DE3920849A1

DE3920849A1 - Measurement sensor for C-level of furnace atmospheres - has iron wire sensor near open end of pref. ceramic tube with connecting electrodes to evaluation device

Info

Publication number: DE3920849A1
Application number: DE19893920849
Authority: DE
Inventors: Alwin Denzer; Joachim Dr Ing Wuenning
Original assignee: PROCESS ELECTRONIC ANALYSE und
Current assignee: PROCESS ELECTRONIC ANALYSE und
Priority date: 1989-06-24
Filing date: 1989-06-24
Publication date: 1991-01-10
Also published as: DE3920849C2

Abstract

A sensor for measuring the C-level of furnace atmospheres has an iron wire sensing element (9) and connecting electrodes (7,8) to an evaluation device. The electrodes pass axially through a tube (2) of heat resistant material esp. ceramic, forming a measurement chamber (3) at one end. The iron wire is mounted inside the measurement chamber, which is open at one end, at a depth approximately equal to the measurement chamber dia. The electrodes are held under spring (11) tension. USE/ADVANTAGE - The C-level measurement sensor arrangement is closely approximate to point sensor, compact, robust and gives accurate reproducible measurements.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßfühler zur Bestimmung des C-Pe gels von Ofenatmosphären mit einem Eisendraht als Fühlelement und Anschlußelektroden zu einem Auswertegerät.The invention relates to a sensor for determining the C-Pe gels of furnace atmospheres with an iron wire as a sensing element and connecting electrodes to an evaluation device.

Meßfühler dieser Art sind bekannt (Stahl und Eisen 80 (1960, S. 1953) bzw. US-PS 25 41 857). Bei den bekannten Bauarten ist ein relativ langer Meßdraht vorgesehen, der wendelförmig um ei nen Keramikkern gewickelt ist. Bei Berührung mit der Isolations keramik kann es, insbesondere wenn diese verrußt ist, zu Fehl messungen kommen. Der relativ lange Meßdraht ist außerdem emp findlich gegen Erschütterungen und kann nicht in einer kleinen Meßkammer untergebracht werden. Der Raumbedarf der Meßsonde ist daher relativ groß.Sensors of this type are known (Stahl und Eisen 80 (1960, S. 1953) or US-PS 25 41 857). In the known types a relatively long measuring wire is provided, which is helical around egg a ceramic core is wound. When touching the insulation Ceramics can fail, especially if they are sooty measurements are coming. The relatively long measuring wire is also emp sensitive to vibrations and cannot in a small Measuring chamber are housed. The space requirement of the measuring probe is therefore relatively large.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßfühler der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine möglichst punktförmige, raumsparend anzuordnende, unemp findliche, aber genau und reproduzierbar messende Anordnung entsteht. The present invention is therefore based on the object to form a sensor of the type mentioned that a point-like, space-saving arrangement, unemp sensitive, but precise and reproducible arrangement arises.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Meßfühler der ein gangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruches 1 vorgesehen. Durch die neue Ausgestaltung kann ein relativ kurzer Meßdraht an den Stirnenden der Elektroden ange bracht werden. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung des Meßdrahtes in einer stirnseitig offenen Meßkammer und in einem bestimmten Abstand von der offenen Stirnseite be sonders günstig ist. Die gewählte Anordnung des Meßdrahtes näm lich läßt einerseits eine sehr genaue und auch schnell anspre chende Messung mit den bekannten Methoden zu. Zum anderen gibt die Anordnung des Meßdrahtes aber auch die Gewähr, daß bei ei nem Nullabgleich, d. h. bei einem Durchspülen der Meßkammer mit einem von hinten durch die Sonde eingeführten Gas mit einem C- Potential von möglichst Null, der Meßdraht trotz seiner weitge hend exponierten Lage einem ausgezeichneten Nullabgleich unter worfen werden kann.To solve this problem, the one with a sensor gangs mentioned the characterizing features of the patent award 1 provided. Due to the new design, a relatively short measuring wire at the ends of the electrodes be brought. It has been shown that the invention Arrangement of the measuring wire in a measuring chamber that is open at the end and be at a certain distance from the open face is particularly cheap. The selected arrangement of the measuring wire näm Lich, on the one hand, speaks very precisely and quickly appropriate measurement using the known methods. On the other hand the arrangement of the measuring wire but also the guarantee that at egg zero adjustment, d. H. when flushing the measuring chamber with a gas introduced from behind through the probe with a C- Potential of zero if possible, the measuring wire despite its exposed position under an excellent zero adjustment can be thrown.

Um die eingestellte Lage des Meßdrahtes in der Meßkammer auch dann zu sichern, wenn die Elektroden sich aufgrund der Erhit zung beim Meßvorgang, der bei etwa 900°C durchgeführt wird, längen und dadurch auch den Meßdraht verschieben würden, werden vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Diese Ausgestaltung gibt die Gewähr dafür, daß der Meßdraht trotz seiner Längung der Elektroden seine Meßposition beibehält. Die Merkmale des Anspruches 3 ergeben eine besonders stabile Anord nung der Elektroden. Die Merkmale des Anspruches 4 gewährlei sten bei einer solchen Ausführungsform die Ausbildung eines kurzen Meßdrahtes. Die Merkmale des Anspruches 5 schließlich erlauben es in einfacher Weise, Vorkehrungen zum Eichen des Meßdrahts und zum Nullabgleich zu treffen.To the set position of the measuring wire in the measuring chamber too then secure when the electrodes are due to the heating temperature during the measuring process, which is carried out at about 900 ° C, length and would thereby also move the measuring wire advantageously provided the features of claim 2. These Design gives the guarantee that the measuring wire despite its elongation of the electrodes maintains its measuring position. The Features of claim 3 result in a particularly stable arrangement electrodes. Ensure the features of claim 4 Most in such an embodiment, the formation of a short measuring wire. Finally, the features of claim 5 allow arrangements to be made to calibrate the Measuring wire and for zero adjustment.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsformen beispielsweise dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:The invention is in the drawing based on embodiments shown for example and is described below. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen sondenartigen Meßfühler zur Bestimmung des C- Pegels von Ofenatmosphären und Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a probe-like sensor for determining the C level of furnace atmospheres and

Fig. 2 einen auswechselbaren Meßfühlereinsatz für die Sonde der Fig. 1. FIG. 2 shows an exchangeable sensor insert for the probe of FIG. 1.

In der Fig. 1 ist in einem Schutzrohr (1) ein Keramikrohr (2) eingesetzt, das an seinem linken stirnseitigen Ende eine nach außen offene Meßkammer (3) bildet. Das Keramikrohr (2) ist aus gehend von dieser stirnseitig offenen Meßkammer (3) mit paral lel zu seiner Längsachse verlaufenden Bohrungen (4 bzw. 5) ver sehen, die jeweils paarweise parallel zueinander in Längsrich tung des Rohres verlaufen und um eine zentrale Bohrung (6) herum angeordnet sind. Jeweils in ein paar der Bohrungen (4 bzw. 5) sind Elektroden (7 bzw. 8) eingesetzt, die jeweils die freien Schenkel einer U-förmig abgebogenen Elektrode sind, de ren U-förmig gebogener Teil (7′ bzw. 8′) jeweils in die Meßkam mer (3) hereinragt. Die beiden U-Bügel (7′, 8′) verlaufen dabei parallel und in relativ kleinem Abstand zueinander. Zwischen ihnen ist ein kurzer Meßdraht (9) angebracht, der jeweils mit seinen Enden an den U-Bügeln (7′, 8′) der Elektroden (7 und 8) angeschweißt ist.In Fig. 1, a ceramic tube ( 2 ) is used in a protective tube ( 1 ), which forms an outwardly open measuring chamber ( 3 ) at its left end. The ceramic tube ( 2 ) is seen from this measuring chamber ( 3 ), which is open at the front, with holes parallel to its longitudinal axis ( 4 and 5 ), which each run in pairs parallel to one another in the longitudinal direction of the tube and around a central hole ( 6 ) are arranged around. In each of a few of the bores ( 4 and 5 ) electrodes ( 7 and 8 ) are inserted, which are each the free legs of a U-shaped bent electrode, the ren U-shaped bent part ( 7 'or 8 ') each protrudes into the measuring chamber ( 3 ). The two U-brackets ( 7 ', 8 ') run parallel and at a relatively small distance from each other. Between them a short measuring wire ( 9 ) is attached, the ends of which are welded to the U-brackets ( 7 ', 8 ') of the electrodes ( 7 and 8 ).

Das Schutzrohr (1) ist an seinem Ende an einer Hülse (10) grö ßeren Durchmessers angebracht, beispielsweise mit diesem in nicht näher gezeigter Weise verschraubt, in der zwei Druckfe dern (11) an Führungsstiften (12) geführt sind, die fest in der Hülse (10) verankert sind. An den Führungsstiften (12) ist ein Joch (13) längsbeweglich geführt, an den jeweils die beiden En den der Elektroden (7 bzw. 8) befestigt und mit Anschlußstellen (14) zur Verbindung mit einem Meßgerät versehen sind. Die bei den Druckfedern (11) stehen unter Vorspannung und ziehen daher die Elektroden (7 bzw. 8) und damit auch einen Keramikzylinder (15) fest gegen eine Anschlagschulter (16) in dem Keramikrohr (2). In dem Keramikzylinder (15) sind die gebogenen Enden (7′, 8′) der beiden Elektroden (7 und 8) fest verankert, die den Meßdraht (9) tragen. Die beiden Druckfedern (11) sorgen dafür, daß das Joch (13) stets mit einer bestimmten Kraft nach rechts gedrückt wird. Wenn sich die Elektroden (7, 8) aufgrund der ho hen Meßtemperatur längen, was Werte bis zu 10 mm ausmachen kann, dann sorgt das unter der Druckkraft der Federn (11) ste hende Joch (13) dafür, daß der Längenausgleich von der Feder kraft aufgefangen wird, so daß auch dann keine Lageänderung des Keramikzylinders (15) und damit des Meßdrahtes (9) innerhalb der Meßkammer (3) eintritt. Der Meßdraht (9) ist, wie Fig. 1 zu entnehmen ist, in einer Tiefe innerhalb der Meßkammer (3) ange ordnet, die in etwa dem Durchmesser der Meßkammer (3) ent spricht. Diese Anordnung reicht aus, um eine einwandfreie Mes sung zu erreichen. Sie reicht aber auch aus, um dann, wenn durch die Bohrung (6) beispielsweise ein Nullabgleichsgas mit einem C-Potential möglichst Null von hinten durchgedrückt wird, im Bereich des Meßdrahtes (9) eine mit dem Nullabgleichsgas ge füllte Kammer zu erreichen, die nicht durch Gas, das durch die offene Stirnseite eintreten könnte, beeinträchtigt wird.The protective tube ( 1 ) is attached at its end to a sleeve ( 10 ) of larger diameter, for example screwed to it in a manner not shown, in which two pressure springs ( 11 ) are guided on guide pins ( 12 ) which are fixed in the Sleeve ( 10 ) are anchored. On the guide pins ( 12 ) a yoke ( 13 ) is guided in a longitudinally movable manner, to each of which the two ends of the electrodes ( 7 and 8 ) are attached and provided with connection points ( 14 ) for connection to a measuring device. The compression springs ( 11 ) are under tension and therefore pull the electrodes ( 7 and 8 ) and thus also a ceramic cylinder ( 15 ) firmly against a stop shoulder ( 16 ) in the ceramic tube ( 2 ). In the ceramic cylinder ( 15 ), the bent ends ( 7 ', 8 ') of the two electrodes ( 7 and 8 ) are firmly anchored, which carry the measuring wire ( 9 ). The two compression springs ( 11 ) ensure that the yoke ( 13 ) is always pressed to the right with a certain force. If the electrodes ( 7 , 8 ) lengthen due to the high measuring temperature, which can amount to values of up to 10 mm, then the yoke ( 13 ) standing under the pressure of the springs ( 11 ) ensures that the length compensation by the spring force is absorbed, so that there is no change in position of the ceramic cylinder ( 15 ) and thus of the measuring wire ( 9 ) within the measuring chamber ( 3 ). The measuring wire ( 9 ), as can be seen in FIG. 1, is arranged at a depth within the measuring chamber ( 3 ), which speaks approximately to the diameter of the measuring chamber ( 3 ). This arrangement is sufficient to achieve a perfect measurement. But it is also sufficient to then, when through the bore ( 6 ), for example, a zero-balancing gas with a C-potential is pushed as close to zero as possible from behind, in the area of the measuring wire ( 9 ) to reach a chamber filled with the zero-balancing gas, which is not is adversely affected by gas that could enter through the open face.

Die Fig. 2 zeigt schematisch einen Einsatz, der als Ersatzfühler ausgebildet sein kann und der in einfacher Weise in das Schutz rohr einführbar ist. Nach dem Entfernen eines Schutzschlauches (17) und eines Holzdistanzstückes (18) kann der Keramikzylinder (15) in die stirnseitig offene Meßkammer (3) des Keramikrohres (2) eingeführt werden, nachdem die freien Enden der Elektroden (7 bzw. 8) in die Bohrungen (4 bzw. 5) eingeführt worden sind. Fig. 2 shows schematically an insert which can be designed as a replacement sensor and which can be inserted into the protective tube in a simple manner. After removing a protective tube ( 17 ) and a wooden spacer ( 18 ), the ceramic cylinder ( 15 ) can be inserted into the measuring chamber ( 3 ) of the ceramic tube ( 2 ), which is open at the end, after the free ends of the electrodes ( 7 and 8 ) have been inserted into the Bores ( 4 and 5 ) have been introduced.

Eine Keramikscheibe (19), die von dem Holzdistanzstück (18) auf Abstand zu dem Keramikzylinder (15) gehalten wird, sorgt dabei beim Einführvorgang dafür, daß die Elektroden (7 bzw. 8) in ent sprechendem Abstand zueinander gehalten werden. Die eingeführten Elektroden (7, 8) werden dann mit ihrem Ende am Joch (13) mon tiert und unter Zugspannung gebracht, so daß dann, wie anhand von Fig. 1 erläutert wurde, der Keramikzylinder (15) an der Schulter (16) anliegt. Der Meßfühler kann auf diese Weise ver hältnismäßig einfach bei einem Defekt durch einen neuen ersetzt werden. Da auch dann die Einbaulage des Meßdrahtes wieder jener des ersten Meßfühlers entspricht, sind gemessene C-Potential werte untereinander vergleichbar. Eine Berührung des Meßdrahtes an einer Isolationskeramik kann nicht eintreten.A ceramic disc ( 19 ), which is held by the wooden spacer ( 18 ) at a distance from the ceramic cylinder ( 15 ), ensures during the insertion process that the electrodes ( 7 and 8 ) are kept at a corresponding distance from each other. The inserted electrodes ( 7 , 8 ) are then installed with their end on the yoke ( 13 ) and brought under tension, so that then, as explained with reference to FIG. 1, the ceramic cylinder ( 15 ) rests on the shoulder ( 16 ) . The probe can be replaced relatively easily in this way with a defect by a new one. Since the installation position of the measuring wire again corresponds to that of the first sensor, measured C potential values can be compared with one another. The measuring wire cannot come into contact with an insulation ceramic.

Nicht gezeigt sind Einrichtungen, mit denen das Nullabgleichs gas durch die Bohrung (6) geführt werden kann, weil dies bekannt ist.Not shown are devices with which the zero gas can be passed through the bore ( 6 ) because this is known.

Claims

1. Sensor for determining the C level of Ofenatmosphä ren with an iron wire as a sensing element and connecting electrodes to an evaluation device, characterized in that the elec trodes ( 7 , 8 ) axially in a measuring chamber ( 3 ) at one end forming a tube ( 2nd ) made of a heat-resistant material, especially ceramic, and that the iron wire ( 9 ) is arranged in the measuring chamber ( 3 ), which is open at the end, at a depth of approximately the measuring chamber diameter.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 7 , 8 ) at their end remote from the iron wire ( 9 ) are set by springs ( 11 ) under tensile force.

3. Sensor according to claims 1 and 2, characterized in that each electrode ( 7 or 8 ) consists of a U-shaped ge bent wire, at the closed end ( 7 ', 8 ') one end of the iron wire ( 9 ) is attached and the two open ends of which are fastened to a spring-loaded yoke ( 13 ).

4. Sensor according to claim 3, characterized in that the electrodes ( 7 , 8 ) in the region of their closed ends ( 7 ', 8 ') are firmly connected to a cylinder body, in particular made of ceramic, for insertion into the measuring chamber ( 3 ).

5. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the distance between the closed ends ( 7 ', 8 ') of the electrodes ( 7 , 8 ) is small and that the iron wire ( 9 ) as a straight piece of wire, approximately perpendicular to the closed temple ends ( 7 ', 8 ') of the electrodes ( 7 , 8 ), attached to these closed ends ( 7 ', 8 ').

6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the measuring chamber ( 3 ) forming tube ( 2 ) longitudinal holes ( 4 , 5 ) for inserting the electrodes ( 7 , 8 ) and at least one parallel to these Bores ( 4 , 5 ) extending bore ( 6 ) for passing a zero or protective gas into the measuring chamber ( 3 ) are provided.