Термоперетворювальний блок для вимірювання температури, термометричний пристрій та спосіб вимірювання температури ліквідусу

1. Термопреобразовательный блок для изме рения температуры расплавленных масс, содер жащий приемник, предназначенный для приема расплава, по меньшей мере, один держатель для приемника, выполненный в виде отрезка полосо вого или проволочного материала, отверстие, вы полненное в вер хней части стенки приемника, и термоэлемент, установленный внутри приемника, отлича ющийся тем, что приемник изгото влен из металла. 2. Термопреобразовательный блок по п. 1, отл и чающийся тем, что толщина стенки приемника составляет менее 0,5 мм. 3. Термопреобразовательный блок по п. 1, отл и чающийся тем, что толщина стенки приемника составляет менее 0,2 мм. 4. Термопреобразовательный блок по п. 1, отл и чающийся тем, что приемник изготовлен из меди 5. Термопреобразовательный блок по п. 1, отл и чающийся тем, что повер хность приемника вы полнена гофрированной. 6. Термопреобразовательный блок по п. 1, отл и чающийся тем, что термоэлемент установлен внутри тр убки из кварцевого стекла, которая име ет бескислородное защитное покрытие. 7. Термопреобразовательный блок по п. 6, отл и чающийся тем, что тр убка из кварцево го стекла выполнена закрытой с одного конца. 8. Термопреобразовательный блок по п. 6, отл и чающийся тем, что защитное покрытие выполне но из термостойкого металла. 9. Термопреобразовательный блок по л. б, отли чающийся тем, что защитное покрытие выполне но из бескислородной керамики. 10. Термопреобразовательный блок по п. 1, от личающийся тем, что термоэлемент устано влен в центре приемника. 11. Термопреобразовательный блок по п 1, от лича ющийся тем , что , по мень шей мере, один держатель выполнен из металлической проволо ки. 12. Термопреобразова тельный блок по п. 1 , о т ли чающий ся тем , что , по мень шей мере , о дин держатель жестко соединен с вибратором. 13. Термолреобразовательный блок по п. 1 , от личающийся тем, что вн утренняя повер хно сть приемника имеет шероховатость свыше 1,25 мкм. 14. Термопреобразовательный блок по п. 1, от личающийся тем, что вн утренняя повер хно сть приемника имеет шероховатость от 2,5 до 15 мкм. 15. Термометрическое устройство , содержащее термопреобразовательный блок, оснащенный термоэлементом и держателем, отл ичающееся тем, что, по меньшей мере, один держатель одним своим концом, противоположным обращенному к приемнику, установлен в штуцере, который соеди нен с установочным приспособлением. 16. Термометрическое устройство по п. 15, отл и чающееся тем, что штуцер выполнен из несго раемого материала. 17. Термометрическое устройство по п. 15, отл и чающееся тем, что термоэлемент установлен в штуцере и электрически соединен с соединитель ным элементом , выступа ющим из штуцера , при этом соедини тельный элемент на ходи тся в кон такте с сигнальными проводами от установочного приспособления. 18. Термометрическое устройство по п. 15, отл и чающееся тем, что установочное приспособление жестко соединено с вибратором. 19. Способ измерения температуры ликвидуса , находящегося в приемнике расплава криолита, включающий измерение кривой охлаждения рас плавленного криолита , отл ичающийся тем, что во время о хлаждения расп лавленного криоли та осуществляют вибрацию приемника. 20 Способ по п. 19, отличающийся тем, что колебания вибратора осуще ствляют с часто той от 20 до 1000 Гц. СМ О О) (D О) Г*. СМ 27969 21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что ко лебания вибратора осуществляют с частотой 150400 Гц. 22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что ко лебания вибратора осуще ствляют с амплитудой от 0,01 до 0,5 мм. 23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что колебания вибратора осуществляют с амплитудой от 0,08 до 0,15 мм Настоящее изобретение относится к металлургии, в частности, термопреобразовательному блоку, предназначенному для измерения температуры расплавленных масс Изобретение относится также к термометрическому устройству и способу измерения температуры ликвидуса расплавов криолита. Термопреобразовательные блоки используются, например, для измерения температуры ликвидуса расплавов, когда необходимо определить кривую охлаждения расплава, отлитого в приемник. На основании результатов измерения температуры ликвидуса можно получить информацию о составе расплава. Известное устройство упомянутого выше типа для измерения температуры ликвидуса расплавов криолита содержит графитовый тигель для отбора проб, в котором размещен термоэлемент. Графитовый тигель с помощью металлического стержня закреплен на установочном приспособлении. Для взятия проб графитовый тигепь погружают в расплав криолита, после чего, после достижения теплового равновесия, его вынимают из расплава, при этом объем отобранной им пробы составляет примерно 3 см 3. Затем записывают кривую охлаждения, на основании которой определяют температуру ликвидуса расплава. Значения температуры ликвидуса, замеренные с помощью этого измерительного устройства, колеблются в пределах нескольких градусов и, следовательно, весьма неточны, что на практике не позволяет считать результаты измерений надежными. За прототип заявляемого изобретения принят термопреобразовательный блок для измерения температуры расплавленных масс, содержащий приемник, предназначенный для приема расплава, по меньшей мере, один держатель для приемника, выполненный в виде отрезка полосового или проволочного материала, отверстие, выполненное в вер хней части стенки приемника, и термоэлемент, установленный внутри приемника (патент США №3643509, МКИ5 B22D 2/00). В качестве прототипа заявляемого изобретения принято термометрическое устройство, содержащее термопреобразовательный блок, оснащенный термоэлементом и держателем (патент США №3643509, МКИ5 B22D 2/00). За прототип предлагаемого изобретения принят также способ измерения температуры ликвидуса находящегося в приемнике расплава криолита, включающий измерение кривой охлаждения расплавленного криолита (патент США №3643509, МКИ5 B22D 2/00). С помощью известного устройства возможно делать замеры температуры ликвидуса в стали. Здесь термоэлемент установлен в небольшой Собразной кварцевой трубке, расположенной внут ри приемника, который изготовлен также из кварца. Приемник установлен, как это и принято, на вершине измерительной головки и имеет несколько боковых вп ускных о тверстий для приема расплава стали. Данное устройство используется для измерения температуры ванны после погружения в расплав стали и температуры ликвидуса после удаления из этого расплава Недостатком известного термопреобразовательного блока является то, что он не может использоваться применительно к расплавам, имеющим, например, низкую теплоту плавления и низкую удельную теплопроводность, как, например, у расплавов криолита, из-за поглощения приемником значительного количества тепла от расплава, что служит причиной попучения неточных замеров. К недостаткам известного термомеханического устройства следуе т отнести е го низкую устойчивость, в частно сти , в месте подсоединения к нему термопреобразовательного блока, что может стать причиной повреждения конструкции при отборе проб расплава. Кроме того, замена вышедши х из строя узлов представляет определенные затруднения по причине сложности конструктивного исполнения устройства. Недостаток известного способа заключается в том, что произведенные замеры температур ликвидуса расплава неточны, на что оказывает влияние не только материал приемника, но и неравномерность затвердевания в нем расплавленного криолита. Затвердевание последнего начинается от поверхности стенок приемника, материал которых способствуе т переохлаждению криолита, а значит, и получению замеров, имеющих существенную погрешность. В основу изобретения поставлена задача повышения точности измерений термопреобразовательного блока для измерения температуры путем оснащения его приемником, изготовленным из металла, в результате чего расплав криолита поступает в емкость, обладающую высокой удельной теплопроводностью, низкой теплоемкостью и способностью мгновенно нагреваться, что обуславливает поглощение приемником минимального копичества тепловой энергии, и тем самым способствует получению замеров температуры ликвидуса с большой точностью. В основу изобретения поставлена также задача повышения надежности и обеспечения простоты обслуживания термометрического устройства путем подсоединения, по крайней мере, одного держателя термопреобразовательного блока к устройству посредством штуцера, связанного с установочным приспособлением, в результате чего образуется конструктивный узел, включающий термопреобразовательный блок и штуцер, имею 27969 щий прочную, и в то же время гибкую механическую связь с термометрическим устройством с помощью установочного приспособления, и тем самым повышае тся надежность и упрощается процесс замены узлов устройства и его обслуживание. В основу изобретения поставлена также задача повышения эффективности способа измерения температуры ликвидуса путем осуществления вибрации приемника с расплавом криолита во время замеров, что вызывае т перемешивание массы криолита, находящейся у стенок приемника и имеющей более низкую температуру, с массой, температура которой выше, обеспечивая таким образом равномерное затвердевание расплавленного криолита, исключая его переохлаждение, а также обуславливает поглощение приемником минимального количества тепловой энергии, и тем самым способствует получению замеров температуры ликвидуса с большой точностью Поставленная задача достигается за счет того, что в термопреобразовательном блоке для измерения температуры расплавленных масс, содержащем приемник, предназначенный для приема расплава, по меньшей мере, один держатель для приемника, выполненный в виде отрезка полосового или проволочного материала, отверстие, выполненное в верхней части стенки приемника, и термоэлемент, установленный внутри приемника, согласно изобретения, приемник изготовлен из металла, причем толщина стенки приемника составляет менее 0,5 мм либо менее 0,2 мм. При этом приемник изготовлен из меди, поверхность приемника выполнена гофрированной, а термоэлемент установлен вн утри тр убки из кварцевого стекла, которая имеет бескислородное защитное покрытие и выполнена закрытой с одного конца. Защитное покрытие может быть выполнено из термостойкого металла либо из бескислородной керамики Термоэлемент может быть установлен в центре приемника и, по меньшей мере, один держатель может быть выполнен из металлической проволоки и жестко соединен с вибратором. Кроме того, внутренняя поверхность приемника имеет шерохо ва тость свы ше 1,25 мкм или от 2,5 до 15 мкм. Поставленная задача решается также тем, что в термометрическом устройстве, содержащем термопреобразовательный блок, оснащенный термоэлементом и держателем, согласно изобретения, по меньшей мере, один держатель одним своим концом, противоположным обращенному к приемнику, установлен в штуцере, который соединен с установочным приспособлением, причем штуцер выполнен из несгораемого материала Кроме того, термоэлемент установлен в штуцере и электрически соединен с соединительным элементом, выступающим из штуцера, при этом соединительный элемент находится в контакте с сигнальными проводами от установочного приспособления, жестко соединенного с вибратором. Поставленная задача достигае тся также за счет того, что в способе измерения температуры ликвидуса на ходяще гося в приемнике расплава криолита, включающем измерение кривой охлаж дения расплавленного криолита, согласно изобретения, во время охлаждения расплавленного криолита осуществляют вибрацию приемника с частотой от 20 до 1000 Гц либо 150-400 Гц, и амп ли тудой о т 0 ,01 до 0 ,5 мм , ли бо о т 0 .0 8 до 0,15 мм Согласно изобретения, в описанном в самом начале термопреобразоеательном блоке приемник изготавливается из металла. Приемник такого типа имеет относительно низкую теплоемкость и высокую удельную теплопроводность, благодаря чему он может поглощать лишь весьма незначительное количество тепла от расплава криолита. С этой точки зрения целесообразно, чтобы толщина стенки приемника была менее 0,5 мм, а более конкретно, менее 0,2 мм, а в качестве материала для изготовления приемника предпочтительно использовалась медь. При погружении холодного блока в расплав криолита последний немедленно затверде вает при контактировании с элементами, имеющими более низкую температуру. Однако, по достижении теп лово го ра вно ве сия эта за тверде вшая часть криолита снова расплавляется Такое повторное расплавление происходит наиболее быстро в тонкостенном приемнике, имеющем высокую удельную теплопроводность, поскольку, вопервых, приемником может быть поглощено лишь весьма незначительное количество тепла и, воаторых, ввиду высокой удельной теплопроводности приемник нагревается чрезвычайно быстро. С точки зрения точности измерений целесообразно, чтобы приемник имел гофрированную поверхность. В резуль тате увеличи вается площадь поверхности затвердевающего расплава криолита, после удаления термопреобразовательного блока из расплава, затвердевание имеет место сначала в районе этой поверхности, а затем равномерно продолжается а направлении внутренней части расплава. Целесообразно поместить термоэлемент в кварцевую трубку, в частности, в такую кварцевую трубку, которая закрыта с одного конца и снабжена бескислородным защитным покрытием Термоэлемент такого типа устойчив к воздействию расплава криолита и может иметь небольшой объем, благодаря чему через термоэлемент может уйти лишь весьма незначительное количество тепла. Для повышения устойчивости к воздействию расплава криолита защитное покрытие целесообразно изготовлять из термостойкого металла или бескислородной керамики Для обеспечения точности записи кривой охлаждения термоэлемент целесообразно устанавливать приблизительно в центре приемника. Для обеспечения безопасности обращения с термопреобразовательным блоком целесообразно, чтобы держатель (держатель) был (были) изготовлены из отрезков металлической проволоки, поскольку последняя обладает высокой степенью стойкости по отношению к расплавленному криолиту. Кроме того, целесообразно, по меньшей мере, один держатель жестко соединить с вибратором. Помимо этого представляется целесообразным, чтобы вн утренняя по вер хность приемника 3 27969 имела шерохова тость, превы шающую 1 ,25 мш, предпочтительно от 2,5 до 15 мкм. Согласно изобретению в термометрическом устройстве, снабженном описанным выше термопреобразовательным блоком, по меньшей мере, один держатель одним своим концом, противоположным обращенному к приемнику, установлен в штуцере, причем штуцер соединен с установочным приспособлением с возможностью отсоединения Однако, возможно также наличие и неразъемного соединения между штуцером и установочным приспособлением. Узел такого типа обеспечивает при измерении высокую устойчивость оборудования и простоту обращения с ним. Целесообразно, чтобы штуцер был изготовлен из по существу несгораемого материала, поскольку при этом может быть укорочена длина держателя без риска повреждения штуцера теплом, исходящим от расплава, при погружении приемника в расплав. Установочное приспособление может быть выполнено, например, в виде копья или картонной трубки, традиционно применяемых в металлургии. Целесообразно также, чтобы термоэлемент был установлен в штуцере и соединен с образованием проводящего соединения с соединительным элементом, выходящим из штуцера и находящимся в контакте с сигнальными проводами из установочного приспособления. В результате приемник для отбора пробы расп лава и термоэлемент становятся объединенными в один узел, который может быть удален из установочного приспособления и заменен на новый после измерения. Сигнальные провода, по которым идет электрический сигнал от термоэлемента к графопостроителю, могут быть протянуты внутри установочного приспособления и таким образом защищены от повреждения. Для обеспечения равномерного затвердевания расплавленной массы установочное приспособление целесообразно жестко соединить с вибратором. В соответствии с настоящим изобретением в процессе измерения кривой охлаждения расплавленного криолита в приемнике, последний подвергают вибрации. В результате обеспечивается равномерное затвердевание расплавленного криолита, которое начинается от поверхности приемника. В результа те вибрации ра сплава криоли та во время охлаждения исключается вероятность переохлаждения. Частота вибрации колеблется в пределах от 20 до 1000 Гц, предпочтительно от 150 до 400 Гц, а амплитуда вибрации составляет от 0 ,01 до 0,5 мм, пре дпочти тельно о т 0 ,08 до 0,15 мм. Более полно вышеизложенную сущность настоящего изобретения можно уяснить из следующего ниже подробного описания предпочтительного варианта его осуществления, ведущегося со ссылками на прилагаемые чертежи. В чисто иллюстративных целях на чертежах представлен вариант, являющийся предпочтительным на данный момент. Однако, следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретными схемами и средствами его конструктивного выполнений, показанными на чертежах, на которых представлены. фиг 1 - схематическое изображение термопреобразовательного блока, предложенного в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 2 - предпочтительный вариант выполнения приемника; фиг. 3 - схематическое изображение термометрического устройства с установочным приспособлением. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения: На фиг 1 показан термопреобразовательный блок;- в котором в приемнике 1 установлен термоэлемент 2 Приемник 1 изготовлен из меди и имеет толщину стенки 0,1 мм. Провода термоэлемента 2 расположены внутри небольшой кварцевой трубки, которая выполнена закрытой с конца, входящего в приемник 1 Трубка имеет покрытие, выполненное из металла или бескислородной керамики, например, ТІВ2, TiN или BN. Такое покрытие может быть нанесено газопламенным, плазменным или вакуумным напылением. Применимы также и другие способы, например, нанесение горячего покрытия и, т. п. Аксиально симметричный приемник 1 прикреплен к трем держателям 3, выполненным из отрезков металлической проволоки. Держатели 3 могут быть, например, приварены к приемнику 1. 8 качестве материала для изготовления держателей 3 использ уе тся стальная про во лока диаме тром 1 мм. Приемник 1 подробно показан на фиг. 2 На фиг. 2а представлен вид сбоку приемника 1 с отверстием 4, в котором закреплен один из держателей 3 На фиг. 2Ь представлен вид сверху приемника 1, где по окружности отчетливо видна гофрированная поверхность. Внутри приемник 1 имеет поверхность, шероховатость которой составляет примерно 2,5-15 мкм. Держатели 3 и термоэлемент 2 с помощью замазки 5 закреплены в штуцере 6, который изготовлен из огнеупорного материала, например, кордиерита Внутри штуцера 6 термоэлектроды термоэлемента 2 подсоединены к контактам сое ди ни тельн о го элемен та 7 . Как показ ано н а фиг. 3, штуцер 6 установлен на конце установочного приспособления 8. Здесь контакты соединительного элемента 7 электрически соединены с сигнальными проводами, проходящими через установочное приспособление 8, и могут быть подк лючен ы чер ез к опь е 9 к элек тро нн о измерительному графопостроителю. С установочным приспособлением 8 и копьем 3 жестко соединен вибратор 10, который обеспечивает вибрацию приемника 1 с исследуемой пробой расплава криолита во время записи кривой охлаждения. Частота колебаний может быть выбрана из широкого диапазона значений, однако, во избежание эффекта переохлаждения охлаждающегося расплава предпочтительная частота составляет 150-400 Гц. Амплитуда колебаний составляет примерно 0,08-0,15 мм. Специалистам в данной области те хники должно быть очевидно, что в описанный выше вариант осуществления настоящего изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за рамки широкой изобретательской концепции изобретения. Поэтому следуе т понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкрет 27969 но раскрытым вариантом его осуществления и направлено на схватывание всех модификаций, допустимых в пределах сущности и объема изобре тения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения. Фиг.1 27969 Фиг.2Ь Фиг.2а i _______________________________________ ^ ___ 1. 1 ,. it f Фиг.З ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 Підписано до др ук у /# 0 і/, 2001 р . Форма т 60 x84 1 /8 Обся г О €j $ о бл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам . -/$ ^ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22