KR101470777B1 - 무선 랜스 - Google Patents

무선 랜스 Download PDF

Info

Publication number
KR101470777B1
KR101470777B1 KR1020137013470A KR20137013470A KR101470777B1 KR 101470777 B1 KR101470777 B1 KR 101470777B1 KR 1020137013470 A KR1020137013470 A KR 1020137013470A KR 20137013470 A KR20137013470 A KR 20137013470A KR 101470777 B1 KR101470777 B1 KR 101470777B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lance holder
signal
receiver
ultrasonic
contact block
Prior art date
Application number
KR1020137013470A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130087540A (ko
Inventor
리챠드 에프 콘티
잭 앤드류 쿠스즈이크
레누카 로드리고
데이비드 에이 사아
Original Assignee
헤라우스 일렉트로-나이트 인터내셔날 엔. 브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 헤라우스 일렉트로-나이트 인터내셔날 엔. 브이. filed Critical 헤라우스 일렉트로-나이트 인터내셔날 엔. 브이.
Publication of KR20130087540A publication Critical patent/KR20130087540A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101470777B1 publication Critical patent/KR101470777B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors
    • C21C5/462—Means for handling, e.g. adjusting, changing, coupling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4673—Measuring and sampling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0014—Devices for monitoring temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/024—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for remote indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/12—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/12—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading
    • G01K1/125—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading for siderurgical use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/12—Thermometers specially adapted for specific purposes combined with sampling devices for measuring temperatures of samples of materials
    • G01K13/125—Thermometers specially adapted for specific purposes combined with sampling devices for measuring temperatures of samples of materials for siderurgical purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals
    • G01N33/205—Metals in liquid state, e.g. molten metals
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/02—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using infrasonic, sonic or ultrasonic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C2005/5288—Measuring or sampling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture
    • H04Q2209/43—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture using wireless personal area networks [WPAN], e.g. 802.15, 802.15.1, 802.15.4, Bluetooth or ZigBee
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

용융 금속의 특성의 측정치를 무선으로 얻기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 실질적으로 중공형인 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결되게 구성된 접점 블록을 포함한다. 접점 블록은 측정 센서에 분리 가능하게 전기적으로 연결되어 아날로그 신호를 수신한다. 접점 블록은 수신된 아날로그 신호를 초음파 신호로 변환하고 초음파 신호를 랜스 홀더의 중공을 통해 송신한다. 수신기 블록은 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결되게 구성된다. 랜스 홀더의 제2 단부는 제1 단부의 반대쪽에 있다. 수신기 블록은 접점 블록으로부터 초음파 신호를 수신하고 수신된 초음파 신호를 디지털 전압 신호로 변환한다.

Description

무선 랜스 {WIRELESS LANCE}
본 발명은 무선 랜스에 관한 것이다.
확장 가능한 침지 센서(expendable immersion sensor)를 갖는 랜스(lance)가 용융 금속의 성질을 측정하기 위해 일반적으로 이용된다. 침지 센서가 용융 금속 속에 침지되면, 온도 등과 같은 측정 데이터가 센서 장치로부터 수신 계기로 통신된다. 종래에는, 동, 동 합금 또는 열전대 보상 케이블에 의해 일반적으로 제조된 것과 같은 아날로그 배선 회로를 이용하여 통신이 수행되었다.
종래의 확장 가능한 용융 금속 침지 시스템은, 그 개시 내용 전부가 여기에 참고로 통합되는 미국 특허 3,643,509호에 기술된 바와 같이, 1회 측정 능력을 가지며 그 후 폐기되는 침지 센서를 갖는 장치를 사용한다. 그러한 침지 센서는, 일반적으로, 침지 장치의 보호 슬리브(protective sleeve)의 말단에 고정된다. 보호 슬리브는 일반적으로 카드보드(cardboard)로 제조된다. 센서 및 카드보드 보호 슬리브는 랜스 홀더(lance holder)라고도 알려진 중공형 파이프(hollow pipe) 위에 슬라이드 끼워맞춤(slide fit) 하도록 배열된다. 센서는, 그 개시 내용 전부가 여기에 참고로 통합되는 미국 특허 4,893,516호에 기술된 바와 같이, 접점 블록(contact block)이라고 지칭되는 접속기 부재에 연결된다, 접점 블록은 파이프 단부 상에 배치되고 침지 센서의 아날로그 전기 출력을 수신하기에 적합하다. 침지 센서는 접속기 부재에 분리 가능하게 접속된다. 랜스 홀더는, 그 개시 내용 전부가 여기에 참고로 통합되는 미국 특허 5,043,023호에 기술된 바와 같이, 접점 블록과 접점 블록의 반대쪽 단부 상의 리셉터클(receptacle) 사이에 있는 파이프의 뜨거운 환경에 견디도록 보호된 케이블로 내장 배선된다.
리셉터클은, 아날로그 신호를 이해 및 처리하고 센서 결과를 표시하는 계기까지, 전기 신호선을 다른 한 아날로그 케이블에 의해 연장시키기 위한 단자를 제공한다. 침지 센서, 랜스 홀더, 신호 케이블 및 계기를 포함하는 전기 회로가 배선 및 배선 접속기에 의해 서로 분리 가능하게 접속된다. 양호하게는, 전기적 접속, 배선 및 케이블을 모두 포함하는 측정 회로의 각각의 세그먼트(segment)가 열전대 또는 채택된 다른 센서의 유형과 잘 양립할 수 있고 보상되는 재료로 구성된다.
확장 가능한 침지 센서의 카드보드 보호 슬리브는 각각 상이한 목적에 이용되는 두개의 주요부를 포함한다. 보호 슬리브의 하부 또는 말단부는 용융 금속과 직접 접촉하게 되고, 용융 금속 및 보통 용융 금속 표면을 덮고 있는 뜨거운 슬래그(slag) 층과의 격렬한 반응으로 급속하게 소모된다. 적어도 센서가 그 측정을 완료하기까지 센서를 보존 및 보호하기 위해서는 충분한 질량의 카드보드 슬리브가 요구된다. 침지된 카드보드 슬리브가 측정치가 얻어지기 전에 조기에 망가지면, 최악의 경우에는, 용융 금속이 랜스 홀더의 전기적 접점부를 파괴하며, 또다른 측정치를 얻기 전에, 그러한 손상이 수리되어야 한다.
카드보드 튜브의 인접한 제2 부분은 용융 금속조(molten metal bath)의 바깥 위로 연장하며, 랜스 홀더의 말단을 용융 금속조로부터의 금속 튀김(metal splashing) 및 복사열, 슬래그, 및 용융 금속 수용 용기의 어떤 밀접한 뜨거운 표면으로부터든 보호한다. 용융 금속조 위의 보호성 카드보드 슬리브의 부위가 복사열을 차단하기에 너무 짧거나 대기 중의 산소로 활활 타오르면, 랜스 홀더는 국소적인 가열을 겪는다. 이러한 "열구역(hot zone)"에서는, 랜스 홀더의 내부 배선이 랜스의 내부 배선 절연의 전기적 무결성(electrical integrity)을 손상시키는 극단적인 열을 받을 수 있고, 이는 또한 후속 측정치를 얻기 전에 수리 지연(repair delay)을 필요로 할 수도 있다.
각각의 측정 주기중에, 랜스 홀더 내의 전기 회로의 비일회용 세그먼트(non-disposable segment) 및 랜스 홀더 단자와 계기 사이의 비일회용 세그먼트는 복사열, 용융 금속 튀김, 뜨거운 용융물 및 다른 고체의 가열된 표면과의 직접 접촉에 처할 수 있다. 이러한 조건은 배선, 케이블 및 접속기의 절연 고장, 긴장, 마모, 및 피로를 일으키고, 전기 회로의 하나 이상의 세그먼트의 종국적인 고장을 유발한다. 고장난 회로는 수리 또는 대체되어야 하고, 추가 비용으로 귀착되며, 수리가 이루어지는 동안 필수 장비가 작동할 수 없게 된다. 자동화 기계적 침지 시스템 또는 로봇이 이용되는 경우에, 수리 및 대체는, 인력, 재료 및 자동화 시스템의 정지시간이라는 측면에서 매우 비용 소모적인 것이다. 또한, 수작업 침지의 경우에는, 랜스 홀더를 계측장비에 접속하는 케이블은 일반적으로 바닥을 가로질러 당겨지고, 종종 튀겨지는 금속 및 이동식 장비에 의해 손상된다. 그러한 케이블은 바로 근처에 있는 작업자들을 위험에 빠뜨리기도 한다.
침지 랜스만이 그러한 문제를 겪는 장비인 것은 아니다. 내부 배선 회로를 갖는 센서들이, 금속의 일부를 퍼서 측정 장소로 가져가는, 주조 공장 및 주조장에 있는 측정 장소에서 이용되고 있다. 이러한 센서는 위에서 기술한 극한 조건으로 인해 일정 시간 후 아날로그 배선 고장을 겪을 수 있을 것이다. 그러한 센서는, 그 모두가 여기에 참고로 통합되는, 미국 특허 4,056,407, 5,037,211, 5,804,006 및 5,388,908호에 기술되어 있다.
철 및 강 제조 업계의 산업 환경에서는, 용융 금속에서 뿐만 아니라, 용융 금속을 제조 및 이송하기 위해 채택되는 컨테이너 및 처리 용기의 표면 및 내부와 둘레의 구조에서도, 고온을 일상적으로 마주치게 된다. 이러한 공정들을 이루고 감시하며 제어함에 활용되는 센서 장치 및 그들의 대응하는 측정 회로는 이러한 혹독한 조건에 반복적으로, 그리고 부정확하거나 또는 이용 불가한 측정치를 제공하기에 충분할 정도로 물리적 파괴 및/또는 열화를 유발하기에 충분한 노출로, 흔히 노출된다.
어떤 산업 환경에서는, 오일 리그(oil rig)의 드릴 케이싱 파이프(drill casing pipe)와 같은 구조 또는 장치의 고체 재료 내에서 음향으로 데이터가 송신된다. 드릴 케이싱의 금속 내에서 초음파 파동을 발생시키기 위해 자기 변형 재료(magnetostrictive material)를 활용하는 다운홀 원격 측정 장치(downhole telemetry device)가 미국 특허 5,568,448 및 5,675,325호에 기술되어 있다. 이러한 특허는, 드릴 파이프 내의 중간 위치에 장착되고, 드릴 파이프가 공명 튜브 바디(resonant tube body)로서 작동하는 자기 변형 엑츄에이터(magnetostrictive actuator)의 이용을 개시하고 있다. 엑츄에이터의 자기 변형 재료를 둘러싼 코일에 예정된 주파수로 인가되는 여기 전류가 드릴 파이프를 변형시킨다. 변형은 드릴 파이프 재료를 통해 전파하는 음향 또는 초음파 파동을 생성한다. 전달파 신호(propagating wave signal)는 엑츄에이터의 수신기가 배치된 업홀(uphole)에 의해 수신되고 표면에서 처리된다.
발생된 음파의 전송 효율은 고주파수(일반적으로 400Hz 초과)에서 가장 좋다. 저주파수(일반적으로 400Hz 미만)에서는 파동 전송이 허용 가능한 레벨 아래로 떨어진다. 위에서 언급한 특허들에 따른 음향 원격 측정 시스템은, 고주파수에서조차도, 가장 효율적인 전송을 이루기 위해서는, 엑츄에이터의 정밀한 배치 및 자기 변형 장치를 갖는 드릴 파이프 섹션의 독특한 "튜닝"을 요구한다. 모든 드릴링 통신 시스템(drilling communication system)이 드릴 스트링(drill string)의 항상 변하는 길이를 해결해야 하므로, 음향 장치의 튜닝이 요구된다. 오일 드릴링 장비에 요구되는 투자에 비추어 이 정도의 주의는 비용 합리적인 것일 수 있지만, 금속 제조 업계에서 기계적 침지 장치의 변하는 길이를 수용하기에는 부적합하다.
따라서, 내부 배선을 제거함으로써 손상된 용융 금속 측정 시스템의 정비, 수리 및 대체 비용을 최소화하는 것이 바람직하다. 용융 금속 측정에 이용되는 유선 측정 시스템에 의해 유발되는 안전 우려에 주의를 기울이는 것도 바람직하다.
위에서 설명한 문제는 본 발명에 의해 해결된다. 본 발명은 특허청구의 범위의 독립항의 요소들에 의해 특징지어진다. 양호한 실시예들은 특허청구의 범위의 종속항에 기술된다.
한 실시예에서는, 용융 금속의 특성의 측정치를 무선으로 얻기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 실질적으로 중공형인 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결되게 구성된 접점 블록을 포함한다. 접점 블록은 측정 센서에 분리 가능하게 전기적으로 연결되어 그로부터 아날로그 신호를 수신한다. 접점 블록은 수신된 아날로그 신호를 초음파 신호로 변환하고 초음파 신호를 랜스 홀더의 중공을 통해 송신한다. 수신기 블록은 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결되게 구성된다. 제2 단부는 랜스 홀더의 제1 단부의 반대쪽에 있다. 수신기 블록은 접점 블록으로부터 초음파 신호를 수신하고 수신된 초음파 신호를 디지털 전압 신호로 변환한다.
다른 한 실시예에서는, 용융 금속의 적어도 하나의 특성을 송신하는 방법이 개시된다. 방법은 용융 금속의 적어도 하나의 특성을 기술하는 아날로그 신호를 측정 센서로부터 수신하는 접점 블록을 포함한다. 접점 블록은 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결된다. 아날로그 신호는 복수의 초음파 펄스로 변환된다. 복수의 초음파 펄스는 랜스 홀더의 중공형 바디를 통해 수신기로 송신된다. 수신기는 제1 단부의 반대쪽인 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결된다.
또다른 한 실시예에서는, 용융 금속의 특성의 측정치를 무선으로 얻기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)를 포함하는 송신 컴포넌트(transmitting component)를 포함한다. 송신 컴포넌트는 실질적으로 중공형인 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결되게 구성된다. 송신 컴포넌트는 측정 센서에 분리 가능하게 전기적으로 연결되어 그로부터 아날로그 신호를 수신한다. 수신된 아날로그 신호는 초음파 신호로 변환된다. 초음파 트랜스듀서는 초음파 신호를 랜스 홀더의 중공을 통해 송신한다. 수신기 컴포넌트는 랜스 홀더의 제1 단부의 반대쪽인 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결되게 구성된다. 수신기 컴포넌트(receiver component)는 수신 트랜스듀서(receiving transducer)를 포함한다. 수신 트랜스듀서는 송신 컴포넌트로부터 초음파 신호를 수신하고 수신된 초음파 신호를 디지털 전압 신호로 변환한다.
본 발명의 앞서 설명한 개요 및 아래에 상세하게 설명하는 실시예는 첨부된 도면과 연관지어 읽으면 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 예시하기 위해, 도면에는 현재 양호한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 도시된 정확한 배열 및 수단으로 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 도면에서:
도 1은 종래 기술의 기계적 침지 장치의 개략적 블록도이고;
도 2는 종래 기술의 수동식 침지 장치의 개략적 블록도이며;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통합된 무선 계측장비를 갖는 무선 침지 장치의 개략적 블록도이고;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 계측장비를 갖는 무선 침지 장치의 개략적 블록도이며;
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유선 계측장비를 갖는 무선 침지 장치의 개략적 블록도이고;
도 6은 초음파 펄스를 발생 및 송신하기 위한 회로장치를 갖는 접점 블록의 개략적 블록도이며;
도 7은 도 6의 접점 블록으로부터 초음파 펄스를 수신하기 위한 회로장치를 갖는 수신기 블록의 개략적 블록도이고;
도 8은 도 6의 접점 블록으로부터 초음파 펄스를 수신하기 위한 통합된 수신 트랜스듀서 및 강화 콘을 갖는 랜스 홀더의 개략적 블록도이며;
도 9는 도 7의 수신기 블록과 함께 이용하기 위한 냉각 메커니즘을 예시하는 개략적 블록도이다.
어떤 용어는 아래의 기술에서 단지 편의상 이용되며 제한적인 것이 아니다. 단어 "우" "좌" "하부" 및 "상부"는 인용되는 도면에서의 방향을 지정한다. 단어 "내향으로" "내부의" "말단에" "외부의" "외향으로" 또는 "기부에"는 장치 및 그 관련 부품의 기하학적 중심 또는 방위에 관해, 제각기 다가가고 멀어지는 방향을 지칭한다. 용어는 위에 열거된 단어, 그 파생어 및 유사한 의미의 단어들을 포함한다.
도 1 및 도 2는 침지 센서(도시 안됨)로부터 측정 신호를 송신하기 위한 유선 회로를 갖는 종래 기술의 기계적 및 수동적으로 작동되는 침지 장치를 예시한다. 도 1의 기계적 침지 장치는 접점 블록(12)에 연결된 랜스 홀더(10)를 포함한다. 랜스 홀더(10)는 침지 단부의 반대쪽 단부에 있는 연장 랜스 파이프(extension lance pipe)(3a)를 선택적으로 포함하고, 그래서, 랜스 홀더(10)는 단일의 파이프 또는 작동상 연결된 파이프들의 조합일 수 있을 것이다. 양호하게는, 랜스 홀더(10)는 이 기술 분야에 숙련된 자에게 공지된 표준형 파이프 또는 표준형 파이프들의 조합이다. 도 1에서, 드라이브 어셈블리(4)는 랜스 파이프(3a)를 통해 시료 또는 시험되는 재료, 일반적으로 용융 금속의 안팎으로 랜스 홀더(10)를 승강시킨다. 내부 배선(5a)은 침지 센서(도시 안됨)로부터 랜스 홀더(10)를 통해 계측장비(도시 안됨)로 전기 신호를 송신한다. 내부 배선(5a)은 송신된 신호를 수신하는 계측장비로 케이블(7a)을 통해 전기적으로 연결된다.
도 2의 수동식 침지 장치는, 전체 랜스가 수동으로 침지되게 하는 드라이브 어셈블리(4)가 없는 것을 제외하고는, 도 1의 기계적 침지 장치와 유사하다. 수동식 침지 장치의 조작자가 사용하기 위한 핸들 어셈블리(handle assembly)(8)가 제공된다. 조작자는 수동식 침지 장치를 시료인 재료 속으로 승강시키기 위해 핸들 어셈블리(8)를 사용한다. 핸들 어셈블리(8)는 선택적 랜스 파이프(3b)에서 랜스 홀더(10)와 연결 또는 통합된다. 그러나, 랜스 홀더(10)의 다른 구성에서는, 핸들 어셈블리(8)가 랜스 홀더(10) 상의 다른 지점들에 배치될 수도 있을 것이다. 내부 배선(5b)은 침지 센서(도시 안됨)로부터 케이블(7b)로 랜스 홀더(10)를 통해 전기 신호를 송신한다. 폴/케이블 접속기(pole to cable connector)(6)가, 랜스 어셈블리(lance assembly)가 케이블(7b)로부터 분리되는 것을 허용하면서, 내부 배선(5b)을 케이블(7b)에 접속한다.
용융 금속에서의 측정을 수행하기 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 침지 시스템이 이용될 수도 있을 것이다. 용융 금속에서의 일반적 측정은, 접점 블록과의 전기적 접점이 이루어지기 이루어지기까지, 확장 가능한 침지 센서를 랜스 홀더(10)의 말단 상으로 슬라이딩시키는 단계로 이루어진다. 일반적으로, 센서 회로에서의 연속성이 확인되면, 침지가 진행될 수 있도록 계측장비에 의해 사용자에게 승인 신호가 주어진다. 조작자가 랜스 홀더(10)를 신체적으로 다루거나, 또는 기계적 장치(드라이브 어셈블리(4))가 랜스 홀더(10)를 조작하여 시료가 되는 용융 금속 속에 넣을 수 있을 것이다.
침지되면, 침지 센서는 측정되는 용융 금속의 성질(예를 들어, 온도)에 비례하는 전기 신호를 발생 및 출력한다. 예를 들어, 이 데이터는 측정된 성질이 온도이면 보통 밀리볼트의 형태이다. 그 후, 전기 신호는 온도 또는 다른 적절한 감시 파리미터와 같은 용융 금속의 원하는 성질로 계기에 의해 변환될 수도 있을 것이다. 그러나, 침지 센서는 용융 금속의 산소 함량과 같은 시료 금속의 하나 이상의 성질에 관한 전기 신호들을 동시에 출력하기에 적합할 수도 있을 것이다. 산소 함량은, 양호하게는 -500밀리볼트와 +500밀리볼트 사이인, 밀리볼트의 형태로 통신되기도 한다. 센서가 일정한 시간 동안 침지된 후, 계기는 센서로부터 허용 가능한 값을 검출하고 측정의 종료를 표시한다. 그 후, 침지 센서는 용융조로부터 빼내질 수 있을 것이다. 사용된 침지 센서는 폐기되고, 측정 시스템은 새로운 침지 센서에 의한 다른 한 측정에 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 침지가 요구되지 않으면, 침지 센서는 측정 센서로 대체될 수도 있을 것이다. 광범위한 그런 측정 센서들이 이 기술 분야에서 알려져 있고, 본 발명의 범위 내에 있다.
도 3 내지 도 5를 보면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 무선 침지 장치가 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5의 무선 침지 장치는 도 1 및 도 2의 기계적 및 수동적으로 작동되는 랜스에서 구현될 수도 있을 것이다. 도 3 내지 도 5의 침지 장치에서, 랜스 홀더(10) 내의 내부 배선(5) 및, 선택적으로는 무선 침지 장치를 계측장비(60)에 접속하는 케이블이 제거된다. 양호하게는, 랜스 홀더(10)는 길쭉한 중공형 강 파이프이다. 그러나, 발명의 범위에서 벗어남이 없이, 중공형 랜스 홀더를 제조하기 위한 다른 재료, 형상 및 직경이 이용될 수도 있을 것이다. 또한, 변화하는 길이 및 내경을 갖는 랜스 홀더(10)를 아래에 기술되는 무선 통신 시스템과 함께 이용할 것이 고려된다.
도 3을 보면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 통합된 무선 계측장비를 갖는 무선 침지 장치(300a)의 블록도가 도시되어 있다. 무선 침지 장치(300a)는 한 단부(침지 또는 말단)에서 접점 블록(12a)에 연결되고 접점 블록(12a)의 반대쪽 단부에서 수신기 블록(22a)에 연결되는 랜스 홀더(10a)를 포함한다. 측정 데이터는 랜스 홀더(10a)를 통해 접점 블록(12a)으로부터 수신기 블록(22a)으로 무선으로 송신된다. 그래서, 접점 블록(12a)으로부터 수신기 블록(22a)으로 데이터를 무선으로 송신함으로써, 열 손상이 발생할 개연성이 가장 큰 영역에서 배선이 제거된다. 수신기 블록(22a)은 분석 및 표시를 위해 계측장비(60a)로 데이터를 무선으로 송신하는 통합된 무선 송신기(32a)를 포함한다. 무선 송신기(32a)는, ZIGBEE, 802.11 WiFi, BLUETOOTH, 적외선 등과 같은 장거리 및 단거리 통신 프로토콜을 포함하는, 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지된 어떤 무선 통신 방식이든 이용할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 무선 송신기(32a)와 계측장비(60a) 사이에서 데이터를 송신하기 위한 다른 무선 기술이 구현될 수도 있을 것이다.
대안적 실시예에서는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 랜스 홀더(10)의 내측에 있는 내부 배선과 같은 가장 큰 손상이 발생하는 영역에서의 하드와이어링(hardwiring)이 제거되지만, 수신 단부(22b)(도 4)로부터 무선 송신기(32b)(도 4)로의 접속 및/또는 송신기(32c)(도5)로부터 계측장비(60c)(도5)로의 접속과 같은 제한된 손상만 입는 세그먼트 내의 하드와이어링은 남겨질 수 있을 것이다. 손상하기 쉽지 않은 세그먼트 내의 하드와이어링만을 남겨두는 것은, 그러한 하드와이어링 남아 있는 곳에서 덜 비싼 케이블 배선을 이용할 수 있으므로, 비용을 감소시킨다. 종래의 유선 랜스(wired lance)에서, 열전대 회로(thermocouple circuit)에서의 배선쌍 중 하나는 순동(pure copper)보다 현저히 더 비싼 주로 동과 니켈의 합금이다. 수신기 블록(22)에서 센서 신호가 디지털화 된 후, 단지 동으로 된 직렬 통신선이 채택될 수 있을 것이다. 이러한 특수 합금 배선쌍을 단순한 동으로 대체하는 것은 세그먼트의 재료 대체 비용을 낮춘다.
도 4를 보면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 계측장비를 갖는 무선 침지 장치(300b)의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 무선 침지 장치(300b)는 반대쪽 단부에 연결된 접점 블록(12b) 및 수신기 블록(22b)을 갖는 랜스 홀더(10b)를 포함한다. 접점 블록(12b) 및 랜스 홀더(10b)는 도 3의 접점 블록(12a) 및 랜스 홀더(10a)와 실질적으로 동일하다. 그러나, 수신기 블록(22b)은 도 3에서처럼 통합된 무선 송신기를 갖지 않는다. 대신에, 무선 송신기(32b)는 배선이나 케이블 등에 의해 수신기 블록(22b)에 따로 연결된다. 도 3에서처럼, 무선 송신기(32b)는 분석 및 표시를 위한 계측장비(60b)로 데이터를 무선으로 송신한다. 그러나, 다른 실시예에서는, 계측장비(60)에 대한 접속은 도 5에 도시된 바와 같이 무선일 필요가 없다.
도 5를 보면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유선 계측장비를 갖는 무선 침지 장치(300c)의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 무선 침지 장치(300c)는 랜스 홀더(10c)의 반대쪽 단부에 연결된 접점 블록(12c) 및 수신기 블록(22c)을 갖는 랜스 홀더(10c)를 포함한다. 접점 블록(12c) 및 랜스 홀더(10c)는 도 3 및 도 4의 접점 블록(12a, 12b) 및 랜스 홀더(10a, 10b)와 실질적으로 동일하다. 도 5에서, 수신기 블록(22c)은 유선 송신기(32c)에 연결되며, 배선에 의해 결국 계측장비(60c)에 연결된다. 수신기 블록(22c)을 유선 송신기(32c) 및 계측장비(60c)에 연결하기 위해 동 배선이나 케이블 등이 이용될 수도 있을 것이다. 또다른 실시예에서는, 유선 송신기(32c)가 수신기 블록(22c) 속에 통합될 수도 있을 것이다.
이제, 무선 침지 장치(300)의 작동을 더 상세히 기술한다. 무선 침지 장치(300)는 랜스 홀더(10)의 중공(hollow) 내의 공기를 통한 데이터의 공기결합 음향 전달(air coupled acoustic transmission)을 활용한다. 무선 침지 장치의 음향 데이터 전송 시스템은 랜스 홀더(10)의 반대쪽 단부에 작동상 연결된 접점 블록(12) 및 수신기 블록(22)을 포함한다. 접점 블록(12)은 랜스 홀더(10)의 용융 금속 침지 단부에 배치된다. 수신기 블록(22)은 랜스 홀더(10)의 반대쪽 단부 상에 배치된다. 한 실시예에서는, 수신기 블록(22)은 랜스 홀더(10)의 핸들 단부에 배치된다. 그러나, 다른 실시예에서는, 반대쪽 단부가 핸들 없는 랜스 홀더(10) 배관의 종단 또는 랜스 홀더(10) 배관의 두개의 섹션 사이의 중간점인 경우에도, 수신기 블록(22)은 접점 블록(12)의 반대쪽에 있는 무선 침지 장치(300)의 길이를 따라 어떤 지점에든 배치될 수도 있을 것이다.
도 6을 보면, 접점 블록(12)은 보호 하우징(17) 속에 들어 있는 송신 컴포넌트를 포함한다. 접점 블록(12)은 일회용 측정 장치(도시 안됨)의 센서 헤드로부터 전기적 센서 신호를 수신한다. 여기에서 송신 컴포넌트가 접점 블록(12)과 관련하여 기술되지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 송신 컴포넌트는 접점 블록(12)에 작동상 연결되거나 또는 접점 블록(12) 속에 통합된 별도의 컴포넌트일 수도 있을 것이다. 접점 블록(12)에 부착된 침지 센서가 시료인 재료 속에 침지되면, 위에서 기술된 바와 같이, 아날로그 신호가 생성된다. 아날로그/변환기(analog to digital converter)(18)와 같은 송신 컴포넌트 내의 회로장치는 수신된 아날로그 신호를 증폭 및 디지털화한다. 디지털 데이터는 접점 블록(12) 속의 초음파 트랜스듀서(15)에 의해 랜스 홀더(10) 배관의 내부의 중공을 통해 수신기 블록(22) 속의 수신 트랜스듀서(25)(도 7)로 송신된다. 전송 품질을 향상시키기 위해, 랜스 홀더(10) 배관 내의 음향 반사는, 그러한 반사가 주 펄스 주기에 의한 위상을 벗어나 송신 트랜스듀서(15)에 도달하고 신호를 약화시키거나 또는 신호대잡음비를 저감시키는 것에 다른 방식으로 기여하기 때문에, 최소화되어야 한다. 반사를 최소화 하기 위해, 양호하게는, 랜스 홀더(10) 배관의 내부 윤곽이 가능한 한 균일하게 만들어지고, 횡단면의 감소, 하드 엣지(hard edges) 등이 최소화되도록 구성된다.
도 6을 보면, 모든 접점 블록(12) 전자장치가 보호 하우징(17) 내에 넣어지거나 또는 다른 방식으로 적절하게 수용된다. 일회용 측정 장치 또는 센서(도시 안됨)가 복수의 접점(11)에 의해 분리 가능하게 접점 블록(12)에 부착된다. 도 6의 실시예에는, 세개의 총 접점(11)을 갖는 두개의 센서 회로가 도시되어 있다. 세개의 접점(11) 중 하나는 각각의 센서 회로에 공통이다. 그러나, 다른 실시예에서는, 더 많거나 더 적은 신호가 접점 블록(12)에서 수신되게 하면서, 어떤 다른 수의 센서 회로든 구현될 수 있을 것이다. 랜스 홀더(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기계적 또는 수동적 침지 장비에 부착될 수 있을 것이다. 그러나, 광범위한 다른 산업용 침지 랜스들이 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지되어 있고, 그러한 침지 랜스들도 무선 접점 블록(12)과 함께 사용하기에 적절할 수 있을 것이다. 접점(11)은 마이크로콘트롤러(14)를 포함하는 전자적 회로 기판(13) 및 센서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기(digital to analog converter)(18)에 전기적으로 연결된다.
양호하게는, 접점 블록(12)이 예를 들어, 나사 결합, 베이오닛(bayonet), 트위스트 락(twist lock), 또는 다른 적절한 기계적 부착장치에 의해 랜스 홀더(10)에 분리 가능하게 연결된다. 접점 블록(12)을 랜스 홀더(10)에 분리 가능하게 연결하기 위한 다양한 메커니즘이 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지되어 있다.
양호하게는, 접점 블록(12)이 하나 이상의 배터리(16)에 의해 전력을 공급받는다. 예를 들어, 직렬 접속된 두개의 AAA 알카라인(alkaline) 배터리가 이용될 수도 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 어떤 다른 배터리 조합이든 채택될 수 있다. 배터리(16)는 전자적 회로 기판(13)에 전력을 공급한다. 초음파 트랜스듀서(15)는 전자적 회로 기판(13)에 전기적으로 연결되고 접점 블록(12)의 접점(11)의 반대쪽 단부 상에 배치된다.
측정 센서 또는 장치가 접점 블록(12)에 작동상 연결되면, 초음파 트랜스듀서(15)에 의해 음파가 생성된다. 마찬가지로, 측정 센서 또는 장치가 용융 금속 속에 침지되면, 음파가 생성된다. 생성된 음파는 랜스 홀더(10) 파이프의 중공 속으로 흐른다. 양호하게는, 초음파 트랜스듀서(15)가 일반적으로 40KHz 중심 주파수를 갖는 공기결합 압전 트랜스듀서(air coupled piezo electric transducer)이다. 다른 주파수 및 트랜스듀서 유형들이 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지되어 있고, 이 용도로 적합하다. 초음파 트랜스듀서(15)에 의해 생성된 음향 펄스는 랜스 홀더(10) 배관의 중공 속의 공기를 통해 랜스 홀더(10)의 수신기 블록(22)에 배치된 음향 수신기로 송신된다.
마이크로콘트롤러(14)는 접점 블록(12)의 시스템의 작동을 제어한다. 양호하게는, 마이크로콘트롤러(14)가 16비트 마이크로콘트롤러이다. 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지된 복수의 버퍼, 증폭기, 변환기(A/D 및/또는 D/A) 및/또는 다른 회로장치가 여기에서 설명하는 기능을 수행함에 있어서 마이크로콘트롤러(14)를 보조하기 위해 마이크로콘트롤러(14)에 작동상 연결될 수 있을 것이다. 마이크로콘트롤러(14)는 디지털 데이터로부터 데이터 패킷을 생성하고 데이터를 초음파 송신기에 대한 펄스로 인코딩한다. 양호하게는, 데이터가 초음파 펄스 사이의 공간으로 인코딩된다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 다른 인코딩 방법이 채택될 수도 있을 것이다. 양호한 실시예에서는, 마이크로콘트롤러(14)가 센서 유형, 제1 채널에 관한 정보, 제2 채널에 관한 정보 및 채크섬(checksum)을 식별하는 데이터 패킷을 생성하도록 구성된다. 양호하게는, 제1 및 제2 채널이 밀리볼트의 형태인 온도 및 산소 함량과 같은 센서 정보를 포함한다. 한 실시예에서는, 패킷이 센서 유형에 관한 2비트, 채널 1에 관한 14비트 , 채널 2에 관한 14비트 및 채크섬에 관한 8비트를 갖는 38비트 데이터를 포함한다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 다른 패킷 구성이 이용될 수도 있을 것이다. 양호하게는, 마이크로콘트롤러(14)가 구성 패킷(configuration packet)을 생성하도록 구성되기도 한다. 구성 패킷은 새로운 침지 센서가 접점 블록(12)에 연결될 때마다 출력된다. 양호하게는, 배터리 전압, 듀티 사이클 갯수(duty cycle number) 및 냉간 접합 온도(cold junction temperature)가 구성 패킷으로 인코딩된다.
초음파 트랜스듀서(15)는 초음파 트랜스듀서(15)가 울리게 하는 예정된 길이의 일련의 전압 펄스를 송신함으로써 개시된다. 데이터 패킷은 트랜스듀서의 울림(ringing) 사이에서 비트별로 송신된다. 초음파 트랜스듀서(15)의 울림 사이의 일시정지의 길이는 송신되는 비트가 "0"인지 또는 "1"인지를 나타낸다. 초음파 트랜스듀서(15)의 차기 울림은 차기 비트의 전송의 시작을 나타낸다.
이제, 도 7을 참고하여, 무선 침지 장치(300)의 수신기 컴포넌트 또는 수신기 블록(22)을 기술한다. 수신기 블록(22)은 수신 트랜스듀서(25)를 포함한다. 수신 트랜스듀서(25)는, 랜스 홀더(10)의 중공으로부터 수신 트랜스듀서(25) 상으로 들어오는 음파를 집중시키는, 선택적 강화 콘(consolidating cone)(23)에 연결된다. 그러나, 수신기 블록(22)은, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 강화 콘(23) 없이 구성될 수도 있을 것이다. 강화 콘(23)의 선택적 내부 라이닝(internal lining)(26)은 다양한 길이의 랜스 홀더(10)에 대한 음향 결합(acoustic coupling)을 향상시킨다.
수신기 블록(22)은 접점 블록(12)의 반대쪽의 단부에서 랜스 홀더(10)에 배치되고 작동상 연결된다. 작동상 연결 위치에서, 수신기 블록(22)은 랜스 홀더(10) 및/또는 그 연장부의 내부와 음향 소통하고 있다. 양호하게는, 소리 강화 콘(23)이, 수신 트랜스듀서(25)에 대한 음향 결합을 최적화 하도록 출력 단부에서의 약 1 내지 2mm의 오리피스(orifice)로 테이퍼를 이루면서 수신 단부에서 약 25 내지 150mm의 길이를 갖는다. 그러나, 소리 강화 콘(23)의 다른 크기가 이용될 수도 있을 것이고, 본 발명의 범위 내에 있다. 양호하게는, 전체 강화 콘(23) 또는 강화 콘(23)의 내부의 선택적 라이닝(26)이 테플론(Teflon)(PTFE), 약 40듀라미터(durameter)의 표면 경도를 갖는 폴리우레탄, 또는 Watershed 11122 등으로 된 것이다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 충분한 방음을 제공하는 다른 재료가 이용될 수도 있을 것이다.
수신 트랜스듀서(25)는 포위 재료(surrounding material)(24)에 의해 열적으로 절연된다. 양호하게는, 포위 재료(24)가 약 98 내지 130kg/㎥인 저밀도 세라믹 섬유 또는 세라믹 폼이다. 그러한 절연 재료는, 예를 들어, 모건 써말 세라믹스(Morgan Thermal Ceramics)로부터 구입 가능한 KAOWOOL 또는 유니프랙스 코포레이션(Unifrax Corp.)으로부터 구입 가능한 ISOFRAX일 수 있다. 수신 트랜스듀서(25)도 강화 콘(23)에 대한 부착 위치에서 음향상 격리된다. 양호하게는, 수신 트랜스듀서(25)의 하우징이 삽입중 기계적 침지 장치의 진동에 의해 생성되는 불요 노이즈로부터 내부 라이닝(30)에 의해 음향상 격리된다. 예를 들어, 내부 라이닝(30)은 합성 점탄성 우레탄 중합체, 충격 흡수 및 진동 댐핑 재료로 된 층일 수 있을 것이다. 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 코르크(cork)와 같은 다른 적절한 음향 댐핑 재료가 채택될 수 있다. 수신 트랜스듀서(25)는 직접 또는 분리 가능한 접속기를 이용하여 전자적 회로 기판(27)에 배선되고 하우징(29)으로 둘러싸인다.
수신기 블록(22)은, 접점 블록(12)으로부터 수신된 초음파 데이터를 증폭 및 디코딩하는, 전자장치를 포함한다. 수신 트랜스듀서(25)는 수신된 초음파 펄스에 대응하는 전압을 출력한다. 그 후, 디지털 데이터가 디지털 또는 아날로그 형태로 계측장비(60)에 출력(유선 또는 무선으로)될 수도 있을 것이다.
원하는 출력이 아날로그이면, 데이터는 디코딩된 신호가 센서에 의해 접점 블록(12)으로 송신되는 동일한 전기 신호 전압에 대응하도록 디코딩된다. 전자적 회로 기판(27)은 디지털/아날로그 변환기(28a)에 의해 디지털 신호를, 아날로그 배선 회로(도시 안됨)에 의해 계측장비(60c)(도 5)로 송신될 수 있는, 아날로그 신호로 다시 변환한다.
원하는 출력이 디지털이면, 양호하게는, 수신기 블록(22)이 RS232 패킷의 데이터를 원격 계기(60)로 직접 또는 무선 모뎀을 거쳐 송신한다. RS232 패킷의 데이터는 수신기 블록(22)에 의해 미리 디코딩 될 수 있거나 또는 디코딩 되지 않은 채로 있을 수도 있다. 양호하게는, 전자적 회로 기판(27)은 더 처리하고 표시하기 위해 도 4 및 도 5의 계측장비(60a 또는 60b)에 대해 무선 주파수 링크(wireless radio link)(도시 안됨)를 거쳐 디지털 신호로서의 디지털 데이터를 통신하도록 구성된다.
양호하게는, 전자적 회로 기판(27)이 외부 전원(도시 안됨)을 포함한다. 그러나, 충분한 용량이 제공된다면, 배터리가 이용될 수도 있을 것이다. 전자적 회로 기판(27) 상에 매립 또는 다른 방식으로 배열된 마이크로콘트롤러(31)가 수신기 블록(22)의 작동을 제어한다. 양호하게는, 마이크로콘트롤러(31)가 16비트 마이크로콘트롤러이다. 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 공지된 복수의 버퍼, 증폭기, 변환기(A/D 및/또는 D/A) 및/또는 다른 회로장치가 여기에서 설명하는 기능을 수행함에 있어서 마이크로콘트롤러(31)를 보조하기 위해 마이크로콘트롤러(14)에 작동상 연결될 수 있을 것이다. 마이크로콘트롤러(31)는 초음파 데이터를 디코딩하고 디지털/아날로그 및 디지털/디지털 변환기(digital-to-digital converter)(28a, 28b)를 제어하여 아날로그 및 디지털 출력을 제공한다. 그 것은 또한 범용 비동기 수신기/송신기(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)(UART) 포트(도시 안됨)로 보내질 데이터의 패킷을 생성하기도 한다.
대안적 실시예에서는, 도 8을 보면, 강화 콘(33) 및 선택적 라이너(36)가 랜스 홀더(10) 또는 그 연장부 내에 배치될 수도 있을 것이다. 이 배열은 접점 블록(12)에 배치된 초음파 트랜스듀서(15)와, 이 실시예에서는 랜스 홀더(10) 내에 배치되기도 하는, 수신 트랜스듀서(35) 사이의 전체 거리를 최소화한다. 양호하게는, 전자적 회로 기판(37)이 랜스 홀더(10)의 외측에 배치되지만, 적절한 배선 또는 케이블에 의해 수신 트랜스듀서(35)에 작동상 연결된다. 다른 실시예에서는, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 전자적 회로 기판(37)이 강화 콘(33)에 부착 또는 원격된 다양한 기하학적 형상으로 구성될 수 있을 것이다.
도 9를 보면, 도 7의 수신기 블록(22)과 함께 사용할 냉각 메커니즘(cooling mechanism)이 도시되어 있다. 수신 트랜스듀서(45)에는 열 절연부(44), 진동 격리부(48) 및 냉각 메커니즘(50, 51)이 제공된다. 양호하게는, 냉각기(50)가 전자적 회로 기판(47)으로부터 전력을 공급받는 펠티에 열전 냉각 모듈(Peltier thermoelectric cooling module)이다. 양호하게는, 냉각기(50)가 펠티에 효과(Peltier effect)로 작동하는 고상 히트 펌프이다. 그러나, 다른 냉각 장치들이 공지되어 있고, 본 발명의 범위 내에 있다. 연장된 사용 기간중 또는 비상적인 고온에서 수신 트랜스듀서(45)를 보호하기 위해 냉각기(50)와의 조합으로 선택적 냉각 핀 어셈블리(cooling fin assembly)(51)가 활용될 수도 있을 것이다. 선택적 라이너(46)를 갖는 강화 콘(43)이 도 7 및 도 8에서처럼 수신 트랜스듀서(45)에 연결된다.
이 기술 분야에서 숙련된 자는, 광의의 발명 개념에서 벗어남이 없이 위에서 기술된 실시예들에 대한 변화가 이루어질 수 있음을 알 것이다. 그러므로, 본 발명은 개시된 특정한 실시예로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구의 범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내의 수정들을 망라하고자 함을 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 용융 금속의 특성의 측정치를 무선으로 얻기 위한 장치로서,
    중공형인 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결되게 구성된 접점 블록, 및
    랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결되게 구성된 수신기 블록을 포함하고,
    상기 접점 블록은 측정 센서에 분리 가능하게 전기적으로 연결되어 아날로그 신호를 수신하고, 수신된 아날로그 신호를 초음파 신호로 변환하며, 초음파 신호를 랜스 홀더의 중공을 통해 송신하고,
    상기 수신기 블록은 접점 블록으로부터 초음파 신호를 수신하며, 수신된 초음파 신호를 디지털 전압 신호로 변환하고, 랜스 홀더의 제2 단부는 제1 단부의 반대쪽인, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 접점 블록은 초음파 신호를 수신기 블록에 송신하기 위한 초음파 트랜스듀서를 더 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 수신기 블록은 초음파 신호를 수신하기 위한 수신 트랜스듀서를 더 포함하는, 장치.
  4. 제3항에 있어서, 수신기 블록은 수신 트랜스듀서에서 소리를 강화하는 수신 트랜스듀서에 근접한 협단부(narrow end) 및 광단부(wide end)를 갖는 원추형인 구조를 더 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 원추형 구조의 광단부는 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결되는, 장치.
  6. 제3항에 있어서, 수신기 블록은 디지털 신호를 용융 금속의 특성의 측정치를 나타내는 아날로그 출력으로 변환하기 위한 디지털/아날로그 변환기를 더 포함하는, 장치.
  7. 제3항에 있어서, 디지털 신호는 용융 금속의 특성의 측정치의 표시를 출력하는, 장치.
  8. 제3항에 있어서, 중공형인 랜스 홀더를 더 포함하고, 랜스 홀더는 수신 트랜스듀서에서 소리를 강화하는 광단부 및 협단부를 갖는 원추형인 구조를 더 포함하는, 장치.
  9. 제3항에 있어서, 수신기 블록은 수신 트랜스듀서를 냉각시키기 위한 냉각 메커니즘을 더 포함하는, 장치.
  10. 제3항에 있어서, 수신기 블록은 용융 금속의 특성의 측정치를 나타내는 신호를 출력하기 위한 외부 계측장비에 연결된 유선 송신기를 더 포함하는, 장치.
  11. 제3항에 있어서, 수신기 블록은 외부 계측장비에 용융 금속의 특성의 측정치를 나타내는 신호를 출력하기 위한 무선 송신기를 더 포함하는, 장치.
  12. 제2항에 있어서, 초음파 신호를 무선으로 송신하는 것은 랜스 홀더의 중공 속의 공기를 통해 음파를 송신하는 것을 더 포함하는, 장치.
  13. 제2항에 있어서, 접점 블록은 마이크로콘트롤러를 더 포함하고, 초음파 데이터는 마이크로콘트롤러에 의해 생성된 데이터 패킷의 형태로 송신되는, 장치.
  14. 용융 금속의 적어도 하나의 특성을 송신하는 방법으로서,
    측정 센서로부터 용융 금속의 적어도 하나의 특성을 나타내는 아날로그 신호를 접점 블록 - 상기 접점 블록은 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결됨 -에 의해 수신하는 단계;
    아날로그 신호를 복수의 초음파 펄스로 변환하는 단계; 및
    랜스 홀더의 중공형 바디를 통해 복수의 초음파 펄스를 수신기 - 상기 수신기는 제1 단부의 반대쪽인 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결됨 -로 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 음파는 랜스 홀더의 중공형 바디 속의 공기를 통해 송신되는, 방법.
  16. 용융 금속의 특성의 측정치를 무선으로 얻기 위한 장치로서,
    초음파 트랜스듀서를 포함하는 송신 컴포넌트, 및
    수신 트랜스듀서를 포함하는 수신기 컴포넌트를 포함하며,
    상기 송신 컴포넌트는 중공형인 랜스 홀더의 제1 단부에 작동상 연결되게 구성되고, 상기 송신 컴포넌트는 측정 센서에 분리 가능하게 전기적으로 연결되어 아날로그 신호를 수신하며, 수신된 아날로그 신호를 초음파 신호로 변환하고, 상기 초음파 트랜스듀서는 초음파 신호를 랜스 홀더의 중공을 통해 송신하고,
    상기 수신기 컴포넌트는 랜스 홀더의 제2 단부에 작동상 연결되게 구성되고, 상기 수신 트랜스듀서는 송신 컴포넌트로부터 초음파 신호를 수신하며, 상기 수신기 컴포넌트는 수신된 초음파 신호를 디지털 전압 신호로 변환하고, 랜스 홀더의 제2 단부는 제1 단부의 반대쪽인, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 수신기 컴포넌트는 수신 트랜스듀서에서 소리를 강화하는 수신 트랜스듀서에 근접한 협단부 및 광단부를 갖는 원추형인 구조를 더 포함하는, 장치.
  18. 제16항에 있어서, 중공형인 랜스 홀더를 더 포함하고, 랜스 홀더는 수신 트랜스듀서에서 소리를 강화하는 광단부 및 협단부를 갖는 원추형인 구조를 더 포함하는, 장치.
  19. 제16항에 있어서, 초음파 신호를 무선으로 송신하는 것은 랜스 홀더의 중공 속의 공기를 통해 음파를 송신하는 것을 더 포함하는, 장치.
  20. 제16항에 있어서, 수신기 컴포넌트는 수신 트랜스듀서를 냉각시키기 위한 냉각 메커니즘을 더 포함하는, 장치.
KR1020137013470A 2010-10-28 2011-10-26 무선 랜스 KR101470777B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US40751310P 2010-10-28 2010-10-28
US61/407,513 2010-10-28
PCT/EP2011/005393 WO2012055546A1 (en) 2010-10-28 2011-10-26 Wireless lance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130087540A KR20130087540A (ko) 2013-08-06
KR101470777B1 true KR101470777B1 (ko) 2014-12-08

Family

ID=45420550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137013470A KR101470777B1 (ko) 2010-10-28 2011-10-26 무선 랜스

Country Status (13)

Country Link
US (1) US8864371B2 (ko)
EP (1) EP2633090A1 (ko)
JP (1) JP5540159B2 (ko)
KR (1) KR101470777B1 (ko)
CN (2) CN103154277A (ko)
AU (1) AU2011323008B2 (ko)
BR (1) BR112013010016A2 (ko)
CA (1) CA2815719A1 (ko)
CL (1) CL2013001043A1 (ko)
MX (1) MX2013003761A (ko)
RU (1) RU2550988C2 (ko)
UA (1) UA108402C2 (ko)
WO (1) WO2012055546A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9351654B2 (en) 2010-06-08 2016-05-31 Alivecor, Inc. Two electrode apparatus and methods for twelve lead ECG
US8700137B2 (en) 2012-08-30 2014-04-15 Alivecor, Inc. Cardiac performance monitoring system for use with mobile communications devices
US8509882B2 (en) 2010-06-08 2013-08-13 Alivecor, Inc. Heart monitoring system usable with a smartphone or computer
US20120278003A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Turner Paul A Wireless Data Transmission System for Metal Processing
US9254095B2 (en) 2012-11-08 2016-02-09 Alivecor Electrocardiogram signal detection
WO2014107700A1 (en) 2013-01-07 2014-07-10 Alivecor, Inc. Methods and systems for electrode placement
US9254092B2 (en) 2013-03-15 2016-02-09 Alivecor, Inc. Systems and methods for processing and analyzing medical data
US9247911B2 (en) 2013-07-10 2016-02-02 Alivecor, Inc. Devices and methods for real-time denoising of electrocardiograms
US9420956B2 (en) 2013-12-12 2016-08-23 Alivecor, Inc. Methods and systems for arrhythmia tracking and scoring
CN107847154B (zh) 2015-05-13 2021-07-16 阿利弗克公司 不一致监测
CN105717269A (zh) * 2016-04-12 2016-06-29 湖南镭目科技有限公司 一种金属成分检测传输系统及方法
US10487647B2 (en) * 2016-08-30 2019-11-26 Exxonmobil Upstream Research Company Hybrid downhole acoustic wireless network
DE102016121105A1 (de) * 2016-11-04 2018-05-09 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Schnittstelle für einen Messumformer
US20180353003A1 (en) * 2017-06-08 2018-12-13 Ashok Sabata Novel Sensor Probe to Monitor Temperature during Cooking
US10571345B2 (en) * 2018-03-08 2020-02-25 Berry Metal Company Systems and methods for determining the temperature and/or level of a molten metal bath in a vessel
WO2020037327A1 (en) * 2018-08-17 2020-02-20 Berry Metal Company Controlling operation and position of a lance and nozzle assembly in a molten metal bath in a vessel
PL434866A1 (pl) * 2020-08-12 2022-02-14 Amazemet Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością Układ ultradźwiękowy do pracy w wysokiej temperaturze i sposób obróbki ciekłych metali i ich stopów

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4483630A (en) * 1982-06-04 1984-11-20 Thomas M. Kerley Ultrasonic thermometer
US5022014A (en) * 1988-06-15 1991-06-04 Schlumberger Industries Limited Ultrasonic temperature sensors, and ultrasonic waveguide connectors for use therewith
JP2000028438A (ja) * 1998-07-09 2000-01-28 Heraeus Electro Nite Kk 無線発信装置を備えた高温融体用プローブ及び当該プローブを用いた高温融体の温度、成分濃度及び物性測定システム並びに測定方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1648293C3 (de) 1967-05-12 1975-10-23 Stahlwerke Peine-Salzgitter Ag, 3150 Peine Wurfkörper zum Messen der Temperatur von Schmelzen
LU57920A1 (ko) 1969-02-04 1970-08-04
US3753221A (en) 1971-08-05 1973-08-14 Bertea Corp Acoustic control system
BE835664A (nl) 1975-11-18 1976-03-16 Verbeterde thermokoppel en inrichtingen uitgerust met dergelijke thermokoppels
JPS58150291A (ja) * 1982-03-03 1983-09-06 株式会社日立ホームテック ワレヤレスプロ−ブを備えた高周波加熱装置
CA1200583A (en) * 1982-03-03 1986-02-11 Shunichi Taguchi High-frequency heating apparatus with wireless temperature probe
CA1235476A (en) 1984-05-17 1988-04-19 University Of Toronto Innovations Foundation (The) Testing of liquid melts
JPS62237332A (ja) * 1986-04-08 1987-10-17 Chugai Ro Kogyo Kaisha Ltd 超音波温度計用プロ−ブ
US4716411A (en) * 1986-05-05 1987-12-29 Tokio Nakamura Thermoelectric thermometer of radio transmission type
DE3751832D1 (de) 1986-09-08 1996-07-18 Commw Scient Ind Res Org Stabiles metallmantel-thermoelementkabel
NL8700371A (nl) 1987-02-16 1988-09-16 Hoogovens Groep Bv Sub-lansinrichting voor het doen van metingen en/of het nemen van monsters in een metallurgische oven.
US5319576A (en) 1987-08-05 1994-06-07 General Signal Corporation Wireless data gathering system for molten metal processing
DE3804880A1 (de) 1988-02-17 1989-08-31 Electro Nite Metallisches kontaktstueck fuer eine messlanze zur durchfuehrung von messungen in metallschmelzen
JPH0316034U (ko) 1989-06-29 1991-02-18
US4998439A (en) 1990-01-08 1991-03-12 Westvaco Corporation Acoustic wave guide
US5289354A (en) 1990-08-31 1994-02-22 Societe Nationale Elf Aquitaine (Production) Method for acoustic transmission of drilling data from a well
JP3311484B2 (ja) 1994-04-25 2002-08-05 三菱電機株式会社 信号伝送装置及び信号伝送方法
DE4207317C3 (de) 1992-03-06 2000-03-16 Heraeus Electro Nite Int Vorrichtung zur Messung der Temperatur von Metallschmelzen
JP2750832B2 (ja) 1995-05-16 1998-05-13 株式会社木村鋳造所 鋳鉄の溶湯の性状を判定する方法
JPH11506837A (ja) 1995-06-06 1999-06-15 ローズマウント インコーポレイテッド プロセス制御システムにおける温度送信器用開センサ診断システム
US5675325A (en) 1995-10-20 1997-10-07 Japan National Oil Corporation Information transmitting apparatus using tube body
CA2162802A1 (en) 1995-11-13 1997-05-14 Peter Zosimadis Wireless temperature monitoring system
US5982297A (en) 1997-10-08 1999-11-09 The Aerospace Corporation Ultrasonic data communication system
US6236889B1 (en) 1999-01-22 2001-05-22 Medtronic, Inc. Method and apparatus for accoustically coupling implantable medical device telemetry data to a telephonic connection
ATE320160T1 (de) 2000-05-25 2006-03-15 Gn Netcom As ßAKUSTISCHE BERTRAGUNGSVERBINDUNG, KOPFSPRECHHVRER MIT AKUSTISCHER BERTRAGUNGSVERBINDUNG UND VERWENDUNGEN DER AKUSTISCHEN BERTRAGUNGSVERBINDUNGß
US20040119211A1 (en) * 2001-06-11 2004-06-24 Robins James W. Metal making lance assembly
DE10390146D2 (de) 2002-01-18 2004-12-09 Amepa Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Kenngrössen einer Metallschmelze
DE102004034031A1 (de) 2004-07-13 2006-02-16 Heraeus Electro-Nite International N.V. Transportable Messsonde, Messsystem, Verfahren zur Erfassung von Messwerten sowie Verwendung des Messystems
US20060100656A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-11 Olson Lorin P Compact lancing device
DE102005001407A1 (de) * 2005-01-12 2006-07-20 Tracto-Technik Gmbh Verfahren zur Übertragung von Signalen und System zur Übertragung von Meß- und/oder Steuersignalen
DE102006005476A1 (de) * 2006-01-26 2007-09-13 Heraeus Electro-Nite International N.V. Vorrichtung zum Bestimmen einer Kenngröße einer Metallschmelze oder einer auf der Metallschmelze aufliegenden Schlackeschicht
RU58737U1 (ru) * 2006-06-08 2006-11-27 Закрытое акционерное общество "СЕНС" (ЗАО "СЕНС") Сенсорное устройство
US7658539B2 (en) 2006-12-04 2010-02-09 Rosemount Inc. Temperature sensor configuration detection in process variable transmitter
DE102008013698B4 (de) * 2008-03-11 2010-04-29 Heraeus Electro-Nite International N.V. Lanze zur Aufnahme eines Sensors oder Probennehmers für Metallschmelzen
CN101907587A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 贺利氏电子耐特国际股份公司 插入式探针

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4483630A (en) * 1982-06-04 1984-11-20 Thomas M. Kerley Ultrasonic thermometer
US5022014A (en) * 1988-06-15 1991-06-04 Schlumberger Industries Limited Ultrasonic temperature sensors, and ultrasonic waveguide connectors for use therewith
JP2000028438A (ja) * 1998-07-09 2000-01-28 Heraeus Electro Nite Kk 無線発信装置を備えた高温融体用プローブ及び当該プローブを用いた高温融体の温度、成分濃度及び物性測定システム並びに測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8864371B2 (en) 2014-10-21
CN103154277A (zh) 2013-06-12
CL2013001043A1 (es) 2013-08-30
UA108402C2 (xx) 2015-04-27
JP5540159B2 (ja) 2014-07-02
BR112013010016A2 (pt) 2016-08-02
RU2550988C2 (ru) 2015-05-20
EP2633090A1 (en) 2013-09-04
WO2012055546A1 (en) 2012-05-03
JP2014505912A (ja) 2014-03-06
MX2013003761A (es) 2013-05-20
RU2013124392A (ru) 2014-12-10
CA2815719A1 (en) 2012-05-03
KR20130087540A (ko) 2013-08-06
CN106908158A (zh) 2017-06-30
US20120147921A1 (en) 2012-06-14
AU2011323008A1 (en) 2013-05-02
AU2011323008B2 (en) 2014-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101470777B1 (ko) 무선 랜스
US10156480B2 (en) Thermowell vibration frequency diagnostic
CA2719323A1 (en) A device for registration of rotational parameters during assembly of a pipe string
US20220365035A1 (en) High-temperature ultrasonic sensor
EP1214501B1 (en) Apparatus and method for measuring depth
CN102792159B (zh) 将声换能器声耦合到物体上的耦合元件和包括该耦合元件的声换能器
EP3237864B1 (en) Thermowell system with vibration detection
CN108369116A (zh) 用于机械连接电子器件壳体与测量变换器壳体的联接设备、具有这种联接设备的测量变换器或以此形成的现场仪器
AU2007200059B2 (en) Apparatus for determination of an interface of a slag layer
JP3293067B2 (ja) 無線発信装置を備えた高温融体用プローブ及び当該プローブを用いた高温融体の温度、成分濃度及び物性測定システム並びに測定方法
JP2006258518A (ja) 光ファイバ振動検出装置
RU2231091C1 (ru) Прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения
JP7396594B2 (ja) 高炉Ｃｕステーブの損耗検出センサ
JP2005105343A (ja) 精錬容器の羽口の損耗量測定方法
CN108760077A (zh) 一种电缆堵头测温传感器
KR20090008034U (ko) 휴대용 초음파 두께 측정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee