Безпровідний наконечник

Реферат: Описується система для безпровідного одержання даних вимірювання характеристики рідкого металу. Система містить контактний блок, сконфігурований для функціонального зв'язку з першим кінцем по суті порожнистого тримача наконечника. Контактний блок рознімно і електрично з'єднаний і приймає аналогові сигнали від вимірювального датчика. Контактний блок перетворює прийняті аналогові сигнали на ультразвукові сигнали і передає ультразвукові сигнали крізь порожнину тримача наконечника. Приймальний блок сконфігурований для функціонального зв'язку з другим кінцем тримача наконечника. Другий кінець протилежний до першого кінця тримача наконечника. Приймальний блок приймає ультразвукові сигнали від контактного блоку і перетворює прийняті ультразвукові сигнали на цифровий сигнал напруги. UA 108402 C2 (12) UA 108402 C2 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рівень техніки Наконечники з одноразовими занурюваними датчиками типово використовуються для визначення параметрів рідких металів. Коли занурюваний датчик занурюють в рідкий метал, то дані вимірювання, такі як температура, передаються від сенсорного пристрою до приймального приладу. Попередньо, передача даних здійснювалась з використанням аналогових проводових ліній, як, наприклад, тих, що типово виготовляються з міді, мідних сплавів, або компенсувальних кабелів термопари. Традиційні одноразові системи, які занурюються в рідкий метал, використовують пристрої, які мають занурювані датчики, які придатні для одноразового вимірювання, а потім викидаються, як описано в патенті US 3643509, на який тут робиться посилання. Такі занурювані датчики типово кріпляться до віддаленого кінця захисної гільзи занурюваного пристрою. Захисна гільза типово виготовляється з картону. Датчик і картонну захисну гільзу встановлюють ковзанням по порожнистій трубці, також відомою як тримач наконечника. Датчик з‘єднують із з‘єднувальним елементом, названим контактним блоком, як описано в патенті US 4893516, на який тут робиться посилання. Контактний блок розташований на кінці трубки і пристосований до приймання аналогових електричних вихідних сигналів занурюваного датчика. Занурюваний датчик з‘єднаний з можливістю від‘єднання із з‘єднувальним елементом. Тримач наконечника всередині містить захищені кабелі для витримування гарячого середовища трубки між контактним блоком і ємністю на кінці, розташованому навпроти контактного блока, як описано в патенті US 5043023, на який тут робиться посилання. Ємність формує вивідну втулку для подовження електричних сигнальних ліній іншим аналоговим кабелем до приладу, який інтерпретує і обробляє аналоговий сигнал і відображає результат(и) датчика. Електричний контур, який містить занурюваний датчик, тримач наконечника, сигнальний кабель та прилад, з‘єднані між собою з можливістю від‘єднання проводами і з‘єднувальними елементами для монтажу. Кожна ділянка вимірювального контуру, включаючи усі електричні з‘єднання, проводи і кабелі, переважно виготовлена з матеріалів, спеціально підібраних і компенсованих для типу використовуваної термопари або іншого датчика. Картонна захисна гільза одноразового занурюваного датчика має дві головні частини, кожна з яких служить для різних цілей. Нижня або віддалена частина захисної гільзи входить в прямий контакт з рідким металом і швидко руйнується в сильній взаємодії з ним і шаром гарячого шлаку, який зазвичай покриває поверхню рідкого металу. Для збереження цілісності захисної гільзи і для захисту датчика принаймні до завершення ним операції вимірювання, необхідна достатня маса картонної гільзи. Якщо занурена картонна гільза завчасно руйнується перед одержанням результату вимірювання, то, у найгіршому випадку, рідкий метал руйнує електричну контактну ділянку тримача наконечника і одержуване в результаті пошкодження необхідно усунути перед можливим одержанням результату іншого вимірювання. Друга суміжна частина картонної труби проходить вгору з ванни розплаву металу і захищає віддалений кінець тримача наконечника від металевих бризок і теплового випромінювання з ванни розплаву металу, шлаку і будь-якої близької гарячої поверхні ємності з рідким металом. Якщо частина захисної картонної гільзи над ванною розплаву металу є або занадто короткою для послаблення теплового випромінювання або горить з киснем атмосфери як в процесі окиснення, то тримач наконечника локально нагрівається. У цій “гарячій зоні”, внутрішня проводка тримача наконечника може піддаватися дії надзвичайно великої теплоти, яка може порушувати електричну цілісність ізоляції внутрішньої проводки наконечника, що може також вимагати затримки у ремонті перед можливим одержанням результату наступного вимірювання. Під час кожного циклу вимірювання, ділянки електричного контуру багаторазового використання в тримачі наконечника між подовжувальною втулкою тримача наконечника і приладом можуть піддаватися дії інтенсивного теплового випромінювання, бризок рідкого металу, прямого контакту з гарячим металом та інших твердих нагрітих поверхонь. Ці умови призводять до руйнування ізоляції, розтягу, стирання і зношення проводів, кабелів і з‘єднувальних елементів, що призводить до можливого виходу з ладу однієї або більшої кількості ділянок електричного контуру. Несправний контур потрібно ремонтувати або міняти, що призводить до додаткових грошових витрат і виведення необхідного обладнання з роботи на період ремонту. Там, де використовуються автоматизовані механічні занурювані системи або роботи, ремонт і заміна є дорогими з точки зору затрати людської енергії, матеріалів і простоювання автоматизованої системи. Окрім того, у випадках занурювання вручну, кабель, який з‘єднує тримач наконечника з приладами, типово протягується по підлозі і часто ушкоджується бризками металу і рухомим обладнанням. Такі кабелі для робітників, які перебувають в безпосередній близькості до них, представляють ризик роз‘єднання. 1 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Занурювані наконечники є засобами, які страждають не тільки від таких проблем. Датчики, які мають внутрішні проводові контури, використовуються в місцях вимірювання у ливарних цехах, де частину металу видаляють і переносять до місця вимірювання. Ці датчики можуть страждати від поламки в аналоговій провідці після певного часового періоду внаслідок вищеописаних екстремальних умов. Такі датчики описуються в патентах US 4056407, US 5037211, US 5804006 і US 5388908, на які тут робиться посилання. В промислових середовищах по виробництву заліза і сталі з високими температурами щоденно зіштовхуються не тільки в рідкому металі, а й також на поверхнях і конструкціях в і навколо контейнерів і технологічних ємностей, використовуваних у виробництві і перенесенні рідкого металу. Сенсорні пристрої і їх відповідні вимірювальні контури, використовувані у виконанні, відслідковуванні і керуванні цими процесами, часто працюють за цих небезпечних умов повторно з достатнім впливом для призведення до фізичної поламки і/або погіршення роботи, достатньої для виконання неточних або непридатних вимірів. В певних промислових середовищах дані передаються акустично в твердому матеріалі конструкції або пристрої, такому як обсадні колони бурових вишок. Свердловинні телеметричні пристрої, які використовують магнітострикційний матеріал для генерування ультразвукових хвиль в металі обсадних колон, описуються в патентах US 5568448 і US 5675325. Ці патенти розкривають використання магнітострикційного приводу, встановленого у проміжному положенні в буровій трубі, де бурова труба діє як резонансне трубчасте тіло. Струм збудження, який подається з наперед встановленої частотою до витків, які оточують магнітострикційний матеріал приводу, змушує бурову трубу деформуватися. Деформація створює акустичну або ультразвукову хвилю, яка поширюється по матеріалу бурової труби. Хвильові сигнали, що поширюються, приймаються приймачем приводу, розташованим вгорі по стовбуру свердловини, і обробляються на поверхні. Ефективність передачі згенерованих акустичних хвиль найкраща при високих частотах (головним чином понад 400 Гц). Передача хвиль спадає до нижче прийнятних рівнів при низьких частотах (головним чином нижчих 400 Гц). Акустична телеметрична система згідно з вищезгаданими патентами вимагає точне розміщення приводу і унікальну "настройку" секції бурової труби магнітострикційним пристроєм для досягання найефективнішої передачі навіть при високих частотах. Оскільки усі бурові системи зв‘язку повинні вирішувати проблему постійно змінної довжини бурильної колони, то вимагається настройка акустичних пристроїв. Ця ступінь уваги може виправдовуватися фінансово, беручи до уваги інвестиційний капітал, необхідний для нафтодобувного обладнання, але це не годиться для налаштування до змінних довжин механічних занурюваних пристроїв в металургійній промисловості. Відповідно, бажано мінімізувати грошові витрати на технічне обслуговування, ремонт і заміну пошкоджених систем для вимірювання параметрів рідкого металу шляхом усунення їх внутрішньої проводки. Додатково бажано вирішити питання безпеки, які виникають при використанні проводових вимірювальних систем, використовуваних для вимірювань параметрів рідкого металу. Короткий опис винаходу Вищезгадана задача вирішується винаходом. Винахід характеризується ознаками своїх незалежних пунктів формули. Переважні варіанти виконання описуються в залежних пунктах формули винаходу. В одному варіанті виконання розкривається система для безпровідного одержання даних вимірювання характеристики рідкого металу. Система містить контактний блок, сконфігурований для функціонального з‘єднання з першим кінцем по суті порожнистого тримача наконечника. Контактний блок рознімно і електрично з‘єднаний, і приймає аналогові сигнали від вимірювального датчика. Контактний блок перетворює прийняті аналогові сигнали на ультразвукові сигнали і передає ультразвукові сигнали по порожнині тримача наконечника. Приймальний блок сконфігурований для функціонального зв‘язку з другим кінцем тримача наконечника. Другий кінець протилежний до першого кінця тримача наконечника. Приймальний блок приймає ультразвукові сигнали від контактного блоку і перетворює прийняті ультразвукові сигнали на цифровий сигнал напруги. В іншому варіанті виконання розкривається спосіб передачі принаймні однієї характеристики рідкого металу. У способі контактний блок приймає аналоговий сигнал, який містить принаймні одну характеристику рідкого металу, від вимірювального датчика. Контактний блок функціонально зв‘язаний з першим кінцем тримача наконечника. Аналоговий сигнал перетворюється на множину ультразвукових імпульсів. Множина ультразвукових імпульсів передається крізь порожнисте тіло тримача наконечника до приймача. Приймач функціонально зв‘язаний з другим кінцем тримача наконечника, який протилежний до першого кінця. 2 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В ще іншому варіанті виконання розкривається система для безпровідного отримання даних вимірювання характеристики рідкого металу. Система містить передавальний компонент, який містить ультразвуковий перетворювач. Передавальний компонент сконфігурований для функціонального зв‘язку з першим кінцем по суті порожнистого тримача наконечника. Передавальний компонент рознімно і електрично з‘єднаний і приймає аналогові сигнали від вимірювального датчика. Прийняті аналогові сигнали перетворюються на ультразвукові сигнали. Ультразвуковий перетворювач передає ультразвукові сигнали крізь порожнину тримача наконечника. Приймальний компонент сконфігурований для функціонального зв‘язку з другим кінцем тримача наконечника, який протилежний до першого кінця тримача наконечника. Приймальний компонент містить приймальний перетворювач. Приймальний перетворювач приймає ультразвукові сигнали від передавального компонента і перетворює прийняті ультразвукові сигнали на цифровий сигнал напруги. Короткий опис креслень Вищенаведений короткий опис, а також наступний детальний опис переважних варіантів виконання винаходу будуть краще зрозумілими з посиланням на додані креслення. Для ілюстрації винаходу, на кресленнях зображаються варіанти виконання, які на даний момент є переважними. Однак, слід розуміти, що винахід не обмежується точними розташуваннями і зображеними засобами. На кресленнях: Фіг. 1 зображає схематичний вид механічного занурюваного пристрою попереднього рівня техніки; Фіг. 2 зображає схематичний вид ручного занурюваного пристрою попереднього рівня техніки; Фіг. 3 зображає схематичний вид безпровідного занурюваного пристрою, який має вмонтований безпровідний засіб, у відповідності з першим варіантом виконання цього винаходу; Фіг. 4 зображає схематичний вид безпровідного занурюваного пристрою, який має безпровідний засіб, у відповідності з другим варіантом виконання цього винаходу; Фіг. 5 зображає схематичний вид безпровідного занурюваного пристрою, який має проводовий засіб, у відповідності з третім варіантом виконання цього винаходу; Фіг. 6 зображає схематичний вид контактного блоку, який має контур для генерування і передачі ультразвукових імпульсів; Фіг. 7 зображає схематичний вид приймального блоку, який має контур для приймання ультразвукових імпульсів від контактного блоку з Фіг. 6; Фіг. 8 зображає схематичний вид тримача наконечника з вмонтованим приймальним перетворювачем і фокусувальним конусом для приймання ультразвукових імпульсів від контактного блоку зФіг. 6; і Фіг. 9 зображає схематичний вид, який показує охолоджувальний механізм для використання з приймальним блоком з Фіг. 7. Детальний опис винаходу Певна термінологія використовується в наступному описі тільки для зручності і не є обмежувальною. Слова “правий”, “лівий”, “нижній” і “верхній” вказують напрями на кресленнях, на які робляться посилання. Слова “всередину”, “внутрішній”, “віддалено”, “зовнішній”, “назовні” або “близько” стосуються напрямів до і, відповідно, від геометричного центра або орієнтацію пристрою і відповідних його частин. Термінологія включає вищеперелічені слова, їх похідні і слова подібного значення. Фіг. 1 і 2 зображають механічний і ручний занурюваний пристрій попереднього рівня техніки, які мають проводовий контур для передачі сигналів вимірювання від занурюваного датчика (не зображений). Механічний занурюваний пристрій з Фіг. 1 містить тримач 10 наконечника, з‘єднаний з контактним блоком 12. Тримач 10 наконечника необов‘язково містить подовжувальну трубу 3a наконечника на кінці, протилежному до занурюваного кінця, таким чином тримач 10 наконечника може бути єдиною трубкою або комбінацією функціонально зв‘язаних трубок. Переважно, тримач 10 наконечника є стандартною трубкою або комбінацією стандартних трубок, відомих фахівцям у цій галузі. На Фіг. 1 привідний блок 4 піднімає і опускає тримач 10 наконечника за допомогою труби 3a наконечника в і з матеріалу, типово рідкого металу, з якого беруться зразки або який тестується. Внутрішня проводка 5a передає електричні сигнали від занурюваного датчика (не зображений) крізь тримач 10 наконечника до приладу (не зображений). Внутрішня проводка 5a електрично з‘єднана кабелем 7a з приладом, який приймає передані сигнали. Ручний занурюваний пристрій з Фіг. 2 подібний до механічного занурюваного пристрою з Фіг. 1 за виключенням відсутності привідного блоку 4, дозволяючи занурювати вручну увесь наконечник. Рукоятка 8 передбачена для використання оператором ручного занурюваного 3 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пристрою. Оператор використовує рукоятку 8 для опускання і піднімання ручного занурюваного пристрою в матеріал, з якого беруться зразки. Рукоятка 8 з‘єднана або об‘єднана з тримачем 10 наконечника на необов‘язковій трубі 3b наконечника. Однак, в інших конфігурація тримача 10 наконечника, рукоятка 8 може встановлюватися в інших місцях на тримачі 10 наконечника. Внутрішня проводка 5b передає електричні сигнали від занурюваного датчика (не зображений) до кабеля 7b крізь тримач 10 наконечника. Полюс для з‘єднувального елемента 6 кабеля з‘єднує внутрішню проводку 5b з кабелем 7b, дозволяючи наконечнику від‘єднуватися від кабеля 7b. Занурювані системи, як ті, що показані на Фіг. 1 і 2, можуть використовуватися для виконання вимірювання в рідкому металі. Типове вимірювання у рідкому металі складається з етапів ковзання одноразового занурюваного датчика до віддаленого кінця тримача 10 наконечника, доки не буде здійснено електричний контакт з контактним блоком. Типово, коли підтверджується цілісність контуру датчика, користувачеві приладу надсилається дозвільний сигнал, який вказує, що можна починати занурювання. Оператор може фізично оперувати тримачем 10 наконечника або механічний пристрій (привідний блок 4) може подавати тримач 10 наконечника в розплавлений метал, з якого береться зразок. Відразу після занурення, занурюваний датчик генерує і видає електричний сигнал, пропорційний параметру рідкого металу, який вимірюється (наприклад, температура). Наприклад, ці дані мають зазвичай форму мілівольт, коли вимірюваним параметром є температура. Електричний сигнал може потім перетворюватися приладом на бажаний параметр рідкого металу, такий як температура або інший відповідний відслідковуваний параметр. Однак, занурюваний датчик може також пристосовуватися до вихідних електричних сигналів, які відносяться одночасно до більше ніж одного параметра відібраного зразка металу, такого як вміст кисню в рідкому металі. Вміст кисню також передається у формі мілівольт, переважно від -500 до +500 мілівольт. Після занурення датчика на певний період часу, прилад детектує прийнятну величину від датчика і сигналізує кінець вимірювання. Занурюваний датчик може потім витягуватися з ванни розплаву. Використовуваний занурюваний датчик викидається, а вимірювальна система доступна для іншого вимірювання новим занурюваним датчиком. В інших варіантах виконання, де занурення не потрібне, занурюваний датчик може замінятися вимірювальним датчиком. Широкий вибір таких вимірювальних датчиків відомий в рівні техніки і потрапляє в об‘єм правового захисту цього винаходу. Посилаючись на Фіг. 3-5, бачимо, що тут зображені безпровідні занурювані пристрої у відповідності з переважними варіантами виконання представленого винаходу. Безпровідні занурювані пристрої з Фіг. 3-5 можуть виконуватися в механічних і ручних наконечниках з Фіг. 1 і 2. В занурюваних пристроях з Фіг. 3-5 внутрішня проводка 5 в тримачі 10 наконечника і, необов‘язково, кабель, який з‘єднує безпровідний занурюваний пристрій з приладом 60, усуваються. Переважно, тримач 10 наконечника є довгою порожнистою сталевою трубкою. Однак, можуть використовуватися інші матеріали, форми і діаметри для виготовлення порожнистого тримача наконечника без виходу за рамки цього винаходу. Окрім того, тримачі 10 наконечника змінних довжин і внутрішніх діаметрів розглядаються для використання з нижчеописаною системою безпровідного зв‘язку. Посилаючись на Фіг. 3, бачимо, що тут зображений схематичний вид безпровідного занурюваного пристрою 300a, який має вмонтований безпровідний засіб згідно з першим варіантом виконання представленого винаходу. Безпровідний занурюваний пристрій 300a містить тримач 10a наконечника, з‘єднаний з контактним блоком 12a на одному кінці (занурюваний або віддалений кінець) і з приймальним блоком 22a на кінці, протилежному до контактного блоку 12a. Дані вимірювання передаються безпровідним чином від контактного блоку 12a до приймального блоку 22a крізь тримач 10a наконечника. Таким чином, безпровідним чином передаючи дані від контактного блоку 12a до приймального блоку 22a, проводка усувається на ділянці, де найбільш ймовірно відбувається пошкодження від нагрівання. Приймальний блок 22a містить вмонтований безпровідний передавач 32a, який безпровідним чином передає дані до приладу 60a для аналізу і відображення. Безпровідний передавач 32a може використовувати будь-яку схему безпровідного зв‘язку, відому фахівцям у цій галузі, включаючи протоколи зв’язку широкого і вузького діапазону частот, такі як ZIGBEE, 802.11 WiFi, BLUETOOTH, протоколи зв‘язку інфрачервоного діапазону частот і подібний. Інші безпровідні технології передачі даних між безпровідним передавачем 32a і приладом 60a можуть втілюватися без виходу за рамки цього винаходу. В альтернативних варіантах виконання, як зображено на Фіг. 4 і 5, проводове з‘єднання усувається на ділянці, де ймовірність пошкодження є найбільшою, таке як внутрішня проводка всередині тримача 10 наконечника, тоді як проводове з‘єднання на ділянці(ах), на яких може 4 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бути тільки незначне пошкодження, такій(их) як з‘єднання між приймальним кінцем 22b (Фіг. 4) та безпровідним передавачем 32b (Фіг. 4) і/або з‘єднання між передавачем 32c (Фіг. 5) та приладом 60c (Фіг. 5), може зберігатися. Зберігаючи проводове з‘єднання тільки на ділянках, які менш схильні до ушкодження, знижують грошові витрати завдяки здатності використовувати дешевші кабелі там, де зберігається таке проводове з‘єднання. В традиційному проводовому наконечнику одна з провідних пар в контурі термопари є сплавом головним чином міді і нікелю, який є значно дорожчим за чисту мідь. Після оцифровування сигналу датчика в приймальному блоці 22, можуть використовуватися послідовно з‘єднані проводи зв‘язку тільки з міді. Заміна цих провідних пар з спеціального сплаву на прості провідні пари з міді знижує грошові витрати на заміну матеріалу ділянки контуру. Посилаючись на Фіг. 4, бачимо, що тут зображений схематичний вид безпровідного занурюваного пристрою 300b, який має безпровідний прилад, згідно з другим варіантом виконання представленого винаходу. Безпровідний занурюваний пристрій 300b містить тримач 10b наконечника, який має контактний блок 12b і приймальний блок 22b, з‘єднаний з протилежними кінцями. Контактний блок 12b і тримач 10b наконечника по суті такі ж як контактний блок 12a і тримач 10a наконечника з Фіг. 3. Однак, приймальний блок 22b не має вмонтованого безпровідного передавача як на Фіг. 3. Замість цього, безпровідний передавач 32b окремо з‘єднаний з приймальним блоком 22b проводами, кабелем або подібним. Як і на Фіг. 3, безпровідний передавач 32b безпровідним чином передає дані до приладу 60b для аналізу і відображення. Однак, в інших варіантах виконання, з‘єднання з приладом 60 не повинно бути безпровідним, як зображено на Фіг. 5. Посилаючись на Фіг. 5, бачимо, що тут зображений схематичний вид безпровідного занурюваного пристрою 300c, який має проводовий засіб, згідно з тертім варіантом виконання представленого винаходу. Безпровідний занурюваний пристрій 300c містить тримач 10c наконечника з контактним блоком 12c і приймальним блоком 22c, з‘єднаним з протилежними кінцями тримача 10c наконечника. Контактний блок 12c і тримач 10c наконечника по суті ті ж що й контактні блоки 12a, 12b і тримачі 10a, 10b наконечника з Фіг. 3 і 4. На Фіг. 5 приймальний блок 22c з‘єднаний з проводовим передавачем 32c, який, у свою чергу, з‘єднаний проводами з приладом 60c. Мідні проводи, кабелі або подібне можуть використовуватися для з‘єднання приймального блоку 22c з проводовим передавачем 32c і з приладом 60c. В ще інших варіантах виконання, проводовий передавач 32c може включатися в приймальний блок 22c. Робота безпровідних занурюваних пристроїв 300 буде тепер описуватися в подальшому детально. Безпровідні занурювані пристрої 300 використовують акустичну передачу даних по повітрю в порожнині тримача 10 наконечника. Система акустичної передачі даних безпровідного занурюваного пристрою містить контактний блок 12 і приймальний блок 22, функціонально з‘єднаний з протилежними кінцями тримача 10 наконечника. Контактний блок 12 розташований на кінці тримача 10 наконечника, який занурюють в рідкий метал. Приймальний блок 22 розташований на протилежному кінці тримача 10 наконечника. В одному варіанті виконання, приймальний блок 22 розташований на рукоятці тримача 10 наконечника. Однак, в інших варіантах виконання, приймальний блок 22 може розташовуватися в будь-якому місці по довжині безпровідного занурюваного пристрою 300, який протилежний до контактного блоку 12, навіть там, де протилежний кінець є кінцем труби тримача 10 наконечника без рукоятки або проміжної точки між двома секціями труби тримача 10 наконечника. Посилаючись на Фіг. 6, бачимо, що контактний блок 12 містить передавальний компонент, поміщений в захисний кожух 17. Контактний блок 12 приймає електричні сигнали датчика від головки датчика одноразових вимірювальних пристроїв (не зображені). Хоча передавальний компонент описується в термінах контактного блоку 12, він може бути окремим компонентом, який функціонально з‘єднаний з контактним блоком 12 або включений в контактний блок 12 без виходу за рамки цього винаходу. Коли занурюваний датчик, прикріплений до контактного блоку 12, занурюють в матеріал, з якого береться зразок, як описано вище, то формуються аналогові сигнали. Контур в передавальному компоненті, такому як аналогово-цифровий перетворювач 18, підсилює і оцифровує прийняті аналогові сигнали. Оцифровані дані передаються ультразвуковим перетворювачем 15 в контактному блоці 12 крізь порожнину труби тримача 10 наконечника до приймального перетворювача 25 (Фіг. 7) в приймальному блоці 22. Для покращення якості передачі, відбиття акустичних сигналів в трубі тримача 10 наконечника потрібно мінімізувати, оскільки такі відбиття можуть доходити до передавального перетворювача 15 в різній фазі з періодом початкового імпульсу і послаблювати сигнал або, інакше, робити внесок у зниження відношення сигнал/шум. Для мінімізації відбиттів, внутрішній контур труби тримача 10 наконечника переважно виготовляється якомога більш однорідним і 5 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виконується так, щоб мінімізувати зменшення поперечного перерізу, кількості гострих країв і подібне. Посилаючись на Фіг. 6, бачимо, що уся електроніка контактного блоку 12 ізольована або, інакше кажучи, належним чином поміщена в захисний кожух 17. Одноразові вимірювальні пристрої або датчики (не зображені) прикріплені рознімним чином до контактного блоку за допомогою певної кількості контактів 11. У варіанті виконання з Фіг. 6 зображені два сенсорні контури, які мають три загальні контакти 11. Один з трьох контактів 11 є спільним для кожного сенсорного контуру. Однак, в інших варіантах виконання може передбачатися будь-яка інша кількість сенсорних контурів, дозволяючи приймання в контактному блоці 12 більше або менше сигналів. Тримач 10 наконечника може кріпитися до механічного або ручного занурюваного засобу, як зображено на Фіг. 1 і 2. Однак, фахівцям у цій галузі відомий широкий набір інших промислових занурюваних наконечників і такі занурювані наконечники можуть також бути придатними для використання з безпровідним контактним блоком 12. Контакти 11 електрично з‘єднані з електронною монтажною платою 13, яка містить мікроконтролер 14 і цифроаналоговий перетворювач 18, який перетворює аналогові сигнали датчика на цифрові сигнали. Контактний блок 12 переважно рознімно з‘єднаний з тримачем 10 наконечника, наприклад, нарізними з‘єднаннями, байонетними замками, поворотними замками або іншими придатними механічними кріпленнями. Різні механізми для рознімного з‘єднання контактного блоку 12 з тримачем 10 наконечника відомі фахівцям у цій галузі. Контактні блоки 12 переважно живляться однією або більшою кількістю акумуляторів 16. Наприклад, можуть використовуватися два лужні акумулятори AAA, з‘єднані послідовно. Однак, може також використовуватися будь-яка інша комбінація акумуляторів без виходу за рамки цього винаходу. Акумулятори 16 подають електроенергію до електронної монтажної плати 13. Ультразвуковий перетворювач 15 електрично з‘єднаний з електронною монтажною платою 13 і розташований на кінці, протилежному до контактів 11 контактного блоку 12. Коли вимірювальний датчик або пристрій функціонально з‘єднаний з контактним блоком 12, то акустичні хвилі виробляються ультразвуковим перетворювачем 15. Подібним чином, акустичні хвилі виробляються, коли занурюваний датчик або пристрій занурюють у рідкий метал. Одержані акустичні хвилі надходять у порожнину труби тримача 10 наконечника. Ультразвуковий перетворювач 15 є переважно п‘єзоелектричним перетворювачем з передачею сигналів по повітрю, типово з несучою частотою 40 кГц. Інші частоти і типи перетворювачів відомі фахівцям у цій галузі і придатні для цієї цілі. Акустичні імпульси, створені ультразвуковим перетворювачем 15, передаються по повітрю в порожнині труби тримача 10 наконечника до акустичного приймача, розташованого на приймальному блоці 22 тримача 10 наконечника. Мікроконтролер 14 керує роботою системи контактного блока 12. Переважно, мікроконтролер 14 є 16-бітним мікроконтролером. Певна кількість буферів, підсилювачів, перетворювачів (А/Ц і/або Ц/А) і/або інший контур, добре відомі фахівцям у цій галузі, можуть функціонально з‘єднуватися з мікроконтролером 14 для допомоги йому виконувати обговорені тут функції. Мікроконтролер 14 формує пакети даних з оцифрованих даних і шифрує дані з формуванням імпульсів для ультразвукового передавача. Переважно, дані шифруються у проміжках між ультразвуковими імпульсами. Однак, можуть також використовуватися інші способи шифрування без виходу за рамки цього винаходу. В переважному варіанті виконання, мікроконтролер 14 сконфігурований для формування пакета даних, який ідентифікує тип датчика, інформацію, яка стосується першого каналу, інформацію, яка стосується другого каналу, і контрольну суму. Перший і другий канал переважно містять інформацію датчика, таку як температура і вміст кисню в термінах мілівольт. В одному варіанті виконання пакет містить 38 біт даних з 2 бітами для типу датчика, 14 бітами для каналу 1, 14 бітами для каналу 2 і 8 бітами для контрольної суми. Однак, можуть використовуватися інші конфігурації пакетів без виходу за рамки цього винаходу. Мікроконтролер 14 переважно додатково конфігурується для створення пакета конфігурації. Пакет конфігурації видається кожен раз, коли новий занурюваний датчик з‘єднують з контактним блоком 12. Напруга акумулятора, номер робочого циклу і температура холодного спаю термопари переважно шифруються в пакеті конфігурації. Ультразвуковий перетворювач 15 ініціюється передачею ряду імпульсів напруги наперед встановленої довжини, які змушують його звучати. Пакети даних передаються побітово між періодами звучання перетворювача. Довжина паузи між звучаннями ультразвукового перетворювача 15 вказує, чи переданий біт є “0” чи “1”. Наступне звучання ультразвукового перетворювача 15 вказує початок передачі наступного біту. Приймач або приймальний блок 22 безпровідного занурюваного пристрою 300 буде тепер описуватися з посиланням на Фіг. 7. Приймальний блок 22 містить приймальний перетворювач 25. Приймальний перетворювач 25 з‘єднаний з необов‘язковим фокусуючим конусом 23, який 6 UA 108402 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фокусує акустичні хвилі, що надходять з порожнини тримача 10 наконечника до приймального перетворювача 25. Однак, приймальний блок 22 може виконуватися без фокусуючого конусу 23 без виходу за рамки цього винаходу. Необов‘язкове внутрішнє облицювання 26 фокусуючого конусу 23 покращує акустичне настроювання на різні довжини тримачів 10 наконечника. Приймальний блок 22 розташований і функціонально зв‘язаний з тримачем 10 наконечника на кінці, протилежному до контактного блока 12. В функціонально зв‘язаному положенні, приймальний блок 22 акустично зв‘язаний з внутрішньою частиною тримача 10 наконечника і/або його подовжень. Звуковий фокусуючий конус 23 має довжину переважно приблизно 25-150 мм на приймальному кінці, який звужується до отвору розміром приблизно 1-2 мм на випускному кінці для оптимізації акустичного зв‘язку з приймальним перетворювачем 25. Однак, можуть використовуватися інші розміри для звукового фокусуючого конуса 23, які потрапляють в рамки цього винаходу. Увесь фокусуючий конус 23 або внутрішнє необов‘язкове облицювання 26 фокусуючого конуса 23 переважно виготовлений(не) з матеріалу, вибраного серед тефлону (PTFE), поліуретану з твердістю поверхні приблизно 40, Watershed 11122 або подібного. Однак, можуть використовуватися інші матеріали, які забезпечують достатню звукоізоляцію, без виходу за рамки цього винаходу. Приймальний перетворювач 25 теплоізольований оточуючим матеріалом 24. Переважно, 3 оточуючий матеріал 24 має малу густину, яка становить приблизно 98-130 кг/мм керамічного волокна або керамічної піни. Такий ізоляційний матеріал може бути, наприклад, KAOWOOL, який можна придбати в компанії Morgan Thermal Ceramics, або ISOFRAX, який можна придбати в компанії Unifrax Corp. Приймальний перетворювач 25 також акустично ізольований у своїх місцях кріплення до фокусуючого конуса 23. Переважно, корпус приймального перетворювача 25 акустично ізольований від паразитного шуму, генерованого вібраціями механічного занурюваного пристрою під час вставляння внутрішнього облицювання 30. Внутрішнє облицювання 30 може, наприклад, бути шаром синтетичного в‘язкопружного уретанового полімеру, ударопоглинального і віброгасного матеріалу. Може використовуватися інший придатний акустичнодемпфуючий матеріал, такий як корок, без виходу за рамки цього винаходу. Приймальний перетворювач 25 є безпосередньо проводовим або використовує знімні з‘єднувальні елементи для електронної монтажної плати 27 і оточений кожухом 29. Приймальний блок 22 містить електронні компоненти, які підсилюють і дешифрують ультразвукові дані, прийняті від контактного блоку 12. Приймальний перетворювач 25 видає напругу, яка відповідає прийнятому ультразвуковому імпульсу. Цифрові дані можуть потім надсилатися (по проводам або по безпровідному зв‘язку) до приладу 60 або в цифровому виді або в аналоговому. Якщо бажаний вихідний сигнал є аналоговим, то дані шифруються так, що дешифровані сигнали відповідають тим же напругам електричного сигналу, який передається датчиком до контактного блоку 12. Електронна монтажна плата 27 перетворює цифрові сигнали за допомогою цифро-аналогового перетворювача 28a знову на аналогові сигнали, які можуть передаватися по аналоговому контуру зв‘язку (не зображений) до приладу 60c (Фіг. 5). Якщо бажаний вихідний сигнал є цифровим, то приймальний блок 22 переважно передає дані в пакетах RS232 до віддаленого приладу 60 безпосередньо або через радіомодем. Дані в пакетах RS232 можуть попередньо дешифруватися приймальним блоком 22 або можуть залишатися нешифрованими. Переважно, електронна монтажна плата 27 сконфігурована для передачі цифрових даних як цифрового сигналу по безпровідному радіозв‘язку (не зображений) до приладу 60a або 60b з Фіг. 4 і 5 для подальшої обробки і відображення. Переважно, електронна монтажна плата 27 містить зовнішнє джерело живлення (не зображене). Однак, можуть також використовуватися акумулятори, якщо забезпечена достатня потужність. Мікроконтролер 31 вмонтований або, інакше, розташований на електронній монтажній платі 27 і керує роботою приймального блоку 22. Переважно, мікроконтролер 31 є 16бітним мікроконтролером. Певна кількість буферів, підсилювачів, перетворювачів (А/Ц і/або Ц/А) і/або інший контур, добре відомі фахівцям у цій галузі, можуть функціонально з‘єднуватися з мікроконтролером 31 для допомоги йому у виконанні обговорених тут функцій. Мікроконтролер 31 дешифрує ультразвукові дані і керує цифро-аналоговим і цифро-цифровим перетворювачами 28a, 28b для надання аналогових і цифрових вихідних сигналів. Він також створює пакети даних, які надсилаються по порту Універсального Асинхронного Приймача/Передавача (“UART”) (не зображений). В альтернативному варіанті виконання, посилаючись на Фіг. 8, бачимо, що фокусуючий конус 33 і необов‘язкове облицювання 36 можуть розташовуватися в тримачi 10 наконечника або його подовженнях. Ця конструкція мінімізує загальну відстань між ультразвуковим перетворювачем 15, розташованим в контактному блоці 12, і приймальним перетворювачем 35, 7 UA 108402 C2 5 10 15 20 який у цьому варіанті виконання, також розташований в тримачі 10 наконечника. Електронна монтажна плата 37 переважно розташована зовні тримача 10 наконечника, але функціонально з‘єднана з приймальним перетворювачем 35 відповідними проводами або кабелем. В інших варіантах виконання, електронна монтажна плата 37 може конфігуруватися в різних геометричних формах, які кріпляться або віддалені від фокусуючого конуса 33, без виходу за рамки цього винаходу. Посилаючись на Фіг. 9, бачимо, що тут зображено охолоджувальний механізм для використання з приймальним блоком 22 з Фіг. 7. Приймальний перетворювач 45 має теплоізоляцію 44, віброізоляцію 48 і охолоджувальний механізм 50, 51. Охолоджувальний механізм 50 є переважно термоелектричним охолоджувальним модулем Пелтьє, який живиться від електронної монтажної плати 47. Охолоджувальний механізм 50 є переважно твердотільним тепловим насосом, який працює на ефекті Пелтьє. Однак, інші охолоджувальні пристрої відомі в рівні техніки та потрапляють в рамки цього винаходу. Необов‘язковий охолоджувальний радіатор 51 може використовуватися в комбінації з охолоджувальним механізмом 50 для захисту приймального перетворювача 45 протягом періодів тривалого використання або незвичайно високих температур. Фокусуючий конус 43 з необов‘язковим облицюванням 46 з‘єднаний з приймальним перетворювачем 45, як зображено на Фіг. 7 і 8. Для фахівців у цій галузі буде зрозумілим, що в описані вище варіанти виконання можуть вноситися зміни без виходу за рамки широких понять винаходу. Тому, слід розуміти, що цей винахід не обмежується описаними конкретними варіантами виконання, а передбачений для охоплення модифікацій в рамках представленого винаходу згідно з доданою формулою винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Система для безпровідного одержання даних вимірювання характеристики рідкого металу, яка містить: контактний блок, сконфігурований для функціонального зв'язку з першим кінцем по суті порожнистого тримача наконечника, при цьому контактний блок рознімно і електрично з'єднаний і виконаний з можливістю прийому аналогових сигналів від вимірювального датчика, перетворення прийнятих аналогових сигналів на ультразвукові сигнали і передачі ультразвукових сигналів крізь порожнину тримача наконечника, і приймальний блок, сконфігурований для функціонального зв'язку з другим кінцем тримача наконечника, при цьому приймальний блок виконаний з можливістю прийому ультразвукових сигналів від контактного блока і перетворення прийнятих ультразвукових сигналів на цифровий сигнал напруги, при цьому другий кінець протилежний до першого кінця тримача наконечника. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що контактний блок додатково містить ультразвуковий перетворювач для передачі ультразвукових сигналів до приймального блока. 3. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що приймальний блок додатково містить приймальний перетворювач для прийому ультразвукових сигналів. 4. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що приймальний блок додатково містить по суті конічну конструкцію, яка має широкий кінець і вузький кінець поблизу приймального перетворювача, який виконаний з можливістю фокусування звуку на приймальному перетворювачі. 5. Система за п. 4, яка відрізняється тим, що широкий кінець конічної конструкції функціонально з'єднаний з другим кінцем тримача наконечника. 6. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що приймальний блок додатково містить цифроаналоговий перетворювач для перетворення цифрових сигналів на аналоговий вихідний сигнал, який представляє дані вимірювання характеристики рідкого металу. 7. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що цифрові сигнали є вихідними сигналами, які представляють дані вимірювання характеристики рідкого металу. 8. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що додатково містить по суті порожнистий тримач наконечника, який додатково містить по суті конічну конструкцію, яка має широкий кінець і вузький кінець, який виконаний з можливістю фокусування звуку на приймальному перетворювачі. 9. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що приймальний блок додатково містить охолоджувальний механізм для охолодження приймального перетворювача. 10. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що приймальний блок додатково містить дротовий передавач, з'єднаний із зовнішнім приладом для видачі сигналу, який представляє дані вимірювання характеристики рідкого металу. 8 UA 108402 C2 5 10 15 11. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що приймальний блок додатково містить безпровідний передавач для видачі сигналу, який представляє дані вимірювання характеристики рідкого металу, зовнішньому приладу. 12. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що безпровідна передача ультразвукового сигналу додатково включає передачу акустичних хвиль по повітрю в порожнині тримача наконечника. 13. Система за п. 2, яка відрізняється тим, що контактний блок додатково містить мікроконтролер і при цьому ультразвукові дані передаються у формі пакетів даних, створюваних мікроконтролером. 14. Спосіб передачі принаймні однієї характеристики рідкого металу, у якому: приймають контактним блоком аналоговий сигнал, який містить дані принаймні однієї характеристики рідкого металу, від вимірювального датчика, при цьому контактний блок функціонально зв'язаний з першим кінцем тримача наконечника, перетворюють аналоговий сигнал на множину ультразвукових імпульсів, і передають множину ультразвукових імпульсів крізь порожнисте тіло тримача наконечника до приймача, який функціонально зв'язаний з другим кінцем тримача наконечника, який протилежний до першого кінця. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що додатково передають акустичні хвилі по повітрю в порожнистому тілі тримача наконечника. 9 UA 108402 C2 10 UA 108402 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11