УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для измерения температуры расплавов, кроме того, оно может быть использовано для измерения температуры ликвидуса криолитовых расплавов.
3
2
2
3
Ближайшим уровнем техники являются устройства типа дифференциально-термического анализа К.Б.Бакин, П.В.Поляков, Ю.Г.Михалев, О.Н.Симакова, Д.А.Симаков [Текст], Температура ликвидуса и плотность расплавов системы, NaF-AlF-CaF-AlO, Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 1 (2008) 47-57, которые широко используются для определения температуры и фазовых переходов в расплавах. Все эти устройства требуют отбора проб в специальную емкость с последующим определением температуры контактным методом, что делает процесс измерения длительным и для агрессивного расплава (криолит, расплавы солей) снижает точность измерений за счет взаимодействия контактных частей термоэлементов с веществом расплава, что ведет к химической реакции с выделением или поглощением тепла. Выполнение в этом случае термоэлементов из благородных металлов приводит к удорожанию устройства.
Известно сенсорное устройство для измерения температуры расплавов (патент РФ №212882 опубл. 10.04.1999), содержащее емкость, имеющую по меньшей мере одну опору, в форме полосы или проволоки, а на ее верхней стороне - отверстия, расположенный в емкости термоэлемент, емкость выполнена из металла, а по меньшей мере одна опора жестко соединена с вибратором.
Недостатком устройства является необходимость использования контактного метода измерения температуры, который вследствие наличия защиты термопарных спаев от высокореакционной среды, реагирует на изменения температуры со значительным запаздыванием. Кроме того необходимость наличия вибратора в устройстве приводит к его усложнению, удорожанию и снижению надежности.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство для измерения температуры в тигле, (патент РФ №2029259, опубл. 20.02.1995), в котором для измерения температуры термодатчиком к нему подводят излучение образца при помощи световода из термостойкого прозрачного материала, например сапфира. Подобное устройство непригодно для расплавов вступающих в реакцию с материалом световода, требует дополнительного подогрева и обладает низкой точностью, что обусловлено значительными погрешностями пирометра спектрального отношения при измерениях температуры поверхностей с неизвестной степенью черноты. Кроме того материал световода обладает ограничением по пропусканию излучения определенных участков спектра и для измерений на разных температурах возникает необходимость менять весь световод, что затратно и не всегда технически возможно в силу низкой прозрачности на больших толщинах доступных материалов в инфракрасной области спектра.
Задачей заявляемого устройства является малоинерционное, простое и надежное измерение температуры высокореакционных и высокотемпературных расплавов.
Достигается это тем, что в устройстве для измерения температуры расплавов, включающее термоэлемент, световод, согласно изобретению, термоэлемент через светофильтр соединен со световодом, выполненным в виде полой трубки с отражающей внутренней поверхностью, которая погружена в модель абсолютно, причем светофильтр выполнен прозрачным в том участке спектра, на который приходится большая часть энергии излучения при температурах измеряемых расплавов.
Сущностью заявляемого изобретения является простое и надежное измерение температуры погруженной в расплав модели абсолютно черного тела за счет световода выполненного в виде полой трубки с отражающей внутренней поверхностью, которая прозрачна во всем диапазоне спектра, что обеспечивает исключение замены всего световода, необходимости подогрева его погружаемой части, а также контакта материала световода с расплавом.
Для исключения переноса тепла конвективными потоками внутри трубки поверхность термоэлемента защищена материалом прозрачным в том участке спектра, на который приходится большая часть энергии излучения при температурах измерения т.е. светофильтром.
Заявляемое устройство поясняется иллюстрацией где:
1 - модель абсолютно черного тела,
2 - световод,
3 - светофильтр,
4 - термоэлемент.
Устройство работает следующим образом: модель АЧТ (1) погружают в расплав, допустим криолита, модель нагревается и ее излучение передается через световод (2) и светофильтр (3) к термоэлементу (4), который фиксирует значения лучистого потока по известным соотношениям. При температуре порядка 1400-15 ООК (плавление криолита) основной поток излучения приходится на диапазон 1-3 мкм. Поэтому в качестве светофильтра может использоваться германий.
При погружении модели АЧТ в расплав происходит застывание вещества расплава на внешней поверхности модели. При низкой теплоемкости модели образовавшаяся корка быстро расплавляется, причем этот процесс может занять не более 1-2 секунд. Среагировать на подобные изменения, с образованием "полочки" фазового перехода, что часто является основной целью подобных измерений, могут только малоинерционные бесконтактные датчики теплового излучения к которым относятся термоэлементы с напылением (болометры), либо погружаемые микротермопары. Последние, в силу высокореакционной способности исследуемых расплавов, неприемлемы.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет максимально упростить и повысить надежность без потери точности измерений.