DE2722214A1 - Anordnung zur elektromagnetischen messung des niveaus und/oder abstandes fuer fluessiges, elektrisch leitendes material - Google Patents
Anordnung zur elektromagnetischen messung des niveaus und/oder abstandes fuer fluessiges, elektrisch leitendes materialInfo
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Description
27222U
Die Erfindung betrifft die elektromagnetische Messung des Niveaus und/oder Abstandes in Verbindung mit flüssigem,
elektrisch leitendem Material, welches in einem Behälter enthalten ist ("Behälter" schließt auch einen Kanal oder dergleichen
ein). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung für eine solche Messung, wobei die Anordnung
speziell geeignet ist für die Verwendung in Verbindung mit elektrisch leitendem Material sehr hoher Temperatur, wie z.B.
geschmolzenem Metall.
In der Industrie, vornehmlich der metallurgischen Industrie, wo geschmolzenes flüssiges, elektrisch leitendes Material
gehandhabt wird, gibt es ein großes Bedürfnis für Anordnungen zum Messen des Niveaus des flüssigen Materials in Behältern,
wie z.B. Torpedo- oder Blasenschöpfwagen. Formen zum kontinuierlichen
Gießen, Schmelzöfen und Gießpfannen usw. In letzter Zeit ist dieses Bedürfnis noch betont worden wegen einer erheblichen
Veränderung zu kontinuierlichen Prozessen hin und zu Prozessen, bei welchen große Anforderungen an die Steuerfähigkeit
gestellt wurden. Wegen der speziellen harten Bedingungen, die man in Verbindung mit einer derartigen Industrie anfindet,
wie z.B. hohen Temperaturen, korrosiven Materialien, das Auftreten von viel Eisen und anderen elektrisch leitenden Materialien
in den Behältern und der Umgebung usw., hat man es bis jetzt für sehr schwierig gefunden, eine gewünschte Messung vorzusehen,
insbesondere elektromagnetisch.
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Nichtsdestoweniger sind Anordnungen für die elektromagnetische Messung in Verbindung mit Schmelzöfen vorgeschlagen worden,
welche drei Spulen aufweisen, die auf einem E-förmigen Eisenoder ferromagnetische!! Kern angeordnet sind, wobei der Kern
in einer speziellen Ausnehmung in der ausgekleideten Wand des Schmelzofens in direkter Verbindung zu der darin enthaltenen
Schmelze angeordnet ist. In der Praxis fand man jedoch, daß diese Anordnungen mit schwierigen Problemen verbunden sind,
insbesondere im Hinblick auf die hohe Temperatur und die dadurch notwendige Kühlung und der schwachen Zuverlässigkeit
trotz des hohen Preises. Deshalb sind solche Anordnungen allgemein nicht benutzt worden.
Ih den Industrien der genannten Art besteht auch ein großes Bedürfnis
nach Anordnungen zum Messen und Anzeigen des oft sehr schnellen Abriebes und der Erosion der Auskleidungen aus feuerbeständigem
Material, die man in den meisten Fällen in den Behältern findet, welche das flüssige, elektrisch leitende Material
enthalten, denn es ist vom Sicherheitsstandpunkt und auch von dem Standpunkt der Wirtschaftlichkeit sehr wichtig,
wenn man in der Lage ist, genau zu bestimmen, wann der Behälter außer Betrieb genommen und mit einer neuen Auskleidung versehen
werden muß.
Zu diesem Zweck hat man vorgeschlagen, Elemente in die Auskleidung
einzusetzen, z.B. Thermoelemente oder Leiterschleifen, die stufenweise angeordnet sind, die aber bei fortschreitendem Ab-
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rieb und fortschreitender Erosion zerstört werden, wodurch elektrisch erfaßbare Zustände hervorgerufen werden, die anzeigen,
wie weit der Abrieb und die Erosion fortgeschritten sind.
DLese Lösungen haben jedoch viele Nachteile, wie z.B. den, daß die eingebrachten Elemente ersetzt werden müssen, wenn
die Auskleidung ausgewechselt wird, daß eine Vielzahl von Elementen und eine entsprechend große Zahl von verdrahteten
Leitungen damit verbunden sind, wodurch unter anderem eine merkliche Arbeit zum Verbinden erforderlich ist, daß andere
Erscheinungen wie die beabsichtigten die Messungen beeinflussen, usw. Deshalb sind die Anordnungen der oben beschriebenen
Arten nicht weitgehend benutzt worden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue verbesserte Anordnung
der eingangs genannten Art vorzusehen, die es unter anderem ermöglicht, sowohl das Niveau als auch den Abstand
zu messen (d.h. Abrieb und Erosion), welche einfache und leicht einstellbare und im allgemeinen gesprochen widerstandsfähige
Elemente verwendet in Verbindung mit dem flüssigen, elektrisch leitenden Material, so daß man eine lange Lebensdauer auch in
Verbindung mit häufigem Auskleidungsaustausch erhält, wenn die Elemente darin angeordnet sind, eine große Flexibilität hat,
die sie leicht bei unterschiedlichen Anwendungen anpafibar macht, exakte und leicht auslesbare Meßwerte gibt, und auch sonst die
oben erwähnten Nachteile nicht hat.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der
Ansprüche gelöst.
Sbmit 1st die Anordnung der Erfindung im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein Wechselstromnetzgerät aufweist, eine separate und im wesentlichen frei einstellbare Senderoder Erregerspule aufweist, die in Vereinigung mit der Wand
des Behälters und so angeordnet ist, daß sie von dem Wechselstromnetzgerät zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes
in Verbindung mit dem flüssigen, elektrisch leitenden Material erregbar ist, eine separate und im wesentlichen frei einstellbare Empfänger- oder Abfühlspule in Vereinigung mit der Wand
des Behälters im Abstand von der Senderspule und so angeordnet ist, daß sie das von der Wechselstromerregung der Senderspule
abgeleitete magnetische Wechselfeld abfühlt, wobei die Senderund Empfängerspulen zueinander derart angeordnet sind, daß
die Empfängerspule das magnetische Wechselfeld solange abfühlt, wie das Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials
unter einem vorbestimmten Niveau liegt, welches durch den Ort der Spulen in Vereinigung mit der Wand des Behälters gegeben
ist, sowie derart, daß die Empfängerspule erheblich weniger magnetisches Wechselfeld abfühlt wegen des Abschirmeffektes
des flüssigen, elektrisch leitenden Materials, wenn das Niveau des Materials ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, und wobei eine signalverarbeitende Einrichtung mit der Empfängerspule zum Erfassen und Verarbeiten von in der Empfängerspule
durch das magnetische Wechselfeld induzierten WechselstromsLgnalen verbunden ist. - 11 -
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Somit wirkt das flüssige, elektrisch leitende Material beim Anstieg seines Niveaus wie ein magnetischer Wechselstromschirm
zwischen den Speicher- und Empfängerspulen.
In zweckmäßiger Weise sind die Sender- und Empfängerspulen versetzt zueinander derart angeordnet, daß wenn das Niveau
des flüssigen Materials erheblich unter dem vorbestimmten Wert liegt, die Empfängerspule nur einen unwesentlichen Teil
des magnetischen Wechselfeldes abfühlt, welches von der Senderspule erzeugt ist, und daß wenn das Niveau des flüssigen Materials
auf ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, die Empfängerspule ein mehr und mehr stärkeres magnetisches Wechselfeld abfühlt
wegen des Einflusses der elektrischen, an der Oberfläche des flüssigen Materials durch das magnetische Wechselfeld,
welches durch die Senderspule erzeugt ist, induzierten Ströme.
Unter dem Begriff "separat" versteht man, daß die Spulen nicht
mechanisch aneinander angebracht sind, wie es z.B. der Fall ist, wenn Spulen auf einem gemeinsamen Spulenfinger aufgewickelt
werden. Somit können die Spulen bei einem merklichen Abstand voneinander angeordnet werden. In jedem Falle sollte der Abstand
zwischen den Spulen größer sein als der kleinste Abstand zwischen dem elektrisch leitenden Material und einer Spule.
Vorzugsweise ist die Empfängerspule so angeordnet, daß ihre
Ebene im wesentlichen senkrecht zu dem Magnetfeld liegt, welches durch die Senderspule erzeugt ist, sowie zu dem Magnetfeld,
welches durch den Strom erzeugt ist, der in dem flüssigen,
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elektrisch leitenden Material induziert ist.
Die Senderspule kann im wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet sein, und die Empfängerspule kann im wesentlichen
in einer zweiten Ebene angeordnet sein, wobei die erste und die zweite Ebene einen Winkel miteinander bilden. Die Spulen
können so angeordnet sein, daß ihre Achsen in ein und derselben Ebene liegen. Eine der Spulen kann über der Oberfläche
des flüssigen, elektrisch leitenden Materials angeordnet sein, wobei die Achse dieser Spule zu der Oberfläche hin gerichtet
ist, vorzugsweise im wesentlichen unter rechten Winkeln zu
kann der Oberfläche, und die andere Spule in einer Seitenstellung bezüglich des flüssigen, elektrisch leitenden Materials angeordnet
sein.
QLe Spulen können im wesentlichen in ein und derselben Ebene
nebeneinander und im Abstand voneinander angeordnet sein.
DLe Spulen können auch in Ebenen angeordnet sein, die im wesentlichen
parallel sind und auf gegenüberliegenden Seiten des flüssigen, elektrisch leitenden Materials liegen. Eine solche
gegenüberliegende Stelle oder ein solcher Ort kann z.B. verwendet werden, wenn die Geometrie oder die Gestalt hinsichtlich
des übrigen Teils nicht einen Ort gestattet, in welchem die Ebenen der Spulen einen Winkel von z.B. 9O° bilden. Dies
kann der Fall sein, wenn man bei einem offenen Kanal mißt.
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Die Spulen sind kernlos und weisen in den meisten Fällen jede nur wenige Windungen, vorzugsweise eine einzige Windung
auf. Das bedeutet, daß schwierige Probleme mit der Isolation zwischen den Spulenwindungen entfernt sind, wobei diese,Probleme
vor allem durch die hohen Betriebstemperaturen hervorgerufen sind, welche einen Kohlenstoffniederschlag bzw. das Ausfällen
von Kohlenstoff auf in Verbindung mit Ausmauerungen angeordneten Spulenwindungen hervorrufen können und Verrückungen von
Drahtwindungen zueinander hervorrufen können. Die einfache Gestaltung der Spulen ermöglicht es, sie leicht in oder
hinter einer feuerfesten Auskleidung anzuordnen, in zwecknfißiger
Weise so, daß die Leiter der Spulen in den Verbindungen zwischen den separaten Ausmauerungen der Auskleidung angeordnet
sind. Auch ermöglicht es die einfache Gestaltung, daß man den Spulen eine erhebliche Größe gibt, ohne daß sie unhandlich
werden, und daß man sie von Personal einbauen läßt, die normalerweise den Behälter mit seiner Auskleidung versehen. In
vorteilhafter Weise sind die Leiter der Spulen in einer elektrisch leitenden Hülle eingeschlossen, sind aber gegen diese
isoliert, wobei die Hülle nicht kurzschließend und nicht magnetisch ist. Vorzugsweise ist die Hülle aus nichtrostendem
Stahl oder einem anderen thermisch widerstandsfähigen Material hergestellt. Ein Ende der Hülle kann geerdet sein. Dies bedeutet,
daß die Spulen im allgemeinen Sinne widerstandsfähiger sind, ebenso elektrisch abgeschirmt sind, so daß die Empfindlichkeit
auf elektrische Störungen oder Verzerrungen vermindert ist. In zweckmäßiger Weise sind die Spulenverbindungsdrähte
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auf der Außenseite des Behälters In Stahl-Rohren angeordnet,
die sich zu einer Verbindungsstelle zu abgeschirmten Kabeln
von dem Hechselstromnetzgerät, der signalverarbeitenden Einrichtung und einem anderen ähnlichen Gerät erstrecken.
Die signalverarbeitende Einrichtung weist eine Einrichtung auf
zur Bestimmung der Größe des Signals, welches in der Empfängerspule erfaßt ist, und eine Einrichtung auf zur Erzeugung eines
Steuersignals in Abhängigkeit von diesem Punkt. In zweckmäßiger Weise wird das Steuersignal erzeugt, wenn die Größe des
erfaßten Signals nach überschreiten eines oberen Wertes wieder fällt, d.h. wenn der zuvor erwähnte Abschirmeffekt beginnt.
Dieser Effekt wird sehr betont, d.h. die Größe des Signals sinkt rasch. Folglich ist der Effekt gut definiert und leicht
zu beobachten.
Man hat gefunden, daß der obere Wert des erfaßten Signals stark vom Abrieb und der Erosion der Auskleidung des Behälters
abhängt, wenn mindestens eine Spule in Vereinigung mit dieser angeordnet ist. Somit ermöglicht die Bestimmung und die überwachung
des oberen Wertes die Beobachtung des Abriebes und der Erosion, um zu bestimmen, ob eine neue Auskleidung eingebaut
werden muß.
Um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten, ist es wichtig, daß das magnetische Wechselfeld, welches von der Senderspule
erzeugt ist, sich in seiner Stärke nicht verändert, auch nicht
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bei sich verändernden Betriebsbedingungen, z.B. sich verändernder Temperatur. Zu diesem Zweck ist das Wechselstromnetzgerät
in geeigneter Weise für die Konstantstromversorgung der Senderspule angeordnet, wobei der Einfluß eines sich z.B.
verändernden Widerstandes der Senderspule infolge einer sich verändernden Temperatur eliminiert ist, weil die Stärke des
erzeugten magnetischen Wechselfeldes proportional zu dem Produkt der induktiven Reaktanz der Spule und der Stromstärke
ist.
Um das erhaltene Basissignal möglichst niedrig zu halten, d.h. das Ausgangssignal bei fehlendem oder wenig flüssigem Material
im Behälter niedrig zu halten (und dadurch den relativen Signalanstieg bei steigendem Niveau des flüssigen Materials so groß
wie möglich zu halten) und um den Einfluß von Störungen aus den umgebenden Bereichen noch mehr zu reduzieren, wird in geeigneter
Weise von dem von der Empfängerspule erhaltenen Signal ein Signal subtrahiert, welches ein geeigneter Bruchteil des
Signals ist, welches der Senderspule zugeführt wird, so daß das erhaltene Basissignal im wesentlichen Null ist. Im Hinblick
auf auftretende Phasenverschiebungen kann es dann nützlich sein, auch eine geeignet eingestellte Phasenschiebung entweder für
das Bruchteilsignal oder für das aus der Empfängerspule erhaltene
Signal einzuführen.
Es muß bemerkt werden, daß eine Spulenanordnung gemäß der Erfindung
einen sehr charakteristischen Signalverlauf gibt dadurch, daß das anfängliche Signal auf einen oberen Wert ansteigt und
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danach schnell absinkt oder abfällt. Dies ist von wesentlicher Bedeutung bezüglich der Nützlichkeit der Erfindung,
insbesondere in Verbindung mit dem Füllen eines Behälters, denn der charakteristische Signalverlauf kann erfaßt werden
und ein sicheres Kriterium für die Tatsache bedeuten, daß das Meßsystem in jeder Beziehung geeignet arbeitet. Ferner
schafft die Erfindung die Möglichkeit, das Niveau mit einer Genauigkeit unabhängig vom Grad des Abriebes und der Erosion
der Behälterwand zu messen, denn das Verhältnis zwischen dem maximalen Signalwert und dem ein gegebenes Niveau definnierenden
Signal ändert sich nicht bei fortschreitendem Abrieb und Erosion, sondern ist nur von dem Ort der verwendeten Spulen
abhängig.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden.Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen« Es zeigen:
Fig.l eine Teillängsschnittansicht durch einen Torpedobzw.
Bläsenschöpfwagen, der mit Spulen versehen ist,
die in einer Anordnung gemäß der Erfindung eingeschlossen sind,
Fig.2 einen Querschnitt durch den in Fig.l veranschaulichten
Teil des Blasenschöpfwagens, wobei der Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig.l genommen ist,
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Fig.3 eine Querschnittsansicht durch einen Draht der für die
in den Figuren 1 und 2 gezeigten Spulen verwendet wird,
Fig.4 ein Schaltdiagramm einer Anordnung gemäß der Erfindung,
hauptsächlich als Blockdiagramm,
Fig.5 eine schematische Darstellung unter Veranschaulichung,
wie das in der Anordnung der Figuren 1 und 2 erhaltene Ausgangssignal sich mit dem Niveau des flüssigen,
elektrisch leitenden Materials sich ändert,
Fig.C eine perspektivische schematische Ansicht einer Gießform
für das kontinuierliche Gießen, welche mit Spulen versehen ist, die in einer Anordnung gemäß
der Erfindung eingeschlossen sind, ·
Fig.7 und 8 schematisch einen vertikalen Teilschnitt bzw.
einen horizontalen Teilschnitt durch einen Schmelzofen oder eine Form, wobei der Schmelzofen oder die
Form mit Spulen versehen ist, die auf eine zusätzliche Weise angeordnet und in einer Anordnung gemäß dieser
Erfindung eingeschlossen sind, und
Fig.9 eine schematische Darstellung unter Veranschaulichung,
wie sich das erhaltene Ausgangssignal gemäß dem Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials verändert,
wenn eine Anordnung der Figuren 7 und 8 verwendet wird.
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Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen, wie eine Senderspule
und eine Empfängerspule 2 gemäß der Erfindung in einen herkömmlichen Torpedo- bzw. Blasenschöpfwagen 3 für geschmolzenes Metall angeordnet sind, wobei der Wagen in wesentlichen
Zigarrengestalt hat. Die Spulen sind in den kreiszylinderförmigen Mittelteil des Blasenschöpfwagens in der Nahe des
Metallbelade- und -entladeabschnitts 5 des Schöpfwagens angeordnet, wobei dieser Abschnitt in der Mitte des Wagens liegt
und mit einer Öffnung versehen ist. Wie allgenein bekannt, weist der Torpedogießpfannenwagen oder Blasenschöpfwagen ein
äußeres Stahlgehäuse, eine Wärmeisolation 7 und eine Aufteilung 9 auf, die aus feuerfester Ausmauerung 8 aufgebaut
ist, wobei die Spulen 1 und 2 in Vereinigung mit der Auskleidung angeordnet sind.
Die Empfängerspule 1 ist im obersten Teil des Torpedogießpfannenwagens angeordnet und viereckig, wobei die Seite in
der Größenordnung von 1 m liegt. Die Empfängerspule besteht
aus einer einzigen horizontalen Drahtwindung, wobei ihre zwei Längsseiten oder Teile parallel zur Längsachse des
Torpedogießpfannenwagens 3 und symmetrisch zu dieser Achse in der Ubergangszone IO zwischen der Isolierung 7 und der
Endoberfläche der feuerfesten Ausmauerungen 8 liegen, welche zur Außenseite des Wagens gerichtet sind. Die Querseiten oder -teile der Drahtwindung sind so ausgestaltet,
daß sieauch der zylindrischen Ubergangszone zwischen der Isolierung 7 und den Endoberflächen der feuerfesten Ausmaue-
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rung 8 folgen, welche zur Außenseite des Wagens gerichtet sind, wenngleich in diesem Falle unter rechten Winkeln
zur Längsachse des Torpedogießpfannenwagens. Die Verbindungsdrähte 13 der Senderspule 13 gehen direkt nach draußen
durch die Isolierung 7 und das Stahlgehäuse 6 von einer Ecke der Spule auf beliebige geeignete Weise (nicht dargestellt) . Die Verbindungsdrähte 13 bestehen aus Verlängerungen
der Spulendrahtwindung. Auf der Außenseite des Torpedogießpfannenwagens sind die Verbindungsdrähte 13 mit herkömmlichen Drähten verbunden, welche durch (nicht dargestellte)
Stahlrohre gehen, und zwar für die Verbindung an ein Wechselstromnetzgerät, wie im Diagramm der Fig.4 gezeigt.ist.
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Die Empfängerspule 2 ist in dem Seitenteil des Torpedogießpfannenwagens
angeordnet und ist rechteckig, wobei die längeren Seiten in der Größenordnung von 1 m und die kürzeren
Seiten in der Größenordnung von 0,3 m liegen. Die Empfängerspule weist auch eine einzige, in einer Ebene liegende Drahtwindung
auf. Die Längsseiten oder -teile der einzigen Drahtwindung erstrecken sich horizontal und parallel zur Längsachse
des Torpedogießpfannenwagens 3 in der oben erwähnten Übergangszone 10 zwischen der Isolierung 7 und der feuerfesten Ausmauerung
8. Die Querseiten oder -teile der Draht- oder Leitungswindung erstrecken sich unter rechten Winkeln zur Längsachse
des Torpedogießpfannenwagens in der Übergangszone zwischen der Isolierung 7 und der feuerfesten Ausmauerung 8. Die Querseiten
oder -teile der Senderspule 1 und der Empfängerspule 2 sind
in dem selben vertikalen Querschnitt angeordnet, d. h. die Spulen sind in dem selben Längsschnitt des Torpedogießpfannenwagens
angeordnet und haben dieselbe Längserstreckung. Jedoch bildet die Ebene der Empfängerspule 2 mit der Ebene der Senderspule
1 einen Winkel von etwa 135 , wobei der Winkel dazu vorgesehen ist, derjenige Winkel zu sein, welcher zu dem flüssigen, elektrisch
leitenden Material 4 gerichtet ist. Somit bilden die Achsen der Spulen, die zu ihren entsprechenden Ebenen senkrecht
sind, einen Winkel von etwa 45 zueinander. Die obere Längsseite der Empfängerspule 2 liegt im wesentliche! auf einem
Niveau bei dem gewünschten Füllniveau (d. h. dem gewünschten Niveau der Oberfläche 14 des flüssigen Materials 4) in dem
Torpedogießpfannenwagen, d. h. unmittelbar unter der Unterseite der obersten Ausmauerung 8 oder gerade unter dem obersten
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Niveau des Innenraumes des Torpedogießpfannenwagens. Die Achse
der Empfängerspule 2 erstreckt sich senkrecht zur Längsmittelachse
des Torpedogießpfannenwagens und durch diese hindurch. Außerdem gilt dasselbe für die Achse der Senderspule 1. Hinsichtlich
der Verbindungsdrähte 15 der Empfängerspule 2 gelten dieselben Zustände wie oben erwähnt in Verbindung mit den Verbindungsdrähten
13, aber für die Tatsache, daß die damit verbundenen Drähte mit der Signalverarbeitungseinrihtung der
Anordnung verbunden sind, wie im Diagramm der Fig. 4 gezeigt ist.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Seite oder ein Teil einer Drahtwindung für die Sender- oder Empfängerspule gezeigt.
Gemäß Darstellung weist der Spulendraht gemäß der Erfindung einen inneren Draht 31 aus "Kanthai", eine Isolation 32 aus
keramischem Material, welche den Draht umwickelt und gegen hohe Temperatur widerstandsfähig ist, und eine äußere Hülle
33 auf aus nicht rostendem Stahl. Auf diese Weise erhält man eine Spule, die im allgemeinen Sinne gegen einen Einfluß unempfindlich
ist und mechanisch fest ist und folglich leicht zu handhaben ist. Auch läuft der eigentliche Leiter 31 wenig
Risiko, beeinflußt oder einer Veränderung unterzogen zu werden. Die Hülle 33, welche elektrische Störungen oder Verzerrungen
abschirmt, kann an einem Ende geerdet sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
In Fig. 4 ist eine kombinierte Schaltung und ein Blockdiagramm
einer Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung ge-
709848/1029 _22_
27222ΊΑ
zeigt, wobei die Ausführungsform geeignet für die Benutzung
in Verbindung mit einer Installation oder Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 ist. Die Anordnung weist ein Wechselstromnetzgerät
41 auf, welches eine Senderspule 1 über eine Strcmabfühlschaltung
32 versorgt. Die Schaltung 42 ist angeordnet, um das Wechselstromnetzgerät 41 über eine Leitung 43 mit einem
Steuersignal zu versehen, welches von der Stromstärke abhängt, die der Senderspule 1 zugeführt ist, so daß die Senderspule 1
mit konstanter Stromstärke versorgt wird. Ein solcher Betrieb zum Konstanthalten der Stromstärke in einem Leiter ist an sich
bekannt und braucht deshalb im einzelnen hier nicht mehr beschrieben zu werden.
Eine Empfängerspule 2 ist mit der Primärwicklung 45 eines Transformators
mit einem Ferritkern 46 verbunden, dessen Sekundärwicklung mit dem Eingang eines Verstärkers 48 verbunden ist.
Der Traniormator ist dicht an der Empfängerspule 2 angeordnet
und in einer Stahlhülle eingeschlossen, so daß der Transformator, die Empfängerspule und die Verbindungsdrähte vollständig
gegen Einflüsse oder Stör- bzw. Verzerrungsfelder abgeschirmt sind. Der Ausgang des Verstärkers 48 ist mit einem Eingang einer
Differenzierschaltung oder eines Verstärkers 49 verbunden. Der andere Eingang der Schaltung 49 wird von dem Wechselstromnetzgerät
41 über eine Schaltung 50 versorgt. Diese Schaltung ist zur einstellbaren Steuerung der Amplitude und/oder der
Phase des Signals angeordnet, welches dem anderen Eingang der Schaltung 49 zugeführt wird, so daß bei der Abwesenheit des
flüssigen Materials im Behälter, in welchem die Spulen 1 und
709848/1029 _23_
~23" 27222H
2 angeordnet sind, das von der Schaltung 49 oder von den folgenden
Schaltungen erhaltene Basissignal oder Grundsignal im wesentlichen Null ist. Der Ausgang der Schaltung 49 ist mit dem Eingang
eines Hoch- oder Bandpassfilterschaltkreises 51 verbunden, der
ist
für die ausgewählte Betriebsfrequenz ausgelegt/und gegebenenfalls
eine eingebaute Verstärkung hat. Der Ausgang des Filterschaltkreises 51 ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung 52
und 53 verbunden, welche erste und zweite Amplitudenabfühlschaltkreise 52 bzw. 53 aufweist. Die erste Amplitudenabfühlschalteinrichtung
52 ist angeordnet, um ein erstes Steuersignal auf dem Ausgang 54 zu erzeugen, wenn die Amplitude des Signals von
der Schaltung 51 ein erstes vorbestimmtes Niveau überschritten hat und danach merklich unter ein zweites vorbestimmtes Niveau
abgefallen ist, welches vorzugsweise ein bestimmter Bruchteil des oberen Wertes ist, an welchem das Signal vorbeigelaufen ist.
Dieses erste Steuersignal ist dazu vorgesehen, z.B. eine Einrichtung zu betätigen, welche die Zufuhr des Materials zum Behälter
steuert, um diese Zufuhr anzuhalten. Die andere Amplitudenabfühleinrichtung 53 ist angeordnet, um ein zweites Steuersignal
auf dem Ausgang 55 zu erzeugen. Das zweite Steuersignal ist proportional zu dem oberen Amplitudenwert des Signals von
der Schaltung 51 und folglich dem Abrieb und der Errosion der Auskleidung in dem Behälter. Dieses zweite Steuersignal kann
mehr oder weniger kontinuierlich mittels eines geeigneten Ausleseinstrumentes gelesen oder überwacht oder mittels einer
Alarmschaltung beobachtet werden,welche Alarm gibt, wenn das Steuersignal ein bestimmtes Niveau erreicht hat.
-24-
709848/10 2 9
Da es bekannt ist, wie die Amplitudenabfuhleinrichtungen ausgebildet
sein können, z. B. während der Benutzung von Gleichrichtereinrichtungen, Spannungsvergleicheinrichtungen, Gatter- und
logischer Elemente usw., ist eine genauere Beschreibung davon hier nicht notwendig.
Hinsichtlich der Dimensionierung der Anordnung gemäß Fig. 4 werden folgende Leitwerte gegeben:
Betriebsfrequenz ein oder wenige kHz
Betriebsfrequenz ein oder wenige kHz
Strom durch die Senderspule: in der Größenordnung von 1 bis 10 A
Widerstand der Senderspule: . in der Größenordnung von 1 bis 10 Ohm
Widerstand der Empfängerspule: in der Größenordnung von 10 Ohm
Induktive Reaktanz der
Primärwicklung (Transformator) : in derselben Größenordnung wie der
Primärwicklung (Transformator) : in derselben Größenordnung wie der
Widerstand der Empfängerspule
Transformationsverhältnis (Transformator): in der Größenordnung von 5 ~ 50.
In Fig. 5 ist in typischer Weise die Abhängigkeit der Größe des Ausgangssignals z. B. von der Schaltung 51 der Fig. 4 auf
dem Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials im Behälter gezeigt, in welchem die Spulen 1 und 2 eingebaut sind.
In der Figur bezieht sich die ausgezogene Kurve auf die Zustände, wenn die Auskleidung neu ist, während die gestrichelte Kurve
sich auf die Zustände oder Bedingungen bezieht, wenn die Ausτ
kleidung schwer unter Erosion gelitten hat. Aus den Kurven erkennt man, daß die Größe des Signals auf ein Niveau des Materials
ansteigt, bei welchem das magnetische Wechselfeld durch
709848/1029 ~25-
die Empfängerspule aufhört anzusteigen, weil das magnetische
Feld, welches infolge des Einflusses des flüssigen, elektrisch leitenden Materials komprimiert worden ist, mehr und mehr ausserhalb
der Empfängerspule zu fallen beginnt. Somit beginnt der
Abschirmeffekt des elektrisch leitenden Materials sich selbst zu festigen. Kurz danach fällt das Signal sehr rasch und merklich
ab, wenn die Empfängerspule vollständig abgeschirmt wird.
Aus den Kurven wird also klar, daß raan gefunden h±, daß die
Größe des Signals auf ein und demselben Niveau stark zunimmt, wenn die Auskleidung erodiert oder weggefressen ist. Jedoch
bildet das Verhältnis zwischen einem Signal und dem oberen Wert immer ein spezifisches Niveau auf genaueWeise. Dies bedeutet,
daß die hervorragende Genauigkeit der Niveaumessungen aufrechterhalten werden kann, während der Abrieb oder die Erosion zunehmen,
und zwar ohne jegliche Notwendigkeit der Nachkalibrierung oder Einstellung. Gleichzeitig ist es möglich, dem Abrieb
oder der Erosion recht leicht dadurch zu folgen oder sie zu beobachten, daß man den oberen Wert des Signals erfaßt.
Es sei bemerkt, daß eine Anordnung gemäß dieser Erfindung eine eingeschlossene Funktionsprüfung dadurch gibt, daß die Signalkurve
den vorbestimmten Verlauf haben sollte, wenn die Funktion oder der Betrieb fehlerlos ist.
Fig. 6 veranschaulicht sehr schematisch ein Beispiel, wie die Spulen einer Anordnung gemäß dieser Erfindung in Verbindung mit
dem Niveau-abfühlen und der Steuerung beim kontinuierlichen Formgießen angeordnet sein kann. Die Form weist in herkömmlicher
709848/1029 ~26~
Weise eine innere Kupferschale 60 auf mit einer Dicke von z. B. 10 mm und hat einen vertikalen Gießkanal 63 durch alle Teile,
wobei der Kanal bei der dargestellten Ausführungsform einen
rechteckigen Querschnitt hat. Die Kupferschale 60 ist von einem (nicht dargestellten) Gehäuse umgeben, welches es ermöglicht,
die Kupferschale durch Zirkulieren eines Kühlmediums im Raum zwischen der Kupferschale und dem nicht dargestellten
Gehäuse zu kühlen. Geschmolzenes Material wird dem Gießkanal von oben in der Form eines Stromes 64 zugeführt, und ein erstarrter
Materialstrang 65 wird von unten herausgezogen, wie in der Figur gezeigt ist. Die Beschickung oder Zufuhr des geschmolzenen
Materials und das Herausziehen des Materialstranges muß steuerbar sein, so daß das Niveau der Oberfläche 66
des noch flüssigen Materials innerhalb der Kupferschale 60 so konstant wie möglich gehalten wird. Eine solche Steuerung macht
es jedoch erforderlich, daß das Niveau des geschmolzenen Materials innerhalb der Kupferschale bestimmt werden kann. Dieses
wird durch die Anordnung gemäß der Erfindung möglich.
Die mit einer einzigen Windung versehene, im allgemeinen rechteckige
Senderspule 61 der zuvor beschriebenen Art wird vertikal neben einer Außenoberfläche der Kupferschale 60 oder des Kupfermantels
60 angeordnet. Die Senderspule hat eine Breite in derselben Größenordnung wie die Breite der Seitenoberfläche und
ist so angeordnet, daß ihr Mittelpunkt im wesentlichen auf einem Niveau bei dem gewünschten Niveau für das geschmolzene Material
oder etwas unter diesem innerhalb des Kupfermantels 60 liegt. Mit anderen Worten ist die Senderspule im wesentlichen
709848/1029 ~27"
um die Mitte der Seitenoberfläche des Kupfermantels angeordnet.
Eine mit einer einzigen Windung versehene, im allgemeinen rechteckige Empfängerspule 62 ist vertikal neben einer zweiten
äußeren Seitenoberfläche des Kupfermantels 60 angeordnet. Die
Empfängerspule, deren Ebene somit unter einem Winkel von 90° zur Ebene der Senderspule angeordnet ist, hat eine Breite in
derselben Größenordnung wie die Breite der zweiten äußeren Seitenoberfläche
.
Die Spulen 61 und 62 haben die gleiche Höhe und sind auf demselben
Niveau angeordnet.
Die Spulen 61 und 62 können gemäß den in Verbindung mit Fig. beschriebenen Ausführungen hergestellt werden. Da die Spulen
61 und 62 jedoch in dem Kühlraum zwischen dem Kupfermantel 60 und dem umgebenden Gehäuse, welches nicht dargestellt ist,
angeordnet werden können, und folglich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sind, können die Spulen auch eine einfachere Gestaltung
haben. In diesen Fällen können sogar Spulen mit mehreren Windungen verwendet werden.
In geeigneter Weise sind die Spulen 61 und 62 mit einer Schaltung gemäß Fig. 4 verbunden. Die Signalverarbeitungseinrichtungen
52 und 53 können jedoch durch eine einfache Signalamplitudenabfühleinrichtung für die Erwägung eines Steuersignals ersetzt werden, welches sich in Abhängigkeit von dem Niveau
709848/1029 _28-
des geschmolzenen Metalls innerhalb des Kupfermantels 60 verändert.
Dieses Steuersignal kann für die Schaffung der oben erwähnten gewünschten Steuerung verwendet werden.
Das erhaltene Steuersignal hat einen Verlauf, d. h. eine Niveauabhängigkeit,
der im wesentlichen konform mit dem in Fig. 5 ist. Um die beste Steuerfähigkeit zu erhalten, sollte das gewünschte
Niveau innerhalb der Kupferschale dasjenige Niveau sein, bei welchem man etwa in der Mitte der im wesentlichen linear fallenden
Flanke einer Kurve gemäß Fig. 5 ist. Dies bedeutet, daß das gewünschte Niveau näherungsweise mit der horizontalen Mittellinie
der Senderspule 61 zusammenfällt oder etwas über dieser Mittellinie liegt.
Die Figuren 7 und 8 veranschaulichen schematisch, wie eine Senderspule
71 und eine Empfängerspule 72 gemäß der Erfindung in der Wand eines Schmelzofens oder einer Form 73 angeordnet sein können.
Die Spulen, die in diesem gezeigten Falle gleiche Größe, eine einzige Windung haben und quadratisch sind, sind zwischen
dem isolierenden äußeren Gehäuse 76 des Schmelzofens und der feuerbeständigen Ausmauerungs-Auskleidung 78 des Schmelzofens
und in Vereinigung mit einer Ecke des Schmelzofens angeordnet. Die ebenen Spulen sind auf demselben Niveau und symmetrisch zur
Ecke des Schmelzofens angeordnet. Somit bilden die Spulen miteinander einen Winkel von 90°.
Die Spulen 71 und 72 können mit einer Schaltungsanordnung, welche
im wesentlichen der gemäß Fig. 4 entspricht, verbunden sein, mit
709848/1029 -29-
27222H
der Ausnahme, daß die Schaltung 50 und die zugehörige Verbindung zwischen den Schaltkreisen 41 und 49 weggelassen sind.
Die typische Abhängigkeit der Größe des erhaltenen Ausgangssignals von dem Niveau des flüssigen, elektrisch Jeitenden
Materials in dem Schmelzofen ist in Fig. 9 gezeigt. Auch in diesem Falle bezieht sich die ausgezogene Kurve auf die Bedingungen
oder Zustände, wenn die Auskleidung neu ist, und die gestrichelte Kurve bezieht sich auf die Zustände, wenn die Auskleidung schwer
erodiert ist.
Obwohl die Erfindung unter enger Anlehnung an spezielle Ausführungsformen
beschrieben worden ist, versteht es sich, daß sie auf diese nicht beschränkt ist, sondern daß Änderungen und Modifikationen
im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Beispielsweise ist es somit möglich, die Sender- und/oder Empfängerspule doppelt
oder mehrfach auszuführen, um das erzeugte magnetische Wechselfeld und/oder dessen Teil zu erhöhen, der abgefühlt wird, oder
um ausgeglichene Zustände und Bedingungen zu erhalten oder um ein eindeutiges Verhältnis zwischen der erhaltenen Signalamplitude
und der zu messenden Größe vorzusehen.
709848/1029
Leerse
ite
Claims (18)
1.j Anordnung zum elektromagnetischen Messen des Niveaus und/oder
Abstandes in Verbindung mit flüssigem, elektrisch leitendem Material, welches in einem Behälter enthalten ist, insbesondere
elektrisch leitendes, geschmolzenes Material mit sehr hoher Temperatur, wie z.B. geschmolzenes Metall, dadurch ge kennzeichnet,
daß ein Wechselstromnetzgerät vorgesehen ist, eine separate Senderspule in Vereinigung mit der Wand des Behälters
so angeordnet ist, daß sie von dem Wechselstromnetzgerät
7098^8/1029
ORIGINAL INSPECTED
27222H
erregt würde zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes in Verbindung mit dem flüssigen, elektrisch leitenden Material,
das eine separate Senderspule in Vereinigung mit der Wand des Behälters unter einem Abstand von der Senderspule so angeordnet
ist, daß sie das von der Wechselstromerregung der Senderspule abgeleitete magnetische Wechselfeld abfühlt, daß die
Sender- und Empfängerspulen relativ zueinander derart angeordnet sind, daß die Empfängerspule das magnetische Wechselfeld
abfühlt, wenn das Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials unter einem bestimmten Niveau ist, welcher durch
den Ort der Spulen in Vereinigung mit der Wand des Behälters gegeben ist, und daß die Empfängerspule merklich weniger magnetisches
Wechselfeld abfühlt infolge des Abschirmeffektes des flüssigen, elektrisch leitenden Materials, wenn das Niveau
des Materials ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung mit der Empfängerspule verbunden
ist zum Nachweis und zur Verarbeitung von Wechselstromsignalen, welche in der Empfängerspule durch das magnetische
Wechselfeld induziert sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- und Empfängerspulen versetzt zueinander derart angeordnet
sind, daß wenn das Niveau des flüssigen Materials merklich unter dem vorbestimmten Niveau ist, die Empfängerspule
nur einen unbedeutenden Teil des magnetischen Wechselfeldes abfühlt, welcher von der Senderspule erzeugt ist, und daß wenn
das Niveau des flüssigen Materials zu dem vorbestimmten Niveau ansteigt, die Empfängerspule ein mehr und mehr stärkeres magne-
709848/1029 ~3~
27222H
tisches Wechselfeld abfühlt infolge des Einflusses der elektrischen
Ströme, welche an der Oberfläche des flüssigen Materials durch das durch die Senderspule erzeugte magnetische
Wechselfeld induziert sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderspule im wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet
ist und die Empfängerspule im wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet ist und daß die zweite Ebene im allgemeinen
senkrecht zum Magnetfeld von der Senderspule liegt sowie zu dem Magnetfeld von den Strömen, die in dem flüssigen,
elektrisch leitenden Material induziert sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spule über der Oberfläche des flüssigen, elektrisch leitenden Materials angeordnet ist, die Achse der
Spule zu der Oberfläche hin gerichtet ist, vorzugsweise im wesentlichen unter rechten Winkeln zu der Oberfläche, und daß
die andere Spule so angeordnet ist, daß ihre Achse im wesentlichen quer zur Achse der einen Spule gerichtet ist und sich
ihr oberster Teil im wesentlichen auf einem Niveau bei dem vorbestimmten Niveau befindet.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere
wenn der Behälter sich in einem Torpedo- bzw. Blasenschöpfwagen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule in Verbindung
mit einem Dachwandteil des Behälters angeordnet ist, die Achse der Spule nach unten in den Behälter hinein gerichtet
709848/1029 " 4 "
27222H
ist und daß die andere Spule in Vereinigung mit einem Seitenwandteil
des Behälters angeordnet ist und die Achse der anderen Spule in den Behälter hinein gerichtet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spule eine im allgemeinen ebene Gestalt hat, viereckig
ist und im wesentlichen horizontal angeordnet ist, daß zwei Seiten der einen Spule im wesentlichen parallel zur Längsrichtung
des Blasenschöpfwagens ausgerichtet ist, und daß die andere Spule eine im allgemeinen ebene Gestalt hat, rechteckig
ist und bezüglich der einen Spule geneigt angeordnet ist, die zwei Längsseiten der anderen Spule im wesentlichen parallel
zur Längsrichtung des Blasenschöpfwagens ausgerichtet sind und die obere Längsseite der anderen Spule vorzugsweise im
wesentlichen nach einem Niveau bei dem gewünschten Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials in dem Blasenschöpfwagen
ist und daß die Spulen im wesentlichen in demselben Längsabschnitt des Blasenschöpfwagens angeordnet sind, in
Längsrichtung dieses Wagens gesehen.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere beim
Gießformen des Behälters zum kontinuierlichen Gießen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule in Vereinigung mit einer ersten
Seitenwand des Behälters angeordnet ist, die Achse der Spule in den Behälter hinein gerichtet ist und daß die andere Spule
in Vereinigung mit einer zweiten Seitenwand des Behälters angeordnet ist, wobei die Achse der anderen Spule in den Behälter
hinein gerichtet ist. - 5 -
709848/1029
27222U
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spule in Vereinigung mit einem ersten Wandteil des Behälters angeordnet ist, die Achse der Spule
in den Behälter hinein gerichtet ist und daß die andere Spule in Vereinigung mit einem zweiten Wandteil angeordnet ist,
die Achse der anderen Spule in den Behälter hinein gerichtet ist und daß die Achsen der Spulen einen Winkel miteinander
bilden, vorzugsweise etwa 90 .
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen im wesentlichen auf demselben Niveau angeordnet
sind.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- und/oder Empfängerspule in
der Behälterwand innerhalb oder auf der Innenseite einer inneren feuerfesten Auskleidung angeordnet sind.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- und/oder Empfängerspule eine
oder wenige Leiterwindungen aufweisen.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen kernlos sind.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen elektrisch abgeschirmt sind.
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27222H
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiter der Spulen in einer Metallhülle eingeschlossen sind, vorzugsweise einer Hülle aus nichtrostendem Stahl, aber isoliert
sind, wobei die Hülle nicht kurzschließend ist.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine
Einrichtung zur Bestimmung der Größe des erfaßten Signals sowie eine Einrichtung aufweist zur Erzeugung eines Steuersignals
in Abhängigkeit von diesem.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung aufweist zur
Erzeugung eines Steuersignals, wenn die Größe des erfaßten Signals nach überschreiten eines ersten gegebenen Wertes
unter einen zweiten gegebenen Wert abgefallen ist.
17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselstromnetzwerk für eine Konstantstromversorgung
oder-zuführung der Senderspule angeordnet ist.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung aufweist zur Bestimmung des oberen Wertes des erfaßten
Signals während eines Meßprozesses.
70984 8/1029
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