ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕКЛОМАССЫ
GLASS MASS TEMPERATURE MEASUREMENT

Объектом настоящего изобретения является измерение высокой температуры расплава стекломассы или очень вязкого материала.
Измерение такой температуры необходимо для контроля процессов стеклообразования, но затруднительно из-за очень высоких температур, достигаемых стекломассой. Большинство обычных материалов для сборки датчиков плавится или, по меньшей мере, теряет прочность. Другой метод заключается в измерении меньшей температуры, чем фактическая температура стекла, путем помещения температурного датчика в стержень, охлаждаемый потоком воды. Вокруг стержня образуется примесь отвердевшего стекла, которая защищает стержень от перегрева и коррозии. Температуру стекломассы можно вывести из фактически измеренной температуры с помощью корреляционных функций. Данный метод измерения с помощью охлажденного стержня апробирован, но неточен, поскольку он относится к единственному размещению стекломассы, температура которой может быть различна, и очень чувствителен к физическому условию расплава, а именно естественной или вынужденной конвекциям, которым он подвержен, а также толщине отвердевшего стекла, покрывающего стержень, которая может также варьироваться.
Данные недостатки привели к разработке измерительного способа, соответствующего настоящему изобретению, когда прямое измерение фактической или пониженной температуры заменяют измерением другого параметра, с которым температура может быть связана функциональной зависимостью, для выполнения косвенного измерения последней из двух температур. Общим свойством предполагаемых параметров является здесь то, что они не связаны с расплавом и поэтому позволяют поместить датчик за пределы тигеля с расплавом, где он работает в более холодной среде в лучших условиях.
Настоящее изобретение основано на частном использовании мешалки с приводом для стекломассы. Известные мешалки имеют различную форму и обычно содержат вращающееся тело, снабженное лопастями или аналогичными средствами для перемешивания стекломассы. Мешалку эксплуатируют при умеренной температуре с помощью контура охлаждающей воды, которая течет через мешалку в концентрических каналах или иначе.
Полезные параметры для измерения, связанные с температурой расплавов, получают из работы данной мешалки. Следует отметить, что охлаждение дополнительно создает вокруг мешалки примесь отвердевшего стекла, но данное обстоятельство больше не является неблагоприятным, как в случае со стержнем для измерения температуры, благодаря перемешиванию, которое стабилизирует толщину твердого стекла вокруг лопастей и центральной оси мешалки и регулирует параметры расплава вокруг лопастей; кроме того, поскольку мешалка непосредственно контактирует с максимальной частью расплава, она получает нагрев, который намного лучше отражает общую или среднюю температуру расплава.
В одном частном примере осуществления способа по настоящему изобретению измеряемым параметром, который отражает температуру расплава, является тепловая мощность, получаемая из охлаждающей жидкости, текущей через мешалку. В другом частном примере осуществления измеряемым параметром является вращающий момент двигателя мешалки при постоянной частоте вращения.
Настоящее изобретение будет описано далее с помощью фиг.1 с изображением плавильной ванны, оборудованной мешалкой, фиг.2 с изображением контура охлаждения и фиг.3 с изображением примера. Расплав обозначен цифрой 1 и расположен в тигле 2, к которому подводят средство нагрева, не показанное на фигуре; указанное средство может, как это часто имеет место, состоять из одиночной катушки индуктивности, размещаемой вокруг тигля 2. Ни обычные средства электроснабжения тигля, ни нижняя литейная арматура, известные по предыдущему уровню техники и не относящиеся к настоящему изобретению, на фигурах не показаны. Тигель 2, тем не менее, содержит мешалку 3, выполненную в данном случае в форме якоря, состоящего из одной подвижной оси 4 и двух противоположных лопастей 5. Ось 4 опирается на подшипники 6 и приводится во вращение двигателем 7, снабженным редуктором и вариатором момента. Мешалка 3 имеет полую форму и содержит центральную трубку 8, делящую внутреннее пространство на два концентрических канала - периферийный канал 9 для закачки охлаждающей воды и центральный канал 10 для сбора закачанной воды. Трубка 8 ответвляется в каждую из лопастей и раскрыта на концах для перехода воды из периферийного канала 9 в центральный канал 10. Кроме того, контур содержит одну водораспределительную коробку 11, расположенную в верхней части оси 4, один насос 12, систему трубопроводов 13, соединяющую насос 12 с водораспределительной коробкой 11 и включающую в себя всасывающий трубопровод, нагнетательный трубопровод, и одну охладительную установку 14 на трубопроводах 13.
Изобретение будет действительно с другими мешалками, а именно винтовой или спиральной. Однако целесообразно обеспечить бесперебойное и достаточное охлаждение по всей поверхности мешалки. Кроме того, лопасти 5 имеют достаточную протяженность для обеспечения общего перемешивания расплава. Однако следует учесть, что изобретение работает надлежащим образом при использовании мешалки небольших размеров при условии наличия других мешалок, которые не выполняют измерений, но участвуют в перемешивании расплава вместе с первой мешалкой.
В одном частном примере осуществления настоящего изобретения измеряют тепловую мощность, отбираемую мешалкой 3, на основе производительности насоса и измерений температуры охлаждающей воды, выполняемых датчиками 15 и 16 на входе периферийного канала 9 и на выходе центрального канала 10. Температуру вычисляют по следующей прикладной формуле:
1
1
2
где T - искомая температура, C и С - константы, получаемые эмпирически при предыдущих испытаниях, и Р - тепловая мощность. Константы зависят практически только от частоты вращения мешалки, объема расплава для определенной установки и композиции расплава.
В другом примере осуществления настоящего изобретения для выполнения косвенного измерения температуры расплава измеряют вращающий момент двигателя мешалки. Данный метод позволяет даже упростить измерения благодаря использованию измерителя 17 момента, помещаемого на коробку скоростей рядом с двигателем 7 и осью 3. Корреляционная формула имеет в таком случае вид
2
1
3
4
3
4
где Т - температура расплава (которая должна совпадать с T), С и C - другие константы, определенные при предыдущих испытаниях, и С - измеренный вращающий момент. Константы С и C здесь также инвариантны для определенной установки и зависят только от частоты вращения и объема расплава.
Оба метода измерений можно применять как независимо, так и одновременно.
1
2
1
1
2
На фиг.3 приведен пример использования первой формулы с коэффициентами C=-108.7 и С=0.0091 при мощности Р мешалки, выраженной в ваттах, и температуре T - в градусах Цельсия. Процесс включал серию циклов, при которых стекло постоянной композиции постепенно заливали в тигель и затем после расплавления быстро удаляли в соответствии с кривой 18, показывающей вес стекломассы в тигле (в килограммах - на правой шкале ординат) в зависимости от времени (в часах - на оси абсцисс). Параметры C и С были рассчитаны в предыдущем цикле.
Приведены кривые 19 фактической температуры расплава, измеренной термопарой, и кривые 20 температуры, рассчитанной в соответствии с настоящим изобретением (на левой шкале ординат). Данные кривые идеально совпадают, с той лишь разницей, что кривая 20 имеет колебания, которые принимают вид окрестности шириной около 20°С для квазистабильных состояний циклов, которые содержит кривая 19.