PL193677B1 - Sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów cieczy, zwłaszcza stopionego metalu - Google Patents

Abstract

1. Sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów cieczy, zwlaszcza w stopionego metalu, z rura no- sna, glowica pomiarowa, zamocowana na jednym koncu rury nosnej, przy czym na glowicy pomiarowej sa umieszczone elementy pomiarowe oraz przewody sygnalowe dla sygnalów pomiarowych, wytwarza- nych przez elementy pomiarowe, a przewody sygna- lowe sa dluzsze niz rura nosna i wychodza z konca glowicy pomiarowej zwróconego do wnetrza rury nosnej, przy czym przewody sygnalowe przechodza przez wnetrze rury nosnej oraz sa we wnetrzu rury nosnej owiniete wokól jej osi wzdluznej, znamienna tym, ze przewody sygnalowe sa wielowarstwowo zwiniete przy wewnetrznej sciance rury nosnej (1), a w kierunku wzdluznym rury nosnej (1), na koncu zwróconym ku glowicy pomiarowej (3), bezposred- nio przed zwojem przewodów sygnalowych, umiesz- czony jest przylegajacy do zwojów korek ustalajacy (5) z co najmniej jednym otworem przelotowym dla przewodów sygnalowych. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sonda pomiarowa zanurzeniowa do pomiaru w cieczach, zwłaszcza w stopionych metalach, z rurą nośną, głowicą pomiarową, zamocowaną na jednym końcu rury nośnej, przy czym na głowicy pomiarowej są umieszczone elementy pomiarowe oraz przewody sygnałowe dla sygnałów pomiarowych, wytwarzanych przez elementy pomiarowe, a przewody sygnałowe są dłuższe niż rura nośna i wychodzą z końca głowicy pomiarowej, zwróconego do wnętrza rury nośnej, przy czym przewody sygnałowe przechodzą przez wnętrze rury nośnej oraz są we wnętrzu rury nośnej owinięte wokół jej osi wzdłużnej.

Tego typu sondy pomiarowe są znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 3 505 871. Są one wykorzystywane do pomiaru w konwertorowych piecach do wytopu stali (konwertorach). Przy pomiarach w konwertorach sondę pomiarową spuszcza się przy tym do konwertora ze stosunkowo dużej wysokości. Przewody sygnałowe, nawinięte na wewnętrznej powierzchni rury nośnej, odwijają się samoczynnie przy swobodnym spadku sond pomiarowych, przy czym jeden koniec przewodu sygnałowego jest połączony z głowicą pomiarową, zaś drugi koniec przewodu sygnałowego jest połączony z urządzeniem pomiarowym i przetwarzającym albo bezpośrednio, albo poprzez złączkę stykową za pomocą przewodów przedłużających lub kompensacyjnych. W ten sposób można kilka sond pomiarowych przechowywać na dużej wysokości nad konwertorem, przy czym do każdego pomiaru z zasobnika uwalnia się jedną sondę, która spada swobodnie do znajdującego się w konwertorze stopionego metalu.

Podobne urządzenia są znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 5 584 578, przy czym przewody sygnałowe są nawinięte na zewnętrznej powierzchni rury nośnej.

Podobne urządzenia są również znane z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 5 168 764 lub publikacji I&SM, wrzesień 1993. Ujawnione tu sondy pomiarowe są podwieszone w zasobnikach, przy czym w opisie nr US 5 168 764 przewody sygnałowe nie są owinięte bezpośrednio wokół rury nośnej sondy pomiarowej, lecz w oddzielnym pojemniku. Powoduje to, że w zasobnikach poza sondą pomiarową musi być również zamocowany pojemnik dla przewodu sygnałowego, w związku z czym zasobniki muszą być odpowiednio duże.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 0375 109 A2 znana jest podobna sonda pomiarowa. Sonda ta zawiera, umieszczoną na zewnątrz głowicy pomiarowej, komorę próbną, zamocowaną na przeprowadzonej przez rurę, równolegle do rury nośnej, linie stalowej. Lina stalowa jest nawinięta na szpulę i może być odwijana przy opuszczaniu głowicy pomiarowej.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji ulepszonej sondy pomiarowej, której obsługa jest prosta i niezawodna oraz może zostać łatwo zautomatyzowana.

Sonda pomiarowa zanurzeniowa do pomiaru w cieczach, zwłaszcza w stopionych metalach, z rurą nośną, głowicą pomiarową, zamocowaną na jednym końcu rury nośnej, przy czym na głowicy pomiarowej są umieszczone elementy pomiarowe oraz przewody sygnałowe dla sygnałów pomiarowych, wytwarzanych przez elementy pomiarowe, a przewody sygnałowe są dłuższe niż rura nośna i wychodzą z końca głowicy pomiarowej zwróconego do wnętrza rury nośnej, przy czym przewody sygnałowe przechodzą przez wnętrze rury nośnej oraz są we wnętrzu rury nośnej owinięte wokół jej osi wzdłużnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przewody sygnałowe są wielowarstwowo zwinięte przy wewnętrznej ściance rury nośnej, a w kierunku wzdłużnym rury nośnej, na końcu zwróconym ku głowicy pomiarowej, bezpośrednio przed zwojem przewodów sygnałowych, umieszczony jest przylegający do zwojów korek ustalający z co najmniej jednym otworem przelotowym dla przewodów sygnałowych.

Korzystnie, przewody sygnałowe są umieszczone w kablu sygnałowym.

Korzystnie, przewody sygnałowe na odwrotnym względem głowicy pomiarowej końcu rury nośnej są połączone z elementem stykowym i/lub przebiegają przez ten koniec na wylot.

Korzystnie, wzdłuż rury nośnej, bezpośrednio za zwojem przewodów sygnałowych umieszczony jest przylegający do zwojów korek ustalający z co najmniej jednym otworem przelotowym dla przewodów sygnałowych.

Korzystnie, głowicą pomiarowa jest zamocowana rozłącznie, korzystnie za pomocą elementów zatrzaskowych, w rurze nośnej.

Korzystnie, elementy zatrzaskowe uwalniają głowicę pomiarową przy skierowanej wzdłuż osi sile wynoszącej około 300 N -600 N.

PL 193 677B1

Korzystnie, elementy zatrzaskowe głowicy pomiarowej współpracują z elementami zatrzaskowymi korka ustalającego.

Korzystnie, na głowicy pomiarowej umieszczony jest co najmniej jeden termoelement i/lub co najmniej jeden elektrochemiczny element pomiarowy, zwłaszcza do pomiaru tlenu.

Korzystnie, głowica pomiarowa ma gęstość większą lub równą określonej na wstępie gęstości poddawanej pomiarowi cieczy.

Korzystnie, długość przewodów sygnałowych jest 10-50-krotnie, zwłaszcza 25-45-krotnie, większa niż długość sondy pomiarowej.

Korzystnie, głowica pomiarowa ma kołpak ochronny, zawierający co najmniej elementy pomiarowe i wykonany z materiału, który w cieczy topi się na wskroś lub ulega nadtopieniu.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala umieszczać bardzo długie przewody sygnałowe na małej przestrzeni w sposób, zajmujący bardzo mało miejsca, przy czym zabezpieczone położenie zwojów wewnątrz rury nośnej wyklucza w zasadzie ich naruszenie lub uszkodzenie, gwarantując zarazem dużą niezawodność posługiwania się sondą. Stabilna powierzchnia zewnętrzna pozwala umieścić kilka takich sond pomiarowych w postaci stosu, ułożonego w sposób zajmujący mało miejsca w zasobniku. Nie jest przy tym konieczne podwieszanie poszczególnych sond w odstępach względem siebie. Gdy sonda zostanie spuszczona z zasobnika w głąb konwertora, przewód sygnałowy, połączony z urządzeniem do pomiaru lub przetwarzania wartości pomiarowych rozwija się z rury nośnej. Rozwijanie przewodu z rury eliminuje konieczność stosowania skomplikowanych środków zapobiegających zaplątaniu się głowicy pomiarowej względnie rury nośnej w trakcie spadania. Zarazem wynalazek umożliwia stabilne i zajmujące mało miejsca obsadzenie zwojów.

Korki ustalające zabezpieczają położenie zwojów, dzięki czemu podczas transportu lub innych manipulacji nie ulegają one splątaniu i nie zakłócają swobodnego spadku sondy pomiarowej. Otwory przelotowe w korkach ustalających umożliwiają swobodne prześlizgiwanie się przewodów sygnałowych przy rozwijaniu zwojów w trakcie swobodnego spadku. Korki ustalające mogą być umieszczane w różnych miejscach wewnątrz rury nośnej, odpowiednio do długości przewodów sygnałowych, a zatem odpowiednio do wysokości całego zwoju.

Dzięki temu, że głowica pomiarowa jest zamocowana rozłącznie, korzystnie za pomocą elementów zatrzaskowych, w rurze nośnej, głowica pomiarowa po wypuszczeniu z rury nośnej ciągnie za sobą przewód sygnałowy, wyciągając go z rury nośnej. Dla pomiarów w stopionych metalach korzystne okazało się, jeżeli elementy zatrzaskowe uwalniają głowicę pomiarową przy skierowanej wzdłuż osi sile, wynoszącej około 300 N -600 N. Ponadto korzystne jest, jeżeli elementy zatrzaskowe głowicy pomiarowej współpracują z elementami zatrzaskowymi korka ustalającego.

Zaopatrzenie głowicy pomiarowej w co najmniej jeden termoelement i/lub co najmniej jeden elektrochemiczny element pomiarowy, zwłaszcza do pomiaru ilości tlenu, umożliwia prowadzenie kombinowanych pomiarów kilku parametrów.

Gdy głowica pomiarowa ma korzystnie gęstość większą lub równą określonej na wstępie gęstości poddawanej pomiarowi cieczy wówczas zapewnione jest swobodne zanurzenie i pozostawanie głowicy pomiarowej w cieczy.

Dla ochrony elementów pomiarowych przy posługiwaniu się sondą pomiarową i przy zanurzaniu głowicy pomiarowej głowica pomiarowa ma kołpak ochronny, zawierający co najmniej elementy pomiarowe i wykonany z materiału, który w cieczy topi się na wskroś lub ulega nadtopieniu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sondę pomiarową zanurzeniową z rurą nośną, w przekroju, a fig. 2 - przekrój przedniej części zanurzeniowej sondy pomiarowej z fig. 1.

Sonda pomiarowa zanurzeniowa ma rurę nośną 1, wykonaną na przykład z tektury. Wewnątrz rury nośnej 1 nawinięty jest, począwszy od jednego końca, kabel sygnałowy 2, przy czym zewnętrzna warstwa zwoju przylega do wewnętrznej powierzchni rury nośnej 1. W kablu sygnałowym 2 są umieszczone razem, nie przedstawione oddzielnie, przewody sygnałowe. Umieszczone w kablu sygnałowym 2 przewody sygnałowe są razem z nim zamocowane jednym końcem na głowicy pomiarowej 3. Głowica pomiarowa 3, jest osadzona w jednym końcu rury nośnej 1, mianowicie w korku ustalającym 5, za pomocą swych elementów zatrzaskowych 4 oraz elementów zatrzaskowych 4' korka ustalającego 5. Korek ustalający 5 jest z kolei zamocowany w rurze nośnej 1. Bezpośrednio za korkiem ustalającym 5 rozciąga się zwój kabla sygnałowego 2 o żądanej długości, na przykład około 20 -30m. Za zwojami umieszczony jest następny korek ustalający 6, który wspólnie z pierwszym korkiem ustalającym 5 chroni zwoje przed zniszczeniem, zanim zostaną one wykorzystane zgodnie z przeznaczeniem zanu4

PL 193 677B1 rzeniowej sondy pomiarowej. Odpowiednio do tego położenie drugiego korka ustalającego 6 wewnątrz rury nośnej 1 jest zależne od położenia kabla sygnałowego 2. Na fig. 1 przedstawione jest schematycznie położenie drugiego korka ustalającego 6 dla kilku różnych długości kabla sygnałowego. Zwoje, zwinięte w kierunku przedniego końca rury nośnej, są poprowadzone od drugiego korka ustalającego 6 wzdłuż wewnętrznej ścianki rury nośnej 1 do głowicy pomiarowej 3. Stamtąd poprowadzony jest drugi zwój, zwinięty w przeciwnym kierunku, do drugiego korka ustalającego 6, skąd wychodzi trzeci zwój, stanowiący zwój wewnętrzny, który jest poprowadzony do pierwszego korka ustalającego 5, usytuowanego przy głowicy pomiarowej 3. Stamtąd kabel sygnałowy 2, wygięty w kształt łuku, jest poprowadzony do punktów stykowych 1 elementów pomiarowych wewnątrz głowicy pomiarowej 3, z którymi jest połączony. To miejsce połączenia przebiega we wzdłużnej osi rury nośnej 1, przez odpowiedni otwór osiowy 8 w głowicy pomiarowej 3.

Na przeciwnym końcu zwoju kabel sygnałowy 2 jest przeprowadzony przez sąsiadujący z wewnętrzną ścianką rury nośnej 1 otwór drugiego korka ustalającego 6 w kierunku drugiego końca rury nośnej 1. Ten drugi koniec rury nośnej 1jest zamknięty zatyczką 9, w której umieszczony jest element stykowy 10. Element stykowy 10 służy do, nie przedstawionego, stykania umieszczonych w kablu sygnałowym 2 przewodów sygnałowych z kablem przedłużającym lub kompensacyjnym, a poprzez ten kabel z urządzeniem do wskazywania i przetwarzania wartości pomiarowych.

Na fig. 2 przedstawione jest szczegółowo umieszczenie głowicy pomiarowej 3 w rurze nośnej 1. Na głowicy pomiarowej 3 osadzony jest zewnętrzny kołpak ochronny 11 do mechanicznego zabezpieczenia elementów pomiarowych, między innymi przy uderzeniu głowicy pomiarowej 3 o powierzchnię stopionego metalu, w którym jest przeprowadzany pomiar. W przypadku pomiaru w stopionych stalach kołpak ochronny 11 może być również wykonany ze stali. Wewnątrz tego kołpaka ochronnego 11, zamocowanego od zewnątrz na głowicy pomiarowej 3, umieszczony jest następny kołpak ochronny 12, położony bezpośrednio wokół elementów pomiarowych. Drugi kołpak ochronny 12 po przejściu głowicy pomiarowej 3 przez ewentualną warstwę żużla ulega również rozpuszczeniu, wystawiając nie przedstawione na rysunku elementy pomiarowe na działanie stopionego metalu. Same elementy pomiarowe są znanymi specjaliście, typowymi elementami, na przykład w postaci termoelementów lub ogniw pomiarowych z udziałem tlenu i stałego elektrolitu.

Podczas pracy sondę pomiarową zanurzeniową uwalnia się z zasobnika, na przykład zasobnika, w którym sondy są ułożone w stos. Sonda pomiarowa spada swobodnie w dół, przy czym następuje rozwinięcie kabla sygnałowego 2. Wskutek zamocowania tylnego końca sondy pomiarowej zanurzeniowej na urządzeniu do wskazywania i przetwarzania wartości pomiarowych poprzez element stykowy 10 i zatyczkę 9 rura nośna może opadać jedynie na ograniczonym odcinku. Droga spadania zależy od długości przewodu łączącego z urządzeniem do wskazywania i przetwarzania wartości pomiarowych. Po osiągnięciu maksymalnej drogi spadania rury nośnej 1 jej ruch zostaje gwałtownie zatrzymany, zaś a głowicę pomiarową 3 działa siła, która wyrywa ją z pierwszego korka ustalającego 5, w związku z czym głowica pomiarowa 3 kontynuuje spadanie, ciągnąc za sobą kabel sygnałowy 2 ze zwoju.

Głowica pomiarowa 3 ma stosunkowo zwartą budowę i poza otworem do umieszczenia kabla sygnałowego 2 względnie elementów pomiarowych i ich połączeniem z kablem sygnałowym 2, jest wykonana z litej stali. W związku z tym przy uderzeniu o powierzchnię stopionego metalu zanurza się weń głęboko, umożliwiając pomiar w stopionym metalu.

Claims (11)

1. Sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów cieczy, zwłaszcza w stopionego metalu, z rurą nośną, głowicą pomiarową, zamocowaną na jednym końcu rury nośnej, przy czym na głowicy pomiarowej są umieszczone elementy pomiarowe oraz przewody sygnałowe dla sygnałów pomiarowych, wytwarzanych przez elementy pomiarowe, a przewody sygnałowe są dłuższe niż rura nośna i wychodzą z końca głowicy pomiarowej zwróconego do wnętrza rury nośnej, przy czym przewody sygnałowe przechodzą przez wnętrze rury nośnej oraz są we wnętrzu rury nośnej owinięte wokół jej osi wzdłużnej, znamienna tym, że przewody sygnałowe są wielowarstwowo zwinięte przy wewnętrznej ściance rury nośnej (1), a w kierunku wzdłużnym rury nośnej (1), na końcu zwróconym ku głowicy pomiarowej (3), bezpośrednio przed zwojem przewodów sygnałowych, umieszczony jest przylegający do zwojów korek ustalający (5) z co najmniej jednym otworem przelotowym dla przewodów sygnałowych.

PL 193 677B1

2. Sonda pomiarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że przewody sygnałowe są umieszczone w kablu sygnałowym (2).

3. Sonda pomiarowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że przewody sygnałowe na odwrotnym względem głowicy pomiarowej (3) końcu rury nośnej (1) są połączone z elementem stykowym (10) i/lub przebiegają przez ten koniec na wylot.

4. Sonda pomiarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że wzdłuż rury nośnej (1), bezpośrednio za zwojem przewodów sygnałowych umieszczony jest przylegający do zwojów korek ustalający (6) z co najmniej jednym otworem przelotowym dla przewodów sygnałowych.

5. Sonda pomiarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że głowica pomiarowa (3) jest zamocowana rozłącznie, korzystnie za pomocą elementów zatrzaskowych (4), w rurze nośnej (1).

6. Sonda pomiarowa według zastrz. 5, znamienna tym, że elementy zatrzaskowe (4) uwalniają głowicę pomiarową (3) przy skierowanej wzdłuż osi sile wynoszącej około 300 N - 600 N.

7. Sonda pomiarowa według zastrz. 4 albo 5, znamienna tym, że elementy zatrzaskowe (4) głowicy pomiarowej (3) współpracują z elementami zatrzaskowymi (49 korka ustalającego.

8. Sonda pomiarowa według zastrz. 1 albo 3, albo 5, znamienna tym, że na głowicy pomiarowej (3) umieszczony jest co najmniej jeden termoelement i/lub co najmniej jeden elektrochemiczny element pomiarowy, zwłaszcza do pomiaru tlenu.

9. Sonda pomiarowa według zastrz. 1 albo 3, albo 5, znamienna tym, że głowica pomiarowa (3) ma gęstość większą lub równą określonej na wstępie gęstości poddawanej pomiarowi cieczy.

10. Sonda pomiarowa według zastrz. 1, znamienna tym, że długość przewodów sygnałowych jest 10-50-krotnie, zwłaszcza 25-45-krotnie, większa niż długość sondy pomiarowej.

11. Sonda pomiarowa według zastrz. 1 albo 3, albo 5, znamienna tym, że głowica pomiarowa (3) makołpak ochronny (11), zawierający co najmniej elementy pomiarowe i wykonany z materiału, który w cieczy topi się na wskroś lub ulega nadtopieniu.