專(zhuān)利名稱(chēng)：使用光纖的溫度測(cè)定裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光纖測(cè)定高溫液體的裝置和方法，特別是涉及可以連續(xù)測(cè)定溫度的裝置和方法。
目前，作為檢測(cè)爐內(nèi)溶液溫度的方法例如在鋼的精煉爐即對(duì)鐵水進(jìn)行脫碳處理的轉(zhuǎn)爐等中的溫度測(cè)量是采用采樣方式或人工熱電偶測(cè)量方法完成的。在采樣方法中，是用安裝在長(zhǎng)矛狀可移動(dòng)體的長(zhǎng)矛端部上的測(cè)溫體從爐(容器)的原料入口等進(jìn)行溫度測(cè)量的。
目前的采樣方法有如下的缺點(diǎn)首先，由于與爐(容器)的大小成比例而使測(cè)溫裝置巨大化。由于測(cè)溫體使用一次就得扔掉，所以每次測(cè)溫必需更換測(cè)溫體，因此必需有更換測(cè)溫體的附屬裝置。其次由于每次測(cè)溫需要更換消耗式熱電偶，所以使測(cè)量作業(yè)處理時(shí)的熔融溫度的測(cè)定不得不斷續(xù)地進(jìn)行。又由于測(cè)溫體一次性使用的經(jīng)濟(jì)上原因，使得測(cè)溫不能頻繁進(jìn)行。因此處理終點(diǎn)的實(shí)際溫度同目標(biāo)溫度不一定一致，還有引起能量損失，生產(chǎn)成本高和影響生產(chǎn)等問(wèn)題。
關(guān)于連續(xù)測(cè)定爐內(nèi)溫度方法的公知文件例如有在特開(kāi)昭61-91529號(hào)公報(bào)中描述的方法。這篇文件中公開(kāi)的測(cè)溫法雖然是用光纖測(cè)量爐內(nèi)溫度的，但是由于光纖的端部固定在噴嘴的端部，是通過(guò)從噴嘴的端部吹入的氣體層測(cè)量溫度的，所以存在測(cè)定精度相當(dāng)不精確的問(wèn)題。另外還有因光纖的端部長(zhǎng)時(shí)間在高溫下而發(fā)生隨時(shí)間老化問(wèn)題。
另外，在特開(kāi)昭63-203716號(hào)公報(bào)中，為了通過(guò)連續(xù)測(cè)定鋼水溫度把精煉中溫度和終點(diǎn)的溫度作為目標(biāo)值而采用根據(jù)溫升速度的變化率推定在終點(diǎn)的成分的鋼水精煉控制方法，在這個(gè)公報(bào)中雖然記載了“可以采用通過(guò)從轉(zhuǎn)爐等的反應(yīng)器的底部、側(cè)壁或上部將光纖浸在鋼水中、使用由與光纖連接的輻射溫度計(jì)連續(xù)測(cè)定鋼水溫度的方法”;但是沒(méi)有進(jìn)行具體的描述，使其技術(shù)方案不清楚。
本申請(qǐng)人在先前申請(qǐng)的特願(yuàn)平4-78736號(hào)(特開(kāi)平5-24896號(hào)公報(bào))申請(qǐng)中提出了一種測(cè)定溫度裝置，在這個(gè)裝置中，將金屬管包覆的光纖的前端作為測(cè)溫元件插入鋼水中，利用在這個(gè)光纖的端部滿(mǎn)足黑體輻射條件的測(cè)量原理，使光纖的另一端同輻射溫度計(jì)相連接以便進(jìn)行溫度測(cè)量，在這個(gè)裝置中還設(shè)置有在送出金屬管包覆的光纖的同時(shí)退繞光纖的輸送機(jī)構(gòu)，金屬管包覆的光纖端部只是在進(jìn)行測(cè)量鋼水溫度時(shí)才短時(shí)間插入高溫液體中，測(cè)量結(jié)束之后立即將這個(gè)端部提升，然后將這個(gè)作為測(cè)溫元件使用過(guò)的端部切掉，在下次測(cè)量時(shí)采用新的端部測(cè)量溫度。
但是特願(yuàn)平4-78736號(hào)(特開(kāi)平5-24896號(hào)公報(bào))中的溫度特定裝置是間歇式的測(cè)溫裝置，在每次測(cè)溫時(shí)需要將作為測(cè)溫元件使用過(guò)的光纖端部切掉，因此這個(gè)裝置具有不能長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量溫度的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種可以長(zhǎng)時(shí)間測(cè)定高溫液體溫度并且使用響應(yīng)快、精度高的光纖的測(cè)定溫度裝置和方法。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明提供一種具有以下構(gòu)造的使用光纖的測(cè)定溫度裝置
金屬管包覆的光纖;
設(shè)在收容高溫液體爐內(nèi)并用于測(cè)定溫度的噴嘴，該噴嘴的一端同收容在爐內(nèi)的高溫液體接觸，使包覆光纖從另端插入;
為了防止噴嘴堵塞而向噴嘴內(nèi)供給氣體的氣體供給組件;
使包覆光纖的一端通過(guò)噴嘴送到高溫液體中的光纖供給組件，高溫液體輻射的具有光譜分布光從該包覆光纖的一端射入;以及同包覆光纖的另一端相連接，根據(jù)在包覆光纖內(nèi)傳播的光的光譜求出溫度的輻射溫度計(jì)。
本發(fā)明還提供一種由以下步驟組成的使用光纖測(cè)定溫度的方法;
準(zhǔn)備金屬管包覆的光纖的步驟;
通過(guò)設(shè)置在收容高溫液體爐內(nèi)的噴嘴使包覆光纖輸送到高溫液體中的步驟，使該噴嘴的一端同收容器爐內(nèi)的高溫液體接觸，高溫液體輻射的具有光譜分布的光從包覆光纖的一端入射;
為了防止噴嘴堵塞向噴嘴內(nèi)供給氣體的步驟;
將包覆光纖的另一端同輻射溫度計(jì)相連接，根據(jù)在包覆光纖內(nèi)傳播的光的光譜求出溫度的步驟;


圖1是本發(fā)明例1的光纖測(cè)溫裝置的構(gòu)成方塊圖;
圖2示出了內(nèi)側(cè)為陶瓷的金屬單管構(gòu)成的測(cè)溫噴嘴的一個(gè)例子;
圖3示出了例1的溫度測(cè)定結(jié)果;
圖4為例1的熱電偶指示值同光纖溫度計(jì)指示值的對(duì)比曲線(xiàn);
圖5是本發(fā)明例2的光纖溫度測(cè)裝置構(gòu)成的方塊圖;
圖6示出了例2的溫度測(cè)定曲線(xiàn)的一個(gè)例子;
圖7為例2的熱電偶指示值同光纖溫度計(jì)指示值的對(duì)比曲線(xiàn);
圖8表示例2的防止噴嘴堵塞的效果圖;
圖9示出了例3的溫度測(cè)定曲線(xiàn)的一個(gè)例子;
圖10為例3的熱電偶指示值同光纖溫度計(jì)指示值的對(duì)比曲線(xiàn);
圖11表示例3的防止噴嘴堵塞的效果圖;
圖12是本發(fā)明例4的光纖測(cè)量高溫液體的裝置構(gòu)成方塊圖;
圖13是表示例4的溫度測(cè)定曲線(xiàn)的一個(gè)例子;
圖14為表示例4的熱電偶指示值同光纖溫度計(jì)指示值的對(duì)比曲線(xiàn);
圖15為表示例4的防止噴嘴堵塞的效果圖;
圖16是表示光纖的噴嘴裝置構(gòu)成的剖面圖;
圖17是圖16的A-A，B-B和C-C各剖面圖;
圖18是適用光纖密封裝置的測(cè)溫裝置的構(gòu)成方塊圖。
實(shí)施例1本發(fā)明使用由金屬管包覆的光纖，在收容應(yīng)測(cè)定溫度的高溫液體的爐的爐壁上設(shè)置用于測(cè)定爐內(nèi)高溫液體溫度的測(cè)溫噴嘴。該噴嘴的一個(gè)端同收容在爐內(nèi)的高溫液體相接觸，金屬管包覆的光纖從噴嘴的另一端插入。為了防止該噴嘴堵塞由氣體供給組件向該噴嘴內(nèi)供給氣體。該氣體通過(guò)該噴液與金屬管包覆的光纖之間的空隙吹入爐內(nèi)的高溫液體中。插入的金屬管包覆的光纖的一端由光纖供給組件輸送到高溫液體中。高溫流體輻射的具有光譜分布的光從接觸高溫液體的包覆光纖一端進(jìn)入。包覆光纖的另一端同輻射溫度計(jì)相連，根據(jù)從在包覆光纖內(nèi)傳播的光的光譜求出高溫液體的溫度。
該光纖供給組件包括預(yù)先卷繞著包覆光纖的轉(zhuǎn)筒、使包覆光纖從轉(zhuǎn)筒上送出的滾筒、驅(qū)動(dòng)該滾筒的電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)送出速度的檢測(cè)組件和控制包覆光纖的輸送速度的控制組件。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)滾筒，使包覆光纖從轉(zhuǎn)筒上送出。通過(guò)作為檢測(cè)組件的檢測(cè)器檢測(cè)送出速度。送出速度由作為速度控制組件的控制器根據(jù)檢測(cè)器的輸出信號(hào)來(lái)控制。
金屬管包覆光纖插入在噴嘴內(nèi)，通過(guò)噴嘴同包覆光纖的間隙吹入防止在高溫液體內(nèi)的噴嘴堵塞的氣體。因此噴嘴的內(nèi)徑同金屬管包覆光纖的外徑之比最好是1.5至3.5。
測(cè)溫噴嘴可以選擇采用下列噴嘴之一由耐火磚或陶瓷構(gòu)成的噴嘴，由金屬單管構(gòu)成的噴嘴，由內(nèi)側(cè)制成陶瓷的金屬單管構(gòu)成的噴嘴。測(cè)溫噴嘴也可制成由內(nèi)管和外管組成的雙層結(jié)構(gòu)。包覆光纖插入在該內(nèi)管內(nèi)。通過(guò)內(nèi)管同外管之間的間隙供給用于防止堵塞噴嘴的氣體。
該氣體供給組件由氣體種類(lèi)選擇組件和氣體流速控制組件構(gòu)成。該氣體供給組件還可以包括壓力檢測(cè)器。
氣體種類(lèi)選擇組件根據(jù)由光纖供給組件送出包覆光纖的難易情況選擇吹入噴嘴和氣體種類(lèi)。氣體流速控制組件使從同高溫液體接觸的噴嘴端部吹出氣體的線(xiàn)流速控制在50-500Nm/sec范圍內(nèi)?？梢赃x擇惰性氣體、惰性氣體和氧化性氣體的混合氣或氧化性氣體作為防止堵塞氣體。
氣體壓力檢測(cè)器檢測(cè)為防止測(cè)溫噴嘴堵塞而吹入測(cè)溫噴嘴的氣體壓力。氣體種類(lèi)選擇組件也可以根據(jù)壓力檢測(cè)器的輸出信號(hào)和包覆光纖的輸送速度檢測(cè)器的輸出信號(hào)選擇吹入噴嘴的氣體種類(lèi)。
防止測(cè)溫噴嘴堵塞的氣體通過(guò)氣體供給組件吹入測(cè)溫噴嘴，最好是對(duì)吹入的氣體流量進(jìn)行控制。在流過(guò)的氣體為惰性氣體時(shí)，其流量過(guò)多時(shí)會(huì)在噴嘴的尖端形成蘑菇狀物，該蘑菇狀物是熔融金屬部分凝固的海綿狀塊。由于這個(gè)蘑菇狀物使包覆光纖不能插入，針對(duì)蘑菇狀物的生成，雖然可以考慮通過(guò)吹入氧氣溶解蘑菇狀物而使包覆光纖能夠繼續(xù)供給，但是在吹入氧氣的場(chǎng)合下有溶損噴嘴的問(wèn)題，此外，在噴嘴出口附近發(fā)生金屬的氧化反應(yīng)會(huì)使測(cè)定精度降低。
關(guān)于在噴嘴端部生成蘑菇狀物的問(wèn)題，業(yè)已發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體的溫度、種類(lèi)，流量和溶液溫度，溶液成分間關(guān)系滿(mǎn)足式(1)的條件時(shí)，就不會(huì)在噴嘴端部生成影響測(cè)溫的蘑菇狀物。因此通過(guò)使氣體流量控制在式(1)的范圍內(nèi)，就可以防止生產(chǎn)蘑菇狀物、從而可以連續(xù)地進(jìn)行測(cè)溫，為此沒(méi)有必要吹入氧氣，也可以防止噴嘴的溶損等引起的測(cè)溫精度降低。
｛Q·M·Cp·(Tm-Tg)｝/(Tm-T1)＜4×107＞……(1)式中Q吹入氣體的流量Nl/min，Tm溶液溫度[K]，T1溶液的凝固溫度[K]Tg吹入氣體的溫度[K]，Cp吹入氣體在溶液溫度的比熱[J/Kg·K]，M吹入氣體的分子量。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的光纖測(cè)溫裝置構(gòu)成方塊圖，在圖中，10是光纖供給裝置，它由金屬管包覆光纖11，電動(dòng)機(jī)12，滾輪13，輸送控制器14，輸送速度檢測(cè)器15，光纖轉(zhuǎn)筒16和輻射測(cè)溫計(jì)17組成。20是用于將金屬管包覆光纖11插入爐內(nèi)的測(cè)溫噴嘴，也稱(chēng)為測(cè)溫風(fēng)口。21是同測(cè)溫噴嘴20結(jié)合的光纖導(dǎo)管，在使金屬管包覆的光纖11插入的同時(shí)，供給防噴嘴堵塞的氣體。30是為防止噴嘴堵塞的供給氣體組件，它由壓力/流量調(diào)節(jié)器31、32、供給氣體控制器33、供給氣體發(fā)生器34和壓力檢測(cè)器35構(gòu)成。40是爐子例如轉(zhuǎn)爐、電爐等。在圖示的例中測(cè)溫噴嘴20是設(shè)在爐40的側(cè)壁，但是也可將測(cè)溫噴嘴20設(shè)置在爐40的底部。
采用本實(shí)施例的光纖測(cè)溫裝置測(cè)定高溫液體溫度例如爐內(nèi)溶液溫度時(shí)，金屬管包覆光纖11的端部是同防止噴嘴堵塞氣體(例如氮?dú)釴2)同時(shí)插入到爐內(nèi)溶融金屬或熔碴中的，因?yàn)檫@個(gè)金屬管包覆先纖11的端部在高溫下要受到溶損，相應(yīng)于該溶損的部分不斷地輸送出新的光纖，使光纖11的端部連續(xù)地供給，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的測(cè)溫。采用把金屬管包覆在光纖上的這個(gè)結(jié)構(gòu)是由于在光纖供給裝置將光纖輸送到爐內(nèi)時(shí)，防止噴嘴堵塞的氣體壓力作用在光纖上，所以要確保具有抵抗該壓力的強(qiáng)度，以便保護(hù)內(nèi)部的光纖不被壓壞。
包覆這個(gè)光纖的金屬管可以采用例如不銹鋼管。因?yàn)檫@種不銹鋼的熔點(diǎn)是1400～1430℃，所以即使插入高溫鋼水中也不立即熔化，可以保護(hù)光纖數(shù)秒的時(shí)間。在這個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)楣饫w也是由具有1600℃以上軟化點(diǎn)的石英玻璃制成的，所以可以短時(shí)間不熔融而保持其形狀。
在這個(gè)實(shí)施例中采用的金屬管包覆光纖的外徑為1.2mm。
測(cè)溫噴嘴20可以例如由耐火磚或陶瓷制成、由單管金屬構(gòu)成、或由內(nèi)側(cè)制成陶瓷的金屬單管構(gòu)成等，另外也可以做成雙重管結(jié)構(gòu)，即在由金屬單管或內(nèi)側(cè)有陶瓷的金屬單管構(gòu)成的測(cè)溫噴嘴的外側(cè)設(shè)置金屬管，設(shè)置在內(nèi)側(cè)的測(cè)溫噴嘴的外徑同外側(cè)的金屬管內(nèi)徑間的空隙同防止噴嘴堵塞氣體供給裝置30相連通。
測(cè)溫嘴20的一端接觸高溫液體，另一端同光纖導(dǎo)管21以氣密方式連接，金屬管包覆光纖11從這個(gè)光纖導(dǎo)管21的一側(cè)插入，而插入到高溫液體中。此外，在測(cè)溫噴嘴20的內(nèi)徑同金屬管包覆光纖11的外徑之間設(shè)置有空隙，通過(guò)光纖導(dǎo)管21將防止堵塞氣體吹到這個(gè)空隙中。
圖2是示出在本實(shí)施例中把內(nèi)側(cè)制成陶瓷的金屬單管構(gòu)成的測(cè)溫噴嘴的一個(gè)例子的圖。圖2的測(cè)溫噴嘴20是將陶瓷管20b配置在不銹鋼管20a的內(nèi)側(cè)而構(gòu)成的。在這個(gè)例子中，使用SUS304作為不銹鋼管20a的基體材料，雖然使用氮化硅(S13N4)作為陶瓷管20b的基體材料，但是陶瓷不限于氮化硅，也可以使用氮化硼(BN)，氧化鋯(ZrO2)等。另外也可以用在金屬管內(nèi)表面涂一層陶瓷代替陶瓷管。
下面說(shuō)明在不銹鋼管20a內(nèi)側(cè)配置陶瓷管20b的理由，如果測(cè)溫噴嘴20只是一個(gè)不銹鋼管20a，則在溫度測(cè)定中光纖的包覆管(不銹鋼管)同測(cè)溫噴嘴20融合，使金屬管包覆光纖11b的輸送停止，因此往往不能連續(xù)地進(jìn)行溫度測(cè)定。為了防止出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)采用在內(nèi)側(cè)配置陶瓷管20b的結(jié)構(gòu)，使測(cè)溫噴嘴20同光纖的包覆管不能融合。
由不銹鋼管20a和陶瓷管20b構(gòu)成的圖2實(shí)施例中的測(cè)溫噴嘴20的內(nèi)徑為4.0mm，外徑為8.0mm，長(zhǎng)度約1000mm。另外，在不銹鋼(例如上述的SOS304)的單管?chē)娮靾?chǎng)合下，內(nèi)徑為2.0mm，外徑為4.0mm。
光纖導(dǎo)管21具有在由防止噴嘴堵塞氣體供給裝置30供給防止噴嘴堵塞氣體的同時(shí)、通過(guò)測(cè)溫噴嘴20使從光纖供給裝置10連續(xù)送出的金屬包覆光纖11送入到爐40內(nèi)的溶液中的功能。
光纖21的一端同測(cè)溫噴嘴20的不接觸高溫液體的那端氣密連接，雖然另一端可以使金屬管包覆光纖11通過(guò)，但是為了防止噴嘴堵塞氣體在光纖供給裝置10的那側(cè)洩漏，應(yīng)制成例如具有雙重密封的高度氣密性結(jié)構(gòu)。另外，來(lái)自防止噴嘴堵塞氣體供給組件30的配管同設(shè)置在光纖導(dǎo)管21的內(nèi)徑與金屬管包覆光纖11的外徑間的空隙21相連接并將上述氣體供給到這個(gè)空隙中。
雖然象這樣的光纖導(dǎo)管21是由與測(cè)溫噴嘴20分開(kāi)的其它部件構(gòu)成的，但是，將光纖和防止噴嘴堵塞氣體一起送入爐40內(nèi)的功能是完全相同的，所以從廣義上講可以把光纖導(dǎo)管21看作構(gòu)成測(cè)溫噴嘴20的一部分的部件。
在金屬管包覆光纖11從同光纖導(dǎo)管21氣密連接的測(cè)溫噴嘴20中送出的同時(shí)，從噴嘴20中向爐內(nèi)溶液中吹出防止噴嘴堵塞氣體。
這時(shí)，由于在溶液中防止噴嘴堵塞氣體浮出來(lái)的區(qū)域內(nèi)生成氣泡，如果金屬管包覆光纖11的前端進(jìn)入到這個(gè)氣泡生成區(qū)域內(nèi)，溫度測(cè)定精度會(huì)降低。因此，應(yīng)使測(cè)溫噴嘴20的放置，例如從水平面向下具有一個(gè)傾角(例如30°左右)，最好是使金屬管包覆光纖11的端部不要放入氣體浮出來(lái)的區(qū)域內(nèi)。
光纖供給裝置10的作用是通過(guò)光纖導(dǎo)管21和測(cè)溫噴嘴20連續(xù)地或斷續(xù)地將金屬管包覆光纖11送入到爐40內(nèi)。為此輸送控制器14驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)12將預(yù)先卷在光纖轉(zhuǎn)筒16上的金屬管包覆光纖11輸送出，同時(shí)，由輸送速度檢測(cè)器15檢測(cè)出光纖的輸送速度，輸送控制器14根據(jù)這個(gè)檢測(cè)的輸送速度值使輸送速度控制為所設(shè)定的值。
在本實(shí)施例中，光纖的連續(xù)輸送速度為5mm/sec，斷續(xù)輸出速度為10mm/秒，持續(xù)10秒鐘，然后停止20秒，重復(fù)此操作。在與防止噴嘴堵塞氣體進(jìn)入同時(shí)插入爐40內(nèi)的金屬管包覆光纖10的端部經(jīng)過(guò)一般時(shí)間后便發(fā)生溶損，光纖的輸送就是為了不斷地供給新的光纖而僅補(bǔ)充這個(gè)已溶損部分(即僅僅是消耗掉的部分)。這樣便通過(guò)不斷供給新的光纖而使連續(xù)的溫度檢測(cè)成為可能。
輸送速度檢測(cè)器15可以根據(jù)例如在單位時(shí)間內(nèi)的檢測(cè)輥的旋轉(zhuǎn)角度求出輸送速度，這個(gè)檢測(cè)信號(hào)被饋送到輸送控制器14和防止噴嘴堵塞氣體供給裝置30內(nèi)的供給氣體控制器33。
根據(jù)這個(gè)輸送速度檢測(cè)器15的檢測(cè)值是否在正常范圍內(nèi)，可以判斷光纖輸送的難易狀態(tài)。例如，測(cè)溫噴嘴20的端部一旦堵塞，輸送速度便立即降低。輸送控制器14在輸送速度低于正常范圍時(shí)，便立即停止電動(dòng)機(jī)12的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而防止了裝置的事故。
在本發(fā)明中，如果黑體輻射條件成立，則可以利用根據(jù)這個(gè)輻射光的光譜分布計(jì)算出絕對(duì)溫度這一計(jì)測(cè)原理。為此使溶液輻射的具有光譜分布的光從插入爐40內(nèi)的金屬管包覆光纖11的端部射入，這個(gè)具有一定光譜分布的光經(jīng)光纖傳播入射到輻射溫度計(jì)17中。
輻射溫度計(jì)17可以是例如根據(jù)兩個(gè)波長(zhǎng)的亮度輸出的比較值求出溫度的雙色溫度計(jì)或是根據(jù)輻射光的亮度輸出直接求出溫度的紅外輻射溫度計(jì)等，根據(jù)輸入光的光譜信號(hào)分別按照測(cè)定方法算出溫度，將這個(gè)計(jì)算出的溫度信號(hào)變換成電信號(hào)輸出給例如圖中沒(méi)有示出的記錄儀等。
作為防止噴嘴堵塞氣體供給裝置30供給光纖導(dǎo)管21的氣體，可以從惰性氣體(例如氮?dú)?、氧化性氣體(例如氧氣)和惰性氣體同氧化性氣體的混合氣(這個(gè)混合比是可以改變?cè)O(shè)定的)中選一種。另外，可以根據(jù)光纖供給裝置10輸送金屬管包覆光纖11的難易程度自動(dòng)或手動(dòng)選擇這個(gè)氣體種類(lèi)。在圖1的實(shí)施例中所示出的是自動(dòng)選擇氣體種類(lèi)的方式。
防止噴嘴堵塞氣體供給裝置30內(nèi)的供給氣體控制器33輸入氣體壓力檢測(cè)器35的檢測(cè)信號(hào)和光纖供給裝置10內(nèi)的輸送速度檢測(cè)器15的檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)這兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)的數(shù)值自動(dòng)地選擇上述三種防止噴嘴堵塞氣體中之一。分別向壓力/流量調(diào)整器31和32供給基于這個(gè)選擇結(jié)果的控制信號(hào)。
壓力/流量調(diào)整器31、32包括壓力調(diào)整器，流量調(diào)整器，控制閥等，壓力/流量調(diào)整器31、32分別將輸入的氮?dú)狻⒀鯕庾鳛榭刂菩盘?hào)的壓力和流量供給氣體發(fā)生器34，由供給氣體發(fā)生器34使氮?dú)?、氧氣或兩者的混合氣之一達(dá)到所定壓力，并從此供給光纖導(dǎo)管21。
氣體壓力檢測(cè)器35對(duì)供給氣體發(fā)生器34供給光纖導(dǎo)管21的氣體壓力進(jìn)行檢測(cè)并將這個(gè)檢測(cè)值饋給供給氣體控制器33。在測(cè)溫噴嘴20的端部發(fā)生堵塞，供給氣體的吹出量便減小，因此使氣體壓力檢測(cè)值上升，這正是為什么可以根據(jù)這個(gè)檢測(cè)值是否在正常范圍內(nèi)而能判別測(cè)溫噴嘴20端部堵塞狀態(tài)的理由。供給氣體控制器33根據(jù)這個(gè)供給氣體壓力檢測(cè)值和上述的光纖輸送速度檢測(cè)值判斷測(cè)溫噴嘴20的堵塞狀態(tài)，然后自動(dòng)選擇氣體種類(lèi)。
在圖1的實(shí)施例中，如果光纖輸送速度檢測(cè)值和供給氣體壓力檢測(cè)值是在正常范圍，則為了保護(hù)測(cè)溫噴嘴20和插在爐40內(nèi)的金屬管包覆光纖11供給氣體控制器33選擇有冷卻效果的惰性氣體(圖1中為氮?dú)?作為防止噴嘴堵塞氣體。在惰性氣體流入過(guò)程中，如果其流量過(guò)多，便在測(cè)溫噴嘴20端部生成蘑菇狀物(熔融金屬在局部凝固的海綿狀塊，從而使金屬管包覆光纖11不能插入。而與此相反，如果惰性氣體流量過(guò)小，便有溶液進(jìn)入測(cè)溫噴嘴20的端部。
在圖1的實(shí)施例中，由壓力調(diào)整器31調(diào)整的吹入光纖導(dǎo)管21的氮?dú)饬繛?.0Nm3/小時(shí)，(1389CC/sec)。最好將測(cè)溫噴嘴20端部的氣體線(xiàn)速度調(diào)整在50～500Nm/sec的范圍內(nèi)。而為了保證這個(gè)線(xiàn)流速最好使測(cè)溫噴嘴20的內(nèi)徑同金屬管包覆光纖11的外徑比在1.5～3.5范圍內(nèi)。
即使如上所述在吹入氮?dú)庀逻M(jìn)行溫度測(cè)量，也可能由于在噴嘴20端部生成蘑茹狀物而使光纖輸送速度降低，同時(shí)使供給氣體壓力上升。在這種情況下，供給氣體控制器33選擇氮?dú)夂脱鯕獍此ū壤旌系幕旌蠚怏w作為防止噴嘴堵塞氣體。雖然這個(gè)混合氣的混合比的設(shè)定值可以是可變的，但是從保護(hù)噴嘴20的觀點(diǎn)出發(fā)，氧氣的混合比最大不能超過(guò)50%為宜。
供給氣體控制器33根據(jù)上述選擇結(jié)果控制壓力/流量調(diào)整器31和32，以便生成上述所定混合比的混合氣，并將這個(gè)混合氣吹入光纖導(dǎo)管21中，使蘑菇狀物等溶解，從而可以防止蘑菇狀物附著。可是，由于蘑菇狀物附著堅(jiān)固，有時(shí)通過(guò)吹出混合氣也不能使光纖輸送速度和供給氣體壓力在正常范圍內(nèi)，在這時(shí)，供給氣體控制器33為了防止噴嘴堵塞選擇短時(shí)間供給氧氣以便利用氧氣進(jìn)行溶解。
圖3示出了利用在下述測(cè)定條件下的光纖對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)爐測(cè)定結(jié)果的一個(gè)例子，(1)測(cè)溫噴嘴，型式復(fù)合單管?chē)娮靽娮斓膬?nèi)徑/外徑4.0mm/8.0mm材料SUS304+Si3N4(2)光纖 結(jié)構(gòu)不銹鋼管包覆外徑1.2mm(3)吹入氣體種類(lèi)氮?dú)獯等肓?.0Nm3/Hr
吹出流速121Nm/sec(4)光纖輸送速度5mm/sec(連續(xù))或10mm/sec(斷續(xù))。
在圖3中上下變化的波形是用光纖測(cè)定的溫度，為了確認(rèn)精度而間斷進(jìn)行采樣測(cè)定，黑點(diǎn)代表用熱電偶測(cè)定的溫度。用光纖測(cè)定的峰值同熱電偶的測(cè)定值間的差平均為4℃，因此，對(duì)于測(cè)定溫度1600℃的測(cè)定誤差4℃是0.25%的精度，這是一個(gè)相當(dāng)高的精度。
另外，在光纖的輸送速度在連續(xù)狀態(tài)下為5mm/sec的情況下，和在以10mm/sec輸送10秒鐘，然后停止20秒鐘的斷續(xù)情況下，在這兩種情況下幾乎獲得相同的測(cè)定結(jié)果。另外，根據(jù)需要吹入氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔镒鳛榉乐箛娮於氯麣怏w，未發(fā)生光纖插入停止的故障。
圖4是表示熱電偶溫度指示值(Ts)同光纖溫度計(jì)指示值(Tf)間對(duì)比圖，其中橫軸代表Ts，縱軸代表Tf，光纖的測(cè)定值用口表示。在圖4中的口幾乎沿直線(xiàn)Ts＝Tf分布，這表明測(cè)定結(jié)果精度是令人滿(mǎn)意的。
例2圖5是本發(fā)明的一實(shí)施例的光纖測(cè)溫裝置構(gòu)成的方塊圖。本實(shí)施例同圖1的實(shí)施例相比，節(jié)省了調(diào)整氧氣壓力/流量的壓力/流量調(diào)整組件32，而沒(méi)有氧氣供給，代替它的是如后面所述，壓力/流量調(diào)整組件31調(diào)整氮?dú)饬髁恳员闶沟獨(dú)饬髁吭谀硞€(gè)范圍內(nèi)。
圖6是表示利用在下述測(cè)定條件下的光纖對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行溫度測(cè)定的結(jié)果的一個(gè)例子。
(1)測(cè)溫噴嘴，型式復(fù)合單管?chē)娮靽娮斓膬?nèi)徑/外徑3.0mm/7.0mm材料SUS304+Si3N4
(2)光纖 結(jié)構(gòu)不銹鋼管包覆外徑1.2mm(3)吹入的氣體種類(lèi)氮?dú)獯等肓?-20.9Nm3/Hr(4)光纖輸送速度5mm/sec(連續(xù))或10mm/sec(斷續(xù))(5)熔融 [C]4.2%～0.02%溫度1250～1650℃在圖6中上下變化的波形是用光纖測(cè)定的溫度曲線(xiàn)，為了確認(rèn)精度而間斷地進(jìn)行采樣測(cè)定，在圖中黑點(diǎn)代表用熱電偶同時(shí)測(cè)定的溫度。用光纖測(cè)定的峰值同熱電偶的測(cè)定值間的差平均為4℃，由此，對(duì)于測(cè)定溫度1600℃的測(cè)定誤差4℃為0.25%的測(cè)定精度，同圖3的例相同，這是一個(gè)相當(dāng)高的精度。另外在連續(xù)狀態(tài)下光纖輸送速度為5mm/sec條件下，和在以10mm/sec輸送10秒鐘，在其后停止20秒的斷續(xù)情況下，結(jié)果表明在這兩種情況下所獲得的測(cè)定結(jié)果幾乎一樣。
圖7是表示熱電偶溫度指示值(Ts)同光纖溫度指示值間對(duì)比曲線(xiàn)，其中橫軸代表Ts，縱軸代表Tf，由光纖測(cè)定的值用口代表，圖7中的口基本上沿直線(xiàn)Ts＝Tf分布，這表明測(cè)定結(jié)果是令人滿(mǎn)意的。
圖8示出了在使圖5中的實(shí)施例的吹入氣體流量保持(1)式條件下和另一不同的條件下(僅氮?dú)夤┙o不保持(1)式的條件的場(chǎng)合)的光纖的輸送停止頻度的對(duì)比曲線(xiàn)，從圖中可以看出如采用的本發(fā)明可以進(jìn)行穩(wěn)定的測(cè)定。
在測(cè)定高溫液體的場(chǎng)合下，如果采用本發(fā)明在防止噴嘴堵塞氣體通過(guò)噴嘴的同時(shí)，通過(guò)測(cè)溫噴嘴將金屬包覆光纖的端部直接插入到高溫液體中，只對(duì)上述光纖端部的被高溫溶損的部分通過(guò)不斷地輸送新的光纖而連續(xù)地供給，借此可以進(jìn)行長(zhǎng)期地連續(xù)測(cè)定，并可以獲得響應(yīng)快和測(cè)定精度高的光纖測(cè)溫裝置。
另外，如果采用本發(fā)明，可以選擇具有冷卻作用的惰性氣體，具有溶解蘑菇狀物等效果的惰性氣體同氧化性氣體的混合氣或者氧化性氣體中的一種作為上述防噴嘴堵塞氣體供給，借此可以使測(cè)定過(guò)程中測(cè)溫噴嘴端部蘑菇狀物等附著引起的堵塞得到防止，并使光纖的輸送不再成為困難。
根據(jù)本發(fā)明，測(cè)溫噴嘴的內(nèi)徑同金屬管包覆光纖的外徑間的比在1.5-3.5范圍內(nèi)，在所定速度下可以將從測(cè)溫噴嘴端部吹出氣體的線(xiàn)速度控制在50-500Nm/sec的范圍內(nèi)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可以使用由耐火磚或陶瓷構(gòu)成的測(cè)溫噴嘴或由把內(nèi)測(cè)制成陶瓷的金屬單管而構(gòu)成的測(cè)溫噴嘴，借此可以防止由于光纖的包覆管和測(cè)溫噴嘴融合而引起的光纖輸送停止故障。
根據(jù)本發(fā)明，作為進(jìn)一步把金屬管設(shè)置在由使金屬單管或內(nèi)側(cè)加工成陶瓷的金屬單管構(gòu)成的測(cè)溫噴嘴的外側(cè)的二重管結(jié)構(gòu)的測(cè)溫噴嘴，還從內(nèi)側(cè)的測(cè)溫噴嘴同外側(cè)金屬管之間的空隙中吹出防止噴嘴堵塞的氣體，借此使測(cè)溫噴嘴的耐久性提高，并可以使噴嘴長(zhǎng)期使用。
此外，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)應(yīng)于檢測(cè)光纖輸送速度的速度檢測(cè)器的輸出信號(hào)和檢測(cè)吹入噴嘴的防止噴嘴堵塞的氣體壓力的壓力檢測(cè)器的輸出信號(hào)自動(dòng)地對(duì)吹入測(cè)溫噴嘴的上述三種防止堵塞噴嘴氣體之一進(jìn)行選擇供給，借此可以在長(zhǎng)期連續(xù)的測(cè)定場(chǎng)合下，使測(cè)定操作省力，并且可以自動(dòng)地進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，在測(cè)定高溫液體的場(chǎng)合中，由于通過(guò)正確控制防止噴嘴堵塞的氣體流量，可以防止噴嘴端部的蘑菇狀物的生成，而可以長(zhǎng)期連續(xù)地進(jìn)行測(cè)定，可進(jìn)行響應(yīng)快，測(cè)量精度好的利用光纖的高溫液測(cè)定。
實(shí)施例2按照本發(fā)明，光纖供給組件通過(guò)插入測(cè)溫噴嘴使預(yù)先卷繞在轉(zhuǎn)筒上的金屬管包覆光纖的一端連續(xù)地或斷續(xù)地輸送到容器的高溫液體中，同金屬管包覆光纖的另一端相連接的輻射溫度計(jì)對(duì)容器內(nèi)高溫液體進(jìn)行測(cè)量。在這個(gè)測(cè)溫噴嘴的內(nèi)壁同金屬管包覆光纖的外周面之間的形成的空隙內(nèi)供給防止噴嘴堵塞氣體，以便防止測(cè)溫噴嘴的端部側(cè)發(fā)生堵塞。
可是，在使用例如在氧化鋁等陶瓷管和氧化鎂碳(MgO-C)等耐火材料加工有通孔的測(cè)溫噴嘴時(shí)，由于使用過(guò)程中的熱應(yīng)力、熱沖擊等往往引起這個(gè)測(cè)溫噴嘴破裂，在此種情況下由于溶液浸入到測(cè)溫噴嘴內(nèi)而堵塞測(cè)溫噴嘴使得測(cè)溫不能進(jìn)行。為此，本發(fā)明使用不銹鋼等金屬管作為這個(gè)測(cè)溫噴嘴。另外，為了防止堵塞噴嘴，向金屬管供給氧氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w時(shí)，如果流過(guò)的惰性氣體過(guò)量，則在測(cè)溫噴嘴端部形成蘑菇狀物(熔融金屬局部凝固的海綿狀快)，在這種情況下，由于測(cè)溫噴嘴堵塞而使金屬管包覆光纖不能插入。
為了防止蘑菇狀物生成，雖然還可以考慮通過(guò)吹入氧氣溶解蘑菇狀物而使光纖供給成為可能，但是，吹入氧氣又會(huì)引起測(cè)溫噴嘴溶損問(wèn)題。另外，在測(cè)溫噴嘴出口附近發(fā)生金屬的氧化反應(yīng)又會(huì)使測(cè)定精度降低。
因此防止噴嘴堵塞氣體的流量少一些為好，但過(guò)量的少又會(huì)使測(cè)溫噴嘴的金屬管熔融，使金屬包覆光纖熔合，其結(jié)果仍導(dǎo)致不能測(cè)溫。
本發(fā)明人對(duì)于采用由金屬管組成的測(cè)溫噴嘴供給光纖的測(cè)溫噴嘴端部溶融問(wèn)題反復(fù)作了各種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣體溫度，種類(lèi)流量，溶液溫度、溶液成分和噴嘴孔徑間的關(guān)系在滿(mǎn)足(2)式的條件時(shí)，測(cè)溫噴姿部不會(huì)熔融，從而可以穩(wěn)定連續(xù)地供給光纖。因此根據(jù)(2)式中給出的范圍調(diào)整氣體流量，可以防止金屬管(測(cè)溫噴嘴)的熔融。并可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定連續(xù)地進(jìn)行測(cè)溫(Q·M·Cp(Tm-Tg))/(Tm-T1) >3.0×105……(2)式中，Q吹入氣體流量[Nl/min]Tm溶液溫度[K]Tl溶液凝固溫度[K]Tg吹入氣體溫度[K]Cp在溶液溫度下吹入氣體的比熱[J/Kg·K]M吹入氣體的分子量。
例3利用例2的圖5方塊圖所示的測(cè)溫裝置進(jìn)行溫度測(cè)定。在測(cè)定過(guò)程中，根據(jù)供給氣壓力檢測(cè)值和光纖輸送速度檢測(cè)值判斷測(cè)溫噴嘴20端部的堵塞狀態(tài)，由供給氣體控制器33調(diào)整氣體流量。在調(diào)整時(shí)，供給氣體控制器33根據(jù)滿(mǎn)足(2)式的條件向壓力/流量調(diào)整器31發(fā)送控制信號(hào)。
圖9是用在下述測(cè)定條件下的光纖對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行溫度測(cè)定的曲線(xiàn)。
(1)測(cè)溫噴嘴 型式金屬單管?chē)娮靽娮斓膬?nèi)徑/外徑2.0mm/4.0mm材質(zhì)SUS304(2)光纖 結(jié)構(gòu)不銹鋼管包覆外徑1.2mm(3)吹入氣體 種類(lèi)氬氣溫度常溫吹入量0.5～5.0Nm3/小時(shí)(4)光纖輸送速度5mm/sec(連續(xù))或10mm/sec(斷續(xù))(5) 溶液[C]4.2%～0.02%溫度1250～1650℃圖9中上下變化的波形是用光纖測(cè)定的溫度曲線(xiàn)，為了確定精度而間斷地進(jìn)行采樣測(cè)定，在圖中黑點(diǎn)代表用熱電偶同時(shí)測(cè)定的溫度，用光纖測(cè)定的峰值同熱電偶測(cè)定的溫度值間的差平均為4℃，由此，對(duì)于1600℃的測(cè)定誤差4℃為0.25%的測(cè)定精度，這是相當(dāng)高的精度。另外在連續(xù)狀態(tài)下光纖輸送速度為5mm/sec條件下，和在以10mm/sec輸送10秒;在其后停止20秒鐘的斷續(xù)情況下，結(jié)果表明在這兩種情況下所獲得的測(cè)定結(jié)果幾乎一樣。
圖10是表示熱電偶溫度指示值(Ts)同光纖溫度計(jì)指示值(Tf)的對(duì)比曲線(xiàn)，其中橫軸代表Ts，縱軸代表Tf，由光纖測(cè)定的值用口代表，圖10中的口基本上沿直線(xiàn)Ts＝Tf分布，這表明測(cè)定結(jié)果是令人滿(mǎn)意的。
圖11示出了在實(shí)施上述實(shí)施例時(shí)即，使氣體流量保持(2)式的條件和另一個(gè)不同的條件下，由于噴嘴堵塞而使光纖不能供給之前可進(jìn)行連續(xù)測(cè)定時(shí)間的對(duì)比曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)中可以看出按照本發(fā)明可以進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定地測(cè)定溫度。
實(shí)施例3按照本發(fā)明，光纖供給組件通過(guò)插入測(cè)溫噴嘴使預(yù)先卷繞在轉(zhuǎn)筒上的金屬管包覆光纖的一端連續(xù)地或斷續(xù)地輸送到溶液的高溫液體中，同金屬管包覆光纖的另一端相連接的輻射溫度計(jì)對(duì)容器內(nèi)高溫度體進(jìn)行測(cè)量。在這個(gè)測(cè)溫噴嘴的內(nèi)壁同金屬管包覆光纖的外周面之間形成的空隙內(nèi)供給防止噴嘴堵塞氣體，以便防止測(cè)溫噴嘴端部側(cè)發(fā)生堵塞。
另外，按照本發(fā)明，是斷續(xù)地供給金屬管包覆光纖，因此可以比連續(xù)地供給方式節(jié)省大量的光纖消耗，從而使成本降低。例如在一般的轉(zhuǎn)爐(對(duì)鐵水脫碳精煉而得到鋼水的精煉爐)的作業(yè)中，精煉一批需15分鐘左右，以10mm/sec速度連續(xù)供給光纖的場(chǎng)合下的光纖消耗量為9m，如果采用先連續(xù)供給光纖10秒鐘后停止10秒鐘的斷續(xù)供給方式，則光纖的消耗量可以減為1/2，如果采用10秒供給20秒停止的斷續(xù)供給，光纖消耗量可減為1/3，如果用5秒供給，20秒停止的斷續(xù)供給，光纖消耗量可減為1/5，這樣在一批精煉中可使光纖消耗量降低到2m以下。
長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地測(cè)溫會(huì)使測(cè)溫噴嘴變?yōu)楦邷貭顟B(tài)，在此時(shí)，在不供給光纖的停止時(shí)間內(nèi)，由于光纖的包覆管(金屬)同構(gòu)成測(cè)溫噴嘴的金屬管間的接觸使金屬發(fā)生相互熔合，結(jié)果使光纖的供給成為不可能。而根據(jù)本發(fā)明，在這個(gè)停止時(shí)間內(nèi)由光纖供給裝置使光纖在供給方向的前和后振動(dòng)而防止了金屬相互間熔合，從而可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地進(jìn)行測(cè)溫。
例4圖12是本發(fā)明和一個(gè)實(shí)施例的光纖測(cè)溫裝置的方塊圖。在本實(shí)施例中，同圖5的實(shí)施例裝置的不同在于附加一個(gè)使金屬管包覆光纖11沿供給方向的前和后振動(dòng)的振動(dòng)裝置51和振動(dòng)控制器52。
在圖12的實(shí)施例中，當(dāng)光纖輸送速度檢測(cè)值和供給氣體壓力檢測(cè)值在正常范圍時(shí)，為了保護(hù)測(cè)溫噴嘴20和插入爐40內(nèi)的金屬管包覆光纖11，供給氣體控制器33選擇具有冷卻效果的惰性氣體(圖12中為氬氣)作為防止噴嘴堵塞氣體。
圖13是在采用下述測(cè)定條件下的光纖對(duì)10噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行溫度測(cè)定的一例曲線(xiàn)。測(cè)溫噴嘴20的設(shè)置位置在圖12所示的爐子的腹部，從溶液液面往下400mm的位置上。
(1)測(cè)溫噴嘴 型式單管?chē)娮靽娮斓膬?nèi)徑/外徑2.0mm/4.0mm材料SUS310(2)光纖 結(jié)構(gòu)不銹鋼管包覆外徑1.2mm(3)吹入氣體 種類(lèi)氬氣吹入量1.0Nm3/小時(shí)(4)光纖輸送速度10mm/sec(20秒停止5秒供給)
(5)光纖振動(dòng)振幅±5mm，每分180次(6)溶液 [C]4.2%～0.02%溫度1250～1650℃圖13的上下變化的波形是利用光纖測(cè)定的溫度曲線(xiàn)，為了確認(rèn)精度而進(jìn)行采樣測(cè)定，圖中的黑點(diǎn)代表由熱電偶同時(shí)測(cè)定的溫度。圖中測(cè)溫波形低的時(shí)間是光纖停止供給的時(shí)間。用光纖測(cè)定的峰值同熱電偶測(cè)定值之間的差平均為4℃，對(duì)于測(cè)定溫度1600℃的誤差4°的測(cè)定精度是0.25%，這已是一個(gè)相當(dāng)高的精度了。
圖14是表示熱電偶溫度指示值(Ts)同光纖溫度計(jì)指示值(Ts)間的對(duì)比曲線(xiàn)，其中橫軸代表Ts，縱軸代表Tf，用口表示由光纖測(cè)定的值。在圖14中的口基本上沿著直線(xiàn)Ts＝Tf分布，表明了這些測(cè)量值是精確的。
圖15是實(shí)施本實(shí)施例時(shí)間，即，對(duì)在不供給光纖時(shí)間。以振幅為±5mm的每分鐘180回振動(dòng)的場(chǎng)合同沒(méi)有振動(dòng)場(chǎng)合的光纖輸送變?yōu)椴豢赡艿念l度進(jìn)行比較的圖，從圖中可以看出按照本發(fā)明可以穩(wěn)定的進(jìn)行測(cè)溫。
在本發(fā)明的溫度測(cè)定裝置中設(shè)置防止氣體從穿過(guò)導(dǎo)管的光纖洩漏的密封裝置。
光纖密封裝置是在對(duì)通過(guò)光纖導(dǎo)管供給的光纖的供給端進(jìn)行密封的光纖密封裝置，包括若干個(gè)沿光纖軸向配置的具有直徑比光纖直徑還小的內(nèi)孔的密封橡膠圈、靠近密封橡膠圈之間配置的支承環(huán)和靠近橡膠圈配置的供壓入密封油的套環(huán)，這些密封橡膠圈和環(huán)配置在同光纖導(dǎo)管相連接的密封裝置的本體內(nèi)。
本密封裝置是利用橡膠圈的彈性的裝置，例如是用于防止在使防止噴嘴堵塞氣體供給位于光纖的被供給側(cè)的導(dǎo)管中時(shí)氣體從通過(guò)這個(gè)導(dǎo)管的光纖中漏出的密封裝置。在測(cè)量爐溫的情況下，是通過(guò)一起控制防止噴嘴堵塞氣體在光纖導(dǎo)管中的流量和壓力而使氣體流動(dòng)，從而使氣體同光纖一起從測(cè)溫噴嘴端部輸送到溶液中。此處，利用使光纖通過(guò)寬度較窄(例如5mm寬)、直徑比光纖直徑(例如1.2mm)還小的孔的密封橡膠圈構(gòu)成對(duì)光纖供給側(cè)的密封。為了提高密封性能并且減少滑動(dòng)阻力，本密封裝置采用寬度窄的(例如5mm寬)的密封橡膠圈多個(gè)(例如4個(gè))并排放置。配置在密封橡膠圈間的支承環(huán)承擔(dān)防止密封橡膠圈變形的任務(wù)。并使油經(jīng)過(guò)套環(huán)壓入橡膠圈之間而獲得潤(rùn)滑作用，從而使光纖通過(guò)密封橡膠圈的孔時(shí)的滑動(dòng)阻力減小。
圖16是表示光纖密封裝置的剖視圖。密封裝置本體1構(gòu)成了圖中所示的中空部分，密封橡膠圈2，支承環(huán)3和密封橡膠圈2以套環(huán)4為中心左右配置在本體中。因此，在這個(gè)實(shí)施例中配置了四個(gè)橡膠圈。在密封橡膠圈的中心部分有比光纖5的直徑1.2mm稍小的直徑為1mm的孔，在密封裝置1的兩端加工有螺紋，分別連接著光纖導(dǎo)管6和密封壓板9。另外，在這個(gè)密封壓板9內(nèi)也加工有螺紋，連接著光纖5供給側(cè)的光纖·導(dǎo)管6。來(lái)自油密封供脂口8的密封用油反壓壓入到套環(huán)4中。當(dāng)用防止噴嘴氣體壓+1kg/cm2的壓力壓入這個(gè)密封用油時(shí)就變成對(duì)著密封橡圈2同防止噴嘴堵塞的氣體壓力相反的反壓，結(jié)果使密封效果更進(jìn)一步提高。油的種類(lèi)只要是具有潤(rùn)滑性的油就有效。然而使密封橡膠圈2的孔徑減少時(shí)，雖然使密封性提高，但卻使通過(guò)阻力變大而不能供給，相反如果使孔徑增大則又會(huì)引起漏氣問(wèn)題，最好使密封橡膠圈2的孔徑為光纖直徑的80～85%。
圖17的(A)、(B)、(C)分別為圖16的A-A剖視圖、B-B剖視圖和C-C剖視圖，分別示出了密封橡膠圈2，支承環(huán)3和套環(huán)4的剖視圖。
光纖5穿過(guò)光纖·導(dǎo)管6再通過(guò)密封橡膠圈2時(shí)，由于光纖的直徑為1.2mm比密封橡膠圈2的孔徑1mm大，所以密封橡膠圈被擠壓擴(kuò)大。利用對(duì)密封膠圈的反作用力防止了光纖5的漏氣。通過(guò)使密封橡膠2沿軸向配置多個(gè)(4個(gè))，可以使密封效果進(jìn)一步提高。為了防止光纖5通過(guò)密封橡膠圈2時(shí)引起密封橡膠2變形翻起，在本實(shí)施例中配置了支承環(huán)3。另外，通過(guò)使支承環(huán)3的孔徑為例如3mm可以使密封橡膠圈2的彈力，反力起作用。壓入套環(huán)4的密封用油可以使用任何的油。
在本實(shí)施例中，根據(jù)使通過(guò)橡膠圈2時(shí)的滑動(dòng)阻力變小的目的使密封橡膠2的寬度為5mm，為了提高密封效果，并列設(shè)置四個(gè)密封橡膠圈，在密封橡膠圈2的中間配置套環(huán)4，從油密封給脂口8壓入密封用油可以減少通過(guò)密封橡膠圈2的滑動(dòng)阻力，密封來(lái)自光纖·導(dǎo)管6(圖的左側(cè))的防止噴嘴堵塞氣體的逆流。由于使滑動(dòng)阻力這樣地減小，可以在50mm/分～800mm/分的寬范圍光纖等的輸送速度(滑動(dòng)通過(guò)的速度)內(nèi)下實(shí)現(xiàn)密封。
圖18是適用圖16的光纖密封裝置的測(cè)溫裝置構(gòu)造的方塊圖。
權(quán)利要求
1.一種使用光纖的溫度測(cè)定裝置，包括金屬管包覆的光纖；配置在收容高溫液體爐內(nèi)并用于測(cè)定爐內(nèi)高溫液體溫度的噴嘴，該噴嘴的一端同收容在爐內(nèi)的高溫液體接觸，從另一端插入該包覆光纖；為了防止噴嘴堵塞而向噴嘴內(nèi)供給氣體的氣體供給組件；通過(guò)噴嘴將包覆光纖的一端輸送到高溫液體中的光纖供給組件；高溫液體輻射的具有光譜分布的光從包覆光纖的一端射入；以及同包覆光纖的另一端相連并根據(jù)在包覆光纖內(nèi)傳播的光的光譜計(jì)算出溫度的輻射溫度計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于還包括根據(jù)光纖供給組件輸送包覆光纖的難易情況選擇向噴嘴吹入氣體種類(lèi)的氣體種類(lèi)選擇組件;
3.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述的氣體供給組件包括使在噴嘴同高溫液體接觸的端部吹出的氣體流速控制在50～500Nm/sec范圍內(nèi)的流速控制組件。
4.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述噴嘴內(nèi)徑同所述的金屬管包覆光纖的外徑的比在1.5至3.5之間。
5.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述的噴嘴是由耐火磚制作的。
6.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于所述的噴嘴是由陶瓷制作的。
7.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述的噴嘴是由金屬的單管制作的。
8.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述噴嘴由內(nèi)側(cè)制成陶瓷的金屬的單管制成。
9.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述噴嘴是由內(nèi)管和外管組成的雙層管，包覆光纖插入在內(nèi)管內(nèi)，通過(guò)內(nèi)管和外管之間的空隙供給用于防止噴嘴堵塞的氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述的內(nèi)管具有陶瓷的內(nèi)襯。
11.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中，所述光纖供給組件包括檢測(cè)包覆光纖輸送速度的速度檢測(cè)器和根據(jù)速度檢測(cè)器的輸出信號(hào)控制包覆光纖輸送速度的輸送速度控制器;所述的氣體供給組件包括檢測(cè)吹入噴嘴的氣體壓力的壓力檢測(cè)器和根據(jù)壓力檢測(cè)器的輸出信號(hào)和速度檢測(cè)器的輸出信號(hào)選擇吹入噴嘴的氣體種類(lèi)的氣體種類(lèi)選擇組件。
12.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中所述的光纖供給組件由預(yù)先卷繞了光纖的轉(zhuǎn)筒、從轉(zhuǎn)筒上輸送光纖的滾輪、驅(qū)動(dòng)滾輪的電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)輸送速度的檢測(cè)器和輸送速度控制器組成。
13.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于其中，所述的光纖供給組件包括使包覆光纖沿供給方向前后振動(dòng)的振動(dòng)裝置，所述振動(dòng)裝置在不向高溫液體中輸送光纖的停止的時(shí)間內(nèi)工作。
14.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其中特征在于，其中，所述氣體供給組件包括按滿(mǎn)足下式流量控制氣體流量的控制器;[Q·M·Cp·(Tm-Tg)]/(Tm-T1)＜4×107式中，Q吹入氣體流量N1/minTm溶液溫度[K]Tl溶液凝固溫度[K]Tg吹入氣體溫度[K]Cp在溶液溫度下吹入氣體的比熱[J/Kg·K]M吹入氣體的分子量。
15.如權(quán)利要求1所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于，其中，所述的氣體供給組件包括按照滿(mǎn)足下式的氣體流量控制氣體流量的組件[Q·M·Cp·(Tm-Tg)]/(Tm-Tl)＞3×106式中，Q吹入氣體流量[Nl/min]Tm溶液溫度[K]Tl溶液凝固溫度[K]Tg吹入氣體溫度[K]Cp在溶液溫度下吹入氣體的比熱[J/Kg·K]M吹入氣體的分子量。
16.如權(quán)利要求1所述的測(cè)溫裝置，其特征在于，其中，所述光纖供給組件包括使包覆光纖通過(guò)該組件導(dǎo)入到噴嘴中的導(dǎo)管和密封所述導(dǎo)管和包覆光纖的密封裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的溫度測(cè)定裝置，其特征在于，其中，所述的密封裝置包括沿光纖軸向配置的若干個(gè)具有直徑比光纖直徑更小的孔的密封橡膠圈，靠近密封橡膠圈之間配置的支撐環(huán)、靠近橡膠圈配置并壓入密封油的套環(huán);在兩側(cè)同所述光纖·導(dǎo)管相連接的密封裝置的本體內(nèi)配置這些密封橡膠圈和環(huán)。
18.一種使用光纖測(cè)定溫度的方法包括下列步驟準(zhǔn)備金屬管包覆的光纖步驟;通過(guò)設(shè)置在裝有高溫液體的爐內(nèi)的噴嘴將包覆光纖輸送到高溫液體中的步驟，所述噴嘴的一端同裝在爐內(nèi)的高溫液體接觸，高溫液體輻射的具有光譜分布的光從所述包覆光纖的一端射入;為了防止噴嘴堵塞向所述噴嘴內(nèi)供給氣體的步驟;借助同包覆光纖的另一端連接的輻射溫度計(jì)根據(jù)在包覆光纖內(nèi)傳播的具有光譜分布的光計(jì)算溫度的步驟。
19.如權(quán)利要求18的測(cè)定溫度方法，其特征在于，還包括根據(jù)在將所述包覆光纖輸送到高溫液體的步驟中的包覆光纖輸送的難易狀況選擇吹入所述噴嘴的氣體種類(lèi)的步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，吹入噴嘴內(nèi)的氣體是從惰性氣體、惰性氣體同氧化性氣體的混合氣、氧化性氣體中選擇的。
21.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，對(duì)噴嘴的氣體供給進(jìn)行控制以便使從該噴嘴的端部吹出氣體的線(xiàn)流速在50至500Nm/sec范圍內(nèi)。
22.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，使所述噴嘴的內(nèi)徑同金屬管包覆光纖的外徑比在1.5至3.5范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，所述的噴嘴是由內(nèi)管和外管組成的雙層管，將包覆光纖插入內(nèi)管內(nèi)，通過(guò)內(nèi)管和外管間的空隙供給防止噴嘴堵塞的氣體。
24.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度的方法，其特征在于，其中，將包覆光纖送入高溫液體中的步驟包括檢測(cè)光纖輸送速度步驟和根據(jù)速度檢測(cè)器的輸出信號(hào)控制光纖輸送速度的步驟;所述的供給噴嘴氣體的步驟包括檢測(cè)吹入噴嘴氣體壓力的步驟和根據(jù)該壓力檢測(cè)步驟的輸出信號(hào)和該速度檢測(cè)步驟輸出的信號(hào)選擇吹入噴嘴氣體種類(lèi)的步驟。
25.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，輸送包覆光纖的步驟包含將包覆光纖連續(xù)地輸送到高溫液體中的操作。
26.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，輸送包覆光纖的步驟包含將包覆光纖斷續(xù)地輸送到高溫液體中的操作。
27.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，輸送包覆光纖的步驟包含將包覆光纖斷續(xù)地輸送到高溫液體中，在不將包覆光纖輸送到高溫液的停止時(shí)間內(nèi)使包覆光纖沿供給方向前后振動(dòng)的操作。
28.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度方法，其特征在于，其中，噴嘴氣體的供給按滿(mǎn)足下式的氣體流量進(jìn)行[Q·M·Cp·(Tm-Tg)]/(Tm-Tl)＜4×107式中，Q吹入氣體流量Nl/minTm溶液溫度[K]Tl溶液凝固溫度[K]Tg吹入氣體溫度[K]Cp在溶液溫度下吹入氣體的比熱[J/Kg·K]M吹入氣體的分子量。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，其中噴嘴氣體的供給按照滿(mǎn)足下式的氣體流量進(jìn)行[Q·M·Cp·(Tm-Tg)]/(Tm-Tl)＞3×106式中，Q吹入氣體流量[Nl/min]Tm溶液溫度[K]Tl溶液凝固溫度[K]Tg吹入氣體溫度[K]Cp在溶液溫度下吹入氣體的比熱[J/Kg·K]M吹入氣體的分子量。
30.如權(quán)利要求18所述的測(cè)定溫度的方法，其特征在于，其中，噴嘴氣體的供給按照滿(mǎn)足下式的氣體流量進(jìn)行3×106＜[Q·M·Cp·(Tm-Tg)]/(Tm-Tl)＜4×107式中，Q吹入氣體流量[Nl/min]Tm溶液溫度[K]Tl溶液凝固溫度[K]Tg吹入氣體溫度[K]Cp在溶液溫度下吹入氣體的比熱[J/Kg·K]M吹入氣體的分子量。Tg吹入氣體的溫度[K]
全文摘要
本發(fā)明提供了使用光纖測(cè)定溫度的裝置和使用光纖測(cè)定溫度的方法。
文檔編號(hào)G01K1/10GK1111751SQ9411790
公開(kāi)日1995年11月15日 申請(qǐng)日期1994年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月5日
發(fā)明者山崎三生, 井上茂, 菊地一郎, 狛谷昌紀(jì), 金谷弦治, 廣子正雄, 吉川高文, 枝廣政士, 小松善美, 井上明彥, 水上秀昭, 村井剛, 中村英夫, 山田善郎, 安達(dá)雄二, 中村廣文, 三好敬一, 宮本一志, 土居正男, 竹根史郎 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社