LU100366A1

LU100366A1 - Apparatus and method for acoustic temperature measurement and arrangement of such a device

Info

Publication number: LU100366A1
Application number: LU100366A
Authority: LU
Inventors: Gottfried Behler; Sebastian Buzga
Original assignee: Z&J Technologies Gmbh
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-06-13
Also published as: LU100366B1; DE102016116537A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum (19), insbesondere in einem Hochofen. Die Vorrichtung umfasst hierbei mehrere Schallerzeugereinrichtungen (5a) und Schallempfängereinrichtungen (5b) zum Aussenden und Empfangen von Schallsignalen, die mit Abstand zueinander am oder im Prozessraum (19) positionierbar sind. Weiterhin umfasst die Vorrichtung umfasst eine Signalsteuer- und Verarbeitungseinrichtung (17), die im Betrieb mit den Schallerzeugereinrichtungen (5a) und Schallempfängereinrichtungen (5b) elektrisch verbunden ist. Die Signalsteuer- und Verarbeitungseinrichtung (17) ist zum sequenziell und zeitlich verschachtelten Aussenden von in der Frequenz sich ändernden Sendeschallsignalen durch die Schallerzeugereinrichtung (5a) konfiguriert. Die Signalsteuer- und Verarbeitungseinrichtung (17) ist ferner zum Korrelieren der von den Schallempfängereinrichtung (5b) empfangenen Empfangsschallsignalen und den Sendeschallsignalen konfiguriert. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung eines Temperaturfeldes, sowie eine Anordnung einer Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung.The invention relates to a device for the acoustic temperature measurement in a process space (19), in particular in a blast furnace. In this case, the device comprises a plurality of sound generator devices (5a) and sound receiver devices (5b) for emitting and receiving sound signals that can be positioned at a distance from one another on or in the process space (19). Furthermore, the device comprises a signal control and processing device (17), which in operation is electrically connected to the sound generating devices (5a) and sound receiver devices (5b). The signal control and processing device (17) is configured for the sequential and temporally interleaved emission of frequency-varying transmission sound signals by the sound generating device (5a). The signal control and processing means (17) is further configured to correlate the received sound signals received from the sound receiving means (5b) and the transmitted sound signals. The invention further relates to a method for detecting a temperature field, and an arrangement of an apparatus for acoustic temperature measurement.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur akustischen Temperaturmessung sowie Anordnung einer solchen VorrichtungDevice and method for acoustic temperature measurement and arrangement of such a device

Beschreibungdescription

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist bspw. aus DE 20 2015 106 820 U1 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur akustischen Temperaturmessung und eine Anordnung mit einer derartigen Vorrichtung.The present invention relates to a device for acoustic temperature measurement with the features of the preamble of claim 1. Such a device is known, for example, from DE 20 2015 106 820 U1. The invention further relates to a method for acoustic temperature measurement and an arrangement with such a device.

Für die Gewinnung von Eisen wird Eisenerz als Ausgangsstoff verwendet, das in der Natur meist als Oxid vorkommt. In großtechnischen Anlagen wie z.B. Hochöfen wird das Eisenerz durch Reduktions- und Schmelzprozesse in flüssiges Roheisen umgewandeit. Für derartige Reduktions- und Schmelzprozesse sind bestimmte Temperaturen im Hochofen einzuhalten. Ein Hochofen hat prinzipiell die Form eines Kamins oder eines Schornsteins aus zwei umgekehrt aufeinander gesetzten hohlförmigen Kegelstümpfen und eine Gesamthöhe von 15 bis 75 m. Dadurch wird sowohl ein optimaler Gas/Stoffaustausch innerhalb der Einsatzstoffe als auch ein Temperaturverlauf von 200° bis 2000°C vom Gichtverschluss bis an den Boden des Hochofens ermôglicht. Innerhalb des Hochofens laufen mehrere Prozesse gleichzeitig ab, die bestimmte Temperaturen voraussetzen, wie z.B. in der Trockenund Vorwärmezone zum Trocknen und Vorwärmen des Eisenerzes, des Koks und der Zuschlagsstoffe durch ein durchströmendes Gas, in der Reduktionszone zum Reduzieren des Eisenoxids durch Kohlenstoff und Kohlendioxid, in der Kohlungszone zum Bilden eines Eisen-Kohlenstoffgemisches und in der Schmeizzone zum Verbrennen des Koks und zum Schmelzen des EisenKohlenstoffgemisches. Werden die für die Prozesse optimalen Temperaturen nicht eingehalten, verlaufen die Prozesse gar nicht oder nur unvollständig ab.For the production of iron, iron ore is used as a raw material, which mostly occurs in nature as an oxide. In large-scale plants such as Blast furnaces convert the iron ore into liquid pig iron through reduction and smelting processes. For such reduction and melting processes, certain temperatures in the blast furnace must be observed. A blast furnace basically has the shape of a chimney or a chimney made of two inverted frustum-shaped truncated cones and a total height of 15 to 75 m. This enables both an optimal gas / material exchange within the feed materials and a temperature profile from 200 ° to 2000 ° C from the top seal to the bottom of the blast furnace. Several processes run simultaneously within the blast furnace, which require certain temperatures, e.g. in the drying and preheating zone for drying and preheating the iron ore, coke and additives by a flowing gas, in the reduction zone for reducing the iron oxide by carbon and carbon dioxide, in the carburizing zone for forming an iron-carbon mixture and in the melting zone for burning the coke and for melting the iron-carbon mixture. If the optimal temperatures for the processes are not maintained, the processes do not run at all or only incompletely.

Es ist daher erheblich und unerlässlich, dass die innerhalb eines Hochofens und während dessen laufenden Betriebs herrschenden Temperaturen ortsgenau gemessen und damit Einfluss auf dieselben genommen werden kann. Berührungsthermometer wie z.B. Bimetallthermometer sind meist nicht für derartig hohe Temperaturen konzipiert und kônnen die Temperatur auch nur an einem Punkt messen. Berührungslos messende Thermometer wie z.B. Strahlungsthermometer (auch Strahlungspyrometer genannt) messen die ausgestrahlte Strahlung des zu messenden Gegenstands, die im Infrarot- bzw. pm-Wellenbereich liegt. Diese Art der Temperaturmessung ist gegenüber der Temperaturmessung durch Berührung flexibler. Allerdings ist in den eingangs genannten Hochôfen mit anfallendem Schmutz und Staub insbesondere durch Koks und andere Nebenprodukten zu rechnen, die die ausgestrahlten Wellen des zu messenden Gegenstands absorbieren und/oder filtern. Zusätzlich kann die Temperaturmessung durch direkt auf dem Temperatursensor und/oder auf einer Schutzscheibe liegenden Schmutz verfälscht werden.It is therefore significant and essential that the temperatures prevailing within a blast furnace and during its ongoing operation can be measured precisely and thus influenced. Touch thermometers such as Bimetal thermometers are usually not designed for such high temperatures and can only measure the temperature at one point. Non-contact thermometers such as Radiation thermometers (also called radiation pyrometers) measure the radiation emitted by the object to be measured, which is in the infrared or pm-wave range. This type of temperature measurement is more flexible than touch temperature measurement. However, in the blast furnaces mentioned at the outset, dirt and dust can be expected, in particular from coke and other by-products, which absorb and / or filter the emitted waves of the object to be measured. In addition, the temperature measurement can be falsified by dirt lying directly on the temperature sensor and / or on a protective pane.

Um diesen Nachteil zu umgehen, werden in Hochôfen meist Schallpyrometer verwendet, die anhand der Laufzeit einer ausgesandten und empfangenen Schallwelle die Temperatur bestimmen. Je höher die Temperatur des zu messenden Gases ist, desto höher ist die Schallgeschwindigkeit innerhalb dieses Gases und desto kürzer ist die Laufzeit einer Schallwelle. Typischerweise kann die Frequenz des hierfür ausgesendeten Schallsignals zwischen 100 bis 6000 Hz liegen. Bei den zuvor genannten Temperaturen von 200 bis 2000° Grad liegt die Schallgeschwindigkeit zwischen etwa 430 bis 950 m/s. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Schallsender bzw. -quellen und/oder -empfänger ist es môglich, eine Temperaturverteilung innerhalb des Hochofens zu ermitteln.In order to avoid this disadvantage, sound pyrometers are mostly used in furnaces, which determine the temperature based on the transit time of a transmitted and received sound wave. The higher the temperature of the gas to be measured, the higher the speed of sound within this gas and the shorter the duration of a sound wave. The frequency of the sound signal emitted for this purpose can typically be between 100 and 6000 Hz. At the aforementioned temperatures of 200 to 2000 degrees, the speed of sound is between about 430 to 950 m / s. By using one or more sound transmitters or sources and / or receivers, it is possible to determine a temperature distribution within the blast furnace.

Eine derartige Temperaturmessvorrichtung ist aus DE 20 2015 106 820 U1 bekannt, die auf die Anmeiderin zurückgeht. Zur Ermittiung eines Temperaturfeldes im Hochofen sind mehrere derartiger Temperaturmessvorrichtungen in der Hochofenwand angeordnet, die als Sende-/Empfangseinheiten konzipiert sind. Dabei werden die einzelnen Sende- /Empfangseinheiten so angesteuert, dass diese sequenziell, d.h. nacheinander die Schallsignale aussenden. Wenn ein Schallsignal abgeklungen ist, wird die nächste Sende- /Empfangseinheit angesteuert und sendet ein neues Signal aus.Such a temperature measuring device is known from DE 20 2015 106 820 U1, which goes back to the anmeiderin. In order to determine a temperature field in the blast furnace, several such temperature measuring devices are arranged in the blast furnace wall, which are designed as transmitter / receiver units. The individual transmitter / receiver units are controlled so that they are sequential, i.e. send the sound signals one after the other. When a sound signal has decayed, the next transmitter / receiver unit is activated and sends out a new signal.

Dieses Verfahren bzw. die so konfigurierte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Messzeiten relativ lange sind. Dies hat zur Folge, dass während der jeweiligen Messung eine Ânderung der Temperatur im Hochofen stattfinden kann, die bei der Messung nicht berücksichtigt wird bzw. das Messergebnis verfälscht.This method or the device configured in this way has the disadvantage that the measurement times are relatively long. As a result, the temperature in the furnace can change during the respective measurement, which is not taken into account in the measurement or falsifies the measurement result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur akustischenThe invention is based on the object of a device for acoustic

Temperaturmessung in einem Prozessraum anzugeben, die dazu geeignet ist, einSpecify temperature measurement in a process room that is suitable for a

Temperaturfeld im Prozessraum zu erfassen, wobei etwaige Temperaturânderungen wâhrend der Temperaturmessung möglichst gut berücksichtigt werden sollen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde ein entsprechendes Verfahren zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum sowie eine Anordnung umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung anzugeben, die in einem Prozessraum angeordnet ist.To record the temperature field in the process room, whereby any temperature changes during temperature measurement should be taken into account as well as possible. The invention is also based on the object of specifying a corresponding method for acoustic temperature measurement in a process space and an arrangement comprising a device according to the invention which is arranged in a process space.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmaien des Anspruchs 1 und mit Blick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst. Hinsichtlich der Anordnung wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device with the features of claim 1 and with a view to the method by the subject matter of claim 11. With regard to the arrangement, the object is achieved by the subject matter of claim 12.

Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung in einem Prozessraum. Bei dem Prozessraum kann es sich um einen Hochofen handeln. Andere Prozessräume, bei denen Temperaturfelder gemessen werden sollen, sind im Rahmen der Erfindung möglich. Die Vorrichtung umfasst mehrere Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen zum Aussenden und Empfangen von Schallsignalen, die mit Abstand zueinander am oder im Prozessraum positionierbar sind. Vorzugsweise sind eine Schallerzeugereinrichtung und eine Schallempfängereinrichtung zu einer Einheit zusammengefasst. Es handelt sich um integrierte Sende- /Empfangseinheiten. Es ist auch möglich, die Schallempfängereinrichtungen und Schallerzeugereinrichtungen als gesonderte Messeinrichtungen auszubilden. In der Praxis haben sich die integrierten Einheiten bewährt. Die Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen, insbesondere die integrierten Sende- und Empfängereinheiten sind vorzugsweise baugleich.The invention comprises a device for acoustic temperature measurement in a process room. The process room can be a blast furnace. Other process rooms in which temperature fields are to be measured are possible within the scope of the invention. The device comprises a plurality of sound generating devices and sound receiving devices for transmitting and receiving sound signals, which can be positioned at a distance from one another on or in the process space. A sound generator device and a sound receiver device are preferably combined to form a unit. They are integrated transmitter / receiver units. It is also possible to design the sound receiver devices and sound generator devices as separate measuring devices. The integrated units have proven themselves in practice. The sound generator devices and sound receiver devices, in particular the integrated transmitter and receiver units, are preferably identical in construction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit, die im Betrieb mit den Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen elektrisch verbunden ist. Auch hier gilt, dass die verschiedenen Funktionen, konkret eine Signaierfassung und Steuer-und Verarbeitungsfunktion in einem Gérât integriert sein kônnen. Es ist auch möglich, die Funktionen in gesonderten Geräten zu verwirklichen.The device according to the invention comprises a signal detection and processing unit which is electrically connected to the sound generating devices and sound receiving devices during operation. Here, too, the various functions, specifically a signature acquisition and control and processing function, can be integrated in one device. It is also possible to implement the functions in separate devices.

Die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ist zum sequenzieli und zeitlich verschachtelten Aussenden von in der Frequenz sich änderndenThe signal acquisition and processing unit is for sequential and time-interleaved transmission of changes in frequency

SendeschaUsignalen durch die Schallerzeugereinrichtung konfiguriert. DieSendeschaUsIGNAL configured by the sound generator. The

Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ist ferner zum Korrelieren der von den Schallempfängereinrichtungen empfangenen Empfangsschallsignalen und den Sendeschallsignalen konfiguriert.Signal acquisition and processing unit is further configured to correlate the received sound signals received by the sound receiving devices and the transmitted sound signals.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Gesamtmesszeit, d.h. die Messzeit signifikant verkürzt wird, die durch das Aussenden von Sendeschallsignalen durch die Schallerzeugereinrichtung bestimmt wird. Die Verkürzung der Messzeit bedeutet, dass etwaige Temperaturänderungen während der Messung weniger stark ins Gewicht fallen, da die Messauflösung erhöht wird. Die Messqualität wird dadurch verbessert.The invention has the advantage that the total measuring time, i.e. the measurement time is significantly reduced, which is determined by the transmission of sound signals by the sound generator. The shortening of the measurement time means that any temperature changes during the measurement are less important because the measurement resolution is increased. This improves the measurement quality.

Die Verkürzung der Messzeit wird dadurch erreicht, dass die Sendeschallsignale sequenziell und zeitlich verschachtelt ausgesendet werden. Mit anderen Worten wird ein Sendeschallsignal einer Schallerzeugereinrichtung während der Signaldauer einer anderen, insbesondere der unmittelbar vorhergehenden Schallerzeugereinrichtung ausgesandt. Die Sendeschallsignale der beiden Schallerzeugereinrichtungen sind daher sequenziell und zeitlich verschachtelt. Im Unterschied zum Stand der Technik wird also nicht gewartet, bis das vorangehende SchalIsignal vollständig abgeklungen ist, bevor das nächste Schallsignal ausgesandt wird, Dadurch wird eine signifikante Verkürzung der Messzeit erreicht.The shortening of the measuring time is achieved in that the transmitted sound signals are transmitted sequentially and temporally interleaved. In other words, a transmitted sound signal from a sound generator device is emitted during the signal duration of another, in particular the immediately preceding, sound generator device. The transmitted sound signals of the two sound generator devices are therefore sequentially and temporally interleaved. In contrast to the prior art, there is no waiting until the preceding sound signal has completely subsided before the next sound signal is transmitted. This significantly reduces the measurement time.

Dabei ist es nicht erforderlich, dass jede der Schallerzeugereinrichtungen das Sendeschallsignal aussendet, während die letzte Schallerzeugereinrichtung ebenfails noch sendet. Für die Verkürzung der Messzeit genügt es, wenn mehrere einzelne Schallerzeugereinrichtungen sequenziell und zeitlich verschachtelt Schallsignale aussenden. Wenn andere einzelne Schallerzeugereinrichtungen nicht zeitlich verschachtelt aussenden, ändert dies nichts daran, dass die Messzeit im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt wird. Es ist allerdings besonders vorteilhaft, wenn allé Schallerzeugereinrichtungen bzw. wenn allé Sende/Empfangseinheiten zeitlich verschachtelt Sendeschallsignale aussenden. Mit anderen Worten sendet die letzte Schallerzeugereinrichtung bereits ein Sendeschallsignal aus, während die erste Schallerzeugereinrichtung noch sendet.It is not necessary for each of the sound generator devices to transmit the transmitted sound signal while the last sound generator device is also still transmitting. To shorten the measuring time, it is sufficient if several individual sound generating devices emit sound signals sequentially and temporally interleaved. If other individual sound generating devices do not emit nested time, this does not change the fact that the measuring time is shortened compared to the prior art. However, it is particularly advantageous if all of the sound generator devices or if all of the transmitting / receiving units transmit transmitted sound signals in a time-nested manner. In other words, the last sound generator device is already transmitting a transmitted sound signal while the first sound generator device is still transmitting.

Für die Identifizierung und Separierung der sequenziell und zeitlich verschachtelt ausgesandten Sendeschallsignale ist vorgesehen, dass die Signalerfassungs- undFor the identification and separation of the sequentially and temporally interleaved transmitted sound signals it is provided that the signal acquisition and

Verarbeitungseinheit so konfiguriert ist, dass in der Frequenz sich änderndeProcessing unit is configured so that the frequency changes

Sendeschallsignale durch die Schallerzeugereinrichtungen erzeugt werden. DieTransmitted sound signals are generated by the sound generating devices. The

Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ist ferner zum Korrelieren der von den Schallempfängereinrichtungen empfangenen Empfangsschallsignale und der Sendeschallsignale konfiguriert.Signal acquisition and processing unit is further configured to correlate the received sound signals received by the sound receiver devices and the transmitted sound signals.

Durch die Korrelation kann eine Impulsantwort erzeugt werden, aus der die Laufzeit des jeweiligen Signals und damit die Pfadtemperatur berechnet werden kann. Insbesondere handelt es sich um eine Kreuzkorrelation zwischen dem Sendeschallsignal und dem Empfangsschallsignal. Die Kreuzkorrelation ist eine aus der Nachrichtentechnik bekannte Methodik zur Signalanalyse und beschreibt die Korrelation, also die Verbindung, von zwei unterschiedlichen Signalen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten. Im Falle von zwei identischen Signalen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten spricht man von einer Autokreuzkorrelation. Mit anderen Worten beschreibt die Autokreuzkorrelation die Korrelation eines Signals mit sich selbst zu einem früheren Zeitpunkt, beziehungsweise die Ähnlichkeit eines Signals mit sich selbst. Die Korrelation der Signale hat generell den Vorteil, dass die große Anzahl von unabhângig ausgesendeten Sendeschallsignalen auf der Seite der Schallempfängereinrichtung störungsfrei unterschieden und damit entkoppelt werden kônnen, um das Sendesignal mit einer maximalen Sicherheit von einem Störsignal zu unterscheiden. Störungen ergeben sich beispieisweise aufgrund von Hintergrundgeräuschen im Prozessraum. Durch die Korrelation kann somit die jeweilige Laufzeit des Signals und damit die entsprechende Temperatur sehr präzise bestimmt werden.The correlation can be used to generate an impulse response from which the transit time of the respective signal and thus the path temperature can be calculated. In particular, it is a cross correlation between the transmitted sound signal and the received sound signal. The cross-correlation is a method for signal analysis known from communications technology and describes the correlation, ie the connection, of two different signals at two different times. In the case of two identical signals at two different times, one speaks of an auto cross correlation. In other words, the auto cross correlation describes the correlation of a signal with itself at an earlier point in time, or the similarity of a signal with itself. The correlation of the signals generally has the advantage that the large number of independently transmitted transmission sound signals on the side of the sound receiver device are free of interference can be distinguished and thus decoupled in order to distinguish the transmission signal from an interference signal with maximum certainty. Faults arise, for example, due to background noise in the process room. The correlation allows the respective transit time of the signal and thus the corresponding temperature to be determined very precisely.

Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Signalform eingeschränkt. Periodisch sich ändernde Sendeschallsignale sind bevorzugt.The invention is not restricted to a specific signal form. Periodically changing transmit sound signals are preferred.

Akustische Temperaturmessung hat den Vorteil, dass die Gastemperatur ohne Strahlungsanteil erfasst wird. Die akustische Temperaturmessung ist unempfindlich gegenüber staubbeladener, korrosiver sowie aggressiver Atmosphäre. Die Messung erfolgt verzögerungs- und driftfrei. Die akustische Gastemperaturmessung unterliegt praktisch keiner Alterung.Acoustic temperature measurement has the advantage that the gas temperature is recorded without any radiation component. The acoustic temperature measurement is insensitive to dust-laden, corrosive and aggressive atmospheres. The measurement is carried out without delay and drift. The acoustic gas temperature measurement is subject to practically no aging.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Signalerfassungs- undIn a preferred embodiment of the invention, the signal acquisition and

Verarbeitungseinheit zur Erzeugung linearer oder logarithmisch oder exponentieil veränderlicher Sendeschallsignale konfiguriert. Bei den Sendeschallsignalen handelt es sich um sogenannte Sweeps, die sinusförmig verlaufen. Die sinusförmigen Schallsignale sind ineinander verschachtelt. Man spricht daher auch von sogenannten interleaved sweeps. Die Verschachtelung bedeutet, dass eine Schallerzeugereinrichtung bereits sendet, wâhrend eine vorangehende Schallerzeugereinrichtung ebenfalls noch sendet. Die Schallsignale überiagern sich. Auch hier gilt, dass nicht jedes Sendeschallsignal in das vorangegangene Sendeschallsignal verschachtelt sein muss. Es genügt, wenn mehrere Sendeschallsignale zeitlich verschachtelt sind.Processing unit configured to generate linear or logarithmic or exponentially variable transmit sound signals. The transmitted sound signals are so-called sweeps, which are sinusoidal. The sinusoidal sound signals are interleaved. One therefore speaks of so-called interleaved sweeps. The interleaving means that a sound generator device is already transmitting while a preceding sound generator device is also still transmitting. The sound signals overlap. It also applies here that not every transmission sound signal has to be nested in the previous transmission sound signal. It is sufficient if several transmission sound signals are nested in time.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit zur Erzeugung orthogonaler Sendeschallsignale konfïguriert. Orthogonale Sendeschallsignale erlauben ein verschachteltes oder auch gleichzeitiges Aussenden der Messsignale. Aufgrund der Charakteristik der Sendeschallsignale ist ein späteres Separieren der einzelnen Messsignale môglich.In a further preferred embodiment, the signal acquisition and processing unit is configured to generate orthogonal transmit sound signals. Orthogonal transmit sound signals allow the measurement signals to be transmitted in a nested or simultaneous manner. Due to the characteristics of the transmitted sound signals, it is possible to separate the individual measurement signals later.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit zur Erzeugung von Sendeschallsignalen in der Form von Barker Codes konfïguriert. Der Barker Code ist ein Binärcode, der verschachtelt, getrennt oder auch gleichzeitig gesendet werden kann. Das gleichzeitige Senden setzt voraus, dass die Messsignale orthogonal sind.In a further preferred embodiment, the signal acquisition and processing unit is configured to generate transmitted sound signals in the form of Barker codes. The Barker Code is a binary code that can be nested, separated or sent simultaneously. Simultaneous transmission presupposes that the measurement signals are orthogonal.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Anmeidung weiterhin denkbar, dass die voran beschriebenen Sendeschallsignale, beispielsweise in der Form von interleaved sweeps, orthogonalen Signalen oder Barker Codes auf sogenannten vor-Ort Endstufen hinterlegt sind. Die Endstufe enthâlt hierbei nur ein digitales Signal, wâhrend das Sendeschallsignal abgespielt wird. Alternativ ist es ebenso denkbar, dass die Sendeschallsignale direkt aus der Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit ausgesendet werden. Die Endstufe kann vorzugsweise an der Sende- und Empfangseinheit angeordnet sein. Beispielhaft kann die Endstufe an der Sende- und Empfangseinheit in einem Klemmkasten verbaut sein.It is also conceivable within the scope of the present avoidance that the previously described transmission sound signals, for example in the form of interleaved sweeps, orthogonal signals or Barker codes, are stored on so-called on-site power amplifiers. The output stage contains only a digital signal, while the broadcast sound signal is played. Alternatively, it is also conceivable that the transmission sound signals are emitted directly from the signal acquisition and processing unit. The output stage can preferably be arranged on the transmitting and receiving unit. As an example, the output stage on the transmitter and receiver unit can be installed in a terminal box.

Weitere bevorzugte Ausführungen betreffen die Schallerzeugereinrichtung und die Schallempfängereinrichtung. Die Schallerzeugereinrichtung und die Schallempfängereinrichtung kônnen als integrierte Sende- und Empfangseinheit ausgebildet sein.Further preferred designs relate to the sound generator device and the sound receiver device. The sound generator device and the sound receiver device can be designed as an integrated transmitting and receiving unit.

Vorzugsweise weisen die Schallerzeugereinrichtungen undPreferably, the sound generator devices and

Schallempfängereinrichtungen jeweils mindestens eine Dichtungseinrichtung zurSound receiving devices each have at least one sealing device

Abdichtung gegen die Atmosphäre im Prozessraum auf, wobei dieSealing against the atmosphere in the process room, the

Dichtungseinrichtung für die SchalIsignale durchlässig ist. Dies hat den Vorteil, dass die Schallerzeugereinrichtung und/oder die Schallempfängereinrichtung von der Atmosphäre im Prozessraum, insbesondere von der Hochofenatmosphäre entkoppelt sind. Damit ist es möglich, im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen sensible Schallerzeugereinrichtungen und Schallempfängereinrichtungen zu verwenden, ohne dass die Gefahr besteht, dass diese durch die aggressive Atmosphäre frühzeitig zerstört oder zumindest in der Funktionsweise beeinträchtigt werden. Konkret eröffnet die Ausführung die Möglichkeit, anstelle der bisher verwendeten pneumatischen Schallerzeuger elektroakustische Schallwandler zu verwenden, ohne dass die Lebensdauer der Vorrichtung unverhältnismäßig verkürzt wird. Die Ausführung ist aber generell nicht auf elektroakustische Schallwandler eingeschränkt.Sealing device for the SchalIsignale is permeable. This has the advantage that the sound generator device and / or the sound receiver device are decoupled from the atmosphere in the process space, in particular from the blast furnace atmosphere. This makes it possible to use sensitive sound generating devices and sound receiving devices in comparison with the known devices without the risk that they will be destroyed prematurely by the aggressive atmosphere or at least impaired in their functionality. Specifically, the design opens up the possibility of using electroacoustic sound transducers instead of the pneumatic sound generators previously used, without the service life of the device being shortened disproportionately. However, the design is generally not restricted to electroacoustic sound transducers.

Die Dichtungseinrichtung ist für die Schallsignale durchlässig. Damit wird erreicht, dass die von der Schallerzeugereinrichtung emittierten Schallsignale in den Prozessraum gelangen kônnen. Umgekehrt kônnen die aus dem Prozessraum zu empfangenden Schallsignale durch die Dichtungseinrichtung zur jeweiligen Schallempfängereinrichtung gelangen. Insgesamt werden die zur Temperaturmessung eingesetzten Schallwandler vor der Prozessraumatmosphäre geschützt, ohne dass die Signalübertragung gestört wird. Die Ausführung umfasst verschiedene Möglichkeiten der Zuordnung der Dichtungseinrichtung. Im einfachsten Fall dichtet die Dichtungseinrichtung sowohl die Schallerzeugereinrichtung als auch die Schallempfängereinrichtung ab. Dabei kann es sich um eine einzige Dichtungseinrichtung für beide Schallwandler handeln. Alternativ dichtet die Dichtungseinrichtung nur die Schallerzeugereinrichtung ab. Die Schallempfängereinrichtung kann entweder ausreichend robust für die Prozessraumatmosphâre sein oder anderweitig vor der Prozessraumatmosphâre geschützt sein. Ebenso ist es möglich, dass nur die Schallempfängereinrichtung durch die Dichtungseinrichtung abgedichtet ist. Die Schallerzeugereinrichtung kann ausreichend robust für die Prozessraumatmosphâre oder anderweitig geschützt sein. Es ist auch möglich, dass der Schallerzeugereinrichtung und der Schallempfängereinrichtung jeweils eine eigene Dichtungseinrichtung zur Abdichtung gegen die Atmosphäre im Prozessraum zugeordnet ist.The sealing device is permeable to the sound signals. This ensures that the sound signals emitted by the sound generator device can reach the process space. Conversely, the sound signals to be received from the process space can pass through the sealing device to the respective sound receiver device. Overall, the sound transducers used for temperature measurement are protected from the process room atmosphere without the signal transmission being disturbed. The design includes various options for assigning the sealing device. In the simplest case, the sealing device seals both the sound generator device and the sound receiver device. This can be a single sealing device for both sound transducers. Alternatively, the sealing device seals only the sound generator device. The sound receiver device can either be sufficiently robust for the process room atmosphere or be otherwise protected from the process room atmosphere. It is also possible that only the sound receiver device is sealed by the sealing device. The sound generator device can be sufficiently robust for the process room atmosphere or be otherwise protected. It is also possible that the sound generator device and the sound receiver device are each assigned their own sealing device for sealing against the atmosphere in the process space.

Im Schallrohr kann eine einzige Dichtungseinrichtung angeordnet sein, die dieA single sealing device can be arranged in the sound tube, which

Schallerzeugereinrichtung und/oder die Schallempfängereinrichtung abdichtet.Seals sound generator device and / or seals the sound receiver device.

Dabei kann die Dichtungseinrichtung sowohl die Schallerzeugungseinricbtung ais auch die Schallempfängereinrichtung gemeinsam abdichten. Dabei bietet es sich an, wenn die Dichtungseinrichtung das gesamte Schallrohr, also den gesamten Querschnitt des Schalirohrs überdeckt und damit den Raum auf der dem Prozessraum abgewandten Seite von der Prozessraumatmosphäre abkoppelt. Die hinter der Dichtungseinrichtung angeordneten Schalleinrichtungen sind geschützt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass mit wenig Aufwand aile sensiblen Schallwandler-Bauteile geschützt sind.The sealing device can seal both the sound generating device and the sound receiving device together. It is advisable if the sealing device covers the entire sound tube, that is to say the entire cross section of the formwork tube, and thus decouples the space on the side facing away from the process space from the process space atmosphere. The sound devices arranged behind the sealing device are protected. This embodiment has the advantage that all sensitive sound transducer components are protected with little effort.

Alternativ ist es möglich, dass die einzige Dichtungseinrichtung entweder nur die Schallerzeugereinrichtung oder nur die Schaliempfängereinrichtung abdichtet. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Schallempfängereinrichtüng ein empfindliches Mikrofon umfasst, das durch die Dichtungseinrichtung vor der schädlichen Prozessraumatmosphäre geschützt ist.Alternatively, it is possible that the only sealing device either seals only the sound generator device or only the scarf receiver device. It is possible, for example, for the sound receiver device to comprise a sensitive microphone which is protected from the harmful process room atmosphere by the sealing device.

Alternativ kônnen mehrere Dichtungseinrichtungen im Schallrohr angeordnet sein, wobei eine erste Dichtungseinrichtung die Schallerzeugereinrichtung und eine zweite Dichtungseinrichtung die Schallempfängereinrichtung abdichtet. Mit anderen Worten weist jeder Schailwandler eine eigene Dichtungseinrichtung auf, die diesen vor der Prozessraumatmosphäre schützt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Dichtungseinrichtung räumlich nahe am jeweiligen Schailwandler angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann die Dichtungseinrichtung in die Wandung des Schailrohres integriert sein und einen seitiich am Schallrohr befestigten Schailwandler schützen. Es ist auch möglich, dass die Dichtungseinrichtung den Querschnitt des Schailrohres überdeckt.Alternatively, a plurality of sealing devices can be arranged in the sound tube, a first sealing device sealing the sound generator device and a second sealing device sealing the sound receiver device. In other words, each schail converter has its own sealing device, which protects it from the process room atmosphere. This embodiment has the advantage that the sealing device can be arranged spatially close to the respective transducer. For example, the sealing device can be integrated into the wall of the schail tube and protect a schail transducer attached to the sound tube. It is also possible for the sealing device to cover the cross section of the schail tube.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Dichtungsvorrichtung eine Membran. Diese hat den Vorteil, dass sie schwingfähig ist und somit auf einfache Weise für die Übertragung der Schallsignaie vom Prozessraum auf die vom Prozessraum durch die Dichtungseinrichtung getrennten Schalleinrichtungen sorgen kann.In a particularly preferred embodiment, the sealing device comprises a membrane. This has the advantage that it can oscillate and can thus easily transmit the sound signals from the process space to the sound devices separated from the process space by the sealing device.

Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung druckbeständig. Die Druckbeständigkeit bezieht sich in besonders bevorzugter Weise auf die in einem Hochofen herrschenden Drücke. Die Druckbeständigkeit der Dichtungseinrichtung bedeutet allgemein, dass diese an sich, d.h. ohne mechanische Hilfsmittel, ausreichend stabil ist, um den auf die Druckeinrichtung wirkenden Drücken zu widerstehen.The sealing device is preferably pressure-resistant. The pressure resistance relates in a particularly preferred manner to the pressures prevailing in a blast furnace. The pressure resistance of the sealing device generally means that it in itself, i.e. without mechanical aids, is sufficiently stable to withstand the pressures acting on the printing device.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Dichtungseinrichtung ein Stützelement zur Aufnahme mechanischer Krâfte auf. Das Stützelement nimmt die im Prozessraum herrschenden Drücke bzw. die daraus resultierenden Kräfte auf, so dass die Stabilität und damit die Sicberheit der Dichtungseinrichtung verbessert wird.In a further preferred embodiment, the sealing device has a support element for absorbing mechanical forces. The support element absorbs the pressures prevailing in the process space or the forces resulting therefrom, so that the stability and thus the security of the sealing device is improved.

Bei der Ausführungsform mit Membran sind die Membran und das Stützelement in Sandwichbauweise angeordnet. Das Stützelement übernimmt die Ableitung der mechanischen Lasten ins Gehâuse. Die Membran dient im Wesentlichen nur der Signalübertragung und der Abdichtfunktion. Damit erfolgt eine Funktionstrennung, bei der das jeweilige Bauteil für die entsprechende Funktion optimiert wird. So kann die Membran dünner gestaltet sein als bei der Ausführungsform ohne Hilfsmittel.In the embodiment with a membrane, the membrane and the support element are arranged in a sandwich construction. The support element transfers the mechanical loads into the housing. The membrane essentially only serves for signal transmission and the sealing function. This results in a separation of functions in which the respective component is optimized for the corresponding function. So the membrane can be made thinner than in the embodiment without tools.

Das Stützelement kann beispielsweise ein Lochblech umfassen, das parallel zur Membran angeordnet ist. Durch das Lochblech wird erreicht, dass die Schallübertragungsfunktion der Membran, also die Schwingfähigkeit der Membran zumindest lokal, d.h. im Bereich der Ôffnungen des Lochblechs erhalten bleibt, so dass die Schallsignale die Membran passieren kônnen.The support element can comprise, for example, a perforated plate which is arranged parallel to the membrane. The perforated plate ensures that the sound transmission function of the membrane, i.e. the oscillation ability of the membrane at least locally, i.e. remains in the area of the openings in the perforated plate so that the sound signals can pass through the membrane.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesem zeigenThe invention is explained in more detail below with further details with reference to the accompanying schematic drawings using exemplary embodiments. Show in this

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Messaufbaus zur Erfassung eines Temperaturfeldes in einem Hochofen nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiei undFig. 1 is a schematic representation of a measurement setup for detecting a temperature field in a blast furnace according to an exemplary embodiment and

Für 2 einen Längsschnitt durch eine Sende-/Empfangseinheit, die für. den Messaufbau nach Fig. 1 bzw. allgemein für Erfindung geeignet ist.For 2 a longitudinal section through a transmitting / receiving unit, which for. 1 or generally suitable for the invention.

Die akustische Gastemperaturmessung, auch als Schallpyrometrie bezeichnet, ist ein berührungsloses Messverfahren, das auf der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit basiert, wonach die Quadratwurzel der absoluten Temperatur proportional zur Schallgeschwindigkeit ist. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung misst die Schalllaufzeit zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei die Entfernung zwischen der Sende10 und Empfangseinheit bekannt ist. Der intégrale Temperaturmittelwert ergibt sich aus der Schalllaufzeit und der bekannten Strecke zwischen Sender und Empfänger.Acoustic gas temperature measurement, also known as sound pyrometry, is a non-contact measurement method based on the temperature dependence of the speed of sound, according to which the square root of the absolute temperature is proportional to the speed of sound. The method or the device for acoustic temperature measurement measures the sound propagation time between a transmitter and a receiver, the distance between the transmitter 10 and the receiver unit being known. The integral temperature average results from the sound propagation time and the known distance between transmitter and receiver.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung ist dazu geeignet, in einem Prozessraum 19, beispielsweise in einem Hochofen ein 2-dimensionates Temperaturfeld zu erfassen. Die Erfindung ist nicht auf Hochofen eingeschränkt sondern kann auch bei anderen Prozessräumen eingesetzt werden.Fig. 1 shows a device for acoustic temperature measurement according to an embodiment of the invention. The device is suitable for detecting a 2-dimensional temperature field in a process space 19, for example in a blast furnace. The invention is not restricted to a blast furnace, but can also be used in other process rooms.

Die Vorrichtung umfasst mehrere Schallerzeugereinrichtungen 5a und mehrere Schallempfângereinrichtungen 5b. Die Schallerzeugereinrichtungen 5a und die Schallempfângereinrichtungen 5b sind in einer Einheit integriert. Es handelt sich dabei um baugleiche Sende-/Empfangseinheiten. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind die Schallerzeugereinrichtungen 5a und die Schallempfângereinrichtungen 5b bzw. die integrierten Sende-/Empfangseinheiten auf dem Umfang des Prozessraumes bzw. des Hochofens verteilt angeordnet. Beispielsweise sind 8 Sende-/Empfangseinheiten vorgesehen. Es ist mdgiich mehr oder weniger als 8 Einheiten auf dem Umfang anzuordnen.The device comprises several sound generating devices 5a and several sound receiving devices 5b. The sound generator devices 5a and the sound receiver devices 5b are integrated in one unit. These are identical transmitter / receiver units. In the arrangement shown in FIG. 1, the sound generator devices 5a and the sound receiver devices 5b or the integrated transmitter / receiver units are arranged distributed over the circumference of the process room or the blast furnace. For example, 8 transmitter / receiver units are provided. It is possible to arrange more or less than 8 units on the circumference.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung einerseits als solche, d.h. unabhdngig von der Montage im Prozessraum beansprucht wird. Es handelt sich also um ein System mit mehreren Schallerzeugereinrichtungen 5a und mehreren Schallempfângereinrichtungen 5b, die mit Abstand zueinander am oder im Prozessraum 19 positionierbar sind. Außerdem wird im Rahmen der Erfindung die Anordnung umfassend den Prozessraum 19 und die installierte Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung beansprucht. Fig. 1 zeigt die installierte Vorrichtung bzw. einen Teil davon.At this point it is pointed out that the device for acoustic temperature measurement on the one hand as such, i.e. independent of the assembly in the process room. It is therefore a system with several sound generator devices 5a and several sound receiver devices 5b, which can be positioned at a distance from one another on or in the process space 19. In addition, the arrangement comprising the process space 19 and the installed device for acoustic temperature measurement is claimed within the scope of the invention. Fig. 1 shows the installed device or a part thereof.

Die Vorrichtung umfasst ferner eine Signalerfassungseinheit 17. Diese ist, mit Fig. 1 dargestellt, im Betrieb mit den Schallerzeugereinrichtungen 5a und Schallempfângereinrichtungen 5b elektrisch verbunden, sodass die Schallerzeugereinrichtungen 5a angesteuert und Signale der Schallempfângereinrichtungen 5b verarbeitet werden kônnen. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 ist die Signalerfassungseinheit 17 als ein Schaltschrank ausgebildet. Die Vorrichtung umfasst bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit 18, die mit der Signalerfassungseinheit 17 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Signalerfassungseinheit 17 und Signalverarbeitungseinheit 18 erfolgt über ein Netzwerk zur Weiterleitung von Darten. Das erfasste Temperaturfeld ist in der Signalverarbeitungseinheit 18, bspw. auf einem Biidschirm, dargestellt.The device further comprises a signal detection unit 17. This is shown, with FIG. 1, being electrically connected in operation to the sound generator devices 5a and sound receiver devices 5b, so that the sound generator devices 5a can be controlled and signals of the sound receiver devices 5b can be processed. In the example according to FIG. 1, the signal detection unit 17 is designed as a control cabinet. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the device further comprises a signal processing unit 18 which is connected to the signal detection unit 17. The connection between signal detection unit 17 and signal processing unit 18 is made via a network for forwarding darts. The detected temperature field is shown in the signal processing unit 18, for example on a screen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Signaierfassungs- und Verarbeitungseinheit 17, 18 so konfiguriert, dass durch Ansteuern derIn the exemplary embodiment according to FIG. 1, the signaling detection and processing unit 17, 18 is configured in such a way that by activating the

Schallerzeugereinrichtungen 5a sequenzieli und zeitlich verschachtelte Sendeschallsignale erzeugt werden, deren Frequenz sich ändert, insbesondere sich kontinuierlich ändert. Die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit 17, 18 ist weiterhin so konfiguriert, dass die Sendeschallsignale und die von der Schallempfängereinrichtung 5b empfangenen Empfangsschalisignale miteinander korreliert werden kônnen.Sound generator devices 5a are generated sequentially and temporally nested transmission sound signals, the frequency of which changes, in particular changes continuously. The signal acquisition and processing unit 17, 18 is further configured such that the transmitted sound signals and the received sound signals received by the sound receiver device 5b can be correlated with one another.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit N Schallempfängereinrichtungen 5a funktioniert wie folgt:The device according to FIG. 1 with N sound receiver devices 5a functions as follows:

Die Messung der Schalllaufzeit von einer Schallerzeugereinrichtung 5a zu den restiichen N-l Schallempfängereinrichtungeh 5b (z.B. 9, bei einer Anlage mit 10 Systemen) benötigt eine Zeit von ca. 2-3 Sekunden. Dieser Zeitraum dient dazu, um zur Herstellung eines ausreichenden S/N (signal to noise, d.h. Störabstand) durch das Sendesignal für eine längeren Zeitraum Energie bereitzustellen. Im vorliegenden Fall wird dies durch einen Sweep, d.h. durch einen in der Frequenz ansteigenden Sinuston, der ca. 2 Sekunden andauert und mit sehr hohem Pegel von der Schallerzeugereinrichtung 5a abgestrahlt wird, erreicht.The measurement of the sound propagation time from a sound generator device 5a to the remaining N-1 sound receiver devices 5b (e.g. 9, in the case of a system with 10 systems) requires a time of approximately 2-3 seconds. This period of time serves to provide energy for a longer period of time to produce a sufficient S / N (signal to noise). In the present case, this is done by a sweep, i.e. achieved by a sinus tone increasing in frequency, which lasts about 2 seconds and is emitted at a very high level by the sound generator device 5a.

Bei einer Messung, wie im Stand der Technik, aller N Strecken wurden aiso N*2 Sekunden benötigt, bis das Temperaturfeld untersucht ist. In diesem Zeitraum ist allerdings damit zu rechnen, dass die Temperaturverteilung deutlichen Veränderungen unterworfen ist.In a measurement, as in the prior art, of all N sections, aiso N * 2 seconds were required until the temperature field was examined. During this period, however, it can be expected that the temperature distribution is subject to significant changes.

Mit Hilfe der Interleaved Sweep Messtechnik wird hingegen dieser Vorgang erheblich beschleunigt. Hierzu werden die Signale der N Schallerzeugereinrichtung 5a mit einem geringen Zeitversatz At direkt nacheinander gestartet und an alien Schallempfängereinrichtungen 5b gleichzeitig aufgezeichnet. Der Zeitversatz beträgt von 20ms bis 100ms, insbesondere von 30ms bis 70ms, insbesondere von 40ms bis 60ms. Bei dem Beispiel beträgt der Zeitversatz ca. 50ms. Die vorstehenden Werte sind für die Temperaturmessung im Hochofen vorteilhaft. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Zeitversatz eingeschränkt. Generell sollte für die Bestimmung des optimaien Zeitversatzes die Länge der Impulsantwort vor dem Auftreten der nichtlinearen Peaks und die Abkiingzeit des Impulses beachtet werden. Die Länge der Impulsantwort bestimmt hierbei die Unterbringung aller Sweeps innerhalb dieser Zeit und ist damit auch abhângig von der Anzahl der Schallerzeugereinrichtungen 5a. Des Weiteren bestimmt die Abkiingzeit des Impulses einen Mindestabstand, damit die versetzten Impulse sich nicht gegenseitig verdecken.With the help of interleaved sweep measurement technology, however, this process is considerably accelerated. For this purpose, the signals of the N sound generating device 5a are started one after the other with a small time offset At and recorded simultaneously on all sound receiving devices 5b. The time offset is from 20ms to 100ms, in particular from 30ms to 70ms, in particular from 40ms to 60ms. In the example, the time offset is approx. 50 ms. The above values are advantageous for temperature measurement in the blast furnace. However, the invention is not restricted to this time offset. In general, the length of the impulse response before the occurrence of the nonlinear peaks and the decay time of the impulse should be taken into account when determining the optimal time offset. The length of the impulse response determines the placement of all sweeps within this time and is therefore also dependent on the number of sound generator devices 5a. Furthermore, the decay time of the pulse determines a minimum distance so that the offset pulses do not obscure each other.

Besonders vorteilhaft ist die Signalerfassungs- und Verarbeitungseinheit 17, 18 so konfiguriert, dass der Zeitversatz so bemessen ist, dass typischerweise auftretende nichtlineare Peaks aus der Impulsantwort eliminiert werden. Bei dem voriiegenden Anwendungsfali im Hochofen treten derartige nichtlineare Peaks nach ca. 500ms bis 600ms auftreten. Bei 10 Sende-/Empfangseinheiten bestimmt sich daher an der Zeitversatz von 50ms so, dass das letzte Sendeschallsignal gesendet wird, bevor die nichtlinearen Peaks auftreten.The signal acquisition and processing unit 17, 18 is particularly advantageously configured such that the time offset is dimensioned such that typically occurring non-linear peaks are eliminated from the impulse response. In the prevalent use case in the blast furnace, such non-linear peaks occur after approximately 500 ms to 600 ms. In the case of 10 transmitting / receiving units, the time offset of 50 ms is therefore such that the last transmitted sound signal is sent before the non-linear peaks occur.

Jedenfalls sollte idealerweise der Gesamtversatz kleiner als die Laufzeit eines Signals sein. Der Gesamtversatz ist wie bereits erwâhnt von der Länge der Impulsantwort eines einzelnen Signals abhângig, da nur innerhalb eines eingeschränkten Zeitbereiches die gesuchten Impulse auffindbar sind.In any case, the total offset should ideally be less than the transit time of a signal. As already mentioned, the total offset is dependent on the length of the impulse response of an individual signal, since the sought-after impulses can only be found within a limited time range.

Dabei wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung auch dann funktioniert und zu einer Verkürzung der Messzeit führt, wenn einzelne Schallerzeugungseinrichtungen 5a nach Abklingen eines Sendesignals senden und somit nicht erfindungsgemäß arbeiten, solange andere Schallerzeugungseinrichtungen 5a erfindungsgemäß arbeiten.It is pointed out here that the device also functions and leads to a shortening of the measuring time if individual sound generating devices 5a transmit after the decay of a transmission signal and thus do not work according to the invention as long as other sound generating devices 5a work according to the invention.

Das Sweep Signal kann exponentiell oder logarithmisch oder linear ansteigen oder abfallend sein. Es ist hierbei anzumerken, dass sich bei einer Ânderung der SweepRate andere Bedingungen für den Zeitversatz und die daraus resultierende Platzierung der Impulse in der Gesamtimpulsantwort ergeben.The sweep signal can increase or decrease exponentially or logarithmically or linearly. It should be noted that changing the sweep rate results in different conditions for the time offset and the resulting placement of the impulses in the overall impulse response.

Es ist auch môglich andere Anregungssignale bzw. Sendeschallsignale zu verwenden, die eine Korrelation zwischen dem Sendeschallsignal und demIt is also possible to use other excitation signals or transmission sound signals that have a correlation between the transmission sound signal and the

Empfangsschallsignal ermôglichen. Nach der an sich bekannten Kreuzkorrelation zwischen Empfangssignal und Sendesignal kann dann die Impulsantwort jeder Teilstrecke durch angepasste Fensterung freigestellt und ausgewertet werden. Die resuftierende Gesamtmesszeit reduziert sich daher erheblich, so dass eine deutlicbe Verbesserung der Qualitât des Temperaturprofils erreicht werden kann.Allow reception sound signal. According to the known cross-correlation between the received signal and the transmitted signal, the impulse response of each section can then be released and evaluated by adapted fenestration. The resulting total measuring time is therefore reduced considerably, so that a clear improvement in the quality of the temperature profile can be achieved.

Bei den Schallerzeugereinrichtungen 5a und Schallempfängereinrichtungen 5b bzw. integrierten Sende-/Empfangseinheiten kônnen besonders bevorzugt elektroakustische Schallerzeuger eingesetzt werden. Die Erfindung ist aber nicht hierauf eingeschränkt.In the case of the sound generator devices 5a and sound receiver devices 5b or integrated transmitter / receiver units, it is particularly preferred to use electroacoustic sound generators. However, the invention is not restricted to this.

Die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung gemäß Fig. 2 umfasst eine Schallerzeugereinrichtung 5a und eine Schallempfängereinrichtung 5b. Die beiden Einrichtungen 5a, 5b sind allgemein Schallwandier, wobei die Schallerzeugungseinrichtung 5a als Schallquelle fungiert, die Schallsignale erzeugt und aussendet. Die Schallempfängereinrichtung 5b dient zur Aufnahme von Schallsignalen, die in elektrische Signale umgewandelt werden. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 sind die Schallerzeugereinrichtung 5a und die Schallempfängereinrichtung 5b Teil einer elektroakustischen Einheit. Demnach handelt es sich bei der Schallerzeugereinrichtung 5a um einen Lautsprecher und bei der Schallempfängereinrichtung 5b um ein Mikrofon.The device for acoustic temperature measurement according to FIG. 2 comprises a sound generator device 5a and a sound receiver device 5b. The two devices 5a, 5b are generally sound transducers, the sound generating device 5a acting as a sound source, which generates and emits sound signals. The sound receiver device 5b serves to record sound signals which are converted into electrical signals. In the example according to FIG. 2, the sound generator device 5a and the sound receiver device 5b are part of an electroacoustic unit. Accordingly, the sound generating device 5a is a loudspeaker and the sound receiving device 5b is a microphone.

Wie in Fig. 1 und 2 weiter zu erkennen, weist die Vorrichtung ein Schallrohr 6 auf, durch das die Schallsignale von der Schallerzeugereinrichtung 5a oder 5d zum Prozessraum 19 und umgekehrt vom Prozessraum 19 zur Schallempfängereinrichtung 5b oder 5c im Betrieb geleitet werden. Das Schallrohr 6 mündet in den Prozessraum 19.As can also be seen in FIGS. 1 and 2, the device has a sound tube 6, through which the sound signals are conducted during operation from the sound generator device 5a or 5d to the process room 19 and vice versa from the process room 19 to the sound receiver device 5b or 5c. The sound tube 6 opens into the process space 19.

Am Ende des Schallrohres 6, d.h. auf der vom Prozessraum abgewandten Seite der Vorrichtung ist ein Gehäuse 12 angeordnet. Das Gehäuse 12 ist druckfest ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 12 so ausgelegt, dass die im Prozessraum herrschenden Drücke, insbesondere die im Hochofen herrschenden Drücke das Gehäuse 12 nicht zerstören. Im Gehäuse 12 ist die Schallerzeugereinrichtung 5a angeordnet und mit diesem verbunden. Die Schallempfängereinrichtung 5b ist an der Gehäuseaußenseite angeordnet (nicht dargestellt) und mit dem Gehäuse 12 verbunden, wobei die akustische Anbindung der Schallempfängereinrichtung 5b durch eine Öffnung 11 in der Gehäuseseitenwand erfolgt.At the end of the sound tube 6, i.e. A housing 12 is arranged on the side of the device facing away from the process space. The housing 12 is designed to be pressure-resistant. In other words, the housing 12 is designed such that the pressures prevailing in the process space, in particular the pressures prevailing in the blast furnace, do not destroy the housing 12. The sound generator device 5a is arranged in the housing 12 and connected to it. The sound receiver device 5b is arranged on the outside of the housing (not shown) and connected to the housing 12, the acoustic connection of the sound receiver device 5b taking place through an opening 11 in the housing side wall.

Das Gehâuse 12 ist zweiteilig aufgebaut. Ein anderer Aufbau des Gehâuses ist môglich.The housing 12 is constructed in two parts. Another construction of the housing is possible.

Ein erstes Gehâuseteil 12a des zweiteiiigen Gehâuses 12 ist topfartig ausgebildet und nimmt die Schallerzeugereinrichtung 5a, d.h. den Lautsprecher auf. Konkret weist das erste Gehâuseteil 12a einen Deckel 12c auf, der das erste Gehâuseteil 12a verschließt. Dazu weist das erste Gehâuseteil 12a einen Flansch 13 auf, mit dem der Deckel 12c verschraubt oder anderweitig befestigt ist. Der Deckel 12c weist eine mittig angeordnete Ôffnung 12d auf, die im montierten Zustand mit dem Schallrohr 6 fluchtet. Mit anderen Worten ist der Mittelpunkt der Ôffnung 12d bzw. der Mittelpunkt des Deckels 12c auf der Mittelachse des Schallrohrs 6 angeordnet. Die Schallerzeugereinrichtung 5a ist mit dem Deckel verschraubt bzw. anderweitig befestigt, so dass die im Betrieb wirksame schallemittierende Flâche der Schallerzeugereinrichtung 5a vor der Ôffnung 12d angeordnet ist.A first housing part 12a of the second housing 12 is pot-shaped and takes the sound generating device 5a, i.e. the speaker. Specifically, the first housing part 12a has a cover 12c which closes the first housing part 12a. For this purpose, the first housing part 12a has a flange 13 to which the cover 12c is screwed or otherwise fastened. The cover 12c has a centrally arranged opening 12d which is aligned with the sound tube 6 in the assembled state. In other words, the center of the opening 12d or the center of the cover 12c is arranged on the central axis of the sound tube 6. The sound generator device 5a is screwed or otherwise fastened to the cover, so that the sound-emitting surface of the sound generator device 5a which is effective during operation is arranged in front of the opening 12d.

Das Gehâuse 12 weist ein zweites Gehâuseteil 12b auf, das mit dem ersten Gehâuseteil 12a verbunden ist. Konkret ist das zweite Gehâuseteil 12b als zyiindrisches Rohrstück ausgebildet, das in die Ôffnung 12d des Deckels 12c eingesetzt und mit diesem verbunden ist. Mit anderen Worten bildet das zylindrische zweite Gehâuseteil 12b eine axiale Verlängerung der Ôffnung 12d in Richtung des Schallrohres 6. Das zweite Gehâuseteil 12b bzw. allgemein das Gehâuse 12 weist die vorstehend genannte seitliche Ôffnung 11 auf, wie in den Fig. 1, 2 zu erkennen. Die seitliche Ôffnung 11 bildet den Zugang für die Schallempfängereinrichtung 5b, die an der Außenseite des Gehâuses 12, konkret des zweiten Gehâuseteils 12b angeordnet und mit diesem verbunden ist.The housing 12 has a second housing part 12b, which is connected to the first housing part 12a. Specifically, the second housing part 12b is designed as a cylindrical tube piece which is inserted into the opening 12d of the cover 12c and connected to it. In other words, the cylindrical second housing part 12b forms an axial extension of the opening 12d in the direction of the sound tube 6. The second housing part 12b or generally the housing 12 has the above-mentioned lateral opening 11, as can be seen in FIGS. 1, 2 , The lateral opening 11 forms the access for the sound receiver device 5b, which is arranged on the outside of the housing 12, specifically the second housing part 12b, and is connected to the latter.

Das zweite Gehâuseteil 12b weist einen Flansch 8 auf, der mit dem Schallrohr 6, konkret mit einem zylindrischen Abschnitt 6b des Schallrohres 6 verbunden, insbesondere verschraubt ist. Der zylindrische Abschnitt 6b weist einen entsprechenden Flansch 8 auf. Mit anderen Worten ist ein erstes Ende des zylindrischen zweiten Gehâuseteils 12b mit dem Deckel 12c des ersten Gehâuseteils 12a und ein zweites Ende des zweiten Gehâuseteils mit dem Schallrohr, konkret mit dem zylindrischen Abschnitt 6b des Schallrohrs 6 verbunden.The second housing part 12b has a flange 8, which is in particular screwed to the sound tube 6, specifically to a cylindrical section 6b of the sound tube 6. The cylindrical section 6b has a corresponding flange 8. In other words, a first end of the cylindrical second housing part 12b is connected to the cover 12c of the first housing part 12a and a second end of the second housing part is connected to the sound tube, specifically to the cylindrical section 6b of the sound tube 6.

Auf der Prozessraumseite der Dichtungseinrichtung 1 ist eine Absperreinheit inA shut-off unit is shown in FIG

Form eines Kugelhahns 7 vorgesehen. Hierdurch kann das Schallrohr 6 verschlossen werden und die Dichtungseinrichtung 1 von der Atmosphäre im Prozessraum abgekoppelt werden.Form of a ball valve 7 is provided. As a result, the sound tube 6 can be closed and the sealing device 1 can be uncoupled from the atmosphere in the process space.

Das Gehâuse 12, die im bzw. am Gehâuse 12 angeordnete Schallerzeugereinrichtung 5a bzw. Schallempfängereinrichtung 5b und der zylindrische Abschnitt 6b bilden zusammen die elektroakustische Einheit, die als Ganzes handhabbar ist und mit dem konischen Schallrohr 6 verbunden werden kann bzw. verbunden ist.The housing 12, the sound generator device 5a or sound receiver device 5b arranged in or on the housing 12 and the cylindrical section 6b together form the electroacoustic unit which can be handled as a whole and can be connected to the conical sound tube 6.

Die elektroakustische Einheit kann auch an bestehenden Vorrichtungen zur akustischen Temperaturmessung nachgerüstet werden.The electroacoustic unit can also be retrofitted to existing devices for acoustic temperature measurement.

Wie in den Fig. 1, 2 gut zu erkennen, weist die Vorrichtung zur akustischen Temperaturmessung eine Dichtungseinrichtung 1 auf. Die Dichtungseinrichtung 1 dient dazu, die Schallerzeugereinrichtung 5a und die Schallempfängereinrichtung 5b gegen die Atmosphäre im Prozessraum abzudichten. Die Dichtungseinrichtung 1 ist allgemein ein scheibenförmiges Dichtelement, das den Durchtritt von Gasen aus dem Prozessraum, insbesondere Gichtgas, verhindert und ausreichend flexibel ist, um Schallsignale zu übertragen. Die Größe des Dichtelements hängt davon ab, ob die Querschnittsfläche des Schallrohrs 6 oder eine seitliche Öffnung im Schallrohr 6 überspannt wird.As can be clearly seen in FIGS. 1, 2, the device for acoustic temperature measurement has a sealing device 1. The sealing device 1 is used to seal the sound generator device 5a and the sound receiver device 5b against the atmosphere in the process space. The sealing device 1 is generally a disk-shaped sealing element which prevents the passage of gases from the process space, in particular blast furnace gas, and is sufficiently flexible to transmit sound signals. The size of the sealing element depends on whether the cross-sectional area of the sound tube 6 or a lateral opening in the sound tube 6 is spanned.

Die Dichtungseinrichtung 1 ist bei dem Beispiel gemäß den Fig. 1, 2 konkret als schalldurchlässige Membran 2 ausgebildet. Die Membran 2 ist so flexibel, dass diese eine Übertragung der Schallsignale in den Prozessraum 19 bzw. aus dem Prozessraum 19 ermôglicht. Gleichzeitig ist die Membran 2 so druckstabil, dass diese den im Prozessraum herrschenden Drücken widerstehen kann.The sealing device 1 in the example according to FIGS. 1, 2 is specifically designed as a sound-permeable membrane 2. The membrane 2 is so flexible that it enables the sound signals to be transmitted to the process space 19 or from the process space 19. At the same time, the membrane 2 is so stable in pressure that it can withstand the pressures prevailing in the process space.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Dichtungseinrichtung 1 im Schallrohr 6 angeordnet. Da die Querschnittsfläche der Dichtungseinrichtung 1 größer als jene des Schallrohrs 6 ausgebildet ist, kann die Dichtungseinrichtung 1 zwischen den beiden Flanschen 8 des Schallrohrs 6 und des zylindrischen zweiten Gehäuseteils 12b eingespannt werden. Hierzu sind Dichtungsringe 10 vorgesehen, welche durch die Flansche 8 verpresst werden. Um eine definierte Anpresskraft zu gewährieisten sind zwischen den Flanschen 8 zusätzliche Distanzelemente 9, im speziellen Distanzringe, angeordnet.As shown in Fig. 2, the sealing device 1 is arranged in the sound tube 6. Since the cross-sectional area of the sealing device 1 is larger than that of the sound tube 6, the sealing device 1 can be clamped between the two flanges 8 of the sound tube 6 and the cylindrical second housing part 12b. For this purpose, sealing rings 10 are provided, which are pressed by the flanges 8. In order to ensure a defined contact pressure, 8 additional spacer elements 9, in particular spacer rings, are arranged between the flanges.

Konkret überspannt die Dichtungseinrichtung 1 den gesamten Querschnitt des Schallrohres 6. Dabei grenzt die Dichtungseinrichtung 1 einen Messraum 16 vom Prozessraum 19 mit den zu messenden Temperaturen ab. Der Messraum 16 und der Prozessraum 19 sind also entkoppelt, so dass die im Prozessraum 19 befindlichen aggressiven Gase und Stoffe nicht in den Messraum 16 gelangen kônnen. Sowohl die Schallempfängereinrichtung 5b als auch die Schallerzeugereinrichtung 5a sind im Messraum 16 angeordnet. Mit anderen Worten dichtet die Dichtungseinrichtung 1 sowohl die Schallerzeugereinrichtung 5a als auch die Schallempfängereinrichtung 5b ab.Specifically, the sealing device 1 spans the entire cross section of the sound tube 6. The sealing device 1 delimits a measuring space 16 from the process space 19 with the temperatures to be measured. The measurement space 16 and the process space 19 are therefore decoupled, so that the aggressive gases and substances in the process space 19 cannot get into the measurement space 16. Both the sound receiver device 5b and the sound generator device 5a are arranged in the measuring space 16. In other words, the sealing device 1 seals both the sound generator device 5a and the sound receiver device 5b.

Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Es ist auch möglich, dass nur die Schallerzeugereinrichtung 5a durch die Dichtungseinrichtung 1 abgedichtet ist. Die Schallempfängereinrichtung 5b kann außerhalb des Messraumes angeordnet sein, wenn beispielsweise ein Mikrofon verwendet wird, das den Einsatzbedingungen im Hochofen als solches genügt. Umgekehrt gilt das Gleiche für die Schallerzeugereinrichtung 5a. Die in den Fig. 1, 2 dargestellte Ausführung hat den Vorteil, dass sowohl die Schallerzeugereinrichtung 5a als auch die Schallempfängereinrichtung 5b im Wesentlichen unabhängig von der aggressiven Atmosphère im Prozessraum gewählt werden kônnen. Dieser Vorteii kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn, wie in den Fig. 1, 2, eine elektroakustische Einheit zur Temperaturmessung verwendet wird.The invention is not restricted to this exemplary embodiment. It is also possible that only the sound generator device 5a is sealed by the sealing device 1. The sound receiver device 5b can be arranged outside the measuring room if, for example, a microphone is used which as such satisfies the operating conditions in the blast furnace. Conversely, the same applies to the sound generator device 5a. The embodiment shown in FIGS. 1, 2 has the advantage that both the sound generator device 5a and the sound receiver device 5b can be selected essentially independently of the aggressive atmosphere in the process space. This advantage is particularly important when, as in FIGS. 1, 2, an electroacoustic unit is used for temperature measurement.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist die Dichtungseinrichtung 1 ein Stützelement 3 auf, das bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 als Lochblech ausgebildet ist. Das Lochblech ist parallel zur Membran 2 angeordnet und dient dazu, die auf die Membran 2 wirkenden mechanischen Lasten in das Gehâuse 12 abzuleiten. Die Schallübertragungsfunktion der Membran 2 wird dadurch gewährleistet, dass die Schwingfähigkeit der Membran 2 durch die im Lochblech vorgesehenen Ôffnungen zumindest loka! erhalten bleibt. Dies reicht für die Übertragung der Schallsignale aus.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the sealing device 1 has a support element 3, which in the example according to FIG. 2 is designed as a perforated plate. The perforated plate is arranged parallel to the membrane 2 and serves to divert the mechanical loads acting on the membrane 2 into the housing 12. The sound transmission function of the membrane 2 is ensured by the fact that the ability of the membrane 2 to vibrate is at least loca! Through the openings provided in the perforated plate! preserved. This is sufficient for the transmission of the sound signals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1 Dichtungseinrichtung seal means 2 2 Membran membrane 3 3 Stützelement support element 5 a,d 5 a, d Schallerzeugereinrichturrg Schallerzeugereinrichturrg 5 b,c 5 b, c Schallempfängereinrichtung Sound receiver device 6 6 Schallrohr sound tube 6b 6b zylindrischer Abschnitt cylindrical section 7 7 Kugelhahn ball valve 8 8th Flansch flange 9 9 Distanzelement spacer 10 10 Dichtungsring sealing ring 11 11 seitliche Öffnung side opening 12 12 Gehâuse Casing 12a 12a erstes Gehâuseteil first housing part 12b 12b zweites Gehâuseteil second housing part 12c 12c Deckel cover 12d 12d Öffnung opening 13 13 Flansch flange 16 16 Messraum measuring room 17 17 Signalerfassungseinheit Signal detection unit 18 18 Signalverarbeitungseinheit Signal processing unit 19 19 Prozessraum process space

AnsprücheExpectations

Claims

1. A device for acoustic temperature measurement in a process room (19), in particular in a blast furnace, comprising

- Several sound generator devices (5a) and

Sound receiver devices (5b) for transmitting and receiving sound signals which can be positioned at a distance from one another on or in the process space (19), and

- A signal detection and processing unit (17, 18) which is electrically connected to the sound generating devices (5a) and sound receiving devices (5b) during operation, characterized in that the signal detection and processing unit (17, 18)

- For the sequentially and temporally interleaved transmission of frequency-changing transmission sound signals by the sound generating devices (5a) and

- is configured to correlate the received sound signals received by the sound receiver devices (5b) with the transmitted sound signals.

2. Device according to claim 1, characterized in that the signal detection and processing unit (17, 18) is configured to generate linearly or logarithmically or exponentially changing transmit sound signals.

3. Device according to claim 1, characterized in that the signal acquisition and processing unit (17, 18) is configured to generate orthogonal transmit sound signals.

4. The device according to claim 2 d a d u rc h characterized in that the signal detection and processing unit (17, 18) is configured to generate transmitted sound signals in the form of Barker codes.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sound generating devices (5a) and sound receiving devices (5b) each have at least one sealing device (1) for sealing against the atmosphere in the

Have process space (19), the sealing device (1) for the

Sound signals is permeable.

6. The device according to claim 5, characterized in that the sound generating devices (5a) and sound receiving devices (5b) each have a sound tube (6) and the sealing device (1) is arranged in the sound tube (6).

7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the sealing device (1) comprises a membrane (2).

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the sealing device (1) is pressure-resistant, in particular based on the pressure prevailing in a blast furnace, pressure-resistant.

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the sealing device (1) has a support element (3) for absorbing mechanical forces.

10. The device according to claim 9, characterized in that the support element (3) comprises a perforated plate which is arranged parallel to the membrane (2).

11. A method for acoustic temperature measurement in a process room (19), in particular in a blast furnace, comprising

- Several sound generator devices (5a) and

Sound receiver devices (5b), which are positioned at a distance from one another on or in the process space (19) and emit and receive sound signals, and

- A signal detection and processing unit (17, 18) which is electrically connected to the sound generating devices (5a) and sound receiving devices (5b), characterized in that the

Sound generating devices (5a) by the signal detection and

Processing unit (17, 18) are controlled and emit sequentially and temporally interleaved transmission sound signals which change in frequency, the reception sound signals received by the sound receiver devices (5b) and the transmission sound signals being correlated.

12. An arrangement comprising a device for detecting a temperature field in a process space (19) according to claim 1, wherein the device is mounted in openings in the wall of the process space (19) which lead into the process space (19).