ФУРМЕННЫЙ ЗОНД С ВЫДАЧЕЙ ЭТАЛОННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2022 года по МПК C21C5/46 G01N27/30 G01N27/406 

Область техники

Настоящее изобретение относится к зонду для фурмы для погружения в расплавленный металл,

- причем зонд является осесимметричным по существу относительно оси зонда, в частности цилиндрическим,

- причем зонд выполнен с возможностью надевания на фурму для погружения в металлический расплав путем надевания в направлении оси зонда,

- при этом зонд имеет множество сигнальных контактов и множество избыточных контактов, которые при надевании зонда на фурму контактируют с соответствующими ответными контактами фурмы.

Настоящее изобретение также относится к группе таких зондов, при этом

- зонды имеют одинаковую механическую конструкцию,

- один из сигнальных контактов зондов является специальным контактом,

- при этом специальные контакты зондов, контактируют с одним и тем же ответным контактом при надевании соответствующего зонда на фурму.

Предпосылки создания изобретения

Такие зонды используются, в частности, в сталелитейной промышленности, для того, чтобы при помощи встроенных в зонды датчиков определять параметры состояния металлического расплава, находящегося в металлургической емкости, например его температуру или активность кислорода. Кроме того, с помощью таких погружных зондов можно также брать пробы из расплавленного металла, которые позже анализируются в лаборатории. Зонды обычно представляют собой погружные зонды одноразового использования. Зонд соответственно надевается на фурму. Затем происходит процесс измерения. Обнаруженные параметры состояния или соответствующие сигналы измерения подаются в устройство оценки через соответствующие сигнальные контакты зонда и соответствующие ответные контакты фурмы, а также через проводку фурмы. Там они оцениваются автоматически или оператором. После процесса измерения соответствующий зонд снимается с фурмы. Этот процесс может выполняться вручную или автоматически, по мере необходимости. Затем соответствующий зонд выбрасывается. Это необходимо, поскольку, в частности, датчики соответствующего зонда разрушаются из-за высокой температуры расплавленного металла. При необходимости отобранный образец вынимается перед выбрасыванием зонда.

Чтобы доставлять измерительные сигналы, которые максимально точно соответствуют фактическому параметру состояния, зарегистрированному в каждом случае, соответствующий датчик как таковой должен прежде всего работать должным образом. Это гарантируется производителем датчиков путем соответствующего контроля качества. Более того, измерительные сигналы, которые часто находятся в диапазоне мВ, не должны искажаться на пути к устройству оценки. Возможными источниками искажения сигнала являются, в частности, контактные сопротивления от сигнальных контактов и / или других контактов до соответствующих связанных встречных контактов. Искажение сигнала также возможно из-за прокладки кабеля между ответными контактами фурмы и устройства оценки. В частности, плохая теплоизоляция кабеля может привести к ошибкам измерения.

Одноразовые погружные зонды предшествующего уровня техники изготавливают из обернутого картона. Картон обугливался в процессе измерения, особенно при погружении в расплавленный металл. В частности, из-за этой карбонизации, например, остатки сгорания от зондов могут откладываться на ответных контактах. Такие отложения могут привести к значительным изменениям контактного сопротивления между сигнальными контактами / избыточными контактами, с одной стороны, и ответными контактами, с другой.

Неправильные результаты измерений, поскольку они интерпретируются неправильно, приводят к неправильному управлению процессом со всеми связанными с этим последствиями, такими как задержки в производстве, использование добавок или источников энергии, которые не требуются, изменение производственного плана или потеря качества.

Чтобы проверить правильность работы сопрягаемых контактов фурмы и кабельной проводки фурмы, существуют специальные тестовые устройства. Такие тестовые устройства представляют собой так называемые портативные устройства, которые подключаются к адаптеру с помощью кабеля. Адаптер сравнительно небольшой. Адаптер обычно имеет диаметр около 3 см и длиной от около 7 до около 10 см. Адаптер можно подключить к ответным контактам фурмы. После подключения адаптера к ответным контактам оператор приводит в действие исполнительные элементы тестового устройства, так что тестовое устройство генерирует заданные эталонные напряжения и тем самым моделирует соответствующие измерительные сигналы. Если заданные эталонные напряжения правильно передаются на устройство оценки, то можно создать безошибочную измерительную цепь. Если передача неправильная, оператор должен очистить ответные контакты и провести новое контрольное измерение. Если и это не приведет к успеху, контактную деталь фурмы, содержащую ответные контакты, необходимо заменить на месте.

Использование таких тестовых устройств возможно только во время производственной паузы в металлургическом процессе. Кроме того, для проведения испытания оператор должен войти в опасную зону системы, в которой находится металлургический резервуар. Следовательно, оператор подвергается повышенному риску с точки зрения безопасности. Из-за этого повышенного риска такие тесты обычно не проводятся через регулярные промежутки времени, а только когда при наличии других обстоятельство имеется подозрение, что возможны неправильные измерения.

Также уже известны полностью автоматические испытательные системы. В таких испытательных системах адаптер также подключается к фактическому тестовому устройству через кабель. Отличие от описанной выше процедуры состоит в том, что и подключение адаптера к фурме, и отсоединение адаптера от фурмы происходит с помощью робота, и что тестовое устройство интегрировано в систему автоматизации в той степени, что как выходные эталонные напряжения запускается автоматически, так и устройство оценки автоматически информируется о проведении контрольного измерения.

Документ DE 21 40 571 A1 раскрывает измерительную установку с измерительным зондом, который можно опускать в расплав.

Документ DD 208 665 A1 раскрывает измерительную головку для погружных измерительных зондов для определения температуры и ликвидуса и отбора проб жидких металлов.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является предоставление возможностей, с помощью которых можно простым и надежным способом, в частности также во время непрерывной работы металлургического процесса, проверять измерительные схемы на исправность.

Поставленная задача решается зондом с признаками пункта 1 формулы изобретения. Преимущественные конфигурации зонда являются предметом зависимых пунктов 2-11 формулы изобретения.

Согласно изобретению, зонд указанного выше типа скомпонован так, что

- что зонд имеет эталонную схему, которая выполнена так, что она генерирует определенное количество эталонных напряжений на каждый сигнальный контакт и выводит их на соотнесенный ответный контакт через соответствующий сигнальный контакт, и

- что, для соответствующего сигнального контакта, либо количество эталонных напряжений равно единице, либо эталонные напряжения образуют последовательность эталонных напряжений, выводимых одно за другим.

Конструкция зонда согласно изобретению позволяет, в частности, сконструировать зонд геометрически той же формы, что и обычные зонды, и, таким образом, также обращаться с ним таким же образом - например, с помощью робота. В частности, таким образом, можно использовать такой зонд в любое время во время металлургического процесса.

В случае выдачи только одного эталонного напряжения, выходное значение напряжения может быть использовано для проверки измерительного контура (в порядке / не в порядке) или для количественного определения ошибки измерительного контура. В последнем случае из возможной погрешности измерительного контура может быть определено смещение, которое следует учесть при последующем фактическом измерении. В случае выдачи последовательности эталонных напряжений, в частности, возможно определить поле опорных точек, которое связывает соответствующее эталонное напряжение с соответствующим измеренным значением, и принять это поле опорных точек во внимание для последующей интерполяции «реального» измеренного значения в контексте более позднего фактического измерения.

Соответствующее эталонное напряжение является постоянным напряжением. Она поддерживается в течение периода времени, который значительно больше, чем период времени для включения и / или выключения эталонного напряжения или - в случае последовательности эталонных напряжений - для переключения от одного эталонного напряжения к следующему эталонному напряжению. В частности, период времени составляет по меньшей мере пятикратный период времени для подключения и / или отсоединения эталонного напряжения или для переключения от одного эталонного напряжения к следующему эталонному напряжению, предпочтительно, по меньшей мере десятикратный. Возможно, что зонд только генерирует эталонные напряжения и выводит их на ответные контакты через сигнальные контакты. Зонд сконструирован таким образом, что

- зонд имеет множество датчиков, с помощью которых может быть обнаружен параметр состояния металлического расплава, находящегося в металлургической емкости, и может быть выведен измерительный сигнал, соотнесенный соответствующему параметру состояния, и

- зонд содержит устройство переключения, которое соединяет с сигнальными контактами: в первом состоянии переключения эталонную схему, а во втором состоянии переключения – датчики, вместо эталонной схемы.

Если зонд сконструирован таким образом, то перед каждым «реальным» измерением с помощью датчиков зонда сначала может проводиться предварительная проверка связанных измерительных цепей, во время непрерывной работы металлургического процесса. Как уже упоминалось, результат проверки можно использовать для определения смещения и / или поля опорных точек.

Существуют различные варианты для генерации эталонного напряжения или эталонных напряжений. Самый простой способом обеспечить это заключается в том, что эталонная схема имеет генератор напряжения, который генерирует базовое напряжение, а эталонное напряжения генерируются из базового напряжения через делители напряжения. Генераторы напряжения, которые генерируют базовое напряжение с достаточной точностью, обычно известны как таковые. Исключительно в качестве примера можно сослаться на интегральные схемы серии REF 32xx от Texas Instruments (с xx = 12, 20, 25, 30, 33, 40).

Делители напряжения по мере необходимости могут быть выполнены в виде пассивных или активных делителей напряжения. Пассивные делители напряжения состоят исключительно из пассивных неусилительных элементов, обычно исключительно из резисторов. Их особенно легко реализовать. К активным делителям напряжения относятся схемы усилителя. Они имеют то преимущество, что любое ограничение токонесущей мощности генератора напряжения не является критическим и, при определенных обстоятельствах, эталонное напряжение также может быть сгенерировано, большим, чем базовое напряжение генератора напряжения.

В качестве альтернативы делители напряжения могут быть постоянными или регулируемыми. Например, в случае пассивного делителя напряжения в качестве альтернативы можно использовать неизменяемые резисторы или можно использовать по меньшей мере один переменный резистор, например потенциометр.

Делители напряжения предпочтительно выполняются как делители напряжения с температурной компенсацией. В результате выходное эталонное напряжение не зависит или, по крайней мере, почти не зависит от температуры окружающей среды.

Возможно, что устройство переключения имеет исполнительное устройство, с помощью которого устройство переключения может быть вручную переведено оператором в первое и второе состояние переключения. В этом случае исполнительное устройство может быть выполнено, например, в виде кнопки (механической или другой), так что устройство переключения переключается в первое состояние переключения нажатием кнопки, в то время как оно находится во втором состоянии переключения, когда кнопка не задействована. В качестве альтернативы исполнительным устройством может быть, например, переключатель (механический или другой конструкции), который переключает бистабильно вперед и назад между первым и вторым состояниями переключения.

В качестве альтернативы наличию исполнительного устройства, устройство переключения может иметь сигнальный вход, который соединен с одним из упомянутых избыточных контактов. В этом случае устройство переключения может быть переведено в первое и второе состояние переключения посредством сигнала переключения, который подается на этот избыточных контакт через соответствующий ответный контакт. Таким образом, может происходить дистанционно управляемое переключение между первым и вторым состояниями переключения.

Опять же, в качестве альтернативы можно сконструировать устройство переключения таким образом, чтобы, когда зонд прикреплен к фурме, он всегда сначала принимает первое состояние переключения и только позже переходит во второе состояние переключения. Более поздний момент времени можно определить разными способами.

- Одним из примеров является прохождение заранее определенного периода времени. Например, зонд может иметь таймер, который запускается, когда зонд прикреплен к фурме, и который истекает через заранее определенное время. Таймер может быть запущен, например, путем подачи на зонд электрической энергии через фурму.

- Другим примером является то, что источник энергии зонда, например, постепенно заряжает конденсатор через резистор, и переключающее устройство переходит из первого во второе состояние переключения, когда падение напряжения на конденсаторе достигает или превышает предельное значение.

- В случае выдачи последовательности эталонных напряжений является возможным, что зонд независимо проверяет, закончился ли вывод последовательности эталонных напряжений, а затем переходит во второе состояние переключения.

- Другой пример заключается в том, что устройство переключения переходит во второе состояние переключения при подаче сигнала переключения через один из упомянутых избыточных контактов. Отличие от ранее объясненной процедуры, в которой может происходить дистанционно управляемое переключение между первым и вторым коммутационным состоянием, может в этом случае состоять в том, что можно только один раз переключиться с первого на второе состояние переключения, после чего второе состояние переключения сохраняется неизменным.

Зонд предпочтительно имеет дополнительную схему, которая управляет переключающим устройством. Дополнительная схема может быть реализована по мере необходимости из дискретных компонентов (катушек, конденсаторов, резисторов, возможно дополнительных диодов и / или транзисторов). Альтернативно, возможно, что дополнительная схема будет реализована на интегральных схемах. Аналогичным образом можно реализовать эталонную схему с дискретными компонентами и / или интегральными схемами.

Устройство переключения, при необходимости, может быть выполнено в виде электромеханического переключающего устройства или электронного переключающего устройства. В случае электромеханической реализации предпочтительно использовать реле, в случае электронной реализации - полупроводниковые переключающие элементы, например MOSFET.

В особенно предпочтительном варианте зонд имеет полость, с помощью которой можно отбирать пробу из металлического расплава, находящегося в металлургической емкости. Это позволяет взять образец.

Наружная поверхность зонда предпочтительно изготовлена из картона, в частности из обернутого картона. Это позволяет изготавливать зонд очень дешевым способом. Внешняя поверхность зонда может состоять из картона, не только в случае зонда, который, в дополнение к эталонной схеме, имеет ряд датчиков и устройство переключения. Такая же конфигурация возможна, если зонд имеет только эталонную схему, то есть не датчики и устройство переключения. Потому что и в этом случае зонд может быть изготовлен настолько дешево, что его можно использовать как одноразовый зонд без значительных экономических затрат. В случае чистого эталонного зонда, т. е. зонда без датчиков и устройства переключения, зонд также можно использовать повторно.

Поставленная задача настоящего изобретения также решается с помощью группы зондов, имеющих признаки пункта 12 формулы изобретения. Преимущественный вариант реализации группы зондов является предметом зависимого пункта 13 формулы изобретения.

Согласно изобретению, группа зондов указанного выше типа сконфигурирована так,

- что зонды отличаются тем

- есть ли у них и в каком количестве дополнительные сигнальные контакты, через которые они выводят определенное количество эталонных напряжений на соответствующий ответный контакт, и / или

- есть ли у них датчик и устройство переключения, чтобы они могли выводить измерительный сигнал через специальный контакт в качестве альтернативы множеству эталонных напряжений, и / или

- есть ли и, если применимо, в каком количестве они имеют дополнительные датчики и могут ли они выводить дополнительные измерительные сигналы через устройство переключения в качестве альтернативы множеству эталонных напряжений, и / или

- при необходимости, какие датчики они имеют и каким параметрам состояния расплавленного металла в металлургической емкости соответствуют соответствующие измерительные сигналы, и / или

- имеет ли зонд полость, с помощью которой можно отбирать пробу из расплавленного металла в металлургической емкости, и

- то, что зонды также отличаются тем, что величина эталонного напряжения и / или последовательность эталонных напряжений, которые выдают зонды через специального контакт, отличаются друг от друга.

В результате, в рамках эталонного измерения, когда зонд выдает эталонное напряжение через свои сигнальные контакты и соответствующие ответные контакты фурмы, за счет эталонного напряжения или напряжений, поступающих через специальный контакт, может определяться, какой тип зонда используется.

Специальный контакт предпочтительно определяется так, что связанный с ним датчик является устройством измерения температуры для всех зондов, в которых измерительный сигнал может передаваться через специальный контакт. Таким образом, независимо от типа используемых зондов, на практике зонды, по крайней мере, регистрируют температуру расплавленного металла и выдают соответствующее измеренное значение через специфический сигнальный контакт, а именно специальный контакт и соответствующий ответный контакт.

Краткое описание чертежей

Вышеописанные свойства, особенности и преимущества настоящего изобретения, а также способ их достижения станут более ясными и понятными в связи с нижеследующим описанием примерных вариантов осуществления, которые более подробно поясняются в связи с чертежами. Причем схематично показано:

Фиг.1 показан зонд сбоку,

Фиг.2 показан зонд, устанавливаемый на фурму,

Фиг.3 показывает зонд, фурму и металлургическую емкость,

Фиг.4 показана принципиальная схема,

Фиг.5 эталонное напряжения, выходящее через сигнальный контакт,

Фиг.6 показывает часть эталонной схемы,

Фиг.7 показан альтернативный вариант реализации части эталонной схемы,

Фиг.8 показывает модификацию фиг.6,

Фиг.9 показана другая принципиальная схема,

Фиг.10 показывает модификацию фиг.9,

Фиг.11 показывает устройство переключения и дополнительную схему,

Фиг.12 показывает устройство переключения и эталонную схему,

Фиг.13 показывает другую принципиальную схему,

Фиг.14 показывает диаграмму напряжения, и

Фиг. 15 показывает временную диаграмму.

Описание вариантов осуществления

Согласно фиг.1 зонд 1 для фурмы 2 (см. Фиг.2) для погружения в расплавленный металл 4 (см. Фиг.3) выполнен в виде удлиненного, по существу цилиндрического тела. В передней области, которая при использовании зонда 1 погружается в расплавленный металл 4, который расположен в металлургической емкости 3, зонд 1 может быть скруглен, как показано на фиг.1-3. Следовательно, зонд 1 осесимметричен по существу относительно оси 5 зонда. Длина l зонда 1 может находиться в диапазоне от 50 см до 250 см, в частности от 75 см до 200 см. Диаметр d зонда 1 значительно меньше. Обычно он составляет от 5 до 15 см, в частности от 7 до 12 см.

Как показано стрелкой на фиг.2, зонд 1 может быть надет на фурму 2 путем перемещения в направлении оси 5 зонда. В этом состоянии зонд 1 механически соединен с фурмой 2, так что зонд 1 также перемещается при перемещении фурмы 2. В частности, как показано стрелкой на фиг.3, можно, перемещая фурму 2 соответствующим образом, погрузить зонд 1 в расплавленный металл 4, который находится в металлургической емкости 3. Металлический расплав 4 может быть, например, расплавом стали.

Зонд 1 имеет ряд сигнальных контактов 6, как показано на фиг.4. Кроме того, у зонда 1 имеется ряд избыточных контактов 7. Как сигнальные контакты 6, так и избыточные контакты 7 контактируют с соответствующими ответными контактами 8 фурмы 2, когда зонд 1 надет на фурму 2. Оттуда они по проводке (не показаны) проходящей в фурме 2 соединяются с устройством оценки (не показано). Количество сигнальных контактов 6 равно по меньшей мере одному. Количество избыточных контактов также по меньшей мере один. Однако часто имеется более одного сигнального контакта 6 и / или более одного избыточного контакта 7. Например, может быть два избыточных контакта 7 для подачи электроэнергии на зонд 1 и один или два сигнальных контакта 6 для передачи значений напряжения на фурму 2. Однако возможны и другие числа.

Как пояснено выше, конструкция зонда 1 соответствует той же конструкции, которая также является обычной в уровне техники для таких зондов 1. Однако согласно изобретению зонд 1 имеет эталонную схему 9. Эталонная схема 9 сконфигурирована таким образом, что она генерирует ряд эталонных напряжений U на сигнальный контакт 6 и выводит их на соответствующий ответный контакт 8 через соответствующий сигнальный контакт 6. Вполне возможно, - смотрите иллюстрацию слева на фиг. 5 - что эталонная схема 9 генерирует только одно эталонное напряжение U по отношению к соответствующему сигнальному контакту 6. Изображение двух эталонных напряжений U выбрано потому, что, например, также могут присутствовать два сигнальных контакта 6. В качестве альтернативы - см. изображение справа на фиг.5 - для эталонной схемы 9 можно через соответствующий сигнальный контакт 6 генерировать множество эталонных напряжений U как функцию времени t. В этом случае эталонное напряжение U образуют последовательность эталонных напряжений на выходе U один за другим. Значение эталонного напряжения U или значений эталонного напряжения U и, возможно, также количество эталонных напряжений U последовательности могут быть определены в соответствии с требованиями.

Для генерирования эталонного напряжения U или эталонных напряжений U, эталонная контур 9 может иметь, например, генератор 10 напряжения, как показано на фиг. 6 и 7, который генерирует фиксированное базовое напряжение U0. В редких отдельных базовое напряжение U0 может соответствовать желаемому эталонному напряжению U. Как правило, однако, она отличается от требуемого эталонного напряжения U. В этом случае эталонная схема 9 может иметь делитель напряжения 11, с помощью которого требуемое эталонное напряжение U генерируется из базового напряжения U0.

Делитель 11 напряжения может быть выполнен как пассивный делитель напряжения, как показано на фиг.6. В этом случае делитель напряжения 11 содержит исключительно пассивные элементы, в частности резисторы 12. В качестве альтернативы, делитель напряжения 11 может быть выполнен как активный делитель напряжения, как показано на фиг.7. В этом случае делитель напряжения 11 имеет активные элементы, например операционный усилитель 13, который соответствующим образом подключается через резисторы (не показаны).

Генератор 10 напряжения генерирует базовое напряжение U0, как правило, с высокой точностью. Таким образом, значение базового напряжения U0 не зависит или почти не зависит от напряжения питания генератора 10 напряжения, а также в широких пределах не зависит или почти не зависит от температуры окружающей среды генератора 10 напряжения. Соответствующие генераторы 10 напряжения обычно известны специалистам в данной области техники. Например, как показано на фиг.6 и 7, генератор 10 напряжения может быть выполнен в виде интегральной схемы типа REF 3225 от Texas Instruments. В этом случае базовое напряжение U0 составляет 2,5 В. Также можно использовать другие схемы из серии REF 32xx и соответствующие схемы других производителей.

Пассивный делитель напряжения, показанный на фиг.6, может быть установлен постоянно. Например, пассивный делитель напряжения на фиг.6 имеет только резисторы 12 с фиксированными значениями сопротивления. В этом случае, для каждого эталонного напряжения U, которое должно быть сгенерировано соответственно предусмотрен соотнесенный пассивный делитель напряжения. В качестве альтернативы можно предусмотреть пассивный делитель напряжения, показанный на фиг.6. В этом случае, например, в соответствии с изображением на фиг.8, может быть настроен по меньшей мере один из резисторов 12. Регулировка может быть ручной или электронной. В случае электронной регулировки один и тот же пассивный делитель напряжения может при определенных обстоятельствах использоваться для последовательной генерации множества эталонных напряжений U. Аналогичные ситуации возможны и с активным делителем напряжения.

Делитель напряжения 11 предпочтительно выполнен как делитель напряжения с температурной компенсацией. Это может быть достигнуто, например, в случае пассивного делителя напряжения за счет того, что используемые резисторы 12 имеют аналогичные температурные характеристики. Аналоговые конфигурации (постоянная установка или регулировка, регулировка вручную извне или электронным способом) также возможны, когда делитель напряжения 11 сконфигурирован как активный делитель напряжения.

Конфигурации, поясненные до сих пор применительно к фиг.4-8, представляют минимальную конфигурацию зонда 1, в которой зонд 1 используется исключительно для предоставления эталонных напряжений U. В результате, с помощью такого зонда 1 невозможно провести фактические измерения. Однако можно спроектировать зонд 1 таким образом, чтобы он мог обеспечивать доступность эталонных напряжений U и выполнять фактические измерения. Это объясняется более подробно ниже применительно к фиг.9 и относящихся к ней фигур.

В соответствии с фиг. 9, зонд 1 имеет множество датчиков 14 в дополнение к эталонной схеме 9. Присутствует по меньшей мере один датчик 14. Однако также могут присутствовать несколько датчиков 14. Параметр состояния, в котором находится расплавленный металл 4, может быть определен с помощью датчиков 14. Например, температура расплавленного металла 4, содержание кислорода в расплавленном металле 4, содержание углерода в расплавленном металле 4 и подобное могут быть обнаружены с помощью соответствующих датчиков 14. Соответствующие датчики 14 обычно известны специалистам в данной области техники. Также могут быть определены другие параметры. Как правило, имеется по крайней мере один датчик 14 для определения температуры расплавленного металла 4. Кроме того, могут присутствовать датчики 14 для определения содержания кислорода и / или содержания углерода в металлическом расплаве 4. Соответствующий датчик 14 выдает измерительный сигнал M, который соответствует определенному параметру состояния, обнаруженному соответствующим датчиком 14.

Зонд 1 также имеет устройство 15 переключения. Устройство 15 переключения находится либо в первом состоянии переключения, либо во втором состоянии переключения. В первом состоянии переключения - показанном на фиг.9 сплошными линиями - устройство 15 переключения переключает эталонную схему 9 и, таким образом, эталонное напряжение U, подается эталонной схемой 9 на сигнальные контакты 6. Во втором состоянии переключения - показано пунктирными линиями на фиг. 9 - устройство 15 переключения подключает датчик 14 вместо эталонной схемы 9 и, таким образом, измерительные сигналы М с датчиков 14 поступают к сигнальным контактам 6. Это позволяет сначала подавать эталонные напряжения U на ответные контакты 8 (в первом состоянии переключения устройства 15 переключения), а затем выводить измерительные сигналы M на ответные контакты 8 (во втором состоянии переключения устройства 15 переключения).

Как правило, эталонная схема 9 генерирует по меньшей мере одно эталонное напряжение U для каждого сигнального контакта 6, через который измерительный сигнал M выводится во втором состоянии переключения устройства 15 переключения. Например, если присутствуют два сигнальных контакта 6, через которые подается измерительный сигнал М для температуры расплавленного металла 4 и измерительный сигнал М для содержания кислорода в расплавленном металле 4, то эталонная схема 9 формирует отдельное эталонное напряжение U или отдельную последовательность эталонных напряжения U для каждого из этих двух сигнальных контактов 6.

Существуют различные возможности переключения устройства 15 переключения.

Например, согласно изображению на фиг.9, устройство 15 переключения может иметь исполнительное устройство 16, с помощью которого устройство 15 переключения может вручную переводиться в первое и второе состояние переключения оператором 17.

В качестве альтернативы, согласно иллюстрации на фиг.10, переключающее устройство 15 может иметь сигнальный вход 18. В этом случае сигнальный вход 18 можно подключить к одному из избыточных контактов 7. В этом случае можно подать сигнал S переключения на устройство 15 переключения через соответствующий ответный контакт 8, соответствующий упомянутому контакту 7, и сигнальный вход 18. В зависимости от значения сигнала S переключения устройство 15 переключения принимает первое или второе состояние переключения. Таким образом, устройство 15 переключения может быть переведено из первого состояния переключения во второе с помощью дистанционного управления и, наоборот, также конкретно из второго состояния переключения в первое.

В качестве альтернативы, как показано на фиг.11, можно сконструировать устройство 15 переключения таким образом, чтобы оно всегда первоначально принимало первое состояние переключения, когда зонд 1 прикреплен к фурме 2. В этом случае переход во второе состояние переключения может осуществляться различными способами.

Например, устройству 15 переключения может быть поставлена в соответствие дополнительная схема 19, которая по истечении заранее определенного периода времени вынуждает устройство 15 переключения переключаться из первого во второе состояние переключения. Дополнительная схема 19 может быть спроектирована, например, как таймер, то есть как счетчик, который увеличивается тактово и выдает двоичный сигнал при достижении определенного счета. В качестве альтернативы, дополнительная схема 19 может - исключительно в качестве примера - иметь конденсатор 20 и последовательный резистор 21 перед входом, как показано на фиг. 11, так что конденсатор 20 перед надеванием зонда 1 на фурму заряжается подводимым к зонду питающим напряжением. Напряжение UC конденсатора, падающее на конденсаторе 20, в этом случае может быть подано на переключающее устройство 22, которое при достижении критического значения приводит в действие переключающее устройство 22, которое выдает сигнал S переключения. В этом случае срабатывание переключающего устройства 22 приводит к тому, что сигнал S переключения изменяет свое значение, и устройство 15 переключения тем самым переводится из первого во второе состояние переключения. Переключающее устройство 22 может, например, быть выполнено в виде транзистора с соответствующей разводкой. Однако возможны и другие конфигурации.

В качестве альтернативы, как показано на фиг.12, эталонная схема 9 может выдавать сигнал переключения S. Этот вариант особенно полезен, когда эталонная схема 9 выводит не только одно эталонное напряжение U, но последовательность эталонных напряжений U. В этом случае эталонная схема 9 удерживает сигнал S переключения на значении для первого состояния переключения до тех пор, пока подается последовательность эталонных напряжений U. После того, как вывод последовательности эталонных напряжений закончился, эталонная схема 9 изменяет значение сигнала S переключения на значение для второго состояния переключения.

В качестве альтернативы, согласно изображению на фиг.13, сигнал S переключения устройства 15 переключения - аналогично фиг.10 - может подаваться через один из избыточных контактов 7. Однако в случае варианта осуществления, показанного на фиг.13, устройство 15 переключения сконфигурировано таким образом, что, хотя оно может быть переведено из первого во второе состояние переключения один раз, более поздний возврат обратно в первое состояние переключения больше невозможен. Таким образом, задание сигнала S переключения для переключения во второе состояние переключения приводит в этом случае к необратимому переходу во второе состояние переключения.

Дополнительная схема 19, которая управляет устройством 15 переключения, может быть реализована из дискретных компонентов, например конденсатора 20, последовательного резистора 21 и переключающего устройства 22. В качестве альтернативы можно реализовать дополнительную схему 19 с помощью интегральных схем. Само устройство 15 переключения может быть выполнено как электромеханическое переключающее устройство или как электронное переключающее устройство. Переключающие элементы коммутационного устройства 15 могут быть выполнены, например, как реле в первом случае и, например, как MOSFET во втором случае.

Если, в дополнение к эталонной схеме 9, зонд 1 также имеет датчик 14 и устройство 15 переключения, зонд 1 может, кроме того, имеет полость 23, как показано на фиг.1. В этом случае можно отобрать пробу из расплавленного металла 4 с помощью полости 23. Отобранный образец можно позже проанализировать в лаборатории. Независимо от того, имеет ли зонд 1 также датчики 14 и устройство 15 переключения в дополнение к контрольной схеме 9 или нет, внешняя поверхность 24 зонда 1 может состоять из картона, в частности из обернутого картона, как в предшествующем уровне техники.

Из приведенных выше пояснений можно видеть, что могут быть разные типы зондов 1, которые, хотя все они выдают эталонные напряжения U и, таким образом, сконструированы как зонды 1 согласно изобретению, отличаются друг от друга в других отношениях. Например, могут присутствовать следующие зонды 1:

- Зонд 1, который разработан как чистый эталонный пробник, который не может производить никаких реальных измерений. Этот зонд упоминается ниже как эталонный зонд и имеет ссылочный номер 1a.

- Зонд 1, с помощью которого можно определить температуру расплавленного металла 4. Этот зонд далее именуется Т-зондом и обозначен условным обозначением 1b.

- Зонд 1, с помощью которого можно определять температуру расплавленного металла 4 и содержание кислорода в расплавленном металле 4. Этот зонд далее называется зондом TO и обозначен символом 1c.

- Зонд 1, с помощью которого можно определять температуру расплавленного металла 4 и содержание углерода в расплавленном металле 4. Этот зонд далее называется зондом TC и обозначен символом 1d.

- Зонд 1, с помощью которого можно регистрировать температуру расплавленного металла 4 и дополнительно брать пробу расплавленного металла 4. Этот зонд ниже называется зондом TS и обозначен символом 1e.

- Зонд 1, с помощью которого можно определять температуру расплавленного металла 4 и содержание кислорода в расплавленном металле 4, а также дополнительно отбирать образец расплавленного металла 4. Этот зонд ниже называется зондом TSO и обозначен символом 1f.

- Зонд 1, с помощью которого можно определять температуру расплавленного металла 4 и содержание углерода в расплавленном металле 4, а также дополнительно отбирать образец расплавленного металла 4. Этот зонд упоминается ниже как зонд TSC и имеет ссылочный номер 1g.

Все эти зонды 1, то есть зонды 1a-1g, могут иметь одинаковую механическую конструкцию. Кроме того, во всех зондах 1, за исключением эталонного зонда 1a, температура расплавленного металла 4 и соответствующий измерительный сигнал M подаются на один и тот же ответный контакт 8. Таким образом, связанный с ним датчик 14 является устройством измерения температуры. Этот сигнальный контакт 6, через который измерительный сигнал M температуры расплавленного металла 4 подается на вышеупомянутый ответный контакт 8, по этой причине всегда находится в том же месте после того, как соответствующий зонд 1 был установлен на фурме 2, так как он контактирует с этим ответным контактом 8. Соответствующий сигнальный контакт 6 зондов 1 далее именуется специальным контактом и снабжен условным обозначением 6’. Однако обозначение в качестве специального контакта и присвоение ссылочного символа 6’ не предназначены для обозначения специальной функции, а скорее предназначены только для словесной индивидуализации, чтобы отличить их от других сигнальных контактов 6 зондов 1.

Вообще говоря, зонды 1 отличаются друг от друга, по крайней мере, одним из следующих критериев:

- Ответ на вопрос о том, имеют ли и в каком количестве зонды 1 дополнительные сигнальные контакты 6, через которые каждый из них выводит определенное количество эталонных напряжений U на соответствующий ответный контакт 8. В частности, в случае эталонного датчика 1a имеет смысл выводить эталонное напряжение U через два сигнальных контакта 6, то есть через дополнительный сигнальный контакт 6 в дополнение к специальному контакту 6’. То же самое относится к зонду TO 1c, зонду TC 1d, зонду TSO 1f и зонду TSC 1g. Для Т зонда 1b и TS зонда 1e, с другой стороны, достаточно выводить эталонное напряжение U или последовательность эталонных напряжения U исключительно через специальный контакт 6’. Если должны присутствовать датчики 1, с помощью которых можно регистрировать более двух измерительных сигналов M, для эталонного датчика 1a также может быть полезно выводить соответствующие эталонные напряжения U через более чем два сигнальных контакта.

- Ответ на вопрос, есть ли у зондов 1 датчик 14 и устройство 15 переключения, чтобы они могли выводить измерительный сигнал M через специальный контакт 6’ вместо множества эталонных напряжений U. В частности, через специальный контакт 6’ эталонного зонда 1a нельзя выводить измерительный сигнал M, в то время как это имеет место с другими зондами от 1b до 1g.

- Ответ на вопрос, есть ли и, если применимо, в каком количестве зонды 1 имеют дополнительные датчики 14 и через устройство 15 переключения, в качестве альтернативы множеству эталонных напряжений U, могут выдавать дополнительные измерительные сигналы M на сигнальные контакты 6, отличные от специального контакта 6’. В частности, с помощью эталонного датчика 1a измерительный сигнал M не может быть выдан. С другой стороны, только измерительный сигнал M температуры расплавленного металла 4 может быть выведен с помощью зонда Т 1b и зонда TS 1e. Напротив, с помощью зонда TO 1c, с помощью зонда TC 1d, с зонда датчика TSO 1f и с помощью зонда TSC 1g выводится, в дополнение к измерительному сигналу M температуры расплавленного металла 4, дополнительно измерительной сигнал M содержания кислорода или содержания углерода в расплавленным металле 4. Также возможен зонд 1, в котором в дополнение к измерительному сигналу М температуры расплавленного металла 4 могут регистрироваться несколько дополнительных измерительных сигналов М, например, как для содержания углерода, так и для содержания кислорода.

- Ответ на вопрос, какие датчики 14 могут иметь зонды 1 и каким параметрам состояния расплавленного металла 4 соответствуют соответствующие измерительные сигналы М. Например, могут присутствовать датчики температуры различных типов, измерительные сигналы М которых выдают значения М измерения, которые отличаются друг от друга при одинаковой температуре расплавленного металла 4. Параметр состояния также может отличаться от зонда 1 к зонду 1. Например, в случае с зондом TO 1c, зондом TC 1d, зондом TSO 1f и зондом TSC 1g, измерительные сигналы M для содержания кислорода или содержания углерода в расплавленном металле 4 могут каждый подаваться на один и тот же ответный контакт 8 фурмы 2. Однако значение этого измерительного сигнала M различается в зависимости от того, является ли рассматриваемый зонд 1 зондом TO 1с или зондом TSO 1f, с одной стороны, или зондом TC 1d или зондом TSC 1g, с другой. В первых двух упомянутых случаях измерительный сигнал М является характеристикой содержания кислорода в металлическом расплаве 4, в последних двух случаях он является характеристикой содержания углерода в металлическом расплаве 4.

- Ответ на вопрос, имеет ли зонд 1 полость 23 или нет, то есть можно ли отобрать пробу из расплавленного металла 4 с помощью соответствующего зонда 1 или нет. В частности, можно взять образец посредством зонда TS 1e, зонда TSO 1f и зонда TSC 1g, тогда как это возможно для эталонного зонда 1a, зонда T 1b, зонда TO 1c и зонда TC 1d.

Возможно, что все эталонные напряжения U, соответственно, последовательности эталонных напряжений U для всех зондов 1 являются одинаковыми. Зонды 1 предпочтительно различаются, однако, в том, что величина эталонного напряжения U и / или последовательности эталонных напряжений U, которые зонды 1 выдают через специальный контакт 6’ отличны друг от друга. Если зонды 1 соответственно выдают одно эталонное напряжение U через специальный контакт 6’, эталонное напряжение U может, например, в зависимости от того, является ли зонд 1 зондом 1a, 1b, зонд и так далее, как показано на фиг. 14 иметь другое значение. Эталонные напряжения U показаны, каждое с добавлением небольшой буквой a до g на фиг. 14, для того, чтобы указать, для какого зонда 1a до 1g применяется соответствующее эталонное напряжение U. Если зонды 1 выдают последовательность эталонных напряжений U через специальный контакт 6’, соответствующая последовательность эталонных напряжений U может быть определена индивидуально, например, в зависимости от того, является ли зонд 1 зондом 1a, зондом 1b и подобное. Например, как показано на фиг.15, возможно

- последовательность 25a последовательных, строго монотонно возрастающих эталонных напряжений U выводится для эталонного зонда 1a,

- для зонда Т 1b последовательность 25b последовательных, строго монотонно падающих эталонных напряжений U,

- для зонда TO 1c последовательность 25c последовательных, строго монотонно возрастающих эталонных напряжений U, которая заканчивается в конце последовательности значительно меньшим значением, и

- для зонда TC 1d - последовательность 25d последовательных, строго монотонно падающих эталонных напряжений U, которая завершается в конце последовательности значительно более высоким значением.

Если присутствуют только эти четыре типа зондов 1, то есть только эталонный зонд 1a, зонд Т 1b, зонд ТО 1c и зонд ТС 1d, эти четыре типа зондов 1 можно четко распознать и отличить друг от друга. Однако аналогичным образом соответствующая последовательность эталонных напряжений U может также выводиться для зонда TS 1e, для зонда TSO 1f и для зонда TSC 1g, так что даже с более чем четырьмя типами зондов 1 тип соответствующего зонда 1 хорошо различим.

Настоящее изобретение имеет много преимуществ. Сочетание эталонной схемы 9, устройство 15 переключения и датчика 14 позволяют надежно проверить соответствующую измерительную схему перед каждым процессом измерения, то есть перед каждым использованием зонда 1, и, возможно, даже определить смещение для компенсации погрешности измерения. Ошибки измерения можно распознать и во многих случаях даже компенсировать. Соответствующее эталонное напряжение U или соответствующая последовательность эталонных напряжений U может быть определена соответствующим образом, так что она лежит или охватывает диапазон измерений, которое происходит на практике. Например, в случае стального расплава, эталонное напряжение U может быть выбрано для датчика 14, с помощью которого температура расплавленного металла 4 должны быть обнаружена, что соответствует температуре в диапазоне от 1600 °С до 1700 °С. Также возможно без каких-либо проблем распознать эталонные напряжения U как таковые со стороны устройства оценки. Поскольку известно, в какое время соответствующий зонд 1 подключается к фурме 2, также известно, что сначала выводятся эталонные напряжения U, а только затем любые измерительные сигналы M.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано более подробно с помощью предпочтительного примерного варианта осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть выведены из него специалистом в данной области без отклонения от объема защиты изобретения.

Список условных обозначений

1, 1а до 1g Зонды 2 Фурма 3 металлургическая емкость 4 Расплавленный металл 5 Ось зонда 6 Сигнальные контакты 6’ Специальный контакт 7 избыточные контакты 8 ответные контакты 9 Эталонная схема 10 Генератор напряжения 11 Делитель напряжения 12 Сопротивления 13 Операционный усилитель 14 Датчик 15 Устройство переключения 16 Привод 17 Оператор 18 Сигнальный вход 19 Дополнительная схема 20 Конденсатор 21 Последовательный резистор 22 Переключающее устройство 23 Полость 24 Внешняя поверхность 25a - 25d Последовательности d диаметр М Измерительный сигнал l длина S Сигнал переключения t время U, Ua до Ug Эталонные напряжения U0 Базовое напряжение UC Напряжение конденсатора

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для определения параметров состояния металлического расплава, находящегося в металлургической емкости, например в конвертере. Фурменный зонд для погружения в расплавленный металл имеет сигнальные контакты и избыточные контакты, которые входят в контакт с соответствующими ответными контактами фурмы, когда зонд установлен на фурму. Зонд имеет эталонную схему, выполненную с возможностью генерирования нескольких эталонных напряжений на сигнальный контакт и выведения их на соответствующий ответный контакт через соответствующий сигнальный контакт. Зонд имеет устройство переключения, которое присоединяет к сигнальным контактам эталонную схему в первом состоянии переключения и, вместо эталонной схемы, датчик во втором состоянии переключения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Фурменный зонд для погружения в металлический расплав (4),

- причем зонд является осесимметричным по существу относительно оси зонда (5), в частности цилиндрическим,

- причем зонд выполнен с возможностью надевания на фурму (2) для погружения в металлический расплав (4) путем надевания в направлении оси (5) зонда,

- при этом зонд имеет множество сигнальных контактов (6) и множество избыточных контактов (7), которые при надевании зонда на фурму (2) контактируют с соответствующими ответными контактами фурмы (2),

отличающийся тем, что

- зонд имеет эталонную схему (9), выполненную таким образом, что она на сигнальный контакт (6) генерирует множество эталонных напряжений (U) и передает их через соответствующий сигнальный контакт (6) на соотнесенный ответный контакт (8), причем

- применительно к соответствующему сигнальному контакту (6) либо количество эталонных напряжений (U) равно одному, либо эталонные напряжения (U) образуют последовательность исходящих другом за другом эталонных напряжений (U),

- зонд имеет множество датчиков (14), выполненных с возможностью определения в каждом случае одного параметра состояния находящегося в металлургической емкости (3) металлического расплава (4) и в каждом случае выдачи соответствующего этому параметру состояния измерительного сигнала (М), и при этом

- зонд содержит устройство (15) переключения, которое соединяет с сигнальными контактами (6): в первом состоянии переключения эталонную схему (9), а во втором состоянии переключения - датчики (14), вместо эталонной схемы (9).

2. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что эталонная схема (9) содержит генератор (10) напряжения, который генерирует базовое напряжение (U0), причем эталонные напряжения (U) генерируются из базового напряжения (U0) при помощи делителей напряжения (11).

3. Зонд по п. 2, отличающийся тем, что делители напряжения (11) выполнены как пассивные делители напряжения или как активные делители напряжения.

4. Зонд по п. 2 или 3, отличающийся тем, что делители напряжения (11) выполнены постоянно установленными или регулируемыми.

5. Зонд по п. 2, 3 или 4, отличающийся тем, что делители напряжения (11) выполнены как делители напряжения с температурной компенсацией.

6. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что

- устройство (15) переключения содержит исполнительное устройство (16), выполненное с возможностью ручного переключения упомянутого устройство (15) переключения в первое или второе состояние переключения, или

- устройство (15) переключения имеет сигнальный вход (18), который подключен к одному из избыточных контактов (7), причем устройство (15) переключения выполнено с возможностью переключения в первое и второе состояния переключения посредством сигнала (S) переключения, подаваемого на этот избыточный контакт (7) через соответствующий избыточный ответный контакт (8), или

- при установке зонда на фурму устройство (15) переключения выполнено с возможностью принимать сначала первое состояние переключения, а затем переходит во второе состояние переключения

- через заранее установленный период времени,

- в случае вывода последовательности эталонных напряжений (U), после вывода последовательности эталонных напряжений (U) или

- при подаче сигнала (S) переключения через один из избыточных контактов (7).

7. Зонд по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что зонд содержит дополнительную схему (19), которая управляет устройством (15) переключения, причем дополнительная схема (19) реализована из дискретных компонентов или с помощью интегральных схем.

8. Зонд по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что устройство (15) переключения выполнено как электромеханическое переключающее устройство или как электронное переключающее устройство.

9. Зонд по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что зонд имеет полость (23), выполненную с возможностью отбора пробы из металлического расплава (4), находящегося в металлургической емкости (3).

10. Зонд по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поверхность оболочки (24) зонда состоит из картона, в частности из обернутого картона.

11. Группа фурменных зондов (1) для погружения в металлический расплав (4) по любому из пп. 1-10, при этом

- один из сигнальных контактов (6) зондов (1) является сигнальным контактом (6’),

- при этом сигнальные контакты (6’) зондов, контактируют с одним и тем же ответным контактом (8) при надевании соответствующего зонда (1) на фурму (2),

отличающаяся тем, что

фурменные зонды группы

- имеют разное количество сигнальных контактов (6) для выведения множества эталонных напряжений (U) на соответствующий ответный контакт (8), и/или

- снабжены датчиком (14) и устройством (15) переключения для выведения измерительного сигнала (M) через сигнальный контакт (6’) в качестве альтернативы множеству эталонных напряжений (U), и/или

- снабжены разным количеством датчиков (14) и выполнены с возможностью выведения дополнительных измерительных сигналов (М) через устройство переключения (15) в качестве альтернативы множеству эталонных напряжений (U), и/или

- имеют разные датчики (14), выполненные для выведения измерительных сигналов (M), соответствующих параметрам состояния расплавленного металла (4) в металлургической емкости (3), и/или

- имеют полость (23), выполненную для отбора пробы из расплавленного металла (4) в металлургической емкости (3),

- при этом зонды (1) группы выполнены таким образом, что величина эталонного напряжения (U) и/или последовательность эталонных напряжений (U), которые выдают зонды (1) группы через сигнальный контакт (6’), отличаются друг от друга.

12. Группа зондов (1) по п. 11, отличающаяся тем, что для всех зондов (1), выполненных с возможностью передачи измерительного сигнала (M) через сигнальный контакт (6’), связанный с ними датчик (14) является устройством измерения температуры.