SE463893B - Anordning foer att detektera nivaan hos en slaggraensyta hos ett smaelt metallbad - Google Patents

Description

463 893 2 av nätstörningar.

Uppfinningen bygger på en princip, som liknar den enligt den nämnda svenska patentansökningen, nämligen att mäta impedans- ändringen i antennens matningspunkt. Impedansen i antennens matningspunkt eller i matningspunkten av matningsledningen till antennen ändrar sig när antennens kapacitiva koppling till slaggskiktet ökar efter hand som antennen förs närmare slaggskiktet. När antennen rör sig genom slaggskiktet ner mot metallbadet ändrar sig den kapacitiva kopplingen ånyo och denna ändring medför en motsvarande ändring i impedansen i den nämnda punkten, vilken ändring i sin tur kan mätas med anordningen enligt uppfinningen.

Det för uppfinningen kännetecknande särdragen framgår ur de bifogade patentkraven.Hjärtat i anordningen enligt uppfin- ningen utgörs av en oscillator, som matar antennen med en frekvens, som är skild från nätfrekvensen och som kan vara lägre eller högre än denna. Företrädesvis är oscillator- frekvensen l kHz och därutöver. Impedansändringen i antennens matningspunkt mäts med en synkrondetektor, vilken avkänner amplituden på den faskomponent som ligger i med- eller motfas med referenssignalen (=oscillatorns utgångssignal) och avger en däremot svarande utsignal. Synkrondetektorns utsignal differentieras, kompareras och pulsformas för bildande av en signal som anger när antennen befinner sig på ett förutbestämt avstånd från gränsytan. I en föredragën utföringsform av uppfinningen är detta avstånd 0, dvs. kontakt mellan antenn och gränsytan, men kan enligt ett alternativt utförande uppgå till t.ex.10 cm.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 är ett blockschema över anordningen enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett alternativt utförande av impedanskretsen i 3 463 895 fig. l och fig. 3 visar en koppling för detektering av flera gränsytor med utnyttjande av anordningen i fig. 3.

Blockschemat visar en oscillator 1, vars svängningsfrekvens är i storleksordningen 1kHz. Via en impedans Z, som i denna utfö- ringsform består av en resistiv eller reaktiv serieimpedans, och en koaxialkabel 2 matar oscillatorn en ej visad antenn, vil-' ken i en föredragen utföringsform av uppfinningen utgöres av ett termoelement, i form av en bygel, som befinner sig i lansens spets och som även används för temperaturmätning såsom beskrivs i vår nämnda svenska patentansökning.

När antennen närmar sig slaggskiktets överyta ändras den kapacitiva kopplingen mellan antennen och ytan varvid impedansen i punkten A ändrar sig. Detta innebär att amplitud och fasläge för oscillatorsignalen i punkten A också ändrar sig. Denna impedansändring detekteras genom att signalen i punkten A jämförs med oscillatorns utgångssignal i en synkrondetektor 3. Oscillatorns utgångssignal, vilken tjänar som referenssignal, matas till synkrondetektorn 3 via en begränsare 4. Signalen i punkten A matas till synkron- detektorns mätsignalingång via ett 'bandpassfilter 5 en förstärkare 6 och ännu ett bandpassfilter 7. Bandpassfiltren är så dimensionerade, att de filtrerar bort alla frekvenser vid och nära nätfrekvensen samt frekvenser över oscillator- frekvensen. Synkrondetektorn 3 är känslig för amplitud- och fasändring av oscillatorsignalen i punkten A och avger en mot dessa ändringar svarande utgångssignal på sin utgång. Utgångs- signalen från synkrondektektorn 3 deriveras i ett differen- tierande nät 8, låses till en bestämd nivå med hjälp av en låskrets 9 och jämförs i en komparator 10 med ett referens- värde, som motsvarar det som erhålls när antennen: spets träffar överytan av slaggskiktet. Detta referensvärde är inställbart medelst en potentíometer ll. Komparatorns 10 utgångssignal anger att antennen befinnner sig i kontakt med 463 893 4 slaggskiktet. Potentiometern kan även inställas så, att komparatorn avger sin utgångssignal när antennen är på ett förutbestämt avstånd, t.ex. 10 cm. från överytan av slaggskiktet.

Beroende på den befintliga utrustningen kan ibland koaxial- kablen 2 ha avsevärd längd, flera meter. Kapacitansen mellan koaxialkablens skärm och dess innerledare blir under dessa omständigheter stor. För att eliminera denna kapacitans inverkan på mätresultatet förses anordningen enligt uppfinningen med en bootstrap-krets 12 som medför att skärmens impedans följer impedansen för innerledaren när denna impedans varierar. Bootstrap-kretsen 12 innefattar en filterkrets 13 av högpasstyp kopplad på sin ingångssida till punkten A och på sin utgångssida till en operationsförstärkare 14 vars lågimpe- diva utgång är kopplad till koaxialkabelns 2 skärm. Filter- kretsen 13 är av högpasstyp och erfordras för att förstärkaren 14 ej skall överstyras av elektriska fält av nätfrekvens, vilka uppfångas av antennen. För att inte fasvridningen i filterkretsen 13 skall påverka mätresultatet införs ett faskorrigerande nät 15 som återställer fasen av den signal, som bootstrap-kretsen 12 inmatar på koaxialkabelns skärm.

Bootstrap-funktionen åstadkommas på känt sätt medelst operationsförstärkaren 16 och de visade därtill kopplade yttre komponenterna.

Fig. 2 visar ett alternativt utförande av en krets för mätning av impedansändringen. Här utnyttjas en bryggkoppling, som innefattar en transformator 17 med en primärlindning 18 och en sekundärlind-ning 19 med ett mittuttag 20. Primärlindningen 18 är kopplad i serie mellan oscillatorns 1 utgång och referensnivån. Sekundärlindningens ena ände är via en serieimpedans 21, i detta fall ett motstånd, ansluten till referensnivån och dess andra ände är ansluten till koaxialkabelns 2 mittledare. Mittuttaget 20 är anslutet till bandpassfiltret 5. Bryggkopplingen är i balans när antennen har ringa eller ingen grad av kapacitiv koppling till slaggskiktet. Efter hand som denna grad av koppling ökar 463 895 5 uppstår en obalanssignal på mittuttaget 20 och denna obalanssignal inmatas, efter filtrering, till mätingången på synkrondetektorn 3.

I ovanstående beskrivning av figurerna 1 och 2 har antagits, att luft/slagg-gränsytan skall detekteras. Fig. 3 visar ett utförande där även slagg/metall-gränsytan detekteras. Detta ordnas genom tillägg av en tillkommande komparatorkrets 22.

Med en potentiometer 23 inställs komparatorkretsens 22 omslagsnivå, så att kretsen 22 avger en utgångssignal när antennen befinner sig på ett förutbestämt avstånd från slagg/ metall-gränsytan, vilket motsvarar en bestämd, från utförandet i fig. 1 skild, kapacitiv kopplingsgrad mellan antennen och denna slagg/metall-gränsyta.

Skall anordningen användas för detektering av ännu fler gränsytor inkopplas tillkommande komparatorer såsom antyds av den streckade linjen i fig. 3.

Graden av kapacitiv koppling är beroende av avståndet antenn- yta och, av materialskiktets förmåga att leda elektromagne- tiska fält.

De ovan beskrivna utföringsformerna av uppfinningen kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningens grundtanke.

Claims (9)

463 893 e Patentkrav

1. Anordning för att detektera nivån hos en slaggränsyta hos ett smält metallbad, vilken anordning innefattar - en antenn, som under detekteringsoperation flyttas mot slaggränsytan och under nedåtgående rörelse är kapacitivt kopplad till slaggränsytan, - en detekteringskrets kopplad till antennen, vilken detek- teringskrets är anordnad att detektera en i förväg bestämd impedansändring vid antennen, vilken ändring erhålles, när antennen flyttas mot slaggränsytan, - varvid detekteringskretsen innefattar en oscillator (1) med en frekvens, som skiljer sig från nätfrekvens, varvid oscil- latorn matar antennen via en impedanskrets (Z;l6,17,19,2l), - en synkrondetektor med en referenssignalingång kopplad till oscillatorn (l) och en mätsignalingång kopplad till impedans- kretsen, k ä n n e t e c k n a d av - att impedanskretsen har en uttagspunkt (A,20), som är skild från oscillatorns matningspunkt och kopplad till antennen; - att synkrondetektorn (3,8) ger en likspänningssignal beroende av ändringen hos den signal, som finns hos uttagspunkten och som indikerar graden av ändring hos den kapacitiva kopplingen mellan antennen och slaggränsytan; och - att en tröskelkrets (10) är kopplad till synkrondetektorns utgång och avger en utsignal, när signalen hos uttagspunkten (A) har en i förväg bestämd ändring, som indikerar, att antennen har nått ett givet avstånd från slaggränsytan svarande mot en given grad av kapacitiv koppling mellan antennen och slaggränsytan. 7 463 893

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att oscillatorfrekvensen ligger inom ett frekvensområde, som är avsevärt högre än nätfrekvensen, företrädesvis 1 kHz eller högre.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att impedanskretsen innefattar en impedans (Z) i serie med antennen via dess eventuella matningsledning (2), varvid uttagspunkten (A) är belägen mellan impedansen (Z) och antennen varvid oscillatorn (1) är ansluten till impedansens (Z) andra ände. I

4. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att impedanskretsen är en bryggkoppling (17-21), vars ena gren innefattar en extra impedans (21) ansluten till anordningens referensnivâ och vars andra gren är ansluten till antennen eller dess matningsledning (2), att uttaget är kopplat mellan den extra impedansen och antennen och att oscillatorns (1) utsignal överförs induktivt till bryggkopp- lingsgrenarna med den extra impedansen och antennen.

5. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att bryggkopplingen (17-21) innefattar en transformator med - en primärlindning (18) kopplad i serie mellan oscillatorns utgång och referensnivån för anordningen och - en med mittuttag (20) försedd sekundärlindning (19), varvid sekundärlindningens ena ände är ansluten till referensnivån extra impendansen (21), dess andra ände är kopplad till antennen och dess mittuttag (20) är kopplad till detektorns mätsignalingång.

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att tröskelvärdeskretsen innefattar en differentierande krets (8) med sin ingång kopplad till syn- krondetektorns utgång och med sin utgång kopplad till en 463 893 8 komparatorkrets (10) med organ (11) för inställning av tröskelvärdet, så att utsignalen avges när antennen befinner sig på det förutbestämda avståndet från gränsnivån.

7. Anordning enligt något av föregående krav för mätning av minst två gränsnivåer, k ä n n e t e c k n a d av en för varje gränsnivå avsedd komparatorkrets (10, 22, fig. 3) och att komparatorkretsarnas (10, 22) ingångar är gemensamt anslutna till den differentierande kretsens (8) utgång.

8. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av organ (12) för bootstrapping av skärmen på antennens matningsledning (2) för eliminering av inverkan av skärmens impedans mot jord eller mot anordningens referens- nivå.

9. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av filterorgan (5, 7) inkopplade mellan den nämnda gemensamma punkten (A) och synkrondetektorns mät- signalingång för bortfiltrering av antennen uppfångade, störande signaler av nätfrekvensen hos det allmänna elektriska ledningsnätet och andra störande frekvenser skilda från oscillatorfrekvensen.