DE2722506C2

DE2722506C2 - Anordnung zur elektromagnetischen Messung von Größen in Verbindung mit elektrisch leitendem flüssigem Material

Info

Publication number: DE2722506C2
Application number: DE2722506A
Authority: DE
Inventors: Sten Vilhelm Tystberga Linder
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1992-04-16
Also published as: SE7605759L; DE2722506A1; US4144756A; SE420649B; JPS537359A; JPH0346764B2; GB1585211A; FR2352287B1; FR2352287A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektromagnetischen Messung und Umformung mindestens einer der physikalischen Größen in eine proportionale elektrische Größe, nämlich Niveau, Abstand und Geschwindigkeit eines flüssigen, geschmolzenen, elektrisch leitenden Materials mit sehr hoher Temperatur, welches in einem Behälter oder einem Kanal enthalten ist, wie z. B. geschmolzenes Metall, wobei die Anordnung ein Wechselstromnetzgerät für die Speisung eines Sendersignales, mindestens eine Senderspule, die mit einem Sendersignal von dem Wechselstromnetzgerät zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes versorgt ist, mindestens eine Empfängerspule aufweist, die zum Abfühlen des magnetischen Wechselfeldes und zur Erzeugung eines Empfängersignales in Abhängigkeit von diesem angeordnet ist, und die Spulen in Vereinigung mit einer Wand des Behälters, Kanals angeordnet sind, und eine Einrichtung aufweist, welche mit mindestens der einen Empfängerspule zum Nachweis des Empfängersignales und Erzeugung eines Meßsignales verbunden ist.
In der Industrie, vornehmlich der metallurgischen Industrie, in welcher geschmolzenes, flüssiges, elektrisch leitendes Material gehandhabt wird, besteht ein großer Bedarf nach Anordnungen zur Messung des Niveaus des flüssigen Materials in Behältern, wie z. B. Torpedo- oder Blasenschöpfwagen, Formen für kontinuierliches Gießen, Schmelzöfen, Gießpfannen und dergleichen. In letzter Zeit wurde dieses Bedürfnis wegen einer großen Veränderung zu kontinuierlichen Verfahren und Prozessen hervorgehoben, auf die hin ein großer Bedarf hinsichtlich Steuerfähigkeit entstand. Infolge der besonders harten Bedingungen, die man in Verbindung mit einer derartigen Industrie antrifft, wie z. B. hohe Temperaturen, korrosive Materialien, das Auftreten von viel Eisen und anderen elektrisch leitenden Materialien in den Behältern und den Umgebungen usw., hat man bislang für äußerst schwierig angesehen, eine erwünschte Messung, speziell elektromagnetisch, vorzusehen.
Nichtsdestoweniger sind Anordnungen für die elektromagnetische Messung des Niveaus in Verbindung mit Schmelzöfen vorgeschlagen worden, die drei Spulen aufweisen, welche auf einem E-förmigen Eisen- oder ferromagnetischen 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 wegen der hohen Temperatur und der dadurch erforderlichen Kühlung, und man fand, daß diese Anordnungen trotz ihres hohen Preises nur schwerlich zugänglich sind. Auch die Notwendigkeit der Benutzung eines kontinuierlichen Eisen- oder ferromagnetischen Kerns bedeutet ein Problem hinsichtlich der Maße und des Ortes der Spulen und der Anpassung der Spulen an die verschiedenen Meßzwecke. Deshalb sind derartige Anordnungen gewöhnlich nicht benutzt worden.
In der Industrie und der dort beschriebenen Art besteht ferner ein großes Bedürfnis nach Anordnungen zum Messen und Anzeigen des häufig sehr schnellen Abriebes und der Erosion der Auskleidungen aus hitzebeständigem Material, die in den meisten Fällen innerhalb der Behälter anzufinden sind, welche das flüssige, elektrisch leitende Material enthalten; denn es ist vom Gesichtspunkt der Sicherheit und auch dem der Wirtschaftlichkeit sehr wichtig, daß man in der Lage ist, genau zu bestimmen, ob der Behälter aus dem Betrieb gezogen und mit einer neuen Auskleidung versehen werden muß.
Zu diesem Zweck hat man vorgeschlagen, Elemente in die Auskleidungen einzuführen, z. B. Thermoelemente oder Leiterschleifen, die stufenweise angeordnet sind und zerstört werden, sobald Abrieb und Erosion fortschreiten, wodurch elektrisch erfaßbare Zustände geschaffen werden, die anzeigen, wie weit der Abrieb und die Erosion fortgeschritten sind.
Diese Lösungen haben jedoch viele Nachteile, wie z. B. den, daß die eingeführten Elemente ersetzt werden müssen, wenn die Auskleidung ausgetauscht wird, daß eine Vielzahl von Elementen und eine entsprechend große Zahl von Einführdrähten damit zusammenhängen, die unter anderem eine erhebliche Verbindungsarbeit erfordern, so daß andere als die gewünschten Erscheinungen die Messungen beeinflussen usw. Deshalb werden die Anordnungen der vorgenannten Art nicht sehr weitgehend verwendet. Insbesondere in der Industrie der erörterten Art gibt es ferner ein großes Bedürfnis nach Anordnungen zum Messen der Fließgeschwindigkeit in Verbindung mit strömendem, flüssigem, elektrisch leitendem Material, z. B. in einem Kanal, und zwar speziell zu Steuerzwecken. Bislang sind keine zufriedenstellenden, elektromagnetisch arbeitenden Anordnungen oder Geräte dieser Art angeboten worden.
Eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art ist aus der japanischen Veröffentlichung 26 641/69 bekannt. Dort ist die Anordnung so gewählt, daß je nach der Niveauhöhe des geschmolzenen Materials das magnetische Wechselfeld anders ist, so daß sich mithin auch ein anderes Empfängersignal ergibt. Alle Spulen sind koaxial zueinander angeordnet. Sowohl Sender- als auch Empfängerspulen sind dicht nebeneinander angeordnet und in einem besonderen Material so eingegossen, daß sie als Einheit zusammengehalten sind. Durch die Vielzahl der Windungen haben die Spulen eine Mindestdicke, die nicht unterschritten werden kann, ohne die Meßwirkung zu verlieren, wie der Fachmann meint. Nach Möglichkeit wurden Kerne in die Spulen eingefügt, um deren Effektivität zu vergrößern.
Aus dieser Veröffentlichung ist es auch bekannt, die Sender- und Empfängerspulen in einer Wand des Behälters mit diesem vereinigt anzuordnen. Die Vielfachwindungen müssen aber mit Nachteil gut isoliert sein, und auch das Gießmaterial, in welchem die Spulen einheitlich zusammengefaßt eingegossen sind, muß den hohen Temperaturen widerstehen, die beim Messen anfallen. Mit Nachteil wird die Spuleneinheit, auch wenn sie in der Behälterwand angeordnet sind, zu dick, und es ergeben sich Meßfehler, denn bei ungleicher Wärmeausdehnung von einer Seite zur anderen geht ein Signalausgleich verloren. Die Spulen können nicht frei oder unabhängig voneinander angeordnet werden. Vielmehr benötigt die Gesamtheit viel Raum und hat in falscher Richtung verlaufende Feldlinien. Das Meßsignal wird auch nicht richtig verarbeitet.
Ferner ist aus der US-PS 33 26 043 eine ähnliche Vorrichtung zur Messung eines Flüssigkeitspegels beschrieben, bei welcher Mehrfachspulen mit zahlreichen Windungen koaxial zueinander und übereinander angeordnet sind. Als Kern der Spulen wirkt das im Hohlraum der Spulen befindliche flüssige Metall. Mit diesen Spulen wird die Änderung der Impedanz gemessen und mit einer Bezugsspule verglichen. Es handelt sich also nicht um Sender- oder Empfängerspulen, weil keine Magnetfelder erzeugt werden.
Schließlich ist aus der GB-PS 12 51 347 eine Brückenschaltung bekannt, die sich von einem Signalkanal nicht unerheblich unterscheidet. Weil die einzelnen Spulen, die ersichtlich ineinandergreifen, in einer Brückenschaltung arbeiten, kann nicht von einer Aufteilung in Senderseite einerseits und Empfängerseite andererseits gesprochen werden. Es gibt auch keine Phasen- und Amplitudeneinstellung, so daß folglich auftretende Meßsignale anders als erfindungsgemäß verarbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Anordnung zu schaffen, bei der die Sender- und Empfängerspulen einfacher aufgebaut und daher besser zu handhaben sind, insbesondere an beliebigen Stellen bezüglich der Meßpunkte angeordnet werden können, und eine bessere Verarbeitung des Meßsignales vorzusehen, um exakte und leicht auslesbare Meßgrößen zu erhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination gelöst, daß die Anordnung kernlose Sender- und Empfängerspulen mit einer einzigen oder wenigen Windungen aufweist und die Sender- und Empfängerspulen getrennt sind, frei einstellbar sind und einen Aufbau haben mit einem inneren Draht, einer äußeren Hülle und einer dazwischen angeordneten Isolierung, die alle aus einem gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Material bestehen, die Anordnung mindestens zwei Signalkanäle für die Übertragung eines Sender- oder Empfängersignales aufweist und mindestens ein Signalkanal eine Signalverarbeitungseinrichtung für die Phasen- und/oder Amplitudeneinstellung des von dem Signalkanal übertragenen Signals aufweist, und die Anordnung eine Einrichtung aufweist für die Erzeugung einer Gegenwirkung zwischen den von den Signalkanälen übertragenen Signalen für den Nullabgleich.
Erfindungsgemäß sind die Spulen also so ausgestaltet, daß sie frei zu dem zu messenden Objekt und auch am Behälter oder in dessen Wandungen angeordnet werden können, die Empfängerspule auch bezüglich der Senderspule unabhängig angeordnet werden kann, so daß man bestmögliche Messungen erreicht. Es wird eine spezielle Verarbeitung des Meßsignales zur Erreichung der gewünschten, leicht auslesbaren und exakten Meßgrößen gewährleistet, die sich sogar durch die unvermeidbare Erosion nicht nachteilig verändern.
Die Spulen haben durch den speziellen Aufbau jeder Windung eine gewisse Flexibilität, dabei doch aber eine solche Festigkeit, daß auch eine Einzelwindung von Nichtfachleuten gehandhabt werden kann. Es gibt nicht mehr die bislang voluminösen und dicken Einheiten. Überdies hat die Erfindung überraschende Wirkungen gezeigt, denn die Anordnung ergibt Meßsignale, die sowohl exakt als auch rauscharm sind, wenn man nicht nur ein Meßsignal sondern mehrere Größen mißt, wie z. B. Niveau, Abstand und Geschwindigkeit von geschmolzenem Metall bei sehr hoher Temperatur. Es wird auch für sehr überraschend erachtet, daß Veränderungen des magnetischen Wechselfeldes an der Empfängerspule bezüglich des magnetischen Grundfeldes recht groß sind im Vergleich zu denjenigen Signalen, die man mit den bekannten Spulen erhalten hat, und das trotz der wenigen oder der nur einen Windung in einer Spule.
Da man widerstandsfähige Elemente bezüglich dem flüssigen, elektrisch leitenden Material verwendet, erhält man erfindungsgemäß eine lange Lebensdauer der Geräte, auch in Verbindung mit häufigem Wechsel der Auskleidung. Durch die Anordnung sind erfindungsgemäß die Elemente an unterschiedliche Anwendungen gut anpaßbar, und es sind exakte und leicht auslesbare Meßgrößen erhältlich.
Vorteilhaft ist es erfindungsgemäß auch, wenn die Isolierung aus keramischem Material besteht und die äußere Hülle aus einem elektrisch leitenden Material besteht, z. B. Chrom, Nickel oder nicht rostender Stahl. Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Spulen in einer Wand des Behälters oder Kanals angeordnet sind. In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck "Wand" eine sehr weitgespannte Bedeutung haben. Er bezeichnet sowohl äußere Grenzteile, wie z. B. Seitenwände, Böden und Dächer, als auch Innengrenzteile, z. B. Wände und Böden eines Mittelständers, Steuerstabes oder dergleichen, der in einem Raum angeordnet ist oder in diesen hinabhängt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Dabei weist mindestens ein Signalkanal signalverarbeitende Einrichtungen für Phasen- und/oder Amplitudeneinstellung des von dem Signalkanal übertragenen Signales auf, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung einer Gegenwirkung zwischen dem durch die Signalkanäle übertragenen Signalen derart, daß, wenn das flüssige, elektrisch leitende Material sich in einer Basisposition befindet und wenn die signalverarbeitenden Einrichtungen geeignet eingestellt sind, das Basismeßsignal, welches erhalten ist, mindestens im wesentlichen bezüglich verzerrender und außer Gleichgewicht befindlicher Signale ausbalanciert oder ausgeglichen ist. Man hat gefunden, daß ein derartiges Ausgleichen oder Abstimmen die Möglichkeit schafft, sehr kleine Signalveränderungen mit äußerst guter Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erfassen, wobei die Signalveränderungen von Veränderungen der vorgenannten Größe stammen und sonst sehr schwer zu unterscheiden sind. Man hat gefunden, daß es auf diese Weise möglich ist, äußerst einfache Spulen gemäß der Erfindung zu verwenden.
Unter dem Wort "kernlos" ist zu verstehen, daß die Spulen das flüssige, elektrisch leitende Material nicht derart umgreifen, daß das Material ein Spulenkern darstellt oder bildet.
Mit dem Wort "separat" ist gemeint, daß im Prinzip die Spulen nicht mechanisch aneinander angebracht sind, sondern unter verschiedenen Abständen voneinander angeordnet werden können. Hierdurch wird es unter anderem möglich, einen Ort auszuwählen, der hinsichtlich der Tatsache am günstigsten ist, maximale Magnetfeldveränderungen an der Empfängerspule oder den Spulen beim Messen zu erhalten.
Vorzugsweise weist jede Spule nur eine einzige Windung eines Spulendrahtes auf, der einen oder einige wenige Leiter innerhalb eines äußeren Schutzschirmes oder -schildes aufweisen kann, der im einzelnen nachfolgend noch beschrieben wird.
Gemäß der Erfindung kann die vorstehend erwähnte Gegentätigkeit in erster Linie gemäß einem von drei Hauptprinzipien erhalten werden. Nach einem ersten Hauptprinzip übermittelt ein erster Signalkanal ein Empfängersignal von mindestens einer Empfängerspule, und ein zweiter Signalkanal übermittelt ein Sendersignal von der Senderseite der Anlage, wobei die übertragenen Signale dann kombiniert werden. Gemäß einem zweiten Hauptprinzip überträgt ein erster Signalkanal ein erstes Empfängersignal von mindestens einer ersten Empfängerspule und überträgt ein zweiter Signalkanal ein zweites Empfängersignal von mindestens einer zweiten Empfängerspule, wobei die übertragenen Signale dann kombiniert werden. Diesbezüglich können sowohl hinsichtlich des ersten als auch des zweiten Hauptprinzips die Einrichtungen zur Erzeugung der Gegentätigkeit und eines Meßsignales in zweckmäßiger Weise Kombinationsmittel aufweisen zumKombinieren der durch die Signalkanäle übertragenen Signale, die in mindestens einem der Signalkanäle verarbeitet sind, so daß ein Differenzsignal, welches ein Meßsignal repräsentiert, erhalten wird. Gemäß dem dritten Hauptprinzip überträgt ein erster Signalkanal ein erstes Sendersignal zu mindestens einer ersten Senderspule, und ein zweiter Signalkanal überträgt ein zweites Sendersignal zu mindestens einer zweiten Übertragungsspule, das Sendersignal wird zu den Senderspulen geführt, und/oder die Senderspulen sind so angeordnet, daß die von den Senderspulen erzeugten Magnetwechselfelder einander in mindestens einer Empfängerspule entgegenwirken, und wobei die Einrichtung zur Erfassung und den Nachweis eines Empfängersignals an mindestens eine Empfängerspule angeschlossen ist.
Hinsichtlich der zweiten und dritten Hauptprinzipien kann somit gesagt werden, daß die Empfänger- bzw. Senderspulen zur Gegenfunktion oder gegenüber angeschlossen sind, selbst wenn die Differenziertätigkeit, welche in den Ausdruck "zur Gegenfunktion oder gegenüber" fällt von der Verarbeitung und der Kombination der Signale außerhalb der Spulen abhängt. In analoger Weise wird im folgenden festgestellt, daß die Spulen zur gemeinsamen Funktion oder Wirkung oder wirksamen Wechselwirkung angeschlossen sind, wenn die den Spulen zugeordneten Signale zusammenwirken oder addiert werden, unbeachtlich ob diese Tätigkeit direkt an den Spulen auftritt oder nicht.
Es versteht sich, daß bei Benutzung eines Ausdruckes, wie z. B. "mindestens eine Spule" (Sender- oder Empfängerspule) wie oben dieses zwei oder mehr, in den meisten Fällen symmetrisch angeordnete Spulen bedeutet, die zur gemeinsamen Wirkung oder Gegenwirkung angeschlossen sind, möglicherweise bei Benutzung zusätzlicher Signalkanäle.
Es sei ferner bemerkt, daß in ein und derselben Anlage gemäß der Erfindung es möglich ist, mehr als eines der vorgenannten Hauptprinzipien dadurch anzuwenden, daß man ein und dieselbe Gruppe von Sender- und Empfängerspulen mit vollständig oder teilweise vervielfältigten Gruppen von Signalkanälen und/oder Signalkombiniereinrichtungen kombiniert, um eine gleichzeitige oder leicht schaltbare Messung zweier unterschiedlicher gewünschter Größen zu ermöglichen. In einem solchen Falle kann es zweckmäßig sein, ein Wechselstromnetzgerät zu haben, welches Signale unterschiedlicher Frequenzen zu unterschiedlichen Meßzwecken zuführt. Auch können frequenzselektive Einrichtungen vorgesehen sein, insbesondere in Signalkanälen oder Signalpfaden der Empfängerseite der Anlage, die nicht üblich sind.
In vorteilhafter Weise können frequenzselektive Einrichtungen, wie z. B. Hoch- oder Bandpaßfilter, die Grenzfrequenzen haben, welche zu der Frequenz des Wechselstromnetzgerätes passen, in Signalkanälen oder -pfaden der Empfängerseite des Gerätes auch dann vorgesehen sein, wenn nur eine Größe gemessen wird. In zweckmäßiger Weise liegt die Frequenz des Wechselstromnetzgerätes in der Größenordnung von 1 bis 10 kHz. Jedoch sollte die Frequenz nicht so niedrig sein, daß Interferenz- oder Verzerrungssignale mit einer Linienfrequenz von 50 Hz oder der doppelten Linienfrequenz von 100 Hz einen Einfluß auf die Messungen haben. Auch sollte die verwendete Frequenz an eine gewünschte Eindringtiefe des magnetischen Wechselfeldes angepaßt sein. Folglich kann eine sehr niedrige Frequenz zweckmäßig sein, wenn das magnetische Wechselfeld, welches erzeugt ist, durch viel Metall hindurchgehen muß, welches das flüssige, elektrisch leitende Material, welches gemessen werden soll, abschirmt, nachdem oder wenn die Fließgeschwindigkeit gemessen werden soll, d. h. wenn das magnetische Wechselfeld die ganze strömende Masse des Materials durchdringen sollte.
Um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten, ist es wichtig, daß das durch eine oder mehrere Senderspulen erzeugte magnetische Wechselfeld sich nicht in seiner Stärke ändert, auch nicht bei sich verändernden Betriebsbedingungen, z. B. bei sich verändernder Temperatur. Zu diesem Zweck ist das Wechselstromnetzgerät in zweckmäßiger Weise für eine Konstantstromzufuhr der Senderspule oder -spulen angeordnet, wobei der Einfluß z. B. eines sich verändernden Widerstandes einer Senderspule infolge der sich verändernden Temperatur eliminiert ist, weil die Stärke des durch die Spule erzeugten magnetischen Wechselfeldes proportional zu dem Produkt der induktiven Reaktanz der Spule und der Stromstärke ist.
Wie bemerkt, sind die speziellen Sender- und Empfängerspulen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, kernlos, und jede weist nur eine oder wenige Leiterwindungen auf. Dies bedeutet, daß einige schwierige Probleme entfernt sind, die mit dem Anordnen von Spulen bei Hochtemperaturanwendungen verbunden sind. Somit sind Probleme der Isolierung zwischen den Spulenwindungen vermieden, welche von den thermisch hervorgerufenen Verschiebungen der Spulenwindungen relativ zueinander stammen und die von der Ausscheidung von Kohlenstoff abhängen, insbesondere bei der Anordnung in einer Außenmauerung oder daneben. Auch kann die Spule eine sehr einfache Form und eine erwünschte ebene oder dreidimensionale Gestalt haben, z. B. quadratisch, dreieckig, kreisförmig usw., gemäß den Wünschen und der Zweckmäßigkeit. Dies bedeutet, daß die Spulen sehr leicht in eine feuerfeste Ausmauerung oder hinter dieselbe beispielsweise angeordnet werden können. In vorteilhafter Weise können die Spulen so angeordnet werden, daß die Leiter oder Windungen der Spulen an den Verbindungen zwischen getrennten Ausmauerungen angeordnet sind. Ferner können die Spulen leicht in speziell hergestellten Nuten oder Ausnehmungen in einer oder mehreren Ausmauerungen angeordnet werden. Vorgefertigte Mauerelemente mit eingefügten Spulen können auch verwendet werden. Die einfache Ausgestaltung ermöglicht es ferner, den Spulen eine erhebliche Größe zu geben, ohne daß sie unhandlich werden, und die Spulen vom Personal anordnen oder installieren zu lassen, welches normalerweise den Behälter, den Kanal oder dergleichen mit seiner Auskleidung versieht. Mit anderen Worten kann die Installation der Spulen an die Mauertechnik angepaßt werden.
In vorteilhafter Weise sind die Spulen in einer elektrisch leitenden Hülle oder einem Schirm eingefaßt, obzwar sie von diesem isoliert sind, wobei der Schirm oder die Hülle nicht kurzschließend und vorzugsweise nicht magnetisch ist. Die Hülle kann geerdet sein. Vorzugsweise ist die Hülle rohrförmig und kann aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen geeigneten Material, welches gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig ist, hergestellt sein. Die Isolierung innerhalb der Hülle ist in zweckmäßiger Weise aus einem keramischen Material hergestellt. Eine Form dieser Art macht die Spulen im allgemeinen Sinne sehr widerstandsfähig, ebenso auch mechanisch stark und elektrisch abgeschirmt, so daß die Empfindlichkeit auf elektrische Störungen noch weiter reduziert ist.
Es ist zu bemerken, daß eine Hülle der vorstehend beschriebenen Art eine Anzahl von Spulenwindungen oder -leitern einschließen oder umgeben kann, die Teil einer Spule oder einiger separater Spulen sein können. Somit ist es möglich, in ein und derselben Hülle alle Sender- und/oder Empfängerspulen einer Anordnung oder Anlage gemäß der Erfindung einzuschließen. Die eingeschlossenen Leiter können in vorteilhafter Weise außer einem festen Mittelleiter rohrförmig oder koaxial sein.
Man hat gefunden, daß man zweckmäßigerweise nicht mehr als sieben eingeschlossene Leiter hat, vorzugsweise einen, zwei oder vier Leiter.
Es versteht sich, daß eine Außenhülle der oben beschriebenen Art einen (oder mehrere) Spulenleiter oder Spulenwicklung (Wicklungen) der Sender- oder Empfängerspulen bilden kann. Wenn die Hülle einige Windungen aufweist, kann sie an ihrer Mitte zur Bildung zweier aufeinanderfolgender Spulen geteilt sein. Die unterschiedlichen Widerstände der Spulenleiter, die von einer Senderspulenkonstruktion der oben beschriebenen Art folgen können, bedeuten nicht ein Problem, wenn die oben beschriebene Technik der Konstantstromzufuhr benutzt wird.
Wie zuvor festgestellt, wird bei der Benutzung der Erfindung die Anordnung der Sender- und Empfängerspulen, sogar bezüglich einander, innerhalb der Grenzen der Tatsache beliebig, daß das von einem oder mehreren Empfängerspulen abgefühlte benutzte magnetische Wechselfeld mit der zu messenden oder den zu messenden Größe bzw. Größen variieren muß. Vorzugsweise sind die Sender- und Empfängerspulen symmetrisch zueinander und bezüglich des flüssigen, elektrisch leitenden Materials angeordnet, obwohl dies im Hinblick auf das spezielle Signalverarbeiten gemäß der Erfindung nicht notwendig ist.
Dennoch sollten hinsichtlich der Stelle oder des Ortes der Sender- und Empfängerspulen einige vorteilhafte Hauptalternativen herausgestellt werden.
Gemäß einer ersten Hauptalternative sind die Spulen separat und im Abstand in Vereinigung mit einer Wand und vorzugsweise in einer Wand angeordnet, wobei die im Abstand liegenden Achsen der Spulen in den Behälter, Kanal oder dergleichen gerichtet sind.
Beim Messen des Niveaus (d. h. die Wand ist im Prinzip vertikal) werden die Spulen dann übereinander hoch angeordnet, um einen Einfluß eines magnetischen unsymmetrischen Wechselfeldes vorzusehen, wenn sich das Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials entlang der Wand ändert. In diesem Falle schliessen die Spulen zumindest drei Spulen ein, von denen zwei Empfängerspulen sind, die zur Gegentätigkeit, Gegenfunktion oder Gegenwirkung angeschlossen sind, und von denen eine eine Senderspule ist, oder von denen alternativ zwei Senderspulen sind, die zur Gegenfunktion verbunden sind, und von denen eine eine Empfängerspule ist. In zweckmäßiger Weise ist die Senderspule oder alternativ die Empfängerspule zwischen den zwei für die Gegenwirkung verbundenen Spulen bezüglich der Höhenstellung angeordnet. Die Signalverarbeitung erfolgt dann in zweckmäßiger Weise nach dem obenerwähnten zweiten oder dritten Hauptprinzip. Die Einstellung, um ein ausgeglichenes Basismeßsignal zu geben, erfolgt in zweckmäßiger Weise entweder bei einem sehr niedrigen Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials (die Messung eines hohen Niveaus in Verbindung mit dem Füllbetrieb z. B.) oder bei einem normalen Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials (die Messung eines niedrigen Niveaus in Verbindung z. B. mit dem Abstechen).
Beim Messen des Abstandes (insbesonderee Abrieb und Erosion) ist der Ort ganz beliebig mit der Einschränkung, daß die Empfängerspule oder -spulen weitestmöglich das von der Senderspule oder den -spulen erzeugte magnetische Wechselfeld und seine Veränderungen abfühlen sollte, die von einem geänderten Abstand zu dem flüssigen, elektrisch leitenden Material stammen. Wenn es einige Sender- oder alternativ Empfängerspulen gibt, sind diese Spulen zum Zusammenwirken angeschlossen. Beim Messen von Abrieb und Erosion sind die Spulen in zweckmäßiger Weise so angeordnet, daß, wenn das flüssige, elektrisch leitende Material bei einem normalen Niveau steht, die Spulen im wesentlichen vollständig von dem Material "abgedeckt" sind. Bei der Anordnung in einer Dachwand kann die Abstandsmessung Niveaumessung bedeuten. Die Signalverarbeitung erfolgt in zweckmäßiger Weise gemäß dem obenerwähnten ersten Hauptprinzip, wobei die Einstellung für ein ausgeglichenes Basismeßsignal dann in zweckmäßiger Weise an einem normalen Niveau des Materials in Verbindung mit der Messung von Abrieb und Erosion erfolgt.
Bei der Messung der Geschwindigkeit sind die Spulen in Fließrichtung gesehen hintereinander angeordnet und weisen mindestens drei Spulen auf, von denen zwei Empfängerspulen sind, die zur Gegenwirkung verbunden sind, und von denen eine Senderspule ist, oder von denen alternativ zwei Senderspulen sind, die zur Gegenwirkung angeschlossen sind und von denen eine Empfängerspule ist, wobei die Senderspule oder alternativ die Empfängerspule zwischen den zwei Spulen angeordnet sind, die zur Gegenfunktion verbunden sind, und zwar in Fließrichtung gesehen. Die Signalverarbeitung erfolgt in zweckmäßiger Weise gemäß dem obenerwähnten zweiten bzw. dritten Hauptprinzip, wobei die Einstellung, um ein ausgeglichenes Basismeßsignal zu ergeben, in zweckmäßiger Weise erfolgt, während das flüssige, elektrisch leitende Material, wenn auch nicht fließend, in Stellung ist.
Gemäß einer zweiten Hauptalternative sind die Spulen im wesentlichen koaxial in Vereinigung mit einer Wand und vorzugsweise in einer Wand angeordnet, wobei die Spulenachsen in den Behälter, Kanal oder dergleichen gerichtet sind, vorzugsweise im wesentlichen unter rechten Winkeln zur Grenzoberfläche zwischen der Wand und dem flüssigen, elektrisch leitenden Material. In diesem Falle können die Spulen z. B. nacheinander oder ineinader in Axialrichtung gesehen mindestens teilweise außerhalb einander (z. B. liegen zwei Spulen, die gegenüber verbunden sind, in Axialrichtung nacheinander innerhalb oder außerhalb einer dritten Spule) oder in ein und derselben Ebene angeordnet sein (z. B. spiralig ineinander).
Bei der Messung des Niveaus (d. h. die Wand ist im Prinzip vertikal) werden vorzugsweise drei Spulen verwendet, von denen zwei zur Gegenwirkung verbunden sind und symmetrisch zur dritten Spule angeordnet sind. In diesem Falle ist es möglich, zwei Empfängerspulen zu verwenden, die für eine Gegenwirkung verbunden sind, und zwei Senderspulen, die zur Gegenwirkung verbunden sind, wobei die Signalverarbeitung gemäß dem obenerwähnten zweiten oder dritten Hauptprinzip erfolgt.
Bei der Messung des Abstandes (insbesondere Abrieb und Erosion, aber auch beispielsweise der Abstand von einem Dach bzw. Dachwand zu einem darunter befindlichen flüssigen, elektrisch leitenden Material) werden vorzugsweise die gleiche Spulenanordnung und Signalverarbeitung wie oben bei der Niveaumessung verwendet.
Bei der Messung der Geschwindigkeit werden vorzugsweise die gleiche Spulenanordnung und Signalverarbeitung wie oben bei der Niveaumessung verwendet.
In allen Fällen erfolgt die Einstellung zur Schaffung eines ausgeglichenen Basismeßsignales in zweckmäßiger Weise entsprechend der ersten Hauptalternative.
Es sei jedoch festgestellt, daß in Verbindung mit der zweiten Hauptalternative es unmöglich ist, Spulen zu verwenden, die zum Zusammenwirken in Kombination mit einer Signalverarbeitung nach dem oben erwähnten ersten Hauptprinzip zur Messung von Niveau, Abstand oder Geschwindigkeit verbunden sind, obwohl die in einem solchen Falle erhaltenen Meßsignale in der Regel bei äquivalenten Spulenanordnungen kleiner sind. Die vorgenannte Einstellung erfolgt in zweckmäßiger Weise auf die gleiche Art wie oben.
Aus den vorstehenden Ausführungen wird klar, daß es erfindungsgemäß ermöglicht wurde, während der Benutzung einer Gruppe von einfachen Normbestandteilen eine Messung einer beliebigen Größe von einer Anzahl bestimmter Größen in Verbindung mit flüssigem, elektrisch leitendem Material vorzusehen, und zwar bei verschiedenen Anwendungen und unter verschiedenen Bedingungen. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine Anordnung oder Anlage vorgesehen, welche extrem gute Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Meßzwecke hat.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt
Fig. 1 bis 4 schematische Blockdiagramme vier unterschiedlicher Ausführungsformen einer Anordnung oder Anlage gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische vertikale Teilansicht einer Wand eines Ofens oder einer Form mit der Darstellung der Position der erfindungsgemäß in der Wand angeordneten Meßspule, und zwar im allgemeinen entlang der Linie V-V der Fig. 6,
Fig. 6 eine schematische vertikale Teilschnittansicht entlang der Linie VI-VI der Fig. 5 unter weiterer Darstellung, wie die Meßspulen in der Wand des Schmelzofens oder der Form angeordnet sind,
Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Spulendraht,
Fig. 8 und 9 schematische vertikale Teilansichten bzw. Schnittansichten derselben Art wie in den Fig. 5 und 6 unter Darstellung einer anderen Anordnung der Meßspulen gemäß der Erfindung,
Fig. 10 eine schematische Teilschnittansicht unter Darstellung einer Anordnung von Meßspulen gemäß der Erfindung im Hinblick auf einen Kanal für fließendes, elektrisch leitendes Material,
Fig. 11 bis 13 verschiedene Kurven unter Darstellung der Abhängigkeit des Meßsignals bei der gemessenen Größe bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, und
Fig. 14 schematisch die Konfiguration oder Gestaltung einer Schaltung gemäß der Erfindung für die Einstellung von Phase und Amplitude.
In Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung für die Signalverarbeitung nach dem zweiten obenerwähnten Hauptprinzip dargestellt. Die Anordnung weist eine Senderspule 1 und zwei Empfängerspulen 2 und 3 auf, die zur Gegenfunktion verbunden sind. Die Senderspule 1 ist mit einem Wechselstromnetzgerät 4 über einen Verstärker 5 und eine Stromabfühlschaltung 6 verbunden, wobei diese Schaltung den Verstärker 5 über eine Rückkopplungsleitung 7 so steuert, daß die Senderspule 1 mit einer konstanten Stromstärke versorgt wird. Die Empfängerspule 2 ist mit dem Eingang eines ersten Signalkanals 9 verbunden, dessen Ausgang mit einem von zwei Eingängen eines Signalkombinierkreises 10 verbunden ist. Die Empfängerspule 3 ist mit dem Eingang eines zweiten Signalkanales 11 verbunden, dessen Ausgang an dem anderen Eingang der Schaltung 10 liegt. Die Schaltungskanäle weisen jeweils in Reihe einen Eingangsverstärker 12, eine als Signalverarbeitungseinrichtung wirkende Schaltung 13 für steuerbare Phasen- und Amplitudeneinstellung des Empfängersignals von der zugeordneten Empfängerspule auf, welches vom Signalkanal und einem Hochpaßfilter 14 übertragen ist, der zum Durchlassen von Signalen ausgestaltet ist, welche die ausgewählte Betriebsfrequenz haben. Die Schaltung 10 erzeugt ein Signal, welches die Differenz ist zwischen den zwei übertragenen Empfängersignalen und ein Meßsignal darstellt. Das von der Schaltung 10 erhaltene Meßsignal wird zu einem Überwachungs- und Auswertungskreis 15 geführt.
Alle Schaltkreise oder Bestandteile, die in der Anordnung oder Anlage gemäß Fig. 1 eingeschlossen sind, sind bekannt und brauchen deshalb im einzelnen nicht näher beschrieben zu werden. Zur Veranschaulichung und als Beispiel wird jedoch das Folgende hinzugefügt.
Weil Empfängerspulen mit einer einzigen Wicklung oder Windung oder wenigen Windungen verwendet werden und das erhaltene Signal sehr niedrig ist, werden in zweckmäßiger Weise die Eingangsverstärker 12 mit einem Eingangstransformator versehen, der ein zweckmäßiges Transformationsverhältnis hat. In einem solchen Falle sollte die induktive Reaktanz der primären Wicklung des Transformators in zweckmäßiger Weise von derselben Größenordnung wie die Reaktanz der zugeordneten Empfängerspule sein. Der Transformator ist so dicht wie möglich an der Empfängerspule angeordnet und vollständig abgeschirmt ebenso wie die Verbindungsdrähte zwischen der Spule und dem Transformator und zwischen dem Transformator und dem Rest des Eingangsverstärkers.
In vorteilhafter Weise schließen die Schaltkreise 13 für die Phasen- und Amplitudeneinstellung einstellbare CR-Schaltungen in Reihenkombination mit Verstärkern mit einstellbarer Verstärkung ein. Ein Beispiel ist schematisch in Fig. 14 gezeigt. Die dort gezeigte Schaltung 13 weist somit zwei in Serie liegende CR-Schaltkreise auf, deren jeder aus einem Kondensator C und einem veränderlichen Widerstand R besteht, gefolgt von einem Betriebsverstärker, dessen Verstärkung mittels eines veränderlichen Rückkopplungswiderstandes R 1 gesteuert wird. Es dürfte offensichtlich sein, daß die Phase und Amplitude des Signals, welche durch die Schaltung 13 hindurchgegangen sind, durch Einstellen der veränderlichen Widerstände R und R 1 verändert werden können.
Die Kombinationsschaltung 10 kann sehr einfach aus einem Verstärker mit zwei Eingängen bestehen. Wenn die von den Signalkanälen übertragenen und auf die Kombinationsschaltung aufgebrachten Empfängersignale in der Phase entgegengesetzt sind, und dies ist z. B. der Fall, wenn die in den Empfängerspulen 2 und 3 induzierten Signale entgegengesetzte Richtung haben, und falls die Signalkanäle 9 und 11 angeordnet sind, wenn sie sich in einem Basiszustand befinden, um keine wesentliche Differenz bezüglich den abwechselnden Phasenzuständen der übertragenen Signale zu geben, dann kann der Verstärker angeordnet werden, um die aufgebrachten Signale zu addieren und das gewünschte Differenzsignal zu erzeugen. Falls andererseits die aufgebrachten Empfängersignale, welche von den Signalkanälen übertragen sind, in der Phase nicht entgegengesetzt sind, dann kann stattdessen der Verstärker so angeordnet werden, daß er die aufgebrachten Signale subtrahiert für die Erzeugung des gewünschten Differenzsignals.
Im einfachsten Falle kann die Überwachungs- und Auswertungsschaltung 15 aus einem Gerät bestehen, welches die Größe des Meßsignals zeigt, in zweckmäßiger Weise nach seiner Gleichrichtung. Diese Schaltung kann jedoch spezielle Schaltkreise aufweisen, um Veränderungen der Größe des Meßsignals zu überwachen und diesem zu folgen, um z. B. Alarm zu geben, wenn die Größe einen bestimmten Wert überschreitet oder unter diesen herunterfällt, um ein Steuersignal vorzusehen, das zur Steuerung eines Betriebes, der von der gemessenen Größe abhängt, dient.
Auch kann die Schaltung 15 einen Mikrorechner aufweisen oder mit diesem verbunden sein, der zur Verarbeitung der erhaltenen Meßsignaldaten angeordnet ist. Beispielsweise kann der Mikrocomputer angeordnet sein, während eine erste Größe, wie z. B. Abrieb und Erosion, zu berechnen und zu beobachten, welche auf Basiswerten basieren, die in Verbindung mit der Messung der ersten Größe erhalten werden, sowie während der Verwendung von charakteristischen Ursachen für Veränderungen der Meßsignale.
Verwendet man die Anordnung der Fig. 1, so werden in der Praxis die Schaltungen 13 eingestellt, während sich das flüssige, elektrisch leitende Material in einer Grundstellung derart befindet, daß das in der Schaltung 15 erhaltene Meßsignal so niedrig wie möglich wird, vorzugsweise möglichst Null. Dies bedeutet, daß die Anordnung ausgeglichen ist, d. h., daß der Einfluß der äußeren Stör- oder Interferenzfelder und des elektrisch leitenden Materials, das man in der Umgebung zusätzlich zu dem, welches gemessen werden soll, findet, entfernt worden ist. Nun kann das letztgenannte Material in die Meßstellung gebracht oder freigegeben werden, wodurch die gemessene Größe sich ändert, und die sich ergebende Unsymmetrie der magnetischen Wechselfelder in den Empfängerspulen, welche sehr kleine induzierte Empfängersignale erzeugen, kann genau nachgewiesen werden.
In Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung für die Signalverarbeitung nach dem zuvor erwähnten dritten Hauptprinzip gezeigt. Die Anordnung weist zwei Senderspulen 21 und 22 auf, die zur Gegenwirkung verbunden sind, sowie eine Empfängerspule 23. Die Senderspule 21 wird von einem Wechselstromnetzgerät 4 über einen ersten Signalkanal 25 versorgt, und die Senderspule 22 wird von dem Wechselstromnetzgerät über einen zweiten Signalkanal 27 versorgt. Die Signalkanäle weisen jeweils einen Verstärker 5 eine Schaltung 13 für die steuerbare Phasen- und Amplitudeneinstellung des Sendersignals auf, welches von jedem Signalkanal übertragen ist, und ferner eine den Strom abfühlende Schaltung 6, welche den Verstärker 5 über eine Rückkopplungsleitung 7 derart steuert, daß die zugeordnete Senderspule mit einer konstanten Stromstärke versorgt wird. Eine Rückkopplung kann ein- und ausgeschaltet werden, so daß der Betrieb zur Aufrechterhaltung einer konstanten Stromstärke in Tätigkeit gesetzt werden kann, nachdem die Schaltung 13 in gewünschter Weise eingestellt worden ist. Die Empfängerspule 13 liegt an einem Eingangsverstärker 12, der mit einer Überwachungs- und Auswertungsschaltung 15 über ein Hochpaßfilter 14 verbunden ist.
Die Senderspulen 21 und 22 sind so angeordnet, daß sie entgegengesetzt sich ändernde Magnetfelder in der Empfängerspule 23 erzeugen. Hinsichtlich des Restes oder übrigen Teils der Schaltkreise und Bestandteile sowie hinsichtlich der Einstellung des Grundmeßsignals gelten ähnliche Bedingungen wie die oben in Verbindung mit Fig. 1.
In Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung gezeigt für die Signalverarbeitung gemäß dem zuvor erwähnten ersten Hauptprinzip. Die Anordnung weist eine Senderspule 31 und zwei Empfängerspulen 32 und 33 auf, die zum Zusammenwirken verbunden sind ( mittels einer direkten Reihenverbindung). Die Senderspule 31 ist mit einem Wechselstromnetzgerät 4 über einen Verstärker 5 und eine Stromabfühlschaltung 6 verbunden, welche den Verstärker 5 über eine Rückkopplungsleitung 7 so steuert, daß die Senderspule 31 mit einer konstanten Stromstärke versorgt wird. Die in Reihe geschalteten Empfängerspulen 32 und 33 liegen am Eingang eines ersten Signalkanales 35, dessen Ausgang an einem der zwei Eingänge einer Signalkombinationsschaltung 10 liegt. Der Eingang eines zweiten Signalkanals 37 ist mit dem Wechselstromnetzgerät 4 verbunden, wobei der Ausgang des zweiten Signalkanals mit dem anderen Eingang der Signalkombinationsschaltung 10 verbunden ist. Die Signalkanäle weisen jeweils einen Verstärker 12, eine Schaltung 13 für die steuerbare Phasen- und Amplitudeneinstellung des Signals auf, welches von jedem Signalkanal übertragen ist, und weisen einen Hochpaßfilter 14 auf. Der Verstärker 12 des Signalkanals 35 hat die Eigenschaften eines Eingangsverstärkers. Die Schaltung 10 ist angeordnet, um ein Differenzsignal zu erzeugen, welches zu einer Überwachungs- und Auswertungsschaltung 15 geführt wird.
Hinsichtlich der Schaltkreise und verwendeten Bestandteile sowie hinsichtlich der Einstellung des Basismeßsignales gelten analoge Bedingungen, wie die in Verbindung mit Fig. 1 oben.
In Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung gezeigt zur gleichzeitigen Signalverarbeitung nach den obenerwähnten ersten und zweiten Hauptprinzipien. Somit ist die Anordnung für die Messung von zwei Größen vorgesehen, z. B. das Niveau und der Abrieb oder die Erosion in Verbindung mit einer vertikalen Wand eines Behälters oder Geschwindigkeit und Abrieb oder Erosion in Verbindung mit einem Kanal. Diese Anordnung ist im wesentlichen eine Kombination der Anordnung nach den Fig. 1 und 3. Somit weist die Anordnung eine Senderspule 41 und zwei Empfängerspulen 42 und 43 auf. Die Senderspule wird mit einem konstanten Strom von einem Wechselstromnetzgerät 4 in der gleichen Weise wie oben beschrieben versorgt. Die Signale der Empfängerspulen werden zu einer ersten Kombinationsschaltung 15 geführt, welche ein Differenzsignal über zugeordnete Signalkanäle 45 und 47 in derselben Weise wie in der Anordnung der Fig. 1 erzeugt. Der ersten Kombinationsschaltung 10 folgt eine erste Überwachungs- und Auswertungsschaltung 15 für ein erhaltenes erstes Meßsignal hinsichtlich einer ersten Meßgröße. Das von den Signalkanälen 45 und 47 übertragene Empfängersignal wird ferner zu einer zweiten Kombinationsschaltung 48 geführt zur Erzeugung eines Summensignals. Auf die gleiche Weise wie bei der Anordnung der Fig. 3 wird das erhaltene Summensignal in einer dritten Kombinationsschaltung 10 mit einem Signal kombiniert, welches von dem Wechselstromnetzgerät 4 über einen dritten Signalkanal 49 übertragen wird zur Erzeugung eines zweiten Differenzsignals, welches ein zweites Meßsignal darstellt. Der Kombinationsschaltung 10 ist eine zweite Überwachungs- und Auswertschaltung 15 für das zweite Meßsignal nachgeschaltet.
Hinsichtlich der verwendeten Schaltkreise und Bestandteile gelten analoge Bedingungen wie oben in Verbindung mit Fig. 1 und 3.
Die Anordnung der Fig. 4 wird in zwei Stufen eingestellt oder ausgeglichen. In einer ersten Basisstellung werden die Schaltungen 13 der Signalkanäle 45 und 47 so eingestellt, daß das erste Basismeßsignal aus der Schaltung 10 erhalten wird. Danach wird die Schaltung 13 des Signalkanals 49 so eingestellt, daß ein zweites Basismeßsignal aus der Schaltung 10 erhalten wird. Diese zweite Einstellung erfolgt entweder in der ersten Basisstellung oder in einer anderen Stellung, die hinsichtlich des Meßzweckes geeignet ist. Diese andere Stellung kann eine normale Position sein, wenn die erste Größe gemessen wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Beispiel auf einer Spulenanordnung gemäß der Erfindung, die in einer vertikalen Wand einer Form für geschmolzenes Metall 50 angeordnet ist. Die Spulenanordnung weist drei im wesentlichen ebene rechteckige Einzelwindungsspulen 51, 52 und 53 auf, wobei die Spulen vertikal und übereinander an der Übergangszone zwischen der äußeren Isolation 55 der Wand und der inneren Auskleidung angeordnet sind, die aus feuerfesten Auskleidungen bzw. Ausmauerungen 56 besteht. Somit sind die Spulen im wesentlichen in derselben Ebene wie ihre längeren Seiten oder im wesentlichen horizontalen Teile angeordnet. Um den Einbau oder die Installation zu erleichtern, sind die Spulen so angeordnet, daß ihre längeren und kürzeren Seiten oder Teile mit den Verbindungen zwischen den Ausmauerungen zusammenfallen. Die Verbindungsdrähte 57, 58 und 59 der Spulen 51, 52 bzw. 53 gehen direkt heraus durch die Wand bzw. Isolation 55 und die Wand bzw. das äußere Stahlgehäuse 60 der Form aus einer Ecke jeder Spule und auf beliebigem, zweckmäßigem Weg (nicht gezeigt). In zweckmäßiger Weise sind die Verbindungsdrähte direkte Verlängerungen des Spulendrahts. Außerhalb der Form sind die Verbindungsdrähte an herkömmlichen Verbindungsleitungen mit dem übrigen Teil der Schaltungen der Anordnung verbunden.
Eine typische Größe der Spulen beträgt 0,1 × 0,3 m, und die Spulen sind in typischer Weise unter gegenseitigem Vertikalabstand in der Größenordnung von 0,2 m angeordnet, d. h. die Spulen sind in typischer Weise durch eine Mauerreihe separiert.
In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch eine Seite oder ein Teil einer der Spulen 51, 52, 53 gezeigt, wobei ein spezieller Aufbau des Spulendrahtes gemäß der Erfindung gezeigt ist. Somit weist der Spulendraht einen inneren Draht 71 mit einem Material auf, welches gegen eine hohe Temperatur widerstandsfähig ist, z. B. "Kanthal", ferner eine gegen hohe Temperaturen widerstandsfähige Isolierung 72 aus keramischem Material, welches den Draht umgibt, und eine äußere Hülle aus einem gegen hohe Temperatur widerstandsfähigen elektrisch leitenden Material, z. B. Chrom, Nickel oder nicht rostendem Stahl. Auf diese Weise erhält man eine Spule, die äußerst unempfindlich ist auf einen Einfluß im allgemeinen Sinne und die mechanisch fest und folglich leicht zu handhaben ist und in welcher der eigentliche Leiter kaum Gefahr läuft, beeinflußt oder einer Veränderung unterzogen zu werden. Die Hülle 73, welche elektrische Störungen abschirmt, kann an einem Ende geerdet sein.
Typische Maße eines Spulendrahtes gemäß Fig. 7 sind die folgenden:

Senderspule:
Durchmesser des Innenleiters 2 mm
Innendurchmesser der Hülle 4 mm
Außenduchmesser der Hülle 5 mm
Empfängerspule:
Durchmesser des Innenleiters 0,5 mm
Innendurchmesser der Hülle 2 mm
Außendurchmesser der Hülle 3 mm

Eine alternative Isolation ist z. B. ein mit Al₂O₃ getränkter SiO₂ Mantel.
Die Spulenanordnung der Fig. 5 und 6 wird bevorzugt für die Messung des Niveaus des Schmelzmetalls 50, welches in einer Form enthalten ist, verwendet. Bei der Benutzung in einer Anordnung gemäß den Fig. 1 oder 2, wenn beispielsweise die Spulen 52 und 53, diejenigen Spulen darstellen, die zur Gegenwirkung verbunden sind, dann erhält man die typische Abhängigkeit der Größe des Meßsignals vom Niveau der Schmelze, wie in Fig. 11 gezeigt. Der obere Wert des Meßsignals wird erhalten, wenn die Oberfläche das geschmolzene Metall gerade vor der Mittelspule 51 ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Es versteht sich, daß der obere Wert des Meßsignals zunimmt, wenn der Abrieb und die Erosion der Ausmauerung 56 zunehmen. Dies schafft die Möglichkeit, auch den Grad des Abriebes oder der Erosion in einem großen Maßstab sehr einfach dadurch zu bestimmen, daß man den oberen Wert des Meßsignals mißt. Im einfachsten Fall kann es mittels eines einfachen Meßinstrumentes erfolgen, welches auch ein Meßinstrument sein kann, welches in der Überwachungsund Auswertungsschaltung der Anordnung eingeschlossen ist.
Die Fig. 8 und 9 zeigen schematisch eine andere Ausführungsform auf einer Spulenanordnung gemäß der Erfindung, die in einer vertikalen Wand derselben Art wie in den Fig. 5 und 6 angeordnet ist. Die Spulenanordnung weist drei Spulen 81, 82 und 83 derselben Gestaltung wie bei den Beispielen der Fig. 5 und 6 auf. In diesem Falle sind jedoch die Spulen koaxial in der Auskleidung der Ausmauerung 56 angeordnet, wobei die Spulen in axialer Richtung getrennt sind. Die Spulen sind in den Verbindungen zwischen den Ausmauerungen 56 angeordnet. Hinsichtlich der Verbindungsdrähte der Spulen gelten analoge Bedingungen wie oben in Verbindung mit den Fig. 5 und 6.
Die Spulenanordnung der Fig. 8 und 9 wird auch vorzugsweise zur Messung des Niveaus in Verbindung mit einer Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 verwendet. Die typische Abhängigkeit der Größe des Meßsignals von dem erhaltenen Pegel der Schmelze kann in diesem Zusammenhang aus der Kurve der Fig. 12 ersehen werden. Bei dem Niveau, welches der Biegestelle der Kurve entspricht, fällt die Oberfläche der Schmelze 50 mit den Achsen der Spulen zusammen, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
In Fig. 10 ist schematisch noch ein anderes Beispiel einer Spulenanordnung gemäß der Erfindung gezeigt, welches für die Messung des Stromes des flüssigen, elektrisch leitenden Materials 100 in einem offenen Kanal geeignet ist, welcher durch zwei vertikale Seitenwände 101 und 102 und einen Boden 103 gebildet ist. Eine rechteckige Senderspule 104 ist neben der Seitenwand 101 und an deren Außenseite angeordnet, und zwei rechteckige Empfängerspulen 105 und 106 sind neben der Seitenwand 102 und an deren Außenseite angeordnet. Alle diese Spulen weisen eine einzige Windung auf und sind aus dem Spulendraht hergestellt, der in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben ist. Die Empfängerspulen 105 und 106 sind gegenüber der Senderspule 104 angeordnet, wobei jede Spule eine Größe hat, die gleich der Hälfte der Senderspule ist. Die Empfängerspulen sind aus ungebrochenem Spulendraht gewickelt, um zwei gegensätzlich verbundene Spulen zu bilden.
Die Innenleiter der Spulen sind vorzugsweise mit einer Meßanordnung gemäß Fig. 1 verbunden. Die typische lineare Abhängigkeit der Größe des Meßsignals von der Fließgeschwindigkeit, wie in diesem Falle erhalten, sieht man aus der Kurve der Fig. 13. Wenn die Meßfrequenz und die Größe der Spulen geeignet ausgewählt sind, dann kann die Größe des Meßsignals unabhängig vom Fließquerschnitt gemacht sein, d. h. nur abhängig von dem tatsächlichen Volumenfluß.
Schließlich können die folgenden zusätzlichen, typischen Führungswerte für die Anordnung gemäß der Erfindung gegeben werden: Widerstand der Senderspule: In der Größenordnung von 1 bis 10 Ohm Strom durch die Senderspule: In der Größenordnung von 1 bis 10 Ampere Widerstand der Empfängerspule: In der Größenordnung von 1 bis 100 Ohm.
Ausgangsspannung der Einzelwindungsempfängerspule: In der Grössenordnung von 0,1 bis 1 mV.

Claims

1. Anordnung zur elektromagnetischen Messung und Umformung mindestens einer der physikalischen Größen in eine proportionale elektrische Größe, nämlich Niveau, Abstand und Geschwindigkeit eines flüssigen, geschmolzenen, elektrisch leitenden Materials mit sehr hoher Temperatur, welches in einem Behälter oder einem Kanal enthalten ist, wie z. B. geschmolzenes Metall, wobei

a) die Anordnung ein Wechselstromnetzgerät (4) für die Speisung eines Sendersignals, mindestens eine Senderspule (1), die mit einem Sendersignal von dem Wechselstromnetzgerät (4) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes versorgt ist,

b) mindestens eine Empfängerspule (2, 3) aufweist, die zum Abfühlen des magnetischen Wechselfeldes und zur Erzeugung eines Empfängersignales in Abhängigkeit von diesem angeordnet ist, und

c) Die Spulen (1-3) in Vereinigung mit einer Wand des Behälters, Kanals angeordnet sind, und

d) eine Einrichtung (10, 15) aufweist, welche mit mindestens der einen Empfängerspule (2, 3) zum Nachweis des Empfängersignals und zur Erzeugung eines Meßsignales verbunden ist,

gekennzeichnet durch die Kombination, daß

e) die Anordnung kernlose Sender- und Empfängerspulen (1-3) mit einer einzigen oder wenigen Windungen aufweist, und die Sender- und Empfängerspulen getrennt sind, frei einstellbar sind und einen Aufbau haben mit einem inneren Draht (71), einer äußeren Hülle ( 73) und einer dazwischen angeordneten Isolierung (72), die alle aus einem gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Material bestehen,

f) die Anordnung mindestens zwei Signalkanäle (9, 11) für die Übertragung eines Sender- oder eines Empfängersignales aufweist, und mindestens ein Signalkanal (9, 11) eine Signalverarbeitungseinrichtung (13) für die Phasen- und/oder Amplitudeneinstellung des von dem Signalkanal (9, 11) übertragenen Signals aufweist, und

g) die Anordnung eine Einrichtung (10) aufweist, für die Erzeugung einer Gegenwirkung zwischen den von den Signalkanälen (9, 11) übertragenen Signalen für den Nullabgleich.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Isolierung (72) aus keramischem Material besteht,

b) die äußere Hülle (73) aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Chrom, Nickel oder nicht rostender Stahl, besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (1-3) in einer Wand (56, 55, 60) des Behälters oder Kanals angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (51-53) in und/oder innerhalb einer inneren feuerfesten Auskleidung (56) angeordnet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (51-53) so angeordnet sind, daß ihre Achsen in den Behälter oder Kanal hineingerichtet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Spulen (1-3; 51-53) zueinander parallel sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen als ebene Spulen ausgebildet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (51-53) voneinander derart getrennt sind, daß sie einander nicht überlappen.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Spulen koaxial zusammenfallen.