TR201815079T4 - Bir DC ocağı üzerinde elektrikli değişkenlerin ölçümü. - Google Patents

Abstract

Anot ile katot arasında voltajın frekans spektrumunun büyüklük günlüğünde lineer bir düşüşü saptamaya bağlı olan bir DC plazma ark ocağı içindeki bir açık arkı saptamanın bir yöntemidir.

Description

TARIFNAME BIR DC OCAGI ÜZERINDE ELEKTRIKLI DEGISKENLERIN ÖLÇÜMÜ BULUSUN ALTYAPISI Bu bulus genel olarak, bir DC plazma ark ocagi içinde dinamik ark hareketinin ölçümü ile ilgilidir.

Bir DC ark ocaginin etkili çalismasi, proses materyalinin bir eriyik banyosu üzerinde bir açik plazma arkinin varligina baglidir. Eriyik banyo üzerinde gazli bir ortam içinde kurulan açik ark, ocak içinde primer bir isitma ve karistirma elemanidir ve ocagin uygun islev görmesi için önemlidir.

Bir plazma arki, ocak içindeki bir elektrot ucu ile eriyik banyonun bir üst yüzeyi arasinda uzanan iyonize gazin yüksek sicaklikli, yüksek hizli bir jetini içerir. Ark son derece iletkendir ve ocaga enerji beslemek üzere kullanilan bir DC kaynaginin bir katodu ile bir anodu arasinda lineer olmayan bir elektrik devresini tamamlar.

Ocak, bir çalisma hacmini olusturan bir tekneyi içerir. Bir proses materyali, çalisma hacminin bir alt kismi içinde bulunur. Sert kosullara, çalisma hacmi içinde sik rastlanir ve pratik amaçlara yönelik görünürlük genel olarak sifirdir. Bir prosesin, eriyik banyo ile dogrudan temas halinde elektrot ucu ile çalistirildigi bu nedenle ortaya çikabilir. Bu durumda ark söndürülür ve enerji akabinde, eriyik banyonun dirençli isitilmasi yoluyla ocaga akabinde beslenir. Bu durum, açik ark çalismasinin birçok avantajini olumsuzladigi için istenmez. Bu nedenle ocagin elektrik devresinde bir aracin var olup olmadi gini belirlemek istenir.

Bir ocak etrafindaki ortam tipik olarak sicak, tozlu, yasanmasi zor ve elektromanyetik karismaya yatkindir. Ocak teknesinin bir iç kisini, hakim sicakligin normal olarak 1500°C,nin üzerinde olmasi için son derece güçlük olusturur ve yüksek bir düzeyde ultraviyole radyasyon ile birlikte mevcut büyük 02 129-P-0001 miktarlarda toz ve duman vardir. Bu kosullar altinda islev görebilen ocak prob kameralari, ultraviyole detektörler, titresim transdüserler ve mikrofonlar gibi ölçüm cihazlari maliyetlidir, normal olarak sürekli çalistirilamaz ve genel olarak güvenli bir çalisma derecesini saglamak üzere önemli ölçüde ve maliyetli bakiin ve koruma gerektirir. Çesitli teknikler, bir ocak içinde bir arkin stabilitesini ölçmeye yönelik önceki US3767832, bir elektrot bir tekne içindeki metale temas ettiginde meydana gelen bir akim artisini saptamaya baglidir. US4478565, bir metal banyoya göre bir elektrodun pozisyonu ile ilgili olan elektromanyetik emisyonlari saptamaya baglidir.

US4852119, içinde harmoniklerin temel bir frekanstan ayrildigi ve iki ortaya çikan sinyal arasinda bir karsilastirrnanin, ark yapma derecesini nicelendinnenin bir araci olarak kullanildigi bir teknigi açiklar. Yaklasim, bir AC ocagi için geçerlidir ve bir DC ocaginda hiçbir temel frekansin olmamasi nedeniyle bir DC ark ocaginda çalismayacaktir.

U85050185, bir firin içinde cürufun artan köpüklenmesinin, ark akiminda harmoniklerin azalmasina neden oldugunu ve bunun, uygun bant geçirimli filtreler tarafindan üretilen sinyallerin enerji düzeylerinde yansitildigini belirtir.

U85533044, bir arkin alan kuvvetini saptamaya baglidir. pozisyonunun, harrnonik frekanslar ile iliskilendirildigi ve bu frekanslarin, 100Hz ila l40Hz araliginda olmasi halinde elektrot ucunun yeniden pozisyonlandirilmasi 02 129-P-0001 gerektigi ile ilgilidir. Buna ragmen, neden bu frekans araliginda uzanan sinyallerin dikkate alinmadigi veya korelasyon yapisinin açik olmadigi anlasilir degildir.

USS410800, kati materyalin “boyutunu ve seklini” belirmeyi hedefler ancak bir elektrot ucunun pozisyonunu tespit etmek üzere bunun uygunlugu anlasilir degildir. durumunu saptamaya yönelik düsük basinçli bir ark ve bir bilgisayar programi kullanilarak kirli borularin yüzeyinden bir oksit filmin çikarilmasinin bir yöntemini açiklar. Bir anot, içinde oksit filmin iç yüzey üzerine yapistigi boru tesisati içinde pozisyonlandirilir. Akabinde boru tesisati veya anot, boru tesisatinin boru eksenine yaklasik olarak paralel yöne sahip bir eksen etrafinda döndürülür. Anot ve boru tesisati arasindaki voltaj, anot ve boru sistemi arasindaki bir DC voltaji uygulanarak arkin olusturuldugu bu tür bir durumda ölçülür, voltajin bir frekans spektrumu, voltaj dalga formunun tarihinden itibaren yüksek hizli bir Fourier transformasyonu yoluyla hesaplanir ve oksit filmin çikarilmasinin, frekans spektrumunda boru tesisatinin veya anodun rotasyon hizina karsilik gelen frekans bilesenine bagli olarak bitirilip bitirilmedigi belirlenir. dalga formunun en az bir Fourier bileseninin numuneleninesi, degisimin yönüne bakilmaksizin bilesenin genligindeki bir degisimin, birçok farkli esik düzeyinden herhangi birini ne zaman astiginin belirlenmesi ve bu tür her bir esigin asildigi sürecin belirlenmesi adimlarini içeren, bir AC kaynagi tarafindan güç saglanan bir plazma prosesinde elektrikli ark yapmayi belirlemeye yönelik bir yöntem ile Basvuru sahibinin görüsünde çesitli Önceki teknik teknikleri, bir ocak içinde bir 02 129-P-0001 açik ark ile dogrudan iliskilendirilen bir elektriksel niteligi açik sekilde tanimlamaz.

Mevcut bulusun bir amaci, ocak ile iliskilendirilen bir dis devrenin elektriksel ölçümlerinden belirlenebilen ve ölçümlerin ocagin bir iç kisminda alinmasini gerektirmeyen açik sekilde belirtilmis elektriksel niteliklerin tanimlanmasina bagli olan bir DC ark ocagi içinde bir açik arki saptamanin bir yöntemini saglamaktir.

BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Bulus, istem 1°de ve karsilik gelen bagimli istemlerinde tanimlandigi üzere bir yöntemi saglar. Bir güç besleme birimini ve güç besleme birimine bagli bir anot ve bir katodu içeren bir DC plazma ark ocagi içinde bir açik arki saptamaya yönelik yöntemdir, yöntem asagidaki adimlari içerir: a) bir zaman araliginda anot ile katot arasinda bir voltajin büyüklügünün ölçülmesi, burada voltaj büyüklügü, saniyede 15 kilo-numuneden daha az olmayan bir numuneleme hizinda numunelenir; b) zaman araliginda bir süre islevi olarak voltaj büyüklügünün ifade edilmesi; O) zaman araligina yönelik voltajin bir frekans spektrumunun süre islevinden türetilmesi; ve (1) ocak içinde bir açik arki gösteren frekans spektrumunda bir niteligi belirlemek üzere voltajin frekans spektrumununun incelenmesi, burada nitelik, bir frekans günlügü islevi olarak frekans spektrumunun büyüklük günlügünde önemli ölçüde lineer bir düsüstür.

Daha özellikle lineer düsüsün egimi, -2 derecededir. Aksi takdirde ifade edildiginde bir günlük bazinda frekans spektrumunun büyüklügü, her on yillik frekans için yaklasik 20 yillik büyüklükte bir hizda düsüs gösterir.

Zaman araliginin süreci degisken olabilir. 02 129-P-0001 Yöntem, birçok ardisik zaman araligindan her birinde tekrar edilebilir.

Her bir zaman araliginda voltaj, sürekli olarak ölçülebilir. Bunun ile birlikte pratik hususlardan dolayi, ocak içinde bir açik arkin kurulmasindan kaynaklananlar dahil olmak üzere devre faktörlerinden dolayi olan voltaj büyüklügündeki dalgalanmalari saptamak üzere yeteri kadar yüksek olmasi gereken uygun bir hizda voltaj büyüklügünü nuinunelemek tercih edilebilir.

Bulus ayrica, bagimsiz istem 5 ve bunun bagimli istem 6'sinda tanimlandigi üzere bir aparati kapsar. Bir güç kaynagini ve güç kaynagina baglanan bir anot ve bir katodu içeren bir DC plazma ark ocagi içinde bir elektrot tarafindan üretilen bir açik arki saptamaya yönelik bir aparattir, aparat bir zaman araliginda anot ile katot arasinda bir voltajin büyüklügünü ölçmeye yönelik bir devreyi, burada devre, saniyede 15 kilo-numuneden daha az olmayan bir numuneleme hizinda voltajin büyüklügünü numuneleyecek sekilde uyarlanir, zaman araliginda voltajin bir frekans spektrumunu üreten bir islemciyi ve ocak içinde bir açik arki gösteren frekans spektrumunda bir niteligi belirlemek üzere voltajin frekans spektrumunu inceleyen bir diskriminatörü içerir, burada nitelik, bir frekans günlügü islevi olarak frekans spektrumunun büyüklük günlügündeki önemli ölçüde lineer bir Bir günlük bazinda frekans spektrumunun büyüklügünün, bir açik ark meydana geldiginde her on yillik frekans için yaklasik olarak 20 yillik bir hizda düstügü deneysel olarak dogrulanmistir.

Bir dereceye kadar cüruf içine daldirilan elektrot ile çalistirilan bir ocak ile düsüsün (frekans spektrumunun büyük günlügündeki azalma), her on yillik frekans için -l.5 on yil üzerinde oldugu ayrica gözlemlenmistir. Bir arkin ortaya çikmasina yönelik frekans spektrumunun sekli, lkHz civarinda meydana gelen keskin bir diz nokta ile gözle görülür derecede degismistir. Bu durum, lkHz ila 02 129-P-0001 SkHz araliginda -2 db,lik bir düsüsün, bir DC ark ocagi içinde bir açik arkin varligina yönelik uygun bir gösterge oldugunu gösterir.

Voltaj ölçümünü etkilemek üzere devre, sürekli olarak çalisabilir ancak tercihen, ocak teknesi içinde bir açik arkin kurulmasindan ortaya çikanlar dahil olmak üzere devre faktörlerinden dolayi olan voltaj içindeki dalgalanmalari saptamak üzere yeteri kadar yüksek olan bir numuneleme hizinda çalisir. Numuneleme hizi, gereksinime göre degisiklik gösterebilir ve tipik olarak saniyede en az 15 kilo- numunededir. Bu sekil sadece örnek niteligindedir.

Voltajin bir ölçümü sürekli olarak veya bir numuneleme prosesi araciligiyla zaman araliginda, voltajin bir varyasyonunun, bir süre islevi olarak ifade edilmesine olanak verir. Örnegin islemci tarafindan uygulanan bir Hizli Fourier Dönüsüm teknigi kullanilarak voltajin frekans spektrumu, zaman araligina yönelik olarak üretilir.

Ocagin bir çalisma hacminde bir arkin varligini veya yoklugunu belirlemek üzere elektrodun hareketini kontrol etmek üzere ve arkin büyüklügünün (uzunluk) bir ölçümünü elde etmek üzere aparati kullanmak bulusun kapsami dahilinde bulunur.

Bu türden aparatran türetilen bilgiler, bir kontrol islevinde veya bir ocak operatörü tarafindan bir kilavuz parametre olarak kullanilabilir olan bilgileri saglamak üzere kullanilabilir.

SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Bulus ayrica, ekli sekillere referans ile sadece örnek yoluyla açiklanir; burada: Sekil 1, bulusun yöntemini gerçeklestirmeye yönelik aparat ile bir DC plazma ark ocagini gösterir; Sekil 2, bir süre islevi olarak çizilen voltaj büyüklük numunelerini gösterir; ve 02 129-P-0001 Sekil 3, bir gradyan geçmesi ile frekansa karsi Sekil 23de gösterilen voltaj degerlerinin bir günlügü bazinda bir F ourier spektrumudur.

TERCIH EDILEN DÜZENLEMELERIN AÇIKLAMASI Ekli sekillerin Sekil lii, bulusun yöntemini uygulamak üzere kullanilan bir DC plazma ark ocagini (10) ve bilesenleri gösterir.

Klasik yapiya sahip olan DC ark ocagi, bir dahili çalisma hacmine (14) sahip bir tekneyi (12) içerir. Tekne, bir refrakter kaplamaya (`16) sahiptir. Bir anot (18), teknenin bir tabaninda saglanir. Anot, bir kontrol birimi (22) tarafindan çesitli teknikler kullanilarak kontrol edilen bir DC güç beslemesine (20) baglanir.

Güç beslemesinin negatif bir terminali, çalisma hacmi (14) içine teknenin bir çatisindaki (36) bir açiklik (34) içinden asagi dogru uzanan bir uzun grafit elektroda (30) baglanan bir kelepçeye (26) baglanir.

Bulus, tek bir elektrottan faydalanan bir ocaga referans ile burada açiklanir. Bu ancak sadece örnek amaçlidir. Bulusun prensipleri, iki veya daha fazla elektrodu içeren bir ocaga tamamen uygulanabilirdir.

En az bir besleme portu (38) çatida olusturulur. Eritilecek materyal, bu port içinden hacim (14) içine uygulanir. lzabe tesisinin çalismasinda, besleme materyali ile elektrodun bir ucu (30A) arasinda çalisma hacminde üretilen bir ark (40), materyali eritmek üzere kullanilir.

Tipik olarak bu durum, besleme materyalinin teknenin bir tabaninda bir metal banyoyu ve bir kaplama cüruf banyosunu (44) olusturmasina neden olur.

Elektrot, çalisma sirasinda kademeli olarak tüketildikçe bu, optimum bir durumda arki (40) koruma amaci ile çalisma hacmi (14) içinde elektrot ucunun 02 129-P-0001 pozisyonunda bir degisimi etkilemek üzere bir elektrot vinci (48) araciligiyla hareket ettirilir.

Refere edilen ve açiklanan çesitli bilesenler klasiktir ve sadece altyapi yoluyla Elektrot ucunun (30A) pozisyonu ve çalisma hacmi (14) içinde kosullar, bir operatör tarafindan kolayca görsel olarak fark edilebilir degildir. Bu kosullar altinda meydana gelebilen, prosesin, eriyik banyo (44) ile dogrudan temas halinde en azindan elektrot ucu (30A) ile çalistirilmasidir. Bu durumda ark söndürülür ve enerji, eriyik banyonun dirençli isitilmasi yoluyla ocaga beslenir. Bu durum, Çalisma hacminin (14) iç kisminin, teknenin disindan görülebilir olmasi halinde akabinde arkin (40) varligini tespit etmek görsel olarak mümkün olacaktir. Bunun ile birlikte çalisma hacmi içindeki sicaklik, ocagin çalismasi sirasinda 1500°C'den fazla olan yüksek bir degere ulasir. Büyük miktarlarda toz ve duman mevcuttur ve görüsü engeller. Ayrica yüksek düzeylerde ultraviyole radyasyon, hacim içinde mevcuttur. Ark (40) mevcudiyetinin görsel belirlenmesi dolayisiyla güvenilir sekilde mümkün degildir. Ek olarak, mümkün olarak düsünebilen ve örnegin titresim transdüserler, mikrofonlar, vb.'nin kullanimina bagli olan diger tekniklere, güvenilir ve güvenli sekilde basvurulamaz. Ayrica bu yaklasimlarin teknik olarak uygulanabilir olmasi halinde bunlarin kompleks ve maliyetli olmasi olasidir.

Yukarida bahsedilen durumu ele almak üzere ve çalisma hacminde bir açik arkin mevcudiyetinin, saptanmasina olanak vermek üzere bulus, Sekil l,de gösterilen çesitli ilave bilesenleri saglar.

Bir voltaj ölçüm modülü (50), katot ile anot arasinda baglanir. Modül, ölçüm prosesi sirasinda duyarli elemanlara koruma saglamak üzere yüksek voltaj yalitimli kablolar stratejik olarak yerlestirilmis parafudurlar kullanilarak yapilir. 02 129-P-0001 Sürekli olarak ocak boyunca voltaji izlemek mümkündür. Bunun ile birlikte yeterli veriler, voltaj büyüklügünün numunelenmesi yoluyla ancak elektrikli devrede bir açik arkin (40) mevcudiyetine atfedilebilen dalgalaninalari ölçebilmek üzere yeteri kadar yüksek olan bir hizda elde edilebilir. Tipik olarak saniyede en az 15 kilo-numune olan bir numuneleme hizi kullanilir.

Ocak voltaj büyüklügü, tanimlanan bir süreçteki bir zaman araliginda seçilen hizda numunelenir. Voltaj büyüklük numuneleri, bundan sonra açiklanan bir bazda bir Hizli Fourier Dönüsümünü gerçeklestirmeye yönelik bir ilave islemciye (54) baglanan bir çikisa sahip bir kaydedici ve islemciye (52) beslenir. Bir diskriminatör (56), islemcinin (54) çikisini incelemek üzere kullanilir.

Sekil 2, bir süre islevi olarak ocak voltajinin büyüklügünü temsil etmek üzere deneysel proseslerden türetilen bir egridir. Laboratuvar kosullari altinda bir test, bir grafit elektrot ile bir anot yüzeyi arasinda açik havada kurulan bir ark kullanilarak gerçeklestirilmistir. Voltaj, içinde bir arkin, araligin (T) baslangicinda vuruldugu bir duruma yönelik tanimlanan sürecin (T) bir zaman araliginda saniyede 15 kilo-numune olan bir hizda numunelenmistir. Ark bundan sonra, grafit elektrot ucu ile anot yüzeyi arasinda korunmustur. Arkin mevcudiyeti, deneysel bölgeden yaklasik 10 metrelik güvenli bir mesafede pozisyonlandirilan yüksek hizli bir kamera kullanilarak görsel olarak dogrulanmistir. Zaman araliginin (T) süreci tipik olarak 10 milisaniyedir.

Numuneleme prosesi yoluyla üretilen veriler belirtildigi üzere bilesen (52) içinde kaydedilir.

Islemci (54), bu sekilde ocak voltajinin frekans spektrumunu üretmek üzere süre islevinin bir Hizli Fourier Dönüsüinününü uygulamak üzere kullanilir.

Sekil 3, frekans spektrumunun (yatay bir eksen üzerinde) bir günlük degerinin bir 02 129-P-0001 islevi olarak ocak voltajinin (dikey bir eksen üzerinde) bir günlük degerini gösterir. Yaklasik 500 Hz ila 5 kHz arasindaki bir frekans araliginda frekans spektrumunun büyüklügü, her on yillik frekans için yaklasik 20 yillik büyüklükte bir hizda düsüs gösterir. Frekans spektrumunun, yaklasik 5 kHz ötesine düsineye devam etmesi olasidir ancak bu durum deneysel olarak belirlenmemistir.

Sekil 3,te bir yerlestirilmis gradyan hatti (60), yaklasik -2 olan bir egime sahiptir ve ocak voltaj büyüklügünde her on yilda yaklasik 20 yillik bir düsüsü temsil Diskriminatör (56), refere edilen negatif egimi fark edebilir. Uygun kontrol tekniklerinin kullanimi yoluyla ve diskriminatördeen (56) bir çiktiya karsilik olarak kontrol cihazi (48), çalisma hacmi (14) içinde açik arki (40) korumak üzere elektrodun (30) pozisyonunu otomatik olarak idare edebilir. Ocagin çalisma açilarinin manüel veya yari otomatik kontrol halinde bir operatör tarafindan kullanilabilir olan bir veya daha fazla kilavuz parametrelerini saglamak üzere aparat tarafindan üretilen bilgilerden faydalanmak ayrica mümkündür. 02 129-P-0001 x 13:. HOMHZOM 02 129-P-0001

Claims (2)

1. ISTEMLER Bir güç besleme birimini (20) ve güç besleme birimine (20) baglanan bir anot (18) ve bir katodu içeren bir DC plazma ark ocagi (10) içinde bir açik arki (40) saptamaya yönelik bir yöntemdir, yöntem asagidaki adimlari a) bir zaman araliginda anot (18) ile katot arasinda bir voltajin büyüklügünün ölçülmesi, burada voltaj büyüklügü, saniyede 15 kilo-numuneden daha az olmayan bir numuneleme hizinda numunelenir; b) zaman araliginda bir süre islevi olarak voltaj büyüklügünün ifade edilmesi; o) zaman araligina yönelik voltajin bir frekans spektrumunun süre islevinden türetilmesi; ve d) ocak içinde bir açik arki (40) gösteren frekans spektrumunda bir niteligi belirlemek üzere voltajin frekans spektrumununun incelenmesi, burada nitelik, bir frekans günlügü islevi olarak frekans Spektrumunun büyüklük günlügünde önemli ölçüde lineer bir düsüstür.
2. 2. Istem l'e göre bir yöntemdir, burada lineer düsüsün egimi -2 derecedir. Istem l'e göre bir yöntemdir, burada adimlar (a), (b), (c) ve (d), birçok ardisik zaman araliginin her birinde tekrar edilir. istem 3,e göre bir yönteindir, burada her zaman araliginda voltaj büyüklügü, ocak içinde (10) bir açik arkin (40) en azindan kurulmasindan dolayi olan voltaj büyüklügünde dalgalanmalari saptama üzere numunelenir. 5. Bir güç kaynagini (20) ve güç kaynagina baglanan bir anot (18) ve bir katodu içeren bir DC plazma ark ocagi (10) içinde bir elektrot (30) tarafindan üretilen bir açik arki (40) saptamaya yönelik aparattir, aparat bir zaman araliginda anot (18) ile katot arasinda bir voltajin büyüklügünü ölçmeye yönelik bir devreyi, burada devre, saniyede 15 kilo-numuneden daha az olmayan bir numuneleine hizinda voltajin büyüklügünü numuneleyecek sekilde uyarlanir, zaman araliginda voltajin bir frekans spektrumunu üretecek sekilde uyarlanan bir islemciyi (54) ve ocak içinde bir açik arki (40) gösteren frekans spektrumunda bir niteligi belirlemek üzere voltajin frekans spektrumunu inceleyecek sekilde uyarlanan diskriminatörü (56) içerir, burada nitelik, bir frekans günlügü islevi olarak frekans spektrumunun büyüklük günlügündeki önemli ölçüde lineer bir . Ocak içinde katoda baglanan bir elektrodun (30) pozisyonunu ayarlamak üzere diskriminatörün bir çikis sinyaline karsilik olarak çalisabilir olan bir vinç ile kombinasyon halinde istem 5,e göre aparattir.