야 할 만족한 신호에 필요시 되는 시험 전류값을 감소시킬 수 있다는 것이다. 도면에 도시된 보다 양호한 증폭기 회로는 연합 이득 증폭기에 그 출력을 공급하도록 병렬로 접속된 충분히 낮은 노이즈 그림(1.1 nV)을 갖고 있는 복수의 소대역폭 연산 증폭기를 사용한다.

상기 연합 이득 증폭기는 전체가 낮은 노이즈를 가지며, 충분한 대역폭(20KHz)을 제공한다. 회로의 입,출력 스위칭 증폭기와, 회로의 입,출력에서 스위치될 수 있는 부가의 궤환 저항기를 사용함으로써 가변이득을 얻을 수 있는데, 이는 신호가 큰 입자의 존재에 따라서 너무 강한 것으로 발견된 경우에, 특히 유용하며 이 때, 이득은 적절한 값으로 쉽게 감소될 수 있다.

상기 회로는 병렬로 접속된 4개의 증폭기(140; Linear Techcnolgy 사의 타입 LT)를 구비하는데, 그 중 하나는 영구히 접속되며, 다른 세개는 전자 스위치(150)에 선택적으로 접속 가능하다. 상기 증폭기는 두개의배터리(108)로부터 전력을 공급받는데, 상기 배터리는 접지 루프 전류 문제를 감소시킨다. 원하는 검사 신호는 모든 4개의 증폭기에서 동상이며, 그 합은 다음의 선형관계를 갖는다. Vout = 4 x Vin 증폭기 노이즈는 불규칙하기 때문에, 그 합은 그 스퀘어합의 제곱근이 되어서 V 전체 노이즈= 2xV각 증폭기 노이즈가 되며, 이는 S/N비에 있어서 그 배의 개선을 제공하며, 포함된 저신호 레벨에 있어서, 상기 관계는 실질적이고 가치 있는 개선을 제공한다.

제18도는 자체 내장 장치용 다른 물리적 구조의 측면도를 도시한 것으로서, 가능한 한 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다. 본 장치는 본체 부분(72)의세로방향 치수를 수직으로 사용하도록 의도되어 있어서, 본 장치는 제10도 내지 제11도의수평연장 본체가 몇몇의 방해를 일으키는 위치에서 사용될 수 있는데, 컴퓨터 키보드는 도시되지 않는 별개의 장치로서 제공된다. 암(76)의 형상 및 배열은 그 헤드부분이 동작위치로부터 제거될 수 있도록 구성되는데, 상기 위치에서 헤드 부분은 저장 또는 액세스 위치에 평행하며, 본체의 측면을 따라서 배치되며, 상기 액세스 위치에서 상기 헤드 부분은 투명한 금속으로된 상기 본체 부분에 수직으로 배치되며, 오퍼레이터에게 보다 용이하게 액세스될 수 있다.

Claims

용융 금속을 통과시키기 위한 통로(22)를 갖는 전기 절연성 벽 수단(16)과; 상기 통로를 통해 전극 12와 14간에 전류 경로를 형성하기 위해 액체 금속 내로 삽입되도록 상기 벽 수단(16)의 제1측상에 배치된 제1전류 공급 전극(12) 및 상기 벽 수단(16)의 제2측상에 배치된 제2전류 공급 전극(14)과; 스트림 형태로 통로를 통하여 용융 금속을 통과시키는 수단(24)과; 표면으로부터 전류 경로내로 전류를 통과시키기 위하여 상기 전류 공급 전극(12,14)에 각각 연결된 전류 공급 리드 수단30,32)과; 상기 전류 공급 전극(12,14)과 함께 액체 금속내로 삽입하기 위한 제3전극(15)을 구비하는 액체 금속내의 입자를 검출 및 측정하는 장치에 있어서, 상기 제3전극은 상기 벽 수단의 제2측상에 배치되고, 상기 장치는 전류에 의해 야기된 상기 제1쌍의 전극 사이의 전압차를 검출하고 통로를 통하여 전도성이 다른 입자들의 통과에 의해 야기된 전압차의 변화를 검출하기 위하여 검출 수단(40,42,44,46)에 접속됨은 물론 대응하는 검사 신호를 연속적으로 발생하도록 제1전류 공급 전극(12) 및, 제2전류 공급 전극(14)과 제3전극(15)으로부터 선택된 전극을 포함하는 제1쌍의 전극에 접속된 검사 리드 수단과; 검사 신호에 중첩되는 간섭 신호를 부수적인 전기 또는 자기 간섭으로부터 발생시키는 간섭 안테나의적어도 일부를 구성하는 상기 제1전극쌍과; 상기 부수적인 간섭으로부터 간섭 제거 신호를 발생하도록 상기 간섭 안테나 부근에 근접 배치된 제거 안테나를 구성하는 제1전류 공급(12) 및, 제2전류 공급 전극(14)과 제3전극(15)으로부터 선택된 전극을 포함하는 또다른 전극쌍과; 적어도 간섭 신호의 진폭을 줄이기 위해 간섭 신호에 반대되는 상기 검사 신호에 간접 제거 신호를 부가하는 수단(40,68)을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제1항에 있어서, 2개의 전류 공급 전극(12,14) 및 제3전극(15)이 동일 평면내에 위치하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 금속에 삽입하기 위해 상기 벽 수단(16)의 제1측상에 배치된 제4전극(48)과, 전류 경로내의 전류에 의해 발생된 전압차를 측정함으로써 통로(22)의 크기를 판정하기 위하여, 제3전극(15) 또는 제2전류 공급 전극(14)과 제4전극(48)사이에 연결된 측정 수단(50)을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제3항에 있어서, 상기 측정 수단(50)은 제3전극(15)과 제4전극(48) 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
용융 금속을 통과시키기 위한 통로(22)를 갖는 전기 절연성 벽 수단(16)과; 상기 통로를 통해 전극 12와 14간에 전류 경로를 형성하기 위해 액체 금속 내로 삽입되도록 상기 벽 수단(16)의 제1측상에 배치된 제1전류 공급 전극(12) 및 상기 벽 수단(16)의 제2측상에 배치된 제2전류 공급 전극(14)과; 스트림 형태로 통로를 통하여 용융 금속을 통과시키는 수단(24)과; 표면으로부터 전류 경로내로 전류를 통과시키기 위하여 상기 전류 공급 전극(12,14)에 각각 연결된 전류 공급 리드 수단(30,32)과; 상기 전류 공급 전극(12,14)과 함께 액체 금속내로 삽입하기 위한 제3전극(15)을 구비하는 액체 금속내의 입자를 검출 및 측정하는 장치에 있어서, 상기 제3전극은 상기 벽 수단의 제2측상에 배치되고, 상기 장치는 상기 제1 및 제2전류 공급 전극(12,14) 및 제3전극(15)과 함께 액체 금속내로 삽입하기 위해 상기 벽부 수단(16)의 제1측상에 배치되는 제4전극(48)과; 제3 및 제4전극(15,48)사이의 전압차, 및 통로를 통하여 전도성이 다른 입자들의 통과에 의해 야기된 전압차의 변화를 검출하기 위하여 검출 수단(42,44,46)에 접속됨은 물론 대응하는 검사 신호를 연속적으로 발생하도록 제3 및 제4전극쌍(15,48)에 접속된 검사 리드 수단과; 발생된 검사 신호를 수신하도록 검사 리드 수단에 연결되는 측정 수단(42-46)를 구비하고, 상기 제3 및 제4전극쌍(15,48)은 검사 신호에 중첩되는 간섭 신호를 부수적인 전기 또는 자기 간섭으로부터 발생시키는 간섭 안테나의적어도 일부를 구성하고, 벽 수단(16)의 제1측상에 배치된 전극 및 벽 수단(16)의 제2측상에 배치된 전극을 포함하는 또다른 전극쌍은 상기 간섭으로부터 제거 신호를 발생하기 위해 상기 간섭 안테나에 인접하여 배치된 제거 안테나를 구성하며; 적어도 간섭 신호의 진폭을 줄이기위해 간섭 신호에 반대되는 상기 검사 신호에 간섭 제거 신호를 부가하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
용융 금속을 통과시키기 위한 통로(22)를 갖는 전기 절연성 벽 수단(16)과; 상기 통로를 통해 전극 12와 14간에 전류 경로를 형성하기 위해 액체 금속 내로 삽입되도록 상기 벽 수단(16)의 제1측상 배치된 제1전류 공급 전극(12) 및 상기 벽 수단(16)의 제2측상에 배치된 제2전류 공급 전극(14)과; 스트림 형태로 통로를 통하여 용융 금속을 통과시키는 수단(24)과; 표면으로부터 전류 경로내로 전류를 통과시키기 위하여 상기 전류 공급 전극(12,14)에 각각 연결된 전류 공급 리드 수단(30,32)과; 상기 전류 공급 전극(12,14)과 함께 액체 금속내로 삽입하기 위한 제3전극(15)을 구비하는 액체 금속내의 입자를 검출 및 측정하는 장치에 있어서, 상기 제3전극은 상기 벽 수단의 제2측상에 배치되고, 상기 장치는 다른 전극(12,14,15)들과 함께 액체 금속내로 삽입하기 위해, 상기 벽 수단(16)의 제2측상에 배치되는 제5전극(54)과; 전기장에 의해 야기된 전극쌍간의 전압차를 검출하고 통로를 통하여 전도성이 다른 입자들의통과에 의해 야기된 전압차의 변화를 검출하기 위하여 검출 수단(42,46)에 접속됨은 물론 대응하는 검사 신호를 연속적으로 발생하도록 제4전극(48) 및, 제3전극(15) 또는 제5전극(54)을 포함하는 전극쌍에 접속된 검사 리드 수단을 구비하고, 제3 및 제4전극(15,48)을 포함하는 전극쌍과 제4 및 제5전극(48,54)을 포함하는 전극쌍으로부터 선택된 제1전극쌍은 검사 신호에 중첩되는 간섭 신호를 부수적인 전기 또는 자기 간섭으로부터 발생시키는 간섭 안테나의 적어도 일부를 구성하고, 제2전극쌍(48,54,15,48)은 상기 부수적인 간섭으로부터 간섭 제거 신호를 발생하는 상기 제1전극쌍에 의해 구성된 간섭 안테나에 인접하여 배치된 제거 안테나를 구성하며; 적어도 간섭 신호의 진폭을 줄이기 위해 간섭 신호에 반대되는 상기 검사 신호에 간섭 제거 신호를 부가하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 상기 제3, 제4 및 제5전극(15,48,54)은 간섭 및 제거 안테나의 평면들(58)이 평행하고 전류 공급 전극쌍(12,14)의 평면(56)에 대해 직각이 되도록 서로에 대하여 배치된 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 전계에 의해 발생된 전압차를 판정하여 통로(22)의 크기를 결정하기 위해 벽 수단의 서로 반대되는 측에 배치된 한 쌍의 제3, 제4 및 제5전극(15,48;48,54)사이에 연결된 측정 수단(50)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 상기 검사 및 간섭 신호는 하나의 입력으로서 차동 증폭기(40)에 입력되고, 상기 간섭 제거 신호는 다른 하나의 입력으로서 상기 차동 증폭기(40)에 입력되며, 상기 증폭기의 출력은 두 입력간의 차인 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 상기 검사 및 간섭 신호는 중앙 탭 임피던스(68)의 양단에 공급되고, 그 중앙탭은 출력 단자를 구성하며, 결과적인 출력은 하나의 증폭기(42) 또는 복수의 병렬 연결된 증폭기(140)에 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 검사 펄스 발생기(69)는 두 전극(15,54)사이에 연결되어 검사 신호를 발생하고 장치의 응답을 시험하기 위해 모의 검사 펄스를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 절연벽 수단(16)은 튜브를 포함하고, 상기 장치에서 튜브를 탑재하기 위한 수단은 튜브가 통과하는 탄성 커프(98)를 포함하며, 상기 커프는 상기 장치에서 튜브를 파지하고 유지하도록 압력을 받는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 통로(22)를 통해 전류 경로내의검사 전류 밀도를 제어하도록 전류 공급 전극(12,14)에 인가되는 검사 전류값을 제어하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 검사 전류보다 높은 값의 부스트 전류를, 검사하기전에 통로(22)를 통해 전류 경로에 인가하기 위해 전류 공급 전극(12,14)에 접속되는 부스트 전류 공급 수단(112-118)과, 상기 통로를 통해 전류 경로내의 최종 전류 밀도를 제어하도록 상기 부스트 전류의 값을 제어하기 위한 수단(116)을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 액체 금속내에 삽입하기 위한 또다른 전극(60)과, 검사 신호 경로내의 접지 루프 전류 경로를 최소화하기 위해 상기 장치의 상기 또다른 전극을 접속하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 전기 절연성 벽수단(16) 및 전극(12,14,15,48,54)들을 탑재하는 장치 본체(70,72)는 세로 방향 평면(104)에 대하여 대칭이고, 장치를 위한 최소한의 전원(105,112)이 세로 방향 평면의 양측상에 배치된 2개의 미러 대칭부에 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제16항에 있서어, 상기 장치용 전원은 복수의 독립적으로 선택 가능한 분리형 전지(106) 및 트랜스포머(112)를 포함하고, 상기 전지 및 트랜스포머는 세로 방향 평면의 양측상에 배치되는 두개의 미러 대칭부에 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 전기 절연성 벽수단(16) 및 전극(12,14,15,48,54)을 탑재하는 헤드 부재(70)와; 장치를 위한 최소한의 전원(106,112)을 탑재한 본체 부재(72)와; 전극이 용융 금속에 삽입될 수 있는 동작 위치와 전극이 용융 금속으로부터 이격된 보관위치 사이에서 본체 부재(72)에 대하여 이동하도록 헤드 부재(70)를 탑재하는 아암 수단(76,77)을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제18항에 있어서, 상기 헤드 부재(70)는 그 하부 단부에 장착된 전극(12,14,15,48,54)을 가지며, 헤드 증폭기 수단(86)이 상기 헤드 증폭기 수단위에 직접 탑재되고; 증폭기 수단(88)이 비전기 요소위에 탑재되는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.
제6항에 있어서, 각각의 전극(12,14,15,48,54)은 텅스텐으로된 침수부(12A,14A,15A,48A,54A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 금속내의 입자 검출 및 측정 장치.