Спосіб вимірювання температури рідких металів і неметалевих високотемпературних середовищ

Изобретение относится к области измерений температур и может быть использовано в литейном, металлургическом, стекловаренном и базальтовом производствах. Известен способ измерения температуры жидких металлов по изменению электрических параметров соленоида-датчика, в поле которого помещен контролируемый металл [1]. В соленоиде создают переменное магнитное поле и по сдвигу фаз между током и напряжением в цепи питания соленоида судят о температуре металла. Недостатком известного способа является зависимость вносимого в соленоид сопротивления от электропроводности контролируемого металла, которая при переменном химическом составе однозначно не зависит от температуры металла. Кроме того, если плавка жидкого металла осуществляется не индукционным способом и отсутствует индуктор для измерения температуры, необходимо создавать специальную измерительную катушку, что при больших объемах металла приводит к усложнению способа. Данный способ также не позволяет измерять температуру неметаллических высокотемпературных сред, например, расплавленного стекла или базальта, из-за их низкой электропроводности. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение [2], в котором металлический стержень (датчик из ферромагнитного материала) погружают в расплав, выдерживают в жидком металле и по увеличению веса стержня определяют температуру расплава. Недостатком этого способа является сложность определения температуры расплава, так как в процессе измерения· необходимо расчетным и затем опытным путем определять изменение веса датчика при погружении его в жидкий металл. Кроме того, данный способ не позволяет определить температуру расплава при измерении в динамическом режиме. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ измерения температуры жидких металлов и неметаллических высокотемпературных сред, который обеспечил бы упрощение процесса измерений температуры и расширил его возможности путем определения положения точки Кюри и соответствующей температуры расплава. Поставленная задача решена тем, что в способе измерения температуры жидких металлов и неметаллических высокотемпературных сред, включающим погружение в исследуемую среду датчика из ферромагнитного материала, согласно изобретению, измеряют распределение магнитной проницаемости материала датчика по его длине, определяют положение точки Кюри, которому соответствует температура измеряемого расплава. Следует отметить, что точка Кюри датчика должна находиться ниже температуры расплава, так как от точки Кюри производится отсчет температуры. Непогруженный конец ферромагнитного датчика в ходе измерений температуры выдерживается при постоянной температуре, т. е. термостабилизируется, что повышает надежность измерений. Предлагаемый способ позволяет упростить процесс измерения температуры за счет уменьшения числа технологических операций при измерениях, то есть значительно уменьшить время определения температуры расплава и таким образом повысить производительность процесса измерений. Расширение возможностей способа достигается в результате проведения измерений температуры в динамическом режиме, т. е. через короткое время после погружения датчика в расплав, и возможности измерять распределение температуры по глубине расплава. На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа в индукционной тигельной плавильной печи; на фиг. 2 - характер распределения магнитной проницаемости и температуры по длине датчика при измерении температуры расплава в печи; на фиг. 3 -схема измерения неоднородности распределения температуры по высоте печи. На фиг. 1 показаны датчик 1, расплав 2, постоянный магнит 3. Способ осуществляется следующим образом. Датчик 1 (фиг. 1) в виде ферромагнитного стержня длиной I одним концом опускается в расплав 2. Через некоторое время цилиндрический датчик нагревается до температуры расплава Тр. Кривая 1 (фиг. 2) характеризует распределение температуры по длине датчика. Датчик выбирается из материала с температурой Кюри Т к меньшей температуры расплава Т р. Тогда на металлическом стержне при изменении магнитной проницаемости μ на расстояние Х к будет устанавливаться температура Тк. Это приводит к тому, что участок стержня 3, характеризующийся X Хк будет оставаться ферромагнитным и его магнитная проницаемость μ на три порядка выше (фиг. 2а, кривая 3). При этом постоянный магнит, установленный на ферромагнитном стержне, зафиксирует Хк, соответствующее положению Тк на датчике и связанное зависимостью с μ согласно кривой 3 фиг. 2а. По кривой 1 фиг. 2а определяется положение точки Тр на оси ординат Т, °С, то есть температура расплава. Таким образом, по положению отметки Хк на датчике можно судить о температуре расплава Т р. Для повышения надежности измерений непогруженный в расплав конец датчика в ходе измерений выдерживается при постоянной температуре. В случае уменьшения температуры расплава Т р (кривая 2 фиг. 2а) длина немагнитного участка Хк уменьшается и, следовательно, увеличивается длина участка 4 (фиг. 26) с магнитной проницаемостью μ >> 1, что фиксируется положением постоянного магнита после его перемещения по ферромагнитному стержню. Для определения неоднородности распределения температуры по глубине расплава устанавливают по длине тигля печи несколько датчиков, например, три на фиг. 3, и по различным значениям длин Χ κ1, ΧΚ2 и Хк3 определяют степень неоднородности распределения температуры. Следует отметить, что измерение температуры расплава путем определения положения границы ферромагнитной зоны датчика можно выполнять как по достижению на датчике установившейся температуры, так и через короткое время после погружения датчика в расплав, то есть в динамическом режиме измерения температуры. При этом, для определения температуры расплава необходимо учитывать длительность временного промежутка между погружением и измерением т. В этом случае температура расплава будет определяться из функциональной зависимости Т р = f(Τκ, Хк. t). Такой способ измерения температуры в динамике позволяет определять температуру расплава, когда его температура выше температуры плавления материала датчика. Пример. Измерение температуры с помощью предлагаемого способа осуществлялось в тигельной печи ИЛТ-0,5 при плавке бронзы Бр. ОФ 6,5-0,15 с температурой плавления равной 995°С. В качестве датчика использовался металлический стержень из стали марки СТ40 длиной 500 мм и диаметром А мм. С целью уменьшения величины теплоотдачи с боковой поверхности стержня, которая влияет на характер распределения температуры вдоль стержня, последний покрывался термостойким теплоизоляционным материалом. Магнитная проницаемость/* на участке металлического стержня, помещенного в расплав близка к 1 (фиг. 2), то есть происходит резкое падение магнитной проницаемости. Положение точки Кюри Τk 720°С на датчике определяется длиной немагнитного участка Х к и в данном случае составляет 100 мм и фиксируется, например, с помощью постоянного магнита перемещающегося по металлическому стержню, После определения длины участка Хк строилась тарировочная кривая вида Т р ·= f(XK), по которой определялась температура расплава, равная Тр = 1025°С. Предложенный способ измерения температуры обладает такими техническими преимуществами, как простота выполнения способа в случае измерений температуры жидкого металла в электропечах, газовых печах, ковшах и других металлургических агрегатах, возможность измерения температуры в различных зонах расплава и определение температуры металла в динамическом режиме.