RU2545382C2

RU2545382C2 - Sensor device for temperature measurement, as well as measurement method

Info

Publication number: RU2545382C2
Application number: RU2011119593/28A
Authority: RU
Inventors: Ян КЮЙПЕРС; Валэр ИНДЕХЕРБЕРГЕ
Original assignee: Хераеус Электро-Ните Интернациональ Н.В.
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2015-03-27
Also published as: RU2011119593A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention is used to the field of measurement equipment and may be used to measure temperature in melts, in particular, in metal or cryolite melts with melting point above 600°C with a temperature sensor. A sensor device is proposed for measurement of temperature in melts with a reservoir, which on its upper side has a hole, and in which the temperature sensor is placed. The temperature sensor comprises a tube protruding into a reservoir, where a fibre light guide is placed, which, if necessary, additionally on its side surface it comprises an adjacent tubular shell. A tube or a tubular shell on its end placed in the reservoir is closed. Also the method is proposed for measurement of melt temperature using the proposed sensor device.

EFFECT: increased accuracy of produced data.

20 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к сенсорному устройству для измерения температуры в расплавах, в особенности в расплавах металла или криолита с точкой плавления выше 600^оС, с резервуаром, который на своей верхней стороне имеет отверстие и в котором размещен температурный сенсор. Изобретение также относится к способу измерения с помощью такого сенсорного устройства. Подобные устройства измерения и сенсорные устройства известны, например, из DE 4433685 C2. Там описано, что на несущем корпусе размещен термоэлемент. Этот термоэлемент выступает внутрь резервуара, в котором измеряется температура охлаждения расплава. Другие сенсорные устройства для измерения температур расплавов известны из DE 10331124 В3, причем в качестве сенсорного элемента используется стекловолокно. В ЕР 1034419 В1 описано сенсорное устройство, которое, подобно известному из DE 4433685 C2, использует термоэлемент. Другой температурный сенсор известен, например, из JP 07229791 А. Здесь измерения осуществляются с помощью стекловолокна, которое принимает излучение из расплава и направляет в блок оценки, в котором на основе принятого излучения определяется температура известным способом.The invention relates to a sensor device for measuring temperatures in molten, especially in metal or cryolite melts, having a melting point above 600 ^{° C,} with a reservoir which on its upper side has an opening, and wherein the temperature sensor is placed. The invention also relates to a measurement method using such a sensor device. Similar measuring devices and sensor devices are known, for example, from DE 4433685 C2. It describes that a thermocouple is placed on the supporting case. This thermocouple protrudes into the reservoir, in which the melt cooling temperature is measured. Other sensor devices for measuring the temperature of the melts are known from DE 10331124 B3, and glass fiber is used as the sensor element. EP 1034419 B1 describes a sensor device which, like the one known from DE 4433685 C2, uses a thermocouple. Another temperature sensor is known, for example, from JP 07229791 A. Here, the measurements are carried out using fiberglass, which receives radiation from the melt and sends it to the evaluation unit, in which the temperature is determined on the basis of the received radiation in a known manner.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствовать известные устройства и предоставить сенсорное устройство, в частности, для измерений в расплавах криолита, с помощью которого возможно быстрое и точное измерение.An object of the present invention is to improve the known devices and provide a sensor device, in particular for measurements in cryolite melts, by which a quick and accurate measurement is possible.

Эта задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. За счет того, что температурный сенсор имеет трубку, выступающую в резервуар, в которой размещен волоконный световод, который дополнительно на своей боковой поверхности содержит прилегающую трубчатую оболочку, причем трубка или трубчатая оболочка на своем размещенном в резервуаре конце замкнута, могут, с одной стороны, использоваться предпочтительные свойства измерения с волоконными световодами, а с другой стороны, волоконный световод в достаточной степени защищен от повреждения за счет того, что он размещен в газонепроницаемой замкнутой трубке. Волоконные световоды могут по всей их длине размещаться во внутренней, обычной металлической защитной трубке (трубчатой оболочке). Она охватывает волоконный световод с плотным прилеганием, чтобы, например, при изгибе волоконного световода предотвратить его разрыв. Резервуар может использоваться для измерения ликвидуса, при этом он сначала погружается в расплав и заполняется им, и затем после вытаскивания из расплава измеряется кривая кристаллизации или температурная характеристика во время кристаллизации, с помощью волоконного световода. В числе прочего, для того чтобы предотвратить переохлаждение анализируемого расплава, резервуар может быть жестко соединен с вибратором. Практически резервуар может размещаться на держателе, который пригоден для погружения в расплав и который погружается в расплав с помощью копья. Копье может представлять собой известное виброкопье, чтобы реализовать вибрацию резервуара.This problem is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments are provided in the dependent claims. Due to the fact that the temperature sensor has a tube protruding into the reservoir, in which a fiber is placed, which additionally has an adjacent tubular sheath on its side surface, the tube or tubular sheath being closed at its end located in the reservoir, can, on the one hand, the preferred measurement properties are used with fiber optic fibers, and on the other hand, the fiber optic cable is sufficiently protected from damage due to the fact that it is placed in a gas-tight enclosure that tube. Fiber optic fibers can be placed along their entire length in an internal, conventional metal protective tube (tubular sheath). It covers the fiber with a snug fit so that, for example, when the fiber is bent, it will break. The reservoir can be used to measure the liquidus, in which case it is first immersed in the melt and filled with it, and then, after being pulled out of the melt, the crystallization curve or temperature characteristic during crystallization is measured using a fiber waveguide. Among other things, in order to prevent hypothermia of the analyzed melt, the reservoir can be rigidly connected to the vibrator. In practice, the reservoir can be placed on a holder that is suitable for immersion in the melt and which is immersed in the melt using a spear. The spear may be a known vibration spear in order to realize the vibration of the tank.

Предпочтительным образом трубка либоThe preferred way is the handset either

а) выполнена из стали, особенно из высококачественной стали, и имеет тепловое сопротивление, максимально равное 155 м²Кµ Вт^-1, в особенности от 3,5 до 153 м²Кµ Вт^-1илиa) made of steel, especially stainless steel, and has a thermal resistance of at most 155 m ² Kµ W ^-1 , in particular from 3.5 to 153 m ² Kµ W ^-1 or

b) выполнена из меди и имеет тепловое сопротивление, максимально равное 6 м²Кµ Вт^-1, в особенности от 0,1 до 5,1 м²Кµ Вт^-1илиb) made of copper and has a thermal resistance of at most 6 m ² Kµ W ^-1 , in particular from 0.1 to 5.1 m ² Kµ W ^-1 or

с) выполнена из кварцевого стекла и имеет тепловое сопротивление, максимально равное 205 м²Кµ Вт^-1, в особенности от 5,0 до 202,1 м²Кµ Вт^-1.c) made of quartz glass and has a thermal resistance of at most 205 m ² Kµ W ^-1 , in particular from 5.0 to 202.1 m ² Kµ W ^-1 .

Трубка может быть выполнена, в частности, из медного сплава. За счет специального выполнения трубки в расчете на температуру расплава гарантируется и одновременно обеспечивается, что трубка достаточно хорошо испускает излучение, так что волоконный световод может принимать его с высокой точностью. Для защиты от разрушения в расплаве трубка предпочтительным образом может быть снабжена покрытием, в частности, из меди или молибдена или из керамики, в частности, оксида алюминия. Трубка предпочтительным образом имеет внешний диаметр, максимально равный 5 мм, толщина стенки трубки составляет предпочтительным образом максимум 2 мм. За счет этого, с одной стороны, обеспечивается необходимая стабильность, а с другой стороны тепло может оптимальным образом восприниматься и отдаваться как излучение. Замкнутый конец трубки имеет, в частности, расстояние от 0,1 до 5 мм, предпочтительно примерно 3 мм от основания резервуара, чтобы достичь высокой точности измерений. В варианте предпочтительно расплющенного конца трубки оказалось, что отношение остающейся открытой площади поперечного сечения сплющенной внутренности трубки к длине сплющенной части трубки (измеренной в продольном направлении трубки)<0,5 мм, в частности, составляет примерно 0,05 мм.The tube may be made, in particular, of a copper alloy. Due to the special design of the tube, based on the melt temperature, it is guaranteed and at the same time it is ensured that the tube emits radiation quite well, so that the fiber can receive it with high accuracy. To protect against destruction in the melt, the tube can preferably be coated with, in particular, copper or molybdenum or ceramic, in particular aluminum oxide. The tube preferably has an outer diameter of at most 5 mm, and the wall thickness of the tube is preferably at most 2 mm. Due to this, on the one hand, the necessary stability is ensured, and on the other hand, heat can be optimally perceived and given off as radiation. The closed end of the tube has, in particular, a distance of from 0.1 to 5 mm, preferably about 3 mm, from the base of the tank in order to achieve high measurement accuracy. In a preferred embodiment of the flattened end of the tube, it turned out that the ratio of the remaining open cross-sectional area of the flattened inside of the tube to the length of the flattened part of the tube (measured in the longitudinal direction of the tube) <0.5 mm, in particular, is about 0.05 mm.

Изобретение также относится к сенсорному устройству для измерения температуры в расплавах, в особенности в расплавах металла или криолита, с точкой плавления выше 600°С, с температурным сенсором, который имеет погружной конец. Оно отличается тем, что температурный сенсор имеет трубку, в которой размещен волоконный световод, который дополнительно на своей боковой поверхности содержит прилегающую трубчатую оболочку, причем трубка или трубчатая оболочка на своем размещенном в резервуаре конце замкнута. Трубка может быть замкнута различными способами. В принципе, замкнутой трубкой в смысле каждого из описываемых сенсорных устройств является такая, в которой погружной конец замкнут газонепроницаемым образом, благодаря чему волоконный световод защищен. Трубка может быть также сжата или заплавлена на своем конце. Волоконный световод может по всей свой длине размещаться во внутренней, обычной металлической защитной трубке (трубчатой оболочке). Она охватывает волоконный световод с плотным прилеганием, чтобы, например, при изгибе волоконного световода предотвратить его разрыв. Предпочтительным для этого второго сенсорного устройства является то, что простым устройством можно определять температуру расплава. И это сенсорное устройство может быть жестко соединено с вибратором, причем вибратор, как описано выше, может размещаться на виброкопье. Виброкопье позиционирует несущую трубку для температурного сенсора, причем температурный сенсор предпочтительно размещен на конце несущей трубки.The invention also relates to a sensor device for measuring temperature in melts, in particular in molten metal or cryolite, with a melting point above 600 ° C, with a temperature sensor that has an immersion end. It is characterized in that the temperature sensor has a tube in which a fiber light guide is placed, which further comprises an adjacent tubular shell on its lateral surface, the tube or tubular shell being closed at its end located in the tank. The tube can be closed in various ways. In principle, a closed tube in the sense of each of the described sensor devices is one in which the immersion end is closed in a gas tight manner, so that the fiber light guide is protected. The tube may also be compressed or fused at its end. A fiber optic cable can be placed along its entire length in an internal, conventional metal protective tube (tubular sheath). It covers the fiber with a snug fit so that, for example, when the fiber is bent, it will break. It is preferable for this second sensor device that the melt temperature can be determined with a simple device. And this sensor device can be rigidly connected to the vibrator, and the vibrator, as described above, can be placed on the vibrating spear. The vibro-spear positions the carrier tube for the temperature sensor, the temperature sensor being preferably located at the end of the carrier tube.

Сенсорное устройство, в частности, отличается тем, что трубка либоThe sensor device, in particular, is characterized in that the handset either

И в этом варианте выполнения трубка предпочтительно выполнена из медного сплава, она может быть снабжена защитным слоем, например, из меди или молибдена или из керамики, в частности, оксида алюминия. Трубка предпочтительным образом имеет внешний диаметр, равный максимально 5 мм, толщина стенки трубки составляет максимум 2 мм. И здесь, в варианте предпочтительным образом расплющенного конца трубки, оказалось, что отношение остающейся открытой площади поперечного сечения сплющенной внутренности трубки к длине сплющенной части трубки (измеренной в продольном направлении трубки) <0,5 мм, в частности, составляет примерно 0,05 мм.And in this embodiment, the tube is preferably made of a copper alloy, it can be provided with a protective layer, for example, of copper or molybdenum or of ceramic, in particular, aluminum oxide. The tube preferably has an outer diameter of at most 5 mm and a tube wall thickness of at most 2 mm. And here, in a preferred embodiment of the flattened end of the tube, it turned out that the ratio of the remaining open cross-sectional area of the flattened inside of the tube to the length of the flattened part of the tube (measured in the longitudinal direction of the tube) <0.5 mm, in particular, is about 0.05 mm .

Вышеописанные сенсорные устройства могут, в частности, применяться для измерений температуры в расплавах с точкой плавления выше 600^оС, в особенности в расплавах металлов и криолитов.The above-described sensor device may in particular be used for temperature measurement in molten with a melting point above 600 ^{° C,} in particular in molten metal and cryolite.

Соответствующий изобретению способ измерения с вышеописанным сенсорным устройством характеризуется тем, что погружной конец размещенного на несущем копье сенсорного устройства погружается в расплав, что затем по меньшей мере погруженная часть трубки нагревается до температуры между 350^оС и 800^оС, что после достижения температуры нагрева волоконный световод вводится в трубку и начинается вибрация трубки, и затем измеряется температура расплава. Предпочтительным является то, что затем сенсорное устройство вытаскивается из расплава и снимается с несущего копья, и что конец волоконного световода удаляется. За счет удаления конца волоконного световода последний может вводиться в трубку и снова использоваться для измерения температуры, при этом не ухудшается качество измерения из-за обусловленного температурой разрушения волоконного световода.The inventive method for measuring the above-described sensor device is characterized in that the immersion end disposed on the carrier lance sensor arrangement is immersed into the melt, which then at least the submerged part of the tube is heated to a temperature between 350 ^C and 800 ^C, that after reaching the heating temperature of the fiber The light guide is inserted into the tube and the tube begins to vibrate, and then the melt temperature is measured. It is preferable that the sensor device is then pulled out of the melt and removed from the carrier spear, and that the end of the fiber is removed. By removing the end of the fiber, the latter can be inserted into the tube and used again for temperature measurement, while the quality of the measurement is not impaired due to the temperature-induced destruction of the fiber.

Далее описаны примеры выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:The following describes examples of carrying out the invention with reference to the drawings, which show the following:

Фиг.1 - схематичное изображение устройства с соответствующим изобретению сенсорным устройством,Figure 1 is a schematic illustration of a device with a corresponding sensor device,

Фиг.2 - аналоговое устройство с другим сенсорным устройством,Figure 2 - analog device with another touch device,

Фиг.3а, b - соответствующие изобретению сенсорные устройства в поперечном сечении,Figa, b - corresponding to the invention, the sensor device in cross section,

Фиг.4 - другое соответствующее изобретению сенсорное устройство в поперечном сечении,Figure 4 is another cross-sectional sensor device according to the invention,

Фиг.5а-с - представление осуществления способа,Figa-c is a representation of the implementation of the method,

Фиг.6а-с - альтернативное осуществление способа.Figa-c is an alternative implementation of the method.

Показанное на фиг.1 и 2 устройство содержит несущее копье 1, которое через вибратор 2 соединено с механизмом 17 подачи волокна и, кроме того, с не показанным блоком управления и которое вставлено в выполненную из картона несущую трубку 3 сенсорного устройства 4, и на своем нижнем конце связано с муфтой 5 сенсорного устройства 4. Вибратор 2 передает через несущее копье 1 и муфту 5 вибрацию на сенсорное устройство 4. Кроме того, устройство содержит механизм 17 подачи волокна для подвода волоконного свтовода в трубку 6 сенсорного устройства 4. Фиг.1 и 2 показывают различные формы выполнения сенсорного устройства 4, причем на фиг.1 трубка 6 выступает в резервуар 7, так что это устройство может применяться для определения точек плавления и точек кристаллизации, в то время как устройство по фиг.2 применяется только для измерений температуры.1 and 2, the device comprises a carrier lance 1, which is connected through a vibrator 2 to the fiber supply mechanism 17 and, in addition, to a control unit not shown, and which is inserted into the carrier tube 3 of the sensor device 4 made of cardboard, and the lower end is connected to the coupling 5 of the sensor device 4. The vibrator 2 transmits vibration through the carrier lance 1 and the coupling 5 to the sensor device 4. In addition, the device includes a fiber supply mechanism 17 for supplying a fiber duct to the tube 6 of the sensor device 4. FIG. 1 and 2 by be ordered various embodiments of the sensor device 4, and in Figure 1 the tube 6 protrudes into the tank 7, so that the device can be used to determine the melting points and crystallization points, while the device of Figure 2 is used only for temperature measurement.

Фиг.3а показывает детали сенсорного устройства 4 по фиг.1. При этом можно видеть измерительную головку 8, размещенную на торцевой стороне несущей трубки 3, расположенной в направлении погружения устройства. Измерительная головка 8 предпочтительно выполнена из керамики, но может также выполняться из цемента, металла или формовочного песка или из комбинации нескольких из этих материалов. На заднем конце измерительной головки 8, расположенном внутри несущей трубки 3, закреплена муфта 5. На погружном конце муфты 5 размещена трубка 6, в которой размещен волоконный световод 9. Волоконный световод 9 выполнен из кварцевого стекла, которое на своей внешней боковой поверхности имеет тесно прилегающую трубчатую оболочку из стали в качестве внешнего слоя, который служит для защиты кварцевого стекла от механического повреждения. Волоконный световод 9 размещен в трубке 6 подвижным образом. Трубка 6 выполнена из высококачественной стали и имеет тепловое сопротивление от 3,5 до 153 м²Кµ Вт^-1. Трубка 6 может также выполняться из меди и иметь тепловое сопротивление от 0,1 до 5,1 м²Кµ Вт^-1или из кварцевого стекла и иметь тепловое сопротивление от 5,0 до 202,1 м²Кµ Вт^-1. Трубка 6 имеет внешний диаметр максимум 4 мм и толщину стенки максимум 1 мм. Она выступает в резервуар 7, который выполнен из стали. Фиг.3b показывает подобное устройство, причем трубка 6' на своем погружном конце является открытой. При этом трубчатая оболочка волоконного световода 9 на своем погружном конце 18 замкнута посредством расплющивания. На трубке 6' на ее погружном конце размещена металлическая полоса как стопор 19 U-образной формы, до которого смещен расплющенный конец трубчатой оболочки волоконного световода 9 и который служит, таким образом, для позиционирования конца волоконного световода 9 в резервуаре 7.Figure 3a shows details of the touch device 4 of Figure 1. In this case, you can see the measuring head 8, located on the front side of the carrier tube 3, located in the direction of immersion of the device. The measuring head 8 is preferably made of ceramic, but can also be made of cement, metal or foundry sand, or from a combination of several of these materials. A sleeve 5 is fixed at the rear end of the measuring head 8, located inside the carrier tube 3. A tube 6 is placed at the submersible end of the sleeve 5, in which the fiber optic fiber 9 is placed. The fiber optic fiber 9 is made of quartz glass, which has a tight fit on its outer side surface a tubular sheath of steel as the outer layer, which serves to protect quartz glass from mechanical damage. Fiber optic fiber 9 is placed in the tube 6 in a movable manner. Tube 6 is made of stainless steel and has a thermal resistance of 3.5 to 153 m ² KµW ^-1 . The tube 6 can also be made of copper and have a thermal resistance of 0.1 to 5.1 m ² Kµ W ^-1 or of quartz glass and have a thermal resistance of 5.0 to 202.1 m ² Kµ W ^-1 . Tube 6 has an outer diameter of maximum 4 mm and a wall thickness of maximum 1 mm. She acts in the tank 7, which is made of steel. Fig. 3b shows a similar device, with the tube 6 'at its immersion end being open. In this case, the tubular sheath of the fiber waveguide 9 at its submersible end 18 is closed by flattening. On the tube 6 'at its submersible end, a metal strip is placed as a U-shaped stopper 19, to which the flattened end of the tubular sheath of the fiber optic fiber 9 is offset and which serves to position the end of the fiber optic fiber 9 in the tank 7.

Резервуар 7 зафиксирован на измерительной головке 8 с помощью стальной стойки 10. Он имеет объем в общем случае примерно от 2 до 6 см³, в особенности примерно 4 см³, причем его внутренняя высота составляет примерно 28 мм и его внутренний диаметр составляет примерно 14 мм. На своей нижней стороне резервуар закруглен. Расстояние от нижнего конца трубки 6 до основания резервуара 7 составляет примерно 3 мм. Трубка 6 согласно фиг.3а на своем нижнем конце 11 закрыта газонепроницаемым образом. Газонепроницаемое закрытие может быть реализовано посредством расплющивания трубки 6 или посредством заваривания переднего конца трубки, например, в форме полусферы. При этом абсолютная герметичность не требуется, достаточно, если расплав, в котором должно проводиться измерение, например, расплав криолита или стали не может воздействовать на волоконный световод 9. В случае расплющенного конца трубки или конца трубчатой оболочки оказалось, что отношение остающейся открытой площади поперечного сечения сплющенной внутренности трубки к длине сплющенной части трубки 6 или трубчатой оболочки волоконного световода 9 (измеренной в продольном направлении трубки) составляет <0,5 мм, в частности, оптимальным образом составляет примерно 0,05 мм. Закрытие может, таким образом, быть реализовано непосредственно на волоконном световоде, а также путем закрытия трубчатой оболочки (стальной трубки), окружающей кварцевое стекло (фиг.3b). Посредством закрытого нижнего конца 11 трубки 6 гарантируется, что волоконный световод 9 приводится в положение, оптимальное для измерения. Он может, в частности, вдвигаться в трубку 6 до закрытого нижнего конца 11 (или до стопора 19 согласно фиг.3b), пока он там не дойдет до упора и тем самым будет размещен в оптимальном положении внутри резервуара 7, таким образом, в его так называемом термическом центре.The tank 7 is fixed on the measuring head 8 using a steel stand 10. It generally has a volume of from about 2 to 6 cm ³ , in particular about 4 cm ³ , with an internal height of about 28 mm and an internal diameter of about 14 mm . The tank is rounded on its underside. The distance from the lower end of the tube 6 to the base of the reservoir 7 is approximately 3 mm. The tube 6 according to figa at its lower end 11 is closed in a gas tight manner. Gas tight closure can be realized by flattening the tube 6 or by brewing the front end of the tube, for example, in the form of a hemisphere. In this case, absolute tightness is not required, it is sufficient if the melt in which the measurement is to be carried out, for example, the cryolite or steel melt cannot affect the optical fiber 9. In the case of a flattened end of the tube or the end of the tubular sheath, it turned out that the ratio of the remaining open cross-sectional area the flattened inside of the tube to the length of the flattened part of the tube 6 or the tubular sheath of the fiber optic fiber 9 (measured in the longitudinal direction of the tube) is <0.5 mm, in particular, the optimal azom is about 0.05 mm. The closure can thus be realized directly on the optical fiber, as well as by closing the tubular sheath (steel tube) surrounding the quartz glass (Fig. 3b). By means of the closed lower end 11 of the tube 6, it is guaranteed that the optical fiber 9 is brought to a position optimal for measurement. It can, in particular, slide into the tube 6 to the closed lower end 11 (or to the stopper 19 according to FIG. 3b) until it reaches the stop there and thereby be placed in an optimal position inside the tank 7, thus in its the so-called thermal center.

Показанное на фиг.4 сенсорное устройство иллюстрирует конструкцию, в принципе сходную с показанной на фиг.3а, 3b, причем трубка 6 с волоконным световодом 9 не размещена в резервуаре 7, так что она служит для измерения температуры внутри ванны расплава, однако не может применяться для определения кривой нагрева или охлаждения, как это возможно в устройстве с волоконным световодом 9 внутри резервуара 7 согласно фиг.3а или 3b. Подобный резервуар 7 может известным образом путем погружения в резервуар с расплавом заполняться измеряемым расплавом, затем вытаскивается, при этом осуществляется измерение кривой охлаждения. При повторном погружении, при необходимости, может измеряться кривая нагрева.The sensor device shown in FIG. 4 illustrates a construction that is basically similar to that shown in FIGS. 3a, 3b, and the tube 6 with the optical fiber 9 is not located in the tank 7, so that it serves to measure the temperature inside the melt pool, but cannot be used to determine the heating or cooling curve, as possible in a device with a fiber optic waveguide 9 inside the tank 7 according to figa or 3b. Such a reservoir 7 can be filled in a known manner by immersion in a melt reservoir with a measured melt, then pulled out, and a cooling curve is measured. When re-diving, a heating curve can be measured if necessary.

Фиг.5а-5с показывают измерение с так называемым самоустанавливающимся механизмом, при котором сдвиг волокна осуществляется автоматически. Дополнительный температурный сенсор не требуется для определения временного процесса сдвига волокна. Цикл измерения начинается, после того как сенсорное устройство с несущей трубкой 3 было размещено на несущем копье 1. Сенсорное устройство 4 с измерительной головкой 8, размещенной на несущей трубке 3, погружается в расплав так, что по меньшей мере резервуар 7 и торцевая сторона измерительной головки 8, обращенная к резервуару 7, погружается в расплав. При этом, как показано на фиг.5а, волоконный световод 9 находится в своем исходном положении. После погружения сенсорного устройства 3 в расплав, уровень 12 ванны расплава находится выше измерительной головки 8 (фиг.5b, 5с). Вокруг закрытого конца трубки 6 повышается температура, тепловое излучение воздействует на трубку 6, часть 14 излучения воспринимается волоконным световодом 9. Последний к этому моменту времени находится еще на расстоянии примерно 50 мм от расплава, но достаточно близко, чтобы измерять температуру между примерно 500°С и примерно 800°С. После достижения температуры примерно 500°С блок управления выдает сигнал на вибратор 2 для запуска вибрации. Одновременно посылается сигнал на механизм 17 подачи для волоконного световода, так что его погружной конец в течение менее чем 10 секунд, предпочтительно в течение 2-3 секунд подается к закрытому концу трубки 6 и находится затем в позиции измерения (фиг.5с). Процесс осуществляется без вмешательства оператора. Затем осуществляется измерение температуры ванны, затем несущее копье 1 с сенсорным устройством вытаскивается из расплава, так что остающаяся в резервуаре 7 часть расплава начинает кристаллизоваться, и производится измерение температуры кристаллизации. Один сигнал управляет этим процессом вытаскивания, другой сигнал показывает конец измерения кривой охлаждения. Этот сигнал может быть управляемым по времени или по температуре. Затем оператор удаляет сенсорное устройство 4 с несущей трубкой 3 с измерительного копья 1, причем конец длиной примерно 60 мм волоконного световода 9 выступает из несущего копья 1. Этот конец отрезается, причем конец длиной примерно 10 мм волоконного световода, который открыт на погружном конце, то есть не покрыт окружающей стальной оболочкой, остается. Затем новое сенсорное устройство 4 с новой несущей трубкой 3 устанавливается на несущее копье 1. Конец длиной примерно 10 мм волоконного световода размещается по центру муфты, проходное отверстие которой начинается коническим отверстием 15, так что волоконный световод 9 без проблем проводится через центральное осесимметричное отверстие 16 муфты 5 в трубку 6. Может начинаться новый процесс измерения. Этот автоматический процесс приводит к уменьшению источников ошибок, обусловленных действиями оператора, например, за счет того, что процесс измерения и сдвиг волоконного световода являются автоматизированными.Figures 5a-5c show a measurement with a so-called self-locking mechanism in which the fiber is sheared automatically. An additional temperature sensor is not required to determine the temporal shear of the fiber. The measurement cycle begins after the sensor device with the carrier tube 3 has been placed on the carrier spear 1. The sensor device 4 with the measuring head 8 located on the carrier tube 3 is immersed in the melt so that at least the tank 7 and the end side of the measuring head 8, facing the reservoir 7, is immersed in the melt. At the same time, as shown in FIG. 5 a, the optical fiber 9 is in its initial position. After immersion of the sensor device 3 in the melt, the level 12 of the melt bath is located above the measuring head 8 (Fig.5b, 5C). Around the closed end of the tube 6, the temperature rises, the heat radiation acts on the tube 6, the radiation part 14 is perceived by the fiber light guide 9. The latter at this time is still at a distance of about 50 mm from the melt, but close enough to measure the temperature between about 500 ° C and approximately 800 ° C. After reaching a temperature of approximately 500 ° C, the control unit provides a signal to the vibrator 2 to start the vibration. At the same time, a signal is sent to the feed mechanism 17 for the fiber waveguide, so that its submersible end is supplied to the closed end of the tube 6 for less than 10 seconds, preferably within 2-3 seconds, and then is in the measurement position (Fig. 5c). The process is carried out without operator intervention. Then the bath temperature is measured, then the carrier lance 1 with the sensor device is pulled out of the melt, so that the part of the melt remaining in the tank 7 begins to crystallize, and the crystallization temperature is measured. One signal controls this pulling process, another signal indicates the end of the measurement of the cooling curve. This signal can be time or temperature controlled. The operator then removes the sensor device 4 with the carrier tube 3 from the measuring spear 1, the end of about 60 mm of the fiber 9 protruding from the carrier spear 1. This end is cut off, the end of about 10 mm of the fiber, which is open at the immersion end, then there is not covered by the surrounding steel shell remains. Then, a new sensor device 4 with a new carrier tube 3 is mounted on the carrier spear 1. An end of about 10 mm of the fiber is placed in the center of the coupling, the passage opening of which begins with a tapered hole 15, so that the fiber 9 is easily passed through the central axisymmetric hole 16 of the coupling 5 into the tube 6. A new measurement process may begin. This automatic process reduces the sources of errors caused by the actions of the operator, for example, due to the fact that the measurement process and the shift of the fiber are automated.

На фиг.6а-6с показан подобный вручную управляемый процесс. Исходная ситуация (фиг.6а) та же, что и при автоматизированном способе действий (см. фиг.5а). Оператор нажимает на кнопку, которая активирует таймер/временной переключатель для механизма 17 подачи. Последний приводит волоконный световод 9 в течение менее чем 10 секунд, в идеальном случае в течение 2-3 секунд в позицию измерения (фиг.6b). Затем запускается механизм погружения. При этом несущее копье 1 перемещается в направлении измеряемого расплава, пока измерительная головка 8 не окажется ниже уровня 12 ванны. Температурное излучение воздействует на волоконный световод 9. Если измеряется температура, примерно равная 500^оС, то посредством блока 2 управления запускается вибрация. После последующего измерения температуры ванны звучит тональный сигнал, копье поднимается, так что резервуар 7 выходит из расплава и с оставшимся в нем измеряемым расплавом охлаждается, так что может измеряться кривая охлаждения. Конец этого измерения вновь сигнализируется. При этом применяются соответствующие тональные сигналы или световые сигналы. Замена сенсорного устройства 4 с несущей трубкой 3 осуществляется, как описано выше со ссылкой на фиг.5а-5с.6a-6c show a similar manually controlled process. The initial situation (figa) is the same as with the automated method of action (see figa). The operator presses a button that activates a timer / time switch for the feed mechanism 17. The latter brings the fiber optic fiber 9 in less than 10 seconds, ideally within 2-3 seconds to the measurement position (fig.6b). Then the dive mechanism starts. In this case, the carrier lance 1 moves in the direction of the measured melt, until the measuring head 8 is below the level 12 of the bath. Thermal radiation affects the optical fiber 9. When measured temperature approximately equal to 500 ^{° C,} by the control unit 2 starts vibration. After a subsequent measurement of the bath temperature, a tone sounds, the spear rises, so that the tank 7 exits the melt and cools with the melt remaining in it, so that a cooling curve can be measured. The end of this measurement is signaled again. In this case, appropriate tones or light signals are used. The replacement of the sensor device 4 with the carrier tube 3 is carried out as described above with reference to figa-5C.

Вибрация осуществляется в обоих описанных случаях как на резервуаре 7, так и на трубке 6, причем вибрация сама передается через несущее копье 1. Вибрация осуществляется с частотой от 20 до 1000 Гц, оптимально между 60 и 400 Гц, в частности, при 260 Гц. Амплитуда находится в пределах от 0,01 до 0,5 мм, оптимально между 0,05 и 0,25 мм и в особенности составляет 0,145 мм. Она регулируется блоком управления и может быть согласована с любым типом сенсорного устройства.Vibration is carried out in both cases described both on the tank 7 and on the tube 6, and the vibration itself is transmitted through the carrier lance 1. The vibration is carried out with a frequency of 20 to 1000 Hz, optimally between 60 and 400 Hz, in particular, at 260 Hz. The amplitude is in the range from 0.01 to 0.5 mm, optimally between 0.05 and 0.25 mm and in particular is 0.145 mm. It is regulated by the control unit and can be matched with any type of touch device.

Отрезание волоконного световода 9 может осуществляться вручную или электрическим ножом, например, ротационным ножом или иным подходящим способом.Cutting of the optical fiber 9 can be carried out manually or with an electric knife, for example, with a rotary knife or in another suitable way.

Если кварцевое стекловолокно, окруженное на своей внешней боковой поверхности металлическим слоем (трубчатой оболочкой), имеет открытый конец на своей торцевой стороне, то есть конец, который не покрыт металлом и который находится в непосредственном контакте с расплавом криолита, он очень быстро деградирует или разрушается, что приводит к ошибкам измерения. Если такое волокно не подвергается вибрации, это приводит к более медленному (нормальному) разрушению волокна и к точному измерению температуры. В принципе, можно тем самым температуру ванны измерять очень точно; температура ликвидуса, то есть перехода от расплава к твердому веществу или перехода от твердого вещества к расплаву при этом не может измеряться, для этого разрушение волокна является слишком медленным, так что так называемая кривая ликвидуса не может измеряться точно, поэтому является предпочтительным волоконный световод 9 подвергать вибрации для улучшения результата измерения кривой охлаждения или нагрева для измерения так называемой температуры ликвидуса.If a quartz fiberglass surrounded on its outer side surface by a metal layer (tubular shell) has an open end on its end side, that is, an end that is not coated with metal and which is in direct contact with the cryolite melt, it degrades or breaks very quickly, leading to measurement errors. If such a fiber is not subjected to vibration, this leads to a slower (normal) destruction of the fiber and to an accurate temperature measurement. In principle, the bath temperature can thus be measured very accurately; the liquidus temperature, i.e. the transition from melt to solid or the transition from solid to melt cannot be measured, for this, the destruction of the fiber is too slow, so the so-called liquidus curve cannot be measured accurately, therefore it is preferable to expose the fiber optic fiber 9 vibration to improve the measurement result of the cooling or heating curve for measuring the so-called liquidus temperature.

Claims

1. A sensor device for measuring temperature in melts, especially in molten metal or cryolite with a melting point above 600 ° C, with a tank that has an opening on its upper side and in which a temperature sensor is located, characterized in that the temperature sensor has a tube protruding into the reservoir in which the optical fiber is placed, which optionally further comprises an adjacent tubular sheath on its lateral surface, the tube or tubular sheath being placed in a cut The tank end is closed.

2. The sensor device according to claim 1, characterized in that the reservoir is rigidly connected to the vibrator.

3. The sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that the tube is either
a) made of steel, especially stainless steel, and has a thermal resistance of at most 155 m ² Κµ W ^-1 , in particular from 3.5 to 153 m ² Κµ W ^-1 or
b) made of copper and has a thermal resistance of at most 6 m ² Κµ W ^-1 , in particular from 0.1 to 5.1 m ² Κµ W ^-1 or
c) made of quartz glass and has a thermal resistance of at most 205 m ² Κµ W ^-1 , in particular from 5.0 to 202, 1 m ² Κµ W ^-1 .

4. The sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that
the tube is made of copper alloy.

5. The sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that the tube is coated with copper or molybdenum or ceramic, in particular aluminum oxide.

6. The sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that the tube has an external diameter of maximum 5 mm.

7. The sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that the tube wall thickness is at most 2 mm.

8. A sensor device according to at least claim 1 or 2, characterized in that the closed end of the tube has a distance of from 0.1 to 5 mm, in particular about 3 mm from the base of the tank.

9. The sensor device according to claim 1 or 2, characterized in that
the closed end of the tube or tubular shell is closed by flattening, wherein the ratio of the remaining open cross-sectional area of the flattened inside of the tube or tubular shell to the length of the flattened portion of the tube is <0.5 mm.

10. A sensor device for measuring temperature in melts, especially in molten metal or cryolite, with a melting point above 600 ° C, with a temperature sensor that has an immersion end, characterized in that the temperature sensor has a tube in which a fiber optic fiber is placed , which optionally further comprises an adjacent tubular shell on its lateral surface, the tube or tubular shell being closed at its end located in the tank.

11. The sensor device according to p. 10, characterized in that the reservoir is rigidly connected to the vibrator.

12. The sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the tube is either
a) made of steel, especially stainless steel, and has a thermal resistance of at most 155 m ² Κµ W ^-1 , in particular from 3.5 to 153 m ² Κµ W ^-1 or
b) made of copper and has a thermal resistance of at most 6 m ² Κµ W ^-1 , in particular from 0.1 to 5.1 m ² Κµ W ^-1 or
c) made of quartz glass and has a thermal resistance of at most 205 m ² Κµ W ^-1 , in particular from 5.0 to 202.1 m ² Κµ W ^-1 .

13. The sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the tube is made of a copper alloy.

14. The sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the tube is coated with copper or molybdenum or ceramics, in particular aluminum oxide.

15. The sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the tube has an external diameter of maximum 5 mm.

16. The sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the tube wall thickness is at most 2 mm.

17. The sensor device according to claim 10 or 11, characterized in that the closed end of the tube or tubular shell is closed by flattening, the ratio of the remaining open cross-sectional area of the flattened inside of the tube or tubular shell to the length of the flattened portion of the tube being <0.5 mm.

18. The use of a sensor device according to at least one of the preceding paragraphs for measuring temperature in melts with a melting point above 600 ° C, especially in molten metals or cryolites.

19. The method of measuring the temperature in the melts with a sensor device according to at least one of the preceding paragraphs, characterized in that the immersion end of the sensor device located on the carrier spear is immersed in the melt, which then at least the immersed part of the tube is heated to a temperature between 350 ° C 800 ° C, that after reaching the heating temperature, the optical fiber is introduced into the tube and / or the vibration of the tube is started, and then the melt temperature is measured.

20. The method according to p. 19, characterized in that after measuring the temperature, the sensor device is pulled out of the melt and removed from the carrier spear and that the end of the fiber is removed.