Устройство для измерения температуры расплава в печи Советский патент 1992 года по МПК G01N5/02 

Изобретение относится к пирометрии и может быть использовано для измерений температуры расплавов в печах в металлургическом, литейном, стекольном и других производствах.

Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение конструкции.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-3.

В футеровке 1 печи стационарно установлен армированный огнеупорный свето- прозрачный элемент 2, предназначенный для передачи излучения термометрируе- мой среды 3 на пирометрический преобразователь 4. Во избежание разрушения элемента 2 длина его части, контактирующей с футеровкой 1, равна толщине внутреннего максимально смещающегося ее слоя. Остальная часть элемента 2 находится в плоскости термостатирующего конуса 5, снабженного рубашкой охлаждения. Меньшее основание конуса 5 отделено от футеровки 1 шайбой 6, выполненной из гибкого огнеупорного материала, например асбестового картона. Эта шайба, находясь на границе максимально смещающегося слоя футеровки, деформируясь, предохраняет элемент 2 от разрушения. На наружном конце светопрозрачного элемента 2 закреплена направляющая втулка 7, на которой при помощи резьбового соединения закреплена визирная трубка 8. Визирная трубка состоит из двух частей, выполненных из одного материала, соединенных термоизоляционным узлом 9 для уменьшения теплопередачи от элемента 2 к пирометрическому преобразователю. Наружная часть визирной трубки служит для установки пирометрического преобразователя и снабжена отверстиями для улучшения конвективного теплоотвода от преобразователя. Для обеспечения номинального рабочего расстояниядляпирометрического

преобразователя длина визирной трубки равна уменьшенной на длину светопрозрачного элемента сумме номинального рабочего расстояния и длины преобразователя

1трНр+1п-1е(фиг.1)

Диаметры входного отверстия термостатирующего конуса, защитной диафрагмы и внутренней трубки рубашки охлаждения равны диаметрам направляющей втулки и

визирной трубки, увеличенным на удвоенное их максимальное смещение за счет па- раллельного и углового смещений светопрозрачного элемента. При заданном соотношении диаметров входного отверстия термостатирующего конуса, защитной диафрагмы и внутренней трубы рубашки охлаждения обеспечивается свободное перемещение светопрозрачного элемента с визирной трубкой в термостатирующем конусе и рубашке охлаждения при смещениях футеровки и, следовательно, исключается составляющая погрешности измерений за счет нарушения визирования пирометрического преобразователя на иммерсионный торец светопрозрачного элемента, Визирная трубка и направляющая втулка выполнены такими, что при их сочленении геометрическая ось элемента и оптическая ось преобразователя совмещены. За счет этого на пирометрической преобразователь

передается излучение только контактирующего с термометрируемой средой торца эле- мента 2, что позволяет исключить погрешность, возникающую вследствие передачи на приемник излучения пирометрического преобразователя излучения боковой поверхности элемента 2. Визирующая трубка и пирометрический преобразователь размещены в полости рубашки 10 охлаждения, предусмотренной для защиты

его от механических повреждений для отвода тепла от пирометрического преобразователя.

Внутренний диаметр внутренней трубы рубашки охлаждения позволяет визирующей трубке перемещаться без касания внутренней поверхности рубашки охлаждения. Эти перемещения (параллельные и угловые) возникают за счет изменения положения светопроводящего элемента относительно первоначального при спекании футеровки в процессе ее эксплуатации.

Полости конуса и рубашки разделены защитной диафрагмой, предусмотренной в качестве теплового экрана, т.е. способствующей термостатированию части светопроводящего элемента, находящегося в полости конуса, а также снижающей тепло- отвод в полость рубашки охлаждения.

Пример 1. Пусть светопрозрачный элемент выполнен в виде стержня из кварца. Между стержнем и пирометрическим преобразователем находится воздушная среда. Показатель преломления кварца в спектральном диапазоне Л 0,59 мкм пирометрии излучения составляет П21 1,5. Длина стержня светопрозрачного элемента с 200 мм, рабочее расстояние между преобразователем и излучающим торцом стержня р 400 мм. Диаметры входного зрачка и входного люка преобразователя ПЧД-121, Гр.ДГ-17 составляют: dB.a. 10 мм; бв.л. 18 мм, угол поля зрения для преобразователя ш 2°.

Тогда диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле

10

Пример 2. Для светопрозрачного элемента из кварца, когда между пирометрическим преобразователем и элементом находится стержень, например, из сапфира с показателем преломления п 1,7, показатель преломления в том же спектральном диапазоне

Пкв. 1.5 Псапф. U

Тогда при длине светопрозрачного элемента |с 180 мм и установленном на рабоП21

0,89.

чем расстоянии от излучающего торца стержня Ip 350 мм преобразователе ПЧД-121, Гр.ДГ-13 с параметрами бв.з. 12 мм; dB.n. 16 мм; (о 2 (фиг.2) диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле

12(1+-J|)360-180v

1

V 1.892 + ( 1.892 + 1 ) ( 1 + Я ) 2tg22°

510-

20

уtg 2°-12 22 мм.

Пример 3. Для светопрозрачного элемента, например, из сапфира, когда между преобразователем и излучающим торцом элемента находится стержень из одинакового материала - сапфира, показатель преломления в том же спектре спектральном диапазоне ,7/1,7 1,

Тогда при длине светопрозрачного элемента Ic 180 мм и установленном на рабочем расстоянии от излучающего торца стержня Ip 360 мм преобразователе ПЧД- 121, Гр.ДГ-13 с параметрами dB.3.12 мм; йв.л. 16 мм; 2° диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле

dc 2(1+-Л)360-180

16

1-1

25

40

45

.O2) (1 + {|)2tg22°

xtg2° - 12 9 мм.

Поле зрения пирометрического преобразователя определяется исключительно характеристиками оптической схемы преоб разователя и задается как одна из основных технических характеристик.

Расчетное значение диаметра светопрозрачного элемента из сапфира, установленного в контакте с промежуточной средой из стержня одинакового материала (сапфир согласно примеру 3) не превышает 9 мм.

Однако, если имеется промежуточная среда с различными показателями преломления, необходимо увеличить диаметр светопрозрачного элемента, чтобы он был значительно большего диаметра и его излучающий торец перекрывал поле зрения пирометра. Например, при П21 1 согласно примеру 2, dc 22 мм и при П21 1 согласно примеру 1 мм.

Пример 4, Для светопрозрачного элемента, выполненного из двулучепрелом- ляющего кристалла, диаметр стержня уве)

личивают на величину а, рассчитываемую следующим образом. На фиг. 3 изображен ход лучей в двулучепреломляющем кристалле, у которого п0 пе (показатели преломления двулучепреломляющего кристалла для обыкновенных и необыкновенных лучей). Плоскость чертежа (фиг.З) совпадает с плоскостью главного сечения кристалла, поэтому проекция волновой поверхности состоит из круга радиусом 1/п0 и эллипса с осями 1/пе и 1/По, описываемого уравнением По2х2+пеу2 1. Точка касания этих кривых лежит на оси кристалла ОХ, составляющего с осью световода 00 угол «.Так как необыкновенный луч проходит через точку N касания эллипса, то его положение определяется углом Д т.е., определив его из совместого решения уравнений эллипса и касательной фронта необыкновенной вол- о ( Пе - По }ща

ны 2э как tg р - - -i-%- получают n0tg2a + пе

искомую величину

з „I. С е -- пр )tga

n0tgza + ni

мм

где а - угол оптической ориентации двулучепреломляющего кристалла,

При 1С 200 мм, пе 0,9, ,65. a 30°

а -200 9V0f2)0f 47,2мм.

0,6520,582 + 0.92 Формула изобретения 1. Устройство для измерения температуры расплава в печи,, содержащее стационарно установленный в футеровке печи армированный огнеупорный светопрозрач- ный элемент, пирометрический преобразователь и рубашку охлаждения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, оно дополнительно снабжено направляющей втулкой, тонкостенной визирной трубкой с термоизоляционным узлом, термостати рующим конусом с рубашкой охлаждения, уплотняющей шайбой, выполненной из гибкого огнеупорного материала, и защитной диафрагмой, при этом длина контактирующей с футеровкой части цельного свегопрозрачного элемента, образующего в футеровке окно, равна толщине внутреннего максимально смещающегося слоя футеровки, а длина размещенного в оставшейся наружной части футеровки термостатирую- щего конуса равна ее толщине, направляющая втулка установлена на наружном конце светопрозрачного элемента и соединена с выполненной из одинакового материала

внутренней частью визирной трубки, в наружной части которой, отделенной от внутренней термоизоляционным узлом, установлен пирометрический преобразователь, причем все элементы устройства размещены на одной горизонтальной или наклонной оси так, что пирометрический преобразователь расположен ниже светопрозрачного элемента, а в наружной части

визирной трубки, направляющей втулки и кожуха печи в зоне термостатирующего конуса выполнены отверстия.

2. Устройство поп.Ч.отличающее- с я тем, что диаметр dc светопрозрачного

элемента, выполненного из материала, показатель преломления которого относительно промежуточной среды равен П21 1 и П21 1, рассчитывается по формуле

20

dc-2(1+)lp-.e

(1т

т)

& +(n§i + ixi + ilft)2 to2 ю

5 „tg dB.3.,

где de.s. - диаметр входного зрачка преобразователя, мм;

dB.fl. - диаметр входного люка преобразователя, мм;

IP - расстояние от иммерсионного торца светопрозрачного элемента до входного зрачка преобразователя, мм;

1С - длина светопрозрачного элемента, мм;

П21 - показатель преломления светопрозрачного элемента относительно промежуточной среды;

2(t) - угол поля зрения, град.

3. Устройство по п. 1,отличающее с я тем, что диаметр светопрозрачного элемента, выполненного из двулучепреломляющего кристалла, оптическая ось которого не совпадает с геометрической осью элемента, рассчитывается большим на величину

, (пс -no)tgo:

0

5

0

5

n2tg2a + п2

где 1С - длина светопрозрачного элемента, мм;

По - показатель преломления лучепре- ломляющего кристалла (для обыкновенных лучей);

пе - показатель преломления двулучеп- реломляющего кристалла (для необыкновенных лучей);

а- угол оптической ориентации двулучепреломляющего кристалла, град.

Изобретение относится к пирометрии и может быть, использовано для измерений температуры расплавов в печах в металлургическом, литейном, стекольном и других производствах. Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции. Предлагаемое устройство для измерений температуры в печах, содержащее стационарно установленный в смещающейся футеровке печи армированный огнеупорный светопрозрач- ный элемент, пирометрический преобразователь и рубашку охлаждения, дополнительно снабжено направляющей втулкой, тонкостенной визирной трубкой с термоизоляционным узлом, термостатирующим конусом с рубашкой охлаждения, уплотняющей шайбой, выполненной из гибкого огнеупорного материала, и защитной диафрагмой. При С/

Фиг 2

ФигЗ