Погружаемый измерительный зонд для выполнения измерений в жидкостях

 

Изобретение относится к металлургии и предназначено для выполнения измерений в жидкостях, в частности в расплавленных металлах. Погружаемый измерительный зонд для выполнения измерений в жидкостях, в частности в расплавленных металлах, содержит несущую трубу, измерительную головку, измерительные элементы и сигнальные линии для сигналов измерений, генерируемых измерительными элементами. Измерительная головка установлена на одном конце несущей трубы. Измерительные элементы расположены в измерительной головке. Сигнальные линии имеют большую длину, чем несущая труба, и проходят от конца измерительной головки, обращенного к внутренней стороне несущей трубы. Сигнальные линии проходят внутрь несущей трубы и смотаны внутри несущей трубы относительно ее продольной оси. Сигнальные линии смотаны в несколько слоев, примыкающих к внутренней стенке несущей трубы с образованием намотки. В продольном направлении несущей трубы на ее конце, обращенном к измерительной головке, и непосредственно перед намоткой из сигнальных линий расположен примыкающий к ее виткам первый фиксирующий стопор. Первый фиксирующий стопор имеет по меньшей мере один проход для сигнальных линий. Изобретение позволяет упростить манипулирование измерительным зондом. 13 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к погружаемому измерительному зонду для выполнения измерений в жидкостях, в частности, в расплавленных металлах, причем зонд имеет несущую трубку, измерительную головку, установленную на одном конце несущей трубы, и измерительные элементы, а также сигнальные линии для сигналов измерений, генерируемых измерительными элементами, расположенными на измерительной головке, в котором сигнальные линии длиннее, чем несущая труба, и проходят от конца измерительной головки, обращенной к внутренней стороне несущей трубы, и в котором сигнальные линии проходят внутри несущей трубы и намотаны внутри несущей трубы вокруг ее продольной оси.

Измерительные зонды этого типа известны из патента США. 3505871, являющегося наиближайшим аналогом заявленного изобретения. Их используют для измерений в сталеплавильных конвертерных печах (конвертерах). Для измерений в конвертерах измерительные зонды сбрасывают в конвертер с относительно большой высоты. Сигнальные линии намотаны на внутреннюю поверхность несущей трубы и автоматически разматываются при свободном падении измерительных зондов, в которых один конец сигнальной линии соединен с измерительной головкой, тогда как другой конец сигнальной линии соединен, либо при помощи контакт-детали и удлинительных линий или компенсирующих линий или непосредственно, с измерительным и вычислительным устройством. Таким образом, несколько измерительных зондов могут укладываться в обойму на большой высоте над конвертером, причем для выполнения измерений каждый раз выпускают по одному измерительному зонду и он падает в расплавленный металл, расположенный в конвертере.

Подобные устройства известны из патента США 5584578, в которых сигнальные линии намотаны на наружную поверхность несущей трубы.

Подобные устройства также известны из патента США 5168764 или из публикации I&SM за сентябрь 1993 г. Измерительные зонды, раскрытые в этих источниках, подвешены в обоймах, причем из патента США известен способ наматывания сигнальных линий не непосредственно вокруг несущей трубы измерительного зонда, а сматывания их в отдельном контейнере. В результате этого, в обоймах, наряду с соответствующим измерительным зондом, должен также устанавливаться подающий контейнер для сигнальных линий, вследствие чего обоймы должны быть достаточно большими.

Из опубликованной Европейской патентной заявки ЕР 0375109А2 известен подобный измерительный зонд. Раскрытый здесь измерительный зонд имеет камеру для проб, расположенную снаружи от измерительной головки, которая установлена на стальном тросе, направляемом в трубе, параллельной несущей трубе. Стальной трос намотан на катушку и может разматываться при снижении измерительной головки.

Краткое описание изобретения Исходя из этого известного уровня техники задачей настоящего изобретения является создание измерительного зонда, манипуляции которым могут выполняться очень просто и безопасно, и манипулирование которым может быть легко автоматизировано.

Эта задача достигается, согласно изобретению, тем, что обеспечивается погружаемый измерительный зонд для выполнения измерений в жидкостях, в частности в расплавленных металлах, содержащий несущую трубу, измерительную головку, установленную на одном конце несущей трубы, измерительные элементы и сигнальные линии для сигналов измерений, генерируемых измерительными элементами в измерительной головке, при этом сигнальные линии имеют большую длину, чем несущая труба, и проходят от конца измерительной головки, обращенного к внутренней стороне несущей трубы, кроме того, сигнальные линии проходят внутрь несущей трубы и смотаны внутри несущей трубы относительно ее продольной оси, отличающийся тем, что сигнальные линии смотаны в несколько слоев, примыкающих к внутренней стенке несущей трубы с образованием намотки, а в продольном направлении несущей трубы на ее конце, обращенном к измерительной головке, и непосредственно перед намоткой из сигнальных линий расположен примыкающий к ее виткам первый фиксирующий стопор с, по меньшей мере, одним проходом для сигнальных линий.

Кроме того, в погружаемом измерительном зонде сигнальные линии расположены в сигнальном кабеле.

При этом сигнальные линии выведены из несущей трубы через контакт-деталь или непосредственно.

А в продольном направлении несущей трубы непосредственно за намоткой из сигнальных линий расположен примыкающий к ее виткам второй фиксирующий стопор с, по меньшей мере, одним проходом для сигнальных линий.

Кроме того, в погружаемом измерительном зонде измерительная головка закреплена на несущей трубе с возможностью освобождения.

Измерительная головка может быть закреплена с возможностью освобождения с помощью запорных элементов.

При этом запорные элементы выполнены с возможностью освобождения измерительной головки под действием силы, составляющей приблизительно от 300 Н до 600 Н в направлении оси несущей трубы.

Кроме того, запорные элементы на измерительной головке находятся в зацеплении с запорными элементами на первом фиксирующем стопоре.

При этом в измерительной головке расположен, по меньшей мере, один измерительный элемент, термопара и/или электрохимический элемент.

В погружаемом измерительном зонде согласно изобретению, в качестве электрохимического измерительного элемента использован электрохимический элемент для измерения кислорода.

При этом измерительная головка выполнена из материала с плотностью, которая больше или равна плотности жидкости, в которой выполняют измерения.

А длина сигнальных линий может быть в 10-50 раз больше длины измерительного зонда.

Кроме того, в погружаемом измерительном зонде длина сигнальных линий может быть в 25-45 раз больше длины измерительного зонда.

При этом в погружаемом измерительном зонде измерительная головка имеет защитный колпак, который закрывает, по меньшей мере, измерительные элементы и выполнен из материала, который расплавляется или растворяется в жидкости.

Особенностью заявленного технического решения является то, что сигнальные линии сматывают множеством слоев у внутренней стенки несущей трубы и тем, что в продольном направлении несущей трубы, непосредственно перед намоткой из сигнальных линий расположен фиксирующий стопор, с по меньшей мере одним проходом для сигнальных линий, в который упираются витки. Очень длинные сигнальные линии могут, таким образом, помещаться очень компактно в малом пространстве так, что повреждение витков почти исключено благодаря их защищенному положению внутри несущей трубы, что обеспечивает безопасное применение. Благодаря устойчивой наружной поверхности множество измерительных зондов этого типа можно компактно размещать в сложенных штабелем обоймах. Нет необходимости в подвешенном расположении, когда каждый разнесен друг от друга. Как только зонд выпадает из обоймы в глубину конвертера, сигнальная линия сама разматывается наружу из несущей трубы благодаря ее соединению с измерительным или вычислительным устройством. Благодаря разматыванию из трубы дорогие меры предосторожности для предотвращения вращательных движений измерительной головки или несущей трубы при движении к дну излишни. Таким образом, достигается получение стабильного и компактного расположения витков.

Предпочтительно, сигнальные линии формируют сигнальный кабель, в котором множество различных сигнальных линий скомбинированы в единую жилу. Сигнальные линии могут быть соединены с контакт-деталью на одном конце несущей трубы, обращенном в противоположную сторону от измерительной головки, и/или конструкция может позволять им проходить через этот конец несущей трубы.

Преимущественно, фиксирующие стопоры расположены в продольном направлении несущей трубы непосредственно перед намоткой из сигнальных линий и после нее и примыкают к виткам и, соответственно, имеют по меньшей мере один проход для сигнальных линий. Благодаря этим фиксирующим стопорам положение витков закреплено так, что оно не нарушается при транспортировке или при манипулировании и, таким образом, они не препятствуют свободному падению измерительного зонда. Проходы в фиксирующих стопорах делают возможным свободное скольжение сквозь них сигнальных линий, когда витки разматываются при свободном падении. В соответствии с длинами сигнальных линий, то есть в соответствии с высотой всей намотки, фиксирующие стопоры могут располагаться в разных положениях внутри несущей трубы.

Надлежащим образом измерительная головка с возможностью освобождения установлена в несущей трубе, предпочтительно, при помощи запорных элементов так, что после ее освобождения из несущей трубы измерительная головка вытягивает находящуюся за ней сигнальную линию наружу из несущей трубы. Для выполнения измерений в расплавленных металлах была доказана целесообразность того, чтобы запорные элементы освобождали измерительную головку при приложении силы, составляющей приблизительно от 300 Н до 600 Н, направленной в осевом направлении несущей трубы. Кроме того, целесообразно, чтобы запорные элементы измерительной головки входили в зацепление с запорными элементами фиксирующего стопора.

Измерительная головка может иметь по меньшей мере одну термопару и/или по меньшей мере один электрохимический измерительный элемент специально для измерения содержания кислорода и, таким образом, возможно выполнение комбинированных измерений нескольких параметров.

Для обеспечения беспрепятственного погружения и удержания измерительной головки в жидкости измерительная головка, предпочтительно, имеет плотность, которая превышает заданную плотность жидкости, в которой выполняют измерения, или равна ей.

Сигнальные линии, в целом, приблизительно в 10-15 раз, а во многих случаях главным образом в 25-45 раз длиннее измерительного зонда.

Для защиты измерительных элементов при манипулировании измерительным зондом и при погружении измерительной головки измерительная головка имеет защитный колпак, который закрывает по меньшей мере измерительные элементы, и который сформирован из материала, растворяющегося или расплавляющегося в жидкости.

Краткое описание нескольких видов, показанных на чертежах Предшествующее краткое ознакомление, а также следующее подробное описание изобретения будет понятнее при чтении в сочетании с прилагаемыми чертежами. Для иллюстрирования изобретения на чертежах показан пример(ы) его осуществления, которые сейчас предпочтительны. Однако следует понимать, что изобретение не ограничивается точным повторением показанных конфигураций и средств. На чертежах: фиг. 1 изображает погружаемый измерительный зонд, соответствующий изобретению, с несущей трубкой, данной в разрезе; и фиг. 2 изображает сечение части погружаемого измерительного зонда, показанного на фиг.1.

Подробное описание изобретения Погружаемый измерительный зонд имеет несущую трубу 1, которая может быть сформирована, например, из картона. Внутри несущей трубы 1, начиная от одного конца, смотан сигнальный кабель 2 таким образом, что внешний слой намотки примыкает к внутренней поверхности несущей трубы 1. В сигнальном кабеле 2 скомбинированы сигнальные линии, которые не показаны отдельно на чертежах. Сигнальные линии, расположенные в сигнальном кабеле 2, соединены вместе с ним одним концом с измерительной головкой 3. Измерительная головка 3 установлена на одном конце несущей трубы 1. Она удерживается здесь в фиксирующем стопоре 5 запорными элементами 4 измерительной головки 3 и запорными элементами 4' фиксирующего стопора 5. Фиксирующий стопор 5, в свою очередь, закреплен в несущей трубе 1. Будучи уложенной непосредственно на фиксирующий стопор 5, намотка сигнального кабеля 2 продолжается на нужную длину, например, приблизительно 20-30 м. Будучи соединенным с витками, на них расположен второй фиксирующий стопор 6, который вместе с первым фиксирующим стопором 5 обеспечивает то, что витки не будут повреждены до использования погружаемого измерительного зонда согласно техническим условиям. Соответственно, положение второго фиксирующего стопора 6 внутри несущей трубы 1 является функцией длины сигнального кабеля 2. На фиг.1 положение второго фиксирующего стопора 6 схематически показано для нескольких разных длин сигнального кабеля. Витки намотаны начиная от второго фиксирующего стопора 6 вдоль внутренней стенки несущей трубы 1 в направлении переднего конца несущей трубы, к измерительной головке 3. Отсюда вторая намотка направляется в противоположном направлении ко второму фиксирующему стопору 6 и, продолжаясь оттуда, третья намотка направляется как внутренняя намотка вплоть до первого фиксирующего стопора 5, расположенного на измерительной головке 3. Проходя оттуда с изгибом, сигнальный кабель 2 соединяется с контактными точками 7 измерительного элемента, расположенного внутри измерительной головки 3. Эта соединительная часть проходит по продольной оси несущей трубы 1 через соответствующее осевое отверстие 8 в измерительной головке 3.

На противоположном конце намотки сигнальный кабель 2 направляется через примыкающее к внутренней стенке несущей трубы 1 отверстие второго фиксирующего стопора 6 в направлении второго конца несущей трубы 1. Этот второй конец несущей трубы 1 закрыт стопором 9, в котором расположена контакт-деталь 10. Контакт-деталь 10 предназначена для получения контакта (не показан) сигнальных линий, расположенных в сигнальном кабеле 2, через удлинительный кабель или компенсирующий кабель с блоком вычисления и отображения измеренного значения.

На фиг. 2 подробно показано расположение измерительной головки 3 в несущей трубе 1. Измерительная головка 3 несет наружный защитный колпак 11 для механической защиты измерительных элементов, в том числе при ударе измерительной головки 3 о поверхность расплавленного металла, в котором выполняют измерения. В случае выполнения измерений в стальных расплавах защитный колпак 11 также может быть выполнен из стали. Внутри этого защитного колпака 11, прикрепленного к внешней стороне измерительной головки 3, расположен дополнительный защитный колпак 12 непосредственно вокруг измерительных элементов, и этот колпак также растворяется после прохождения измерительной головки сквозь возможный слой шлака и открывает измерительные элементы (не показаны на чертежах) для воздействия на них расплава. Сами измерительные элементы имеют конструкцию традиционных измерительных элементов, хорошо известных специалисту в данной области техники, например термопар или элементов на твердом электролите для измерения содержания кислорода.

При работе погружаемый измерительный зонд высвобождают из обоймы, например, уложенной в штабель. Он падает вниз в свободном полете, в результате чего сигнальный кабель 2 разматывается из намотки. Благодаря прикреплению заднего конца погружаемого измерительного зонда к блоку вычисления и отображения измеряемого значения через контакт-деталь 10 и стопор 9 несущая труба может падать лишь на ограниченную дистанцию. Дистанция падения является функцией длины линии соединения с блоком вычисления и отображения измеряемого значения. При достижении максимальной дистанции падения несущей трубы 1 ее движение внезапно прекращается, и на измерительную головку 3 воздействует сила, которая выталкивает ее наружу из первого фиксирующего стопора 5 так, что она продолжает падение, вытягивая за собой сигнальный кабель 2 из намотки.

Измерительная головка 3 относительно компактна и выполнена из твердой стали вплоть до отверстия для приема сигнального кабеля 2 или измерительных элементов и их соединения с сигнальным кабелем 2. Таким образом, она глубоко погружается в расплавленную массу пока не столкнется с поверхностью расплава так, что после погружения измерительной головки 3 в расплав могут выполняться измерения.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что в описанный выше пример(ы) осуществления изобретения могли бы вноситься изменения без отхода от широкой идеи изобретения. Таким образом понятно, что это изобретение не ограничено описанным конкретным примером(и), а включает в себя модификации в рамках сущности и объема настоящего изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Погружаемый измерительный зонд для выполнения измерений в жидкостях, в частности в расплавленных металлах, содержащий несущую трубу, измерительную головку, установленную на одном конце несущей трубы, измерительные элементы и сигнальные линии для сигналов измерений, генерируемых измерительными элементами в измерительной головке, при этом сигнальные линии имеют большую длину, чем несущая труба, и проходят от конца измерительной головки, обращенного к внутренней стороне несущей трубы, кроме того, сигнальные линии проходят внутрь несущей трубы и смотаны внутри несущей трубы относительно ее продольной оси, отличающийся тем, что сигнальные линии смотаны в несколько слоев, примыкающих к внутренней стенке несущей трубы с образованием намотки, а в продольном направлении несущей трубы на ее конце, обращенном к измерительной головке, и непосредственно перед намоткой из сигнальных линий расположен примыкающий к ее виткам первый фиксирующий стопор с, по меньшей мере, одним проходом для сигнальных линий.

2. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что сигнальные линии расположены в сигнальном кабеле.

3. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что сигнальные линии выведены из несущей трубы через контакт-деталь или непосредственно.

4. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что в продольном направлении несущей трубы, непосредственно за намоткой из сигнальных линий, расположен примыкающий к ее виткам второй фиксирующий стопор с, по меньшей мере, одним проходом для сигнальных линий.

5. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что измерительная головка закреплена на несущей трубе с возможностью освобождения.

6. Погружаемый измерительный зонд по п.5, отличающийся тем, что измерительная головка закреплена с возможностью освобождения с помощью запорных элементов.

7. Погружаемый измерительный зонд по п.6, отличающийся тем, что запорные элементы выполнены с возможностью освобождения измерительной головки под действием силы, составляющей приблизительно от 300 до 600 Н в направлении оси несущей трубы.

8. Погружаемый измерительный зонд по п.6, отличающийся тем, что запорные элементы на измерительной головке находятся в зацеплении с запорными элементами на первом фиксирующем стопоре.

9. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что в измерительной головке расположен, по меньшей мере, один измерительный элемент, термопара и/или электрохимический элемент.

10. Погружаемый измерительный зонд по п.9, отличающийся тем, что в качестве электрохимического измерительного элемента использован электрохимический элемент для измерения кислорода.

11. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что измерительная головка выполнена из материала с плотностью, которая больше или равна плотности жидкости, в которой выполняют измерения.

12. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что длина сигнальных линий в 10-50 раз больше длины измерительного зонда.

13. Погружаемый измерительный зонд по п.12, отличающийся тем, что длина сигнальных линий в 25-45 раз больше длины измерительного зонда.

14. Погружаемый измерительный зонд по п.1, отличающийся тем, что измерительная головка имеет защитный колпак, который закрывает, по меньшей мере, измерительные элементы и выполнен из материала, который расплавляется или растворяется в жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2