Устройство для измерения температуры расплава в печи

(19) 01 й 5/О САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТО РС ГосудАРстВенный комитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт проблем литья АН УССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА В ПЕЧИ(57) 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. При1733970 10 15 20 30 35 40 этом длина контактирующей с футеровкой части цельного светопрозрачного элемента, образующего в футеровке "окно", равна толщине внутреннего смещающегося слоя футеровки, а длина размещенного в оставшейся наружной части футеровки термостатирующего 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 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 термометрируемой 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 б, 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 иэ двух частей, выполненных из одного материала, соединенных термоизоляционным узлом 9 для уменьшения тепло- передачи от элемента 2 к пирометрическому преобразователю. Наружная часть визирной трубки служит для установки пирометрическото преобразователя и снабжена отверстиями для улучшения конвективного теплоотвода от преобразователя. Для обеспечения номинального рабочего расстояния для пирометрического которой, отделенной от внутренней термоизоляционным узлом, установлен пирометрический преобразователь. При этом 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 з,п,ф-лы, 3 ил. преобразователя длина визирной трубки равна уменьшенной на длину светопрозрачного элемента сумме номинального рабочего расстояния и длины преобразователя 1 тр=-1 р+1 и 1 е (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 параллельного 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 совмещеньь За счет этого на пирометрической преобразователь передается излучение только контактирующего с термометрируемой средой торца элемента 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.1733970 Внутренний диаметр внутренней трубы рубашки охлаждения позволяет визирующей трубке перемещаться без касания внутренней поверхности рубашки охлаждения. 50 Эти перемещения (параллельные и угловые) возникают за счет изменения положения светоп роводя щего элемента .относительно первоначального при спекании футеровки в процессе ее эксплуатации. 55Полости 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 теплоотвод в полость рубашки охлаждения,П р и м е р 1, Пусть светопрозрачный. элемент выполнен в виде стержня из кварца. Между стержнем и пирометрическим 5 преобразователем находится воздушная среда. Показатель преломления кварца в спектральном диапазоне А= 0,59 мкм пирометрии излучения составляет п 21= 1,5, Длина стержня светопрозрачного элемента в = 10 200 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; бв.з. = 10 мм; бв.л. = 18 мм, угол поля зрения для преобразователя щТогда диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле 20 чем расстоянии от излучающего торца стержня р = 350 мм преобразователе ПЧД, Гр,ДГ - 13 с параметрами бв.з, = 12 мм; бал, = 16 мм; в = 2 (фиг.2) диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формулес 3 с = 2 (1+ - )360 - 180 к1216 к(1 1,89 +(1,89 +1) (1+ - ) 1 ц 2 тц 2 -12 =22 мм.П р и м е р 3, Для светопрозрачного элемента, например, из сапфира, когда между преобразователем и излучающим торцом элемента находися стержень из одинакового материала - сапфира, показатель преломления в том же спектре спектральном диапазоне п 21=1,7/1,7 = 1.Тогда при длине светопрозрачного элемента с = 180 мм и установленном на рабочем расстоянии отизлучающего торца стержня р = 360 мм преобразователе ПЧД, Гр,ДГе параметрами бв,з,=12 мм; бв.л. = 16 мм; = 2 диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой форму- ле сс = 2 (1+ - )360 - 180 х1216к(11 1,02+ (1,02+1) (1 + - ) 2 сц 2 б 2(1+б в.л. тд 2 - 12 =9 мм. 1 25-- д --+ в.з )2 2бв.л 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 п 211 согласно примеру 2, бс = 22 мм и при п 211 согласно примеру 1 бс=25 мм.П р и м е р 4. Для светопрозрачного элемента, выполненного из двулучепреломляющего кристалла, диаметр стержня уве 2 (1 + - )(400 - 2001018 2 2 О- ) ад 21835 1,52+(1.,52.+1) (1 тц 2 - 10 =25Приме элемента из кв рическим прео находится стер с показателем тель преломле диапазоне мм, р 2. Дл арца, ко бразова жень, на преломле ния в то светопрозрачного да между пирометелем и элементом ример, иэ сапфира 4 ния и = 1,7, показаже спектральном пкв. 1,5 п 21 = - == 0,89. псапф, 1,7 Тогда при длине светопро мента с = 180 мм и установлезрачного аленом на раболичивают на величину а, рассчитываемую следующим образом. На фиг. 3 изображен ход лучей в двулучепреломляющем кристалле, у которого попе (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/по и эллипса с осями 1/пе и 1/по, описываемого уравнением по х 2+пеу =1. Точка касания этих кривых ле 2 2жит на оси кристалла ОХ, составляющего с осью световода 00 угол а. Так как необыкновенный луч проходит через точку Й касания эллипса, то его положение определяется углом р, т,е., определив его из совместого решения уравнений эллипса и касательной фронта необыкновенной вол( Пе по ща2 2ны Ь как ц ф= -- -" --получаютПо 19 а + пеискомую величину2 2 а=,мм,от 9 а+ пе де а - угол оптической ориентацепреломляющего кристалла,Прис =200 мм, пе = 0,9, по=0,6г и двулу=30 а =200 2 г г =47,2 мм.0,6520,582 + 0,92 Формула изобретения 1. Устройство для измерения температуры расплава в печисодержащее стационарно установленный в футеровке печи армированный огнеупорный светопрозрачный элемент, пирометрический преобразователь и рубашку охлаждения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, оно дополнительно снабжено направляющей втулкой, тонкостенной визирной трубкой с термоизоляционным узлом, тер. мостатирующим конусом с рубашкой охлаждения, уплотняющей шайбой, выполненной из гибкого огнеупорного материала, и защитной диафрагмой, при этом длина контактирующей с футеровкой части цельного . светопрозрачного элемента, образующего в футеровке окно, равна толщине внутреннего максимально смещающегося слоя футеровки, а длина размещенного в оставшейся наружной части футеровки термостатирующего конуса равна ее толщине, направляющая втулка установлена на наружном конце светопрозрачного элемента и соединена с выполненной из одинакового материалавнутренней частью визирной трубки, в наружной части которой, отделенной от внутренней термоизоляционным узлом, установлен пирометрический преобразова тель, причем все элементы устройства размещены на одной горизонтальной или наклонной оси так, что пирометрический преобразователь расположен ниже светопрозрачного элемента, а в наружной части 10 визирной трубки, направляющей втулки икожуха печи в зоне термостатирующего конуса выполнены отверстия.2. Устройство по п,1, отл и ч а ю щеес я тем, что диаметр бс светопрозрачного 15 элемента, выполненного из материала, показатель преломления которого относительно промежуточной среды равен п 211 и п 21 с 1, рассчитывается по формулес - ("+ )(р с"( 1- - -- -, ) )1пЬ + ( п 61 + 1 )( 1 + - " )г 19 гбе.л фт 9 г- бв.з,где бе.з. - диаметр входного зрачка преобразователя,мм;св.л. - диаметр входного люка преобразователя, мм;р - расстояние от иммерсион ного торца светопрозрачного элемента до входного зрачка преобразователя, мм;с - длина светопрозрачного элемента. мм;п 21 - показатель преломления светопрозрачного элемента относительно промежуточной среды;2 в - угол поля зрения, град.З,Устройство поп,1, отл и чающее с я тем, что диаметр светопрозрачного элемента, выполненного из двулучепреломляющего кристалла, оптическая ось которого не совпадает с геометрической осью элемента, рассчитывается большим на величи 3 гПо 19 а+ пегде 1 с - длина светопрозрачного элемента,50 мм;по - показатель преломления лучепреломляющего кристалла (для обыкновенныхлучей); .пе - показатель преломлени55 реломляющего кристалла (длявенных лучей);а- угол оптической ориентации двулучепреломляющего кристалла, град,я двулучеп- необыкно1733970 Составитель А,АбросРедактор А.Огар Техред М.Моргентал Корректор Н,Гунько Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4450 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, ЖПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 5, Раушская наб 4/5