KR20030048092A - 전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 물질, 특히용융 유리의 수준을 전자기적으로 측정하기 위한 장치 - Google Patents

전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 물질, 특히용융 유리의 수준을 전자기적으로 측정하기 위한 장치 Download PDF

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KR20030048092A KR10-2003-7005935A KR20037005935A KR20030048092A KR 20030048092 A KR20030048092 A KR 20030048092A KR 20037005935 A KR20037005935 A KR 20037005935A KR 20030048092 A KR20030048092 A KR 20030048092A
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Abstract

본 발명은 물질 중에서 교류를 발생시키고 상기 물질의 컨테이너 (24)를 둘러 싸는 유도기 (32), 상기 유도기에 의하여 경계가 정해진 구역 내의 최소한 하나의 자기장 센서 (52, 54)로서, 상기 센서는 상기 유도기의 축을 따라서 자기장 경방향 성분의 편미분 값을 측정하기 위한 한 쌍의 자기 변환기를 포함하는 자기장 센서, 상기 센서에 의하여 제공된 신호들을 복조하기 위한 수단 (68, 70)으로서, 상기 복조는 상기 유도기에 공급되는 전류에 대하여 실질적으로 π/ 2만큼의 위상 이동으로 발생되는 복조 수단, 및 상기 복조 수단에 의하여 제공된 신호들을 처리하고, 상기 물질이 상기 센서 수준에 도달하였음을 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단 (72, 74, 76)을 포함하는 장치를 제공한다.

Description

전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 물질, 특히 용융 유리의 수준을 전자기적으로 측정하기 위한 장치 {Device for electromagnetic detection of the level of a material which is or has been made conductive, in particular molten glass}
액체의 수준을 측정하기 위한 장치들은, 미국특허 제5,103,893호 (Y. Naganuma 등) 및 미국특허 제5,232,043A호 (J. Mosch 등)를 통하여 이미 공지되어 있다. 이러한 장치들은 액체 중에서 유도된 교류 자기장 (alternating magnetic field)의 축 방향 성분 (axial component)을 이용한다.
액체의 수준을 측정하기 위한 다른 장치들도, 미국특허 제 4,138,888A 호 (S. Linder) 및 미국특허 제 4,144,756A 호 (S. Linder)를 통하여 이미 공지되어있다. 이러한 다른 장치들은 액체 중에서 유도된 교류 자기장의 경방향 성분 (radial component)을 이용한다.
이러한 경방향 성분을 측정하기 위한 센서에 의하여 제공되는 신호들은, 자기장을 발생시키는 유도기 (inductor)에 공급되는 전류에 대하여 위상 이동 (phase shift) 없이 복조 (demodulated)된다.
본 발명은 물질, 더욱 상세하게는 분리된 형태 (예를 들어, 과립)의 액체, 분말 또는 고체로서 전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 물질의 수준 (level), 또는 더 나아가 전기적으로 전도성인 이동성 동체 (예를 들어, 피스톤)의 위치를 전자기적으로 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 특히 용융 금속, 냉각 액체 금속, 전해질 및 용융 유리로부터 선택된 액체의 수준을 측정하는 데에 적용된다.
본 발명은 하기 구현예들에 대한 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써 더욱 잘 이해될 수 있을 것이지만, 이는 예시적인 것으로서 결코 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 첨부 도면에서:
도 1은, 본 발명에 따른 장치의 특정 일 구현예에 대한 개략도이고,
도 2는, 직접 유도 용융을 위한 냉각 도가니에 적용된, 다른 특정 구현예에 대한 개략도이고, 또한
도 3은, 절연 튜브를 사용하는, 도 2에 도시된 장치의 변형 예에 대한 부분 개략도이다.
본 발명은, 상기 언급된 공지의 장치들보다 더 높은 정확도로, 분리된 형태의 액체, 분말 또는 고체로서 전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 물질의 수준, 또는 더 나아가 전기적으로 전도성인 이동성 동체의 위치를 전자기적으로 측정하고자 하는 경우에 야기되는 문제점을 해결한다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 목적은, 분리된 형태의 액체, 분말 또는 고체로서 전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 것이며 수직 축을 갖는 컨테이너를 채우거나 상기 컨테이너를 비우는 물질의 수준, 또는 상기 컨테이너 내에서 이동하는 모놀리식 (monolithic)의 전기적으로 전도성인 고체 물질의 위치를 측정하기 위한 장치를 제공하는 것으로서, 상기 장치는:
- 상기 물질 내에서 교류 전류를 생성하고, 상기 컨테이너를 둘러싸며, 상기 컨테이너와 동일한 축을 가지는 유도기로서, 상기 컨테이너는 상기 유도기에 의하여 발생된 자기장을 대략적으로 투과시키는 유도기,
- 상기 유도기에 전류를 공급하는 교류 전류원,
- 상기 유도기 축을 따라 상기 자기장의 경방향 성분의 편미분 값을 측정하기 위하여, 상기 유도기와 상기 컨테이너 축의 사이에 위치하며, 상기 컨테이너 축과 만나는 대략적 수평 축을 따라서 배열되는 하나 이상의 자기장 센서로서, 상기 자기장 센서는 한 쌍의 변환기를 포함하고, 상기 변환기는 차등 방식 (differential way)으로 장착되고, 하나가 다른 하나 위에 위치하며, 상기 변환기의 민감성 축들이 대략적으로 평행이고, 상기 자기장 센서가 배열되는 축이 상기 두 개의 민감성 축들에 의하여 정해지는 평면 내에 위치하고 상기 두 개의 민감성 축들로부터 동일한 거리에 위치하는 자기장 센서,
- 상기 자기장 센서에 의하여 공급되는 신호들을, 상기 전원에 의하여 공급되는 전류에 대하여 대략 π/ 2의 위상 이동시켜 복조하기 위한 수단, 및
- 상기 복조 수단에 의하여 제공된 신호들을 처리하고 상기 자기장 센서의 수준이 상기 물질에 의해 도달되었음을 나타내는 신호를 제공하는 처리 및 신호 수단
을 포함한다.
"민감성 변환기 축 (sensitive transductor axis)"이란, 이러한 변환기의 감도 (sensitivity)가 최고에 달하는 지점들로 된 (기하학적) 축으로 이해된다.
예를 들어, 코일의 민감성 축은 그것의 축이다.
본 발명의 주제를 구성하는 장치에 대한 바람직한 일 구현예에 따르면, 변환기들은 동일하다.
처리 및 신호 수단 (processing and signalling means)은, 바람직하게는 복조 수단에 의하여 제공된 신호들의 제로-크로싱 (zero-crossing) 또는 부호 변화(sign change)를 검출하기 위한 전자적 수단을 포함한다.
본 발명의 주제를 구성하는 제 1 특정 구현예에 따르면, 자기장 센서는 상기 컨테이너 중의 물질의 상태 (액체이건 고체이건)에 관계없이 상기 유도기와 상기 컨테이너의 사이에 위치한다.
제 2 특정 구현예에 따르면, 수준 측정은 분리된 형태의 액체, 분말 또는 고체 물질 내에서 발생하며, 상기 구현예는 모놀리식 고체 물질에는 적용되지 않는다.
이러한 경우에는, 자기장 센서는 하단부가 폐쇄된, 전기적으로 절연성 또는 매우 약하게 전도성인 튜브 내에 위치하며, 바람직하게는 컨테이너 내벽과 컨테이너 축 사이의 컨테이너 내부에 수직으로 위치한다.
이러한 제 2 특정 구현예는, 예를 들어, 유도기의 근접성과 연계된 현저한 간섭 현상이 있거나, 컨테이너 스크리닝 효과가 너무 커서 제 1 특정 구현예를 수행하기에 어려움이 있는 경우에 유용하다.
이러한 경우에는, 상기 튜브가 바람직하게는, 자기장의 경방향 성분의 직각 위상 (quadrature) 성분이 최고에 달하는, 컨테이너 축으로부터 떨어진 지점에 위치하며, 이렇게 함으로써 최대 측정 감도를 얻을 수 있다.
본 발명은, 가장 바람직하게는 직접 유도 용융 (direct induction melting)을 위한 냉각 도가니 (cold crucible) 중의 수준 측정에 적용된다.
컨테이너는 냉각 도가니일 수 있으며, 이러한 도가니는 서로 전기적으로 절연된 섹션들로 형성되며, 냉각 수단 및 컨테이너 내의 물질을 가열하는 데에 사용되는 유도기를 구비하고 있다.
이러한 경우에, 상기 물질은 용융 유리 및 용융 금속으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 특정 일 구현예에 따르면, 상기 장치는 상기 컨테이너의 복수 개의 수준들에 위치한 복수 개의 자기장 센서들을 포함함으로써 상기 물질이 이러한 자기장 센서들 중의 하나에 해당되는 수준에 도달된 것을 측정할 수 있게 된다.
이러한 경우에, 본 발명은 또한 상기 물질 수준의 변위 속도 (displacement rate)를 측정하는 것을 가능하게 한다.
상기 물질에 의하여 도달된 연속적인 수준들에서의 시간대들의 시간 간격들을 측정하고, 이러한 연속적인 수준들 간의 거리를 상기와 같이 측정된 시간 간격으로 나누기 위하여, 부가적으로 처리 및 신호전달 수단이 제공될 수 있고, 따라서 상기 장치는 상기 컨테이너 내의 상기 물질의 수준 변화 속도를 측정할 수 있게 된다.
이러한 속도 측정은, 본 발명에 따른 장치에 의하여 허용된 측정의 정확도 및 컨테이너 발생기를 따라 많은 수의 자기장 센서들을 연합시킬 수 있는 가능성에 의한 도움을 받는다.
당업자에게 공지된 기술들이 시간 간격들 및 연속적 수준들 간의 거리들을 측정하는 데에 사용될 수 있다는 점을 염두에 두어야 할 것이다.
도 1에 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 장치는, 컨테이너 (4)에 충진된 전기적으로 도전성인 액체 (2)의 수준을 측정하기 위한 것이다. 화살표 (6)는 이러한 충진을 기호화한 것이다. 참조 부호 X는 컨테이너 (4)의 수직 축을 나타낸다.
도 1의 장치는 자성 코일 (8)을 포함하며, 여기에는 교류 전류원 (10)에 의한 교류 전류가 공급된다. 상기 코일 (8)은 컨테이너를 둘러싸며, 상기 컨테이너의 축과 동일한 축 X를 갖는다. 코일은 자기장을 발생시키는 유도기를 구성하며, 유도기는 액체 중에서 교류 전류를 발생시킨다.
컨테이너 (4)는 유도기에 의하여 방출되는 교류 자기장에 대한 차단 효과 (screening effect)를 제한하고, 컨테이너 내의 액체로 교류 자기장을 전달하도록 선택된 물질로 제조된다.
이러한 결과는, 특히 서로 병렬로 놓이고 전기적으로 분리된 전기적 도전성 요소들로 이루어진 컨테이너를 사용함으로써 달성될 수 있다.
상기 장치는 또한 차등 자기장 센서 (13)를 형성하는 한 쌍의 동일한 코일 (11 및 12)을 포함한다. 이러한 코일 쌍 (11 및 12)은 (수직 축 X에 따른) 자기장의 대략적 경방향 성분의 편미분값에 비례하는 신호를 제공하기 위한 것이다.
더욱이, 이러한 코일 쌍 (11 및 12)은 코일 (8)과 컨테이너 (4)의 사이에 위치한다. 이는 컨테이너의 축 X와 대략적으로 만나는 수평 축 Y를 따라서 배열된다.
코일 (11 및 12)의 축들 (미도시)은 평행이며 수직 평면을 이루고, 축 Y는 이러한 평면 내에 포함되고 상기 코일 (11 및 12)의 축들로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있다.
본 발명은, 자기장의 경방향 성분 (자기장의 공간적 양상)의 유도 전류와 대략적으로 직각 위상을 이루는 성분 (자기장의 시간적 양상)의, 전도성 매체-비전도성 매체의 경계에서의, 극단적 교차를 자기장 센서에 의하여 측정하는 것에 기초한다.
코일 쌍 (11 및 12)에 의하여 공급될 수 있는 전기적 전압은, 이러한 전압을 증폭시키기 위한 수단 (14)으로 보내어 진다.
도 1의 장치는 또한 이렇게 증폭된 전압의 동기 복조 (synchronous demodulation)를 위한 수단 (16)을 포함한다.
이러한 수단 (16)은 증폭기 (14)의 출력에 의하여 공급된 전압을 대략적으로 π/ 2만큼 복조시킬 수 있으며, 따라서 복조는 전원 (10)에 의하여 공급된 전류에 대하여 대략적으로 π/ 2의 위상 이동을 가지며 발생된다.
따라서, 본 발명에서는 복조 기준치로서 유도 전류가 직접적으로 사용되는 것이 아니라, 그에 대하여 대략적으로 π/ 2만큼 위상차를 갖는 전류가 사용된다.
전도성 액체가 센서 (13)의 수준, 달리 말해서 축 Y에 의하여 정해진 수준에 도달하면, 코일의 쌍은 전기적 신호들을 제공하고, 그 신호들은 증폭 수단 (14)에 의하여 증폭되고 이어서 복조 수단 (16)에 의하여 복조된다.
도 1의 장치는 또한 복조 수단 (16)에 의하여 제공된 신호들을 처리하기 위한 전자적 수단 (18)을 포함한다.
이러한 처리 수단 (18)은, 예를 들어, 전도성 액체 (2)가 축 Y의 수준에 도달하면 신호를 제공하기 위한 전구 (또는 발광 다이오드 또는 LED)에 연결된 트리거를 포함한다.
처리 수단 (18)에 의하여 제공된 신호는, 축 Y의 수준에 도달하는 경우에 시각적 경보를 제공하는 신호 수단 (20) (예를 들어 전구 또는 LED)으로 보내어 진다.
변형된 형태로서, 상기 처리 수단 (18)은, 이러한 수준에 도달하는 경우에 소리 경보를 제공하는 신호 수단에 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 예로서, 전기 저항이 0.001 Ω.m 내지 1 Ω.m인 용융 유리 (22)에 적용한 경우를 도 2에 개략적으로 나타내었다. 이러한 용융 유리는 냉각 도가니 (24) 내에서의 직접 유도에 의하여 가열되며, 도가니의 축은 수직으로서 도면에 X로 표시되어 있다.
상기 냉각 도가니는 분할되어 있으며; 예를 들어 서로 병렬로 배치되고 전기적으로 절연된, 스테인레스 스틸로 된 금속 튜브들 (미도시)로 이루어진다.
도 2에서 도가니의 기저를 구성하는 바닥 (28)이 도시되어 있다. 이러한 바닥 (28) 및 도가니의 나머지 부분들은 물 순환 수단 (30)에 의하여 냉각된다.
또한, 도 2에는 교류 전원 (34)에 의하여 교류가 공급되며, 유리를 가열하기 위한 유도기 (32)가 도시되어 있다. 이러한 유도기는 도가니 (24)를 둘러싸며, 상기 유도기의 축 또한 축 X이다.
도가니를 분할하는 것은 유도기 (32)에 의하여 발생된 자기장에 대한 도가니의 투과성을 다소 높여준다.
또한, 도 2에는 밀봉 수단 (38)을 구비한 캐스팅 덕트 (36)가 도시되어 있으며, 이러한 밀봉 수단 (38)을 제거하는 경우에는 용융 유리를 회수할 수 있게 된다.
부가적으로:
- 용융 유리를 도가니 내벽의 냉각 금속으로부터 분리시키는, 5 mm 내지 10 mm 두께의 응결 유리 박막 (40), 및
- 용융 풀 (pool)의 상부에 위치하며, 용융 과정 중의 유리로 이루어진 층 (42)이 도시되어 있다.
화살표 (44)는 도가니의 충진을 기호화한 것이며, 또 다른 화살표 (46)는 용융 유리 (22) 중의 대류 운동을 기호화한 것이다.
도 2의 기준선들 (48 및 50)은 각각 도가니 내의 용융 유리의 상단 (수평) 수준 및 하단 (수평) 수준을 나타낸 것이다. 일단 용융이 개시되면, 캐스팅 도중에, 용융이 실패하지 않도록 최소한의 풀 수준을 유지하게끔 주의를 기울여야 한다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 장치는 이러한 하단 및 상단 수준들을 측정하기 위하여 의도된 것이지만, 또한 충진 및 비우는 작업 도중에 물질의 수준에 있어서의 변화를 모니터하기 위한 것으로도 사용될 수 있다.
이러한 장치는 교류 전원 (34)에 의하여 교류가 공급되는 유도기 (32) 및, 각각 상단 및 하단 수준 (48 및 50)에 위치하고, 유도기의 축을 따라 자기장의 경방향 성분의 편미분 값을 측정하기 위하여 제공되는 두 개의 자기장 센서들 (52 및 54)을 포함한다.
더욱 상세하게는, 도 2에 도시된 실시예에서, 이러한 센서들 (52 및 54)은 유도기 (32)와 도가니 (24)의 사이에 위치하며, 이러한 센서들은 각각, 서로 다른 위치에 장착되고 (서로 반대로), 하나가 다른 하나 위에 위치하는 한 쌍의 동일한 코일들을 포함하는데, 코일의 축들은 대략적으로 수평이고 평행이다.
센서 (52) (및 54)의 코일들은 도 2에서 참조번호 56 및 58 (및 60 및 62)로 도시되어 있으며, 이러한 센서의 축은 이러한 두 개의 코일의 축들에 의하여 정해지는 평면 내에서, 코일의 축들에 평행하며, 그들로부터 동일한 거리에 위치하고, 도가니 (24)의 축 X와 만나며, 도가니 내의 용융 유리의 하단 (및 상단) 수준에 해당된다.
도 2의 장치는 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 작동가능한 증폭기 (64) (및 66)를 포함하며, 증폭기의 두 입력부는 각각 코일 어셈블리 (56 및 58) (및 60 및 62)의 두 말단에 연결되어 있다.
상기 장치는 부가적으로:
- 동기 복조 수단 (68) (및 70)으로서, 복조수단으로의 입력 신호가 작동가능한 증폭기 (64) (및 66)의 출력과 연결되고, 복조수단의 기준 입력값이 전원 (34)에 연결되는 동기 복조 수단,
- 상기 복조 수단에 의하여 공급되는 신호들의 제로-크로싱 또는 부호 변화를 검출하기 위한 전자적 수단 (72) (및 74)으로서, 전자적 수단 (72) (및 74)의 입력이 각각 상기 복조 수단 (68) (및 70)의 출력에 연결되는 전자적 수단, 및
- 제로-크로싱 또는 부호 변화 시에 신호를 제공하는 전자적 수단 (72 및74)에 의하여 제공된 신호들이 입력되는 신호 수단 (76)
을 포함한다.
각각의 수준 (48 또는 50)에 대하여, 동기 복조는 유도기 전류에 대하여 대략적으로 직각인 위상 (π/ 2의 위상 이동)으로 수행된다.
복조 기준치는 유도기 내에 흐르는 전류의 픽업 포인트 (pickup point)로부터 도출된다.
각각의 (동일한) 코일들 (56 및 58)의 형태는 측정의 민감성 및 안정성에 의존할뿐만 아니라 측정의 정확성에도 의존하며, 이는 다른 코일들 (60 및 62)에도 적용된다.
코일들 (56 및 58) (및 60 및 62)의 차등 장착은 자기장의 경방향 성분의 축 X를 따라 부분적 변이를 얻는 것을 가능하게 한다.
복조 수단 (68) (및 70)의 출력값으로부터 회복된 신호를 전자적 수단 (72) (및 74)으로 도입시킴으로써, 용융 유리 수준이 센서 (52) (및 54)의 전면을 통과할 때에, 신호 수단 (76)을 통하여, 경보 신호를 유발시키는 것이 가능하다.
도 3에 개략적이고 부분적으로 도시된 또 다른 특정 구현예에서는, 센서들 (52 및 54)은 더 이상 유도기 (32)와 도가니 (24) 사이의 공간에 있지 않고: 하단부가 밀봉된 튜브 내에 위치한다.
이러한 튜브는 전기적으로 절연성이고 (예를 들어 알루미늄 또는 세라믹으로 이루어짐), 필요에 따라 냉각될 수 있으며 (냉각 수단은 도시되지 않음), 튜브가 층 (42)을 통과하여 용융 유리 (22) 속으로 침지되는 방식으로, 도가니 내벽과 축X 사이에서, 도가니 (24) 내에 수직으로 위치한다.
튜브 (78) 및 코일들 (56, 58, 60 및 62)의 크기는 기계적 및 열적 스트레스들의 함수로서 채택된다.
바람직하게는, 상기 튜브 (78)는 자기장의 경방향 성분이 최대값을 갖는, 도가니의 축 X로부터 거리 R만큼 떨어진 지점에 위치한다.
이러한 거리 R을 결정하기 위하여 예를 들어 하기의 방법이 사용된다:
예를 들어, 장치의 모든 구성 요소들 (기하학적 및 물리적)이 들어가는 한정 요소 시뮬레이션 코드 (finite element simulation code)를 사용하여, 도가니 내에서 자기장 H가 계산된다.
상기와 같이 계산된 자기장을 이용하여, 경방향 장 (radial field) Hr로부터 직각 위상 중의 성분 (유도 전류에 대하여 대략 π/ 2의 위상 이동)을 추출해 낸다.
이러한 성분이 그 최대값을 갖는 거리를 찾는다.
본 발명에 의하면, 전이 상태 (용융 유리의 하강 속도가 대략 분 당 40 mm) 및 충진 상태 (상승 속도가 대략 분 당 1 mm) 모두에 대해서, 용융 유리 풀의 상단 및 하단 수준들을 약 ±10 mm의 정확도로 측정할 수 있다.
도 2에 도시된 장치에 의하면, 도 2의 54-66-70-74 어셈블리 타입의 하나 또는 그 이상의 다른 어셈블리들을 제공함으로써 용융 유리가 둘 이상의 수준들을 통과할 때 용융 유리를 측정하는 것이 가능하다. 이때, 이러한 다른 어셈블리들의 각각의 센서는 센서 52와 센서 54의 사이에 위치한다.
복수의 그와 같은 어셈블리들을 사용하는 것은, 도가니 내의 용융 유리 수준의 변위 속도 및 이러한 용융 유리 수준의 위치를 측정하는 것을 가능하게 한다.
이를 위하여:
- 용융 유리에 의하여 도달되는 연속적인 수준들에서의 시간들 사이의 시간 간격을 측정하고,
- 이러한 연속적인 수준들 사이의 거리를 그와 같이 측정한 시간으로 나누기 위한,
도 2의 수단 (76)이 부가적으로 제공될 수 있다.
이러한 거리는 예를 들어 사용자에 의하여 측정되어, 상기 수단 (76)에 저장된다.
전술한 실시예들에서는, 용융 유리의 수준 측정을 고려하였다.
본 발명은 또한 용융 금속, 액체 금속, 또는 보다 일반적으로, 전도성이거나 전도성으로 제조된 액체의 수준을 측정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 심지어 미분탄 (dust coal)이나, 프린터 또는 복사기용 토너와 같은 전도성 분말 물질의 수준을 측정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 이동성의 전도성 모놀리식 동체의 위치를 측정하는 데에도 적용된다.
이는 도 1의 예에 개략적으로 도시되어 있으며, 도 1에는 컨테이너 (4) 내에서 그 수준이 가변적인 (이를 위한 수단은 미도시), 액체 (80)의 표면 상에 떠있는 전도성 모놀리식 동체 (S)가 도시되어 있다. 동체 (S)는, 센서 (13)에 의하여, 그것이 축 Y의 수준에 도달하면 (만일 액체 (80)의 수준이 충분히 상승한다면) 검출된다.
용기 내에서 수평 축에 의하여 확인되는 상대적 수준을 본 발명에 따른 장치로 측정하는 것은, 만약 수평 축과 임의의 기준, 예를 들어 용기의 바닥 사이의 거리가 알려져 있다면, 이러한 수준을 측정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 관점에서, 본 발명의 장치는 또한 절대 수준 측정 장치를 구성할 수도 있다.
부가적으로, 자기장을 얻기 위하여 본 발명에서 사용되는 임의의 코일의 나선 크기는 대처하게 되는 스트레스에 대한 함수로서 채택하는 것이 가능하다.
예를 들어,
- 더 나은 측정 감도를 얻고,
- 국소적인 각 교란 (local angular disturbances)의 평균을 산정하기 위하여,
나선의 각 섹터 (angular sector)를 넓히는 것이 가능하다.
도 1 내지 3의 예들에서, 코일로 구성된 변환기들이 고려되었다.
그러나, 본 발명이 그와 같은 코일들을 이용하는 것에 한정되는 것은 아니며: 그와 같은 변환기들에 14-16-18 또는 64-68-72 및 66-70-74와 같은 증폭, 복조 및 처리 수단을 채택함으로써, 이러한 변환기들 대신에, 예를 들어 자성-저항 (magneto-resistances) 또는 홀 효과 (Hall effect) 변환기들로 구성된 변환기들을 사용하는 것이 가능하다.
더욱이, 실시예에서는, 동일한 변환기들의 쌍이 고려되었다.
그러나, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며: 본 발명에서는, 서로 다른 각각 한 쌍의 변환기들 (예를 들어 한 쌍의 코일들)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 자기장 센서들을 사용하고, 그러한 변환기 쌍들에 증폭, 복조 및 처리 수단을 채택하는 것이 가능하다.

Claims (12)

  1. 분리된 형태의 액체, 분말 또는 고체로서 전기적으로 전도성이거나 전도성으로 제조된 것이며 수직 축을 갖는 컨테이너 (4; 24)를 채우거나 상기 컨테이너를 비우는 물질 (2; 22)의 수준, 또는 상기 컨테이너 내에서 이동하는 모놀리식 (monolithic)의 전기적으로 전도성인 고체 물질의 위치를 측정하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
    - 상기 물질 내에서 교류 전류를 생성하고, 상기 컨테이너를 둘러싸며, 상기 컨테이너와 동일한 축을 가지는 유도기로서, 상기 컨테이너는 상기 유도기에 의하여 발생된 자기장을 투과시키는 유도기 (8; 32),
    - 상기 유도기에 전류를 공급하는 교류 전류원 (10; 34),
    - 상기 유도기 축을 따라 상기 자기장의 경방향 성분의 편미분 값을 측정하기 위하여, 상기 유도기와 상기 컨테이너 축의 사이에 위치하며, 상기 컨테이너 축과 만나는 수평 축을 따라서 배열되는 하나 이상의 자기장 센서로서, 상기 자기장 센서는 한 쌍의 변환기 (11-12, 56-58, 60-62)를 포함하고, 상기 변환기는 차등 방식 (differential way)으로 장착되고, 하나가 다른 하나 위에 위치하며, 상기 변환기의 민감성 축들이 평행이고, 상기 자기장 센서가 배열되는 축이 상기 두 개의 민감성 축들에 의하여 정해지는 평면 내에 위치하고 상기 두 개의 민감성 축들로부터 동일한 거리에 위치하는 자기장 센서 (13; 52, 54),
    - 상기 자기장 센서에 의하여 공급되는 신호들을, 상기 전원에 의하여 공급되는 전류에 대하여 π/ 2의 위상 이동시켜 복조하기 위한 수단 (16; 68, 70), 및
    - 상기 복조 수단에 의하여 제공된 신호들을 처리하고 상기 자기장 센서의 수준이 상기 물질에 의해 도달되었음을 나타내는 신호를 제공하는 처리 및 신호 수단 (18, 20; 72, 74)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변환기들은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 및 신호 수단 (72, 74)은 복조 수단에 의하여 제공된 신호의 제로-크로싱을 측정하기 위한 전자적 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 및 신호 수단 (72, 74)은 복조 수단에 의하여 제공된 신호의 부호 변화를 검출하기 위한 전자적 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 센서 (13; 52, 54)는, 상기 컨테이너 내의 물질의 상태가 액체 또는 고체인가에 관계 없이 상기 유도기 (8; 32)와 상기 컨테이너 (4; 24)의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 분리형의 액체, 분말 또는 고체이고, 상기 자기장 센서는 전기적으로 절연성이거나 또는 매우 약하게 전도성인 튜브 (78)내에 위치하며, 상기 튜브는 그 하단부가 밀봉되어 있으며 상기 컨테이너 (24) 내에서 상기 컨테이너의 내벽과 상기 컨테이너의 축 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 튜브 (78)는, 자기장의 경방향 성분의 직각 위상 (quadrature) 중의 성분이 최고에 달하는, 컨테이너 축으로부터 떨어져 있는 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 컨테이너는 냉각 도가니 (24)이며 상기 냉각 도가니는, 서로 전기적으로 절연된 섹션들로 형성되며, 냉각 수단 (30) 및 컨테이너 내의 물질을 가열하는 데에 사용되는 유도기 (32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 물질은 용융 유리 및 용융 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 컨테이너의 복수 개의 수준들에 위치한 복수 개의 자기장 센서들 (52, 54)을 포함하며, 상기 물질이 상기 자기장 센서들 중의 어느 하나의 수준에 도달하는 것을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 장치는, 상기 물질에 의하여 도달된 연속적인 수준들 간의 시간 간격들을 측정하고, 상기 연속적인 수준들 간의 거리를 상기와 같이 측정된 시간 간격으로 나누기 위하여 처리 및 신호 수단 (72, 74, 76)을 더 포함함으로써, 상기 컨테이너 내의 상기 물질의 수준 변화 속도를 측정하기 위한 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장 변환기가 코일, 자성-저항 및 홀 효과 변환기들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 장치.
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