使用光纤的温度测定装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了使用光纤测定温度的装置和使用光纤测定温度的方法。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用光纤测定高温液体的装置和方法，特别是涉及可以连续测定温度的装置和方法。目前，作为检测炉内溶液温度的方法例如在钢的精炼炉即对铁水进行脱碳处理的转炉等中的温度测量是采用采样方式或人工热电偶测量方法完成的。在采样方法中，是用安装在长矛状可移动体的长矛端部上的测温体从炉(容器)的原料入口等进行温度测量的。目前的采样方法有如下的缺点首先，由于与炉(容器)的大小成比例而使测温装置巨大化。由于测温体使用一次就得扔掉，所以每次测温必需更换测温体，因此必需有更换测温体的附属装置。其次由于每次测温需要更换消耗式热电偶，所以使测量作业处理时的熔融温度的测定不得不断续地进行。又由于测温体一次性使用的经济上原因，使得测温不能频繁进行。因此处理终点的实际温度同目标温度不一定一致，还有引起能量损失，生产成本高和影响生产等问题。关于连续测定炉内温度方法的公知文件例如有在特开昭61-91529号公报中描述的方法。这篇文件中公开的测温法虽然是用光纤测量炉内温度的，但是由于光纤的端部固定在喷嘴的端部，是通过从喷嘴的端部吹入的气体层测量温度的，所以存在测定精度相当不精确的问题。另外还有因光纤的端部长时间在高温下而发生随时间老化问题。另外，在特开昭63-203716号公报中，为了通过连续测定钢水温度把精炼中温度和终点的温度作为目标值而采用根据温升速度的变化率推定在终点的成分的钢水精炼控制方法，在这个公报中虽然记载了“可以采用通过从转炉等的反应器的底部、侧壁或上部将光纤浸在钢水中、使用由与光纤连接的辐射温度计连续测定钢水温度的方法”;但是没有进行具体的描述，使其技术方案不清楚。本申请人在先前申请的特願平4-78736号(特开平5-24896号公报)申请中提出了一种测定温度装置，在这个装置中，将金属管包覆的光纤的前端作为测温元件插入钢水中，利用在这个光纤的端部满足黑体辐射条件的测量原理，使光纤的另一端同辐射温度计相连接以便进行温度测量，在这个装置中还设置有在送出金属管包覆的光纤的同时退绕光纤的输送机构，金属管包覆的光纤端部只是在进行测量钢水温度时才短时间插入高温液体中，测量结束之后立即将这个端部提升，然后将这个作为测温元件使用过的端部切掉，在下次测量时采用新的端部测量温度。但是特願平4-78736号(特开平5-24896号公报)中的温度特定装置是间歇式的测温装置，在每次测温时需要将作为测温元件使用过的光纤端部切掉，因此这个装置具有不能长期连续测量温度的缺点。本专利技术的目的是提供一种可以长时间测定高温液体温度并且使用响应快、精度高的光纤的测定温度装置和方法。为达到此目的，本专利技术提供一种具有以下构造的使用光纤的测定温度装置金属管包覆的光纤;设在收容高温液体炉内并用于测定温度的喷嘴，该喷嘴的一端同收容在炉内的高温液体接触，使包覆光纤从另端插入;为了防止喷嘴堵塞而向喷嘴内供给气体的气体供给组件;使包覆光纤的一端通过喷嘴送到高温液体中的光纤供给组件，高温液体辐射的具有光谱分布光从该包覆光纤的一端射入;以及同包覆光纤的另一端相连接，根据在包覆光纤内传播的光的光谱求出温度的辐射温度计。本专利技术还提供一种由以下步骤组成的使用光纤测定温度的方法;准备金属管包覆的光纤的步骤;通过设置在收容高温液体炉内的喷嘴使包覆光纤输送到高温液体中的步骤，使该喷嘴的一端同收容器炉内的高温液体接触，高温液体辐射的具有光谱分布的光从包覆光纤的一端入射;为了防止喷嘴堵塞向喷嘴内供给气体的步骤;将包覆光纤的另一端同辐射温度计相连接，根据在包覆光纤内传播的光的光谱求出温度的步骤;附图说明图1是本专利技术例1的光纤测温装置的构成方块图;图2示出了内侧为陶瓷的金属单管构成的测温喷嘴的一个例子;图3示出了例1的温度测定结果;图4为例1的热电偶指示值同光纤温度计指示值的对比曲线;图5是本专利技术例2的光纤温度测装置构成的方块图;图6示出了例2的温度测定曲线的一个例子;图7为例2的热电偶指示值同光纤温度计指示值的对比曲线;图8表示例2的防止喷嘴堵塞的效果图;图9示出了例3的温度测定曲线的一个例子;图10为例3的热电偶指示值同光纤温度计指示值的对比曲线;图11表示例3的防止喷嘴堵塞的效果图;图12是本专利技术例4的光纤测量高温液体的装置构成方块图;图13是表示例4的温度测定曲线的一个例子;图14为表示例4的热电偶指示值同光纤温度计指示值的对比曲线;图15为表示例4的防止喷嘴堵塞的效果图;图16是表示光纤的喷嘴装置构成的剖面图;图17是图16的A-A，B-B和C-C各剖面图;图18是适用光纤密封装置的测温装置的构成方块图。实施例1本专利技术使用由金属管包覆的光纤，在收容应测定温度的高温液体的炉的炉壁上设置用于测定炉内高温液体温度的测温喷嘴。该喷嘴的一个端同收容在炉内的高温液体相接触，金属管包覆的光纤从喷嘴的另一端插入。为了防止该喷嘴堵塞由气体供给组件向该喷嘴内供给气体。该气体通过该喷液与金属管包覆的光纤之间的空隙吹入炉内的高温液体中。插入的金属管包覆的光纤的一端由光纤供给组件输送到高温液体中。高温流体辐射的具有光谱分布的光从接触高温液体的包覆光纤一端进入。包覆光纤的另一端同辐射温度计相连，根据从在包覆光纤内传播的光的光谱求出高温液体的温度。该光纤供给组件包括预先卷绕着包覆光纤的转筒、使包覆光纤从转筒上送出的滚筒、驱动该滚筒的电动机、检测送出速度的检测组件和控制包覆光纤的输送速度的控制组件。通过驱动电动机滚筒，使包覆光纤从转筒上送出。通过作为检测组件的检测器检测送出速度。送出速度由作为速度控制组件的控制器根据检测器的输出信号来控制。金属管包覆光纤插入在喷嘴内，通过喷嘴同包覆光纤的间隙吹入防止在高温液体内的喷嘴堵塞的气体。因此喷嘴的内径同金属管包覆光纤的外径之比最好是1.5至3.5。测温喷嘴可以选择采用下列喷嘴之一由耐火砖或陶瓷构成的喷嘴，由金属单管构成的喷嘴，由内侧制成陶瓷的金属单管构成的喷嘴。测温喷嘴也可制成由内管和外管组成的双层结构。包覆光纤插入在该内管内。通过内管同外管之间的间隙供给用于防止堵塞喷嘴的气体。该气体供给组件由气体种类选择组件和气体流速控制组件构成。该气体供给组件还可以包括压力检测器。气体种类选择组件根据由光纤供给组件送出包覆光纤的难易情况选择吹入喷嘴和气体种类。气体流速控制组件使从同高温液体接触的喷嘴端部吹出气体的线流速控制在50-500Nm/sec范围内。可以选择惰性气体、惰性气体和氧化性气体的混合气或氧化性气体作为防止堵塞气体。气体压力检测器检测为防止测温喷嘴堵塞而吹入测温喷嘴的气体压力。气体种类选择组件也可以根据压力检测器的输出信号和包覆光纤的输送速度检测器的输出信号选择吹入喷嘴的气体种类。防止测温喷嘴堵塞的气体通过气体供给组件吹入测温喷嘴，最好是对吹入的气体流量进行控制。在流过的气体为惰性气体时，其流量过多时会在喷嘴的尖端形成蘑菇状物，该蘑菇状物是熔融金属部分凝固的海绵状块。由于这个蘑菇状物使包覆光纤不能插入，针对蘑菇状物的生成，虽然可以考虑通过吹入氧气溶解蘑菇状物而使包覆光纤能够继续供给，但是在吹入氧气的场合下有溶损喷嘴的问题，此外，在喷嘴出口附近发生金属的氧化反应会使测定精度降低。关于在喷嘴端部生成蘑菇状物的问题，业已发现当气体的温度、种类，流量和溶液温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用光纤的温度测定装置，包括：金属管包覆的光纤；配置在收容高温液体炉内并用于测定炉内高温液体温度的喷嘴，该喷嘴的一端同收容在炉内的高温液体接触，从另一端插入该包覆光纤；为了防止喷嘴堵塞而向喷嘴内供给气体的气体供给组件；通 过喷嘴将包覆光纤的一端输送到高温液体中的光纤供给组件；高温液体辐射的具有光谱分布的光从包覆光纤的一端射入；以及同包覆光纤的另一端相连并根据在包覆光纤内传播的光的光谱计算出温度的辐射温度计。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎三生，井上茂，菊地一郎，狛谷昌纪，金谷弦治，广子正雄，吉川高文，枝广政士，小松喜美，井上明彦，水上秀昭，村井刚，中村英夫，山田善郎，安达雄二，中村广文，三好敬一，宫本一志，土居正男，竹根史郎，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]