对熔化炉中的电极长度的测量的制作方法

本申请要求于2014年11月25日提交的美国申请号62/084154的优先权权益，所述申请的内容通过引用以其全文结合在此。

本公开总体上涉及用于熔化批料的装置，并且更具体地涉及用于熔化玻璃批料的装置以及对这种装置中的电极长度的测量。

背景技术：

熔化炉可用于熔化各种各样的批料，诸如玻璃和金属批料，仅举几例。批料可以放置在具有两个或更多个电极的容器中，并且通过将电压施加至所述电极而被熔化。熔化炉的生命周期可取决于例如电极磨损。例如，在熔化过程中，电极由于与熔化批料的接触而逐渐磨损。在某个点处，电极可能变的太短并且可能危及炉的安全操作。例如，如果电极在操作过程中磨损过了预定点，则批料可能与炉部件进行接触，所述熔炉部件可能污染这批材料。在玻璃熔化物的情况下，例如，这种接触可能将不想要的污染物和/或颜色引入到玻璃熔化物或最终的玻璃产品中。而且，钻到电极和/或炉内的任何孔还可提供泄露批料的路径，这将危及炉的操作安全。

对熔化炉的最终寿命点的准确预测可产生大量的成本节约同时还维持操作安全。在电极不可代替和/或不可延伸的熔炉中，如果一个电极磨损至最小安全长度，则关闭熔化炉。然而，在熔化操作过程中，可能无法直接观察或测量容器内的电极长度。申请人先前已经使用物料平衡方式计算了电极长度。例如，在包括二氧化锡的电极的情况下，熔化系统中和外的二氧化锡的物料平衡可用于估计剩余电极长度。然而，此种方式可以仅为所有的电极提供平均磨损值，并且可以不提供关于单独电极块的磨损的信息。另外，这种计算可以具有较大的误差裕度，诸如±30％或更大。在操作过程中，若干个变量可影响电极磨损率，诸如批料组成和/或操作温度，这可能使对电极磨损的预测变得复杂或者使得不能做出正确的预测。

在不存在单独电极磨损的具体值的情况下，可以提前关闭熔化炉以便确保安全地包含熔化批料。在一些实例中，已经发现了熔化炉已经可过它们被关闭的点而安全运行若干个月。熔化炉的附加操作时间(例如，若干天或多达若干个月)可产生大量的资本和操作成本节约。

相应地，将有利的是提供用于准确估计熔化炉中的电极的长度的方法，这可引起更长的操作时间以及更低的操作成本。而且，将有利的是提供用于熔化批料的装置，所述装置可提供准确的单独电极端点反馈以便使能安全操作直到达到端点。

技术实现要素：

本公开涉及用于熔化批料的装置，所述装置包括：容器；至少一个电极组件，所述至少一个电极组件布置在所述容器内，所述至少一个电极组件包括电极以及耦合至所述电极的至少一个检测部件；以及至少一个设备，所述至少一个设备被配置成用于对所述电极组件的至少一个电特性或光学特性进行测量。根据各实施例，可从玻璃批料中选择所述批料。在附加实施例中，检测部件可包括绝缘层、被绝缘层包围的导电芯、或光纤。根据进一步实施例，至少一个设备可被配置成用于对所述电极组件的导电性、阻抗、电阻、电容、电压、光强度、反向散射光强度、光学反射率、振荡周期、和/或频率中的至少一项进行测量。

在此还公开了电极组件，所述电极组件包括：电极以及耦合至所述电极的至少一个电探针，其中，所述电探针包括导电芯以及包围所述导电芯的绝缘层；以及至少一个设备，所述至少一个设备被配置成用于对所述电探针的电阻或电容进行测量。在此进一步公开了电极组件，所述电极组件包括：电极、耦合至所述电极的至少一个光学探针、以及至少一个设备，所述至少一个设备被配置成用于对所述至少一个光学探针的至少一个光学特性进行测量。在此还公开了电极组件，所述电极组件包括：电极以及耦合至所述电极的至少一个探针，其中，所述探针包括：绝缘棒，所述绝缘棒包括连接至电振荡器电路的两条导线；以及设备，所述设备被配置成用于对所述振荡器电路的振荡周期或频率进行估计。在此仍进一步公开了用于熔化批料(诸如玻璃批料)的装置，所述装置包括在此公开的电极组件。

本公开的附加特征和优点将在以下详细描述中予以阐明，并且将部分地将从所述描述中对本领域技术人员而言变得容易明显或通过实践本文所描述的方法而被认知，包括以下详细描述、权利要求书以及附图。

应理解的是，前面的总体描述和以下的详细描述都呈现了各个实施例，并且都旨在提供用于理解权利要求书的本质和特性的概述或框架。所述附图被包括在内，以便进一步理解本公开，并结合在本说明书内，并构成本说明书的一部分。附图展示了本公开的各种实施例，并且与所述描述一起用于解释本公开的原理和操作。

附图说明

当结合以下附图阅读以下详细描述时，可以进行更好地理解，其中，类似结构由类似的参考标号指示(在可能的情况下)，并且在附图中：

图1是展示了一种示例性熔化炉的横截面视图的示意图；

图2a至图2b描绘了根据本公开的实施例的一种示例性电极组件的横截面视图；

图3a至图3b描绘了根据本公开的实施例的一种示例性电极组件的横横截面视图；

图4是展示了根据本公开的实施例的一种示例性电极组件的示意图；

图5是展示了根据本公开的实施例的一种示例性探针的示意图；

图6是展示了根据本公开的实施例的一种示例性电极组件的示意图；

图7a至图7b描绘了根据本公开的实施例的示例性电极组件的横截面视图；

图8是根据本公开的实施例的一种示例性电极的横截面视图；

图9是根据光纤长度的散射光强度的图形描绘；

图10是根据本公开的实施例的一种示例性电极组件的横截面视图；以及

图11是根据本公开的实施例的一种示例性电极组件的横截面视图。

具体实施方式

装置

在此公开了用于熔化批料的装置，所述装置包括：容器；至少一个电极组件，所述至少一个电极组件布置在所述容器内，所述至少一个电极组件包括电极以及耦合至所述电极的至少一个检测部件；以及至少一个设备，所述至少一个设备被配置成用于对所述电极组件的至少一个电特性或光学特性进行测量。

将参考图1对本公开的实施例进行讨论，所述附图描绘了一种用于熔化批料105的示例性炉100。熔化炉100可包括容器110，在一些实施例中，所述容器可包括入口115和出口120。批料105可通过入口115被引入至容器110中。批料然后可通过与容器110的侧壁125和/或底部130接触来在容器中被加热，其可和/或通过与至少一个电极140接触而被加热。熔化批料135可通过出口120流出容器110以用于进一步处理。

术语“批料(batchmaterial)”及其变体在此用于表示前体成分的混合物，所述前体成分在熔化时发生反应和/或进行组合以便形成最终期望的产品。仅举几例，批料可例如包括玻璃前体材料或金属合金前体材料。可通过用于对前体材料进行组合的任何已知方法来准备和/或混合批料。例如，在某些非限制性实施例中，批料可包括前体颗粒的干燥或基本干燥的混合物，例如，没有任何溶剂或液体。在其他实施例中，批料可以采用浆料的形式，例如，在存在液体或溶剂的情况下前体颗粒的混合物。

根据各实施例，批料可包括玻璃前体材料(诸如二氧化硅、氧化铝)以及各种附加氧化物(诸如氧化硼、氧化镁、氧化钙、氧化钠、氧化锶、氧化锡、或氧化钛)。例如，玻璃批料可以是二氧化硅和/或氧化铝与一个或多个氧化物的混合物。在各实施例中，玻璃批料包括总共从大约45wt％至大约95wt％的氧化铝和/或二氧化硅以及总共从大约5wt％至大约55wt％的硼、镁、钙、钠、锶、锡、和/或钛中的至少一种氧化物。

可根据相关领域中已知的任何方法(例如，常规的玻璃和/或金属熔化技术)来熔化批料。例如，批料可被添加至熔化容器中并且被加热至范围为从大约1100℃至大约1700℃的温度，诸如从大约1200℃至大约1650℃、从大约1250℃至大约1600℃、从大约1300℃至大约1550℃、从大约1350℃至大约1500℃、或从大约1400℃至大约1450℃，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施例中，取决于各个变量(诸如操作温度和批量大小)，批料具有在熔化容器中的一定停留时间，范围为从若干分钟到若干小时到若干天或者更多。例如，停留时间的范围可以从大约30分钟至大约3天、从大约1小时至大约2天、从大约2小时至大约1天、从大约3小时至大约12小时、从大约4小时至大约10小时、或从大约6小时至大约8小时，包括其间的所有范围和子范围。

在玻璃处理的情况下，熔化玻璃批料可随后经历各附加处理步骤，仅举几例，包括进行精细化以便移除气泡并且进行搅拌以便均质化熔化玻璃。然后可使用任何已知的方法(诸如熔融拉制、槽拉制、和浮法工艺)来处理熔化玻璃以便例如产生玻璃带。随后，在非限制性实施例中，玻璃带可形成为玻璃板(切割、抛光、和/或以其他方式处理)。

容器110可包括适合用于期望的熔化过程的任何耐热材料，例如，耐火材料(锆石、氧化锆、氧化铝、氧化镁、碳化硅、氮化硅、和氧氮化硅)、贵金属(诸如铂和铂合金)、及其组合。根据各实施例，容器110可包括具有耐热材料(诸如耐火材料或贵金属)的内衬的外壁或层(未示出)。容器110可具有针对期望应用的任何适合的形状或大小，并且在某些实施例中可具有圆形、椭圆形、方形或多边形横截面。容器的尺寸(包括长度、高度、宽度和深度，仅举几例)可取决于期望的应用而不同。本领域技术人员能够选择针对特定制造工艺或系统是适合的这些尺寸。

虽然图1展示了附接至侧壁125的电极140，但是应当理解的是，电极可以任何朝向被配置在容器110内并且可附接至容器110的任何壁上，诸如容器的顶部或底部。而且，虽然图1展示了三个电极140，但是应当理解的是，如针对特定应用所期望的，可以使用任何数量的电极。进一步地，虽然图1展示了包括进口115和出口120的容器110，这可适合用于连续的处理，但是应当理解的是，可使用其他容器，所述容器可以或可以不包括进口和/或出口并且可用于批量或半批量处理。

电极140可具有适合用于熔化炉中的操作的任何尺寸和/或形状。例如，在一些实施例中，电极可被成型为从炉壁中的一个或多个炉壁延伸的棒或块。电极可具有任何适合的横截面形状，诸如方形、圆形、或任何其他的规则或不规则形状。而且，电极的初始长度可取决于应用和/或熔化容器的大小而不同。在一些非限制性实施例中，电极可具有范围从大约10cm至大约200cm的初始长度，诸如从大约20cm至大约175cm、从大约30cm至大约150cm、从大约40cm至大约125cm、从大约50cm至大约100cm、或从大约60cm至大约75cm，包括其间的所有范围和子范围。

电极140可包括适合用于期望的熔化应用的任何材料。例如，可选择电极材料，从而使得在操作过程中电极的正常磨损或腐蚀可对批料组合物和/或最终产品具有很少或不具有不利影响。在各非限制性实施例中，诸如玻璃熔化操作，电极可包括可存在于最终玻璃组合物中的一种或多种氧化物或其他材料。例如，电极可包括批料中已经存在的氧化物(例如，以标称增加最终产品中的氧化物的量)以及批料中不存在的氧化物(例如，将小量或痕量的氧化物引入至最终产品中)。通过非限制性示例的方式，电极可包括例如氧化锡、氧化钼、氧化锆、钨、钼氧化锆、铂以及其他贵金属、石墨、碳化硅、以及其他适合的材料及其合金。

根据本公开的各实施例，容器110可包括一个或多个电极组件，所述一个或多个电极组件包括电极以及耦合至所述电极的至少一个检测部件。如在此使用的，术语“检测部件(detectioncomponent)”、“检测结构(detectionstructure)”、“探针(probe)”及其变体旨在表示任何部件，所述部件单独地或者结合电极可生成可测量的信号或参与生成信号(例如，电信号或光学信号)。检测部件自身可生成信号、或者可定位在电极内或被定位成与所述电极相邻，以便促进由电极自身来生成信号。例如，在非限制性实施例中，检测部件可选自电探针，例如，生成电信号的探针，诸如电路的导电性、阻抗、电阻、电容、振荡周期或频率等；以及光学探针，例如，生成光学信号的探针，诸如光强度、反向散射光强度、光学折射率等。在替代性实施例中，检测部件可选自绝缘部件，所述绝缘部件可例如将电极分割成两个或更多个部分，从而在可被检测的所述两个部分之间生成电信号(例如，电容)。

如在此使用的，术语“耦合至(coupledto)”及其变体旨在表示检测部件(例如，探针、光纤等)与电极物理接触。检测部件可位于电极内，例如，被钻到或以其他方式形成在电极中的孔或通道内部。在各实施例中，检测部件可至少部分地位于电极内。例如，检测部件可包括两端以及所述两端之间的中心部分，并且所述端之一或两者可位于电极的外部，而检测部件的至少一部分(例如，部件的至少一端或者中心部分的至少一部分)可位于电极内。电极外部的检测部件的部分可连接至例如所述至少一个检测设备。检测部件还可位于电极的表面上，例如，物理附接至电极的表面。

在此公开的装置可包括用于对电极的长度进行估计的各检测机制。在一些实施例中，所述装置可以包括端点检测系统。在这种装置中，当熔化批料达到电极中的特定点时，特性(例如，电特性或光学特性)可急剧发生变化。例如，当批料与布置在电极内的检测结构或探针进行第一物理接触时可发生电特性的变化(诸如电阻和/或电压)。在其他实施例中，所述装置可以包括校准长度测量系统。在这种装置中，特性(例如，电特性或光学特性)可随着电极长度的变化而逐渐发生变化。检测结构或探针可耦合至电极(例如，在电极内或与电极相邻)，并且可以与电极磨损速率相似或完全相同的速率磨损。探针因此充当电极长度的代理。可通过测量探针的性能(诸如阻抗、电容、电磁辐射的飞行时间、电磁光谱响应、振荡周期、频率、或光学传输)并且将所述特性与探针的长度以及因此电极的长度进行关联来估计电极长度。

电检测

在此公开了电极组件，所述电极组件包括：电极；至少一个电探针，所述至少一个电探针耦合至所述电极，其中，所述电探针包括导电芯以及包围所述导电芯的绝缘层；以及至少一个设备，所述至少一个设备被配置成用于对所述电探针的电阻或电容进行测量。在附加实施例中，电极组件可包括选自绝缘层的检测部件(例如，没有导电芯)。在此还公开了用于熔化批料(诸如玻璃批料)的装置，所述装置包括这种电极组件。

图2a至图2b描绘了根据本公开的各实施例的示例性且非限制性电极组件，所述电极组件可用于通过电端点检测的方式来测量电极长度。在这些附图中，电极140与熔化批料m接触。电极配备有检测部件150，在所展示的实施例中，所述检测部件可以是包括导电芯150a和绝缘层150b的电探针。检测部件和/或电极可经由一个或多个连接器155连接至设备(未展示)，所述连接器可中继来自检测部件和/或电极的各电信号和/或光学信号。例如，如图2a所展示的，检测部件150可被插入到电极140中到与预定的最小电极长度l最小相对应的点。检测部件150的尖端可与预定点对准。直到熔化批料m将电极腐蚀至预定的最小电极长度l最小(例如，当电极长度长于最小电极长度时)，在检测部件150的尖端处的绝缘层150b可保持完整，例如未溶解。因此，可维持导电芯150a与电极140之间的相对高的电阻r。

图2b展示了相同的示例性电极组件，所述电极组件在熔化批料m已经将电极140腐蚀至预定点时信令发送电极已经达到最小长度l最小。绝缘材料150b的尖端可溶解在熔化批料m中，从而将导电芯150a暴露于导电熔化物m下。导电的熔化批料m则应当将导电芯“连接”至包围的电极，其可降低导电芯150a与电极140之间的电阻rm。电阻rm可取决于各因素，诸如熔化批料的电阻和/或探针和电极尺寸。然而，当电极长于最小电极长度l最小时，电阻rm与电阻r相比可相对地低(例如，大约1欧姆)，其中，绝缘材料的尖端基本上完整。电阻从r(高)至rm(低)的变化可信令发送电极接近端点或在端点处，在所述端点处，其可在操作中安全使用。在一些实施例中，电阻的突变可触发炉的关闭或炉操作中的任何其他适当的动作。

最小电极长度l最小可以是任何长度，在所述长度处，可以有利的是暂停操作(无论是出于安全原因还是其他操作顾虑)在某些实施例中，检测部件可以信号的形式通知电极长度小于大约100mm的长度，诸如小于大约75mm、小于大约60mm、小于大约50mm、或小于大约40mm，包括其间的所有范围和子范围。例如，电极中的结构和/或被钻以便适应这种结构的孔可从冷端延伸进入电极中到大约40mm的深度。在各实施例中，可添加安全裕量(诸如大于大约10mm，例如，从大约10mm至大约35mm)以便确保炉的安全操作。

在一些实施例中，检测部件150可以是电探针，所述电探针包括被绝缘层150b包围的导电芯150a。应当选择导电芯和绝缘层两者以便承受熔化装置的工作温度。导电芯可包括任何数量的导电材料，包括但不限于金属、金属合金、金属氧化物、及其组合。这些材料可以或可以不溶于熔化批料m中。在某些实施例中，所述芯可包括贵金属和合金，诸如铂和铂合金，例如，pt/rh合金。绝缘层可选自任何数量的非导电材料，诸如陶瓷材料和玻璃材料(例如，玻璃、氧化铝、熔化二氧化硅)、以及可以存在于熔化批料中的其他氧化物，仅举几例。可商购绝缘材料的非限制性实施例是来自康宁公司(corningincorporated)的高温、高二氧化硅含量的玻璃。根据各实施例，绝缘层可溶于熔化批料m中和/或以其他方式可受所述熔化批料破坏。

在某些实施例中，导电芯和/或绝缘层材料可选自可能未大量污染批料和/或最终产品的材料。例如，导电芯可包括在操作温度下在批料中不溶解或基本上不溶解的材料(例如，pt和pt合金)。可替代地，导电芯和/或绝缘层可包括可在批料中溶解但未将不期望的材料或特性(例如，污染物和/或着色)引入到批产品和/或最终产品中的材料，诸如与用于构建电极的材料相同或相似的材料。因此，在一些非限制性实施例中，探针可由已经存在于批料组合物或可存储在最终产品中的材料来构建(例如，并非原始地存在于批料组合物中)，而不会产生不期望的结果。

检测部件150的尺寸可取决于应用以及例如耦合至其的电极的大小而发生变化。检测部件可例如选自套设有非导电材料的至少一个层的导电材料的棒、线、或块。在某些实施例中，所述探针可测量并提供与熔化过程相关的附加信息，诸如温度、压力等。相应地，在各实施例中，所述探针可包括具有非导电护套的导电热电偶。

适合的探针尺寸的非限制性示例可包括例如范围从大约3mm至大约15mm的直径或厚度，诸如从大约5mm至大约12mm、或者从大约8mm至大约10mm，包括其间的所有范围和子范围。在附加实施例中，绝缘层可具有范围从大约0.5mm至大约10mm的厚度，诸如从大约1mm至大约8mm、从大约2mm至大约7mm、从大约3mm至大约6mm、或者从大约4mm至大约5mm，包括其间的所有范围和子范围。

探针可至少部分地布置在电极内，诸如在被钻或者以其他方式设置在电极中的孔或通道内。谨记各种实际考虑，这种孔或通道的直径可按照需要而不同。例如，直径应当足够小以便避免降低电极的结构完整性，同时还足够大以便适应探针并降低或避免制造困难。根据各实施例，直径可在从大约5mm至大约40mm的范围内，诸如从大约10mm至大约35mm、从大约15mm至大约30mm或从大约20mm至大约25mm，包括其间的所有范围和子范围。

图3a至图3b描绘了可替代的非限制性实施例，其中，可通过电校准长度测量系统的方式来测量电极长度。在这些附图中，类似于图2a至图2b的实施例，电极140与熔化批料m接触。电极配备有检测部件150，在所展示的实施例中，所述检测部件可包括电探针，所述电探针包括导电芯150a和绝缘层150b。检测部件和/或电极可经由一个或多个连接器155连接至设备(未展示)，所述连接器可中继来自检测部件和/或电极的各电信号和/或光学信号。

例如，如图3a中展示的，检测部件150可具有与电极长度基本上相似或相同的长度l。如图3b中描绘的，在操作过程中，熔化批料m可腐蚀电极(以及检测部件)，从而产生具有更短的长度l1的检测部件。在各实施例中，在给定操作条件(例如，温度、批料组合物等)下，检测部件和电极具有基本上相似的腐蚀速率或相同的腐蚀速率。根据某些实施例，为了确保检测部件和电极各自的腐蚀速率基本上相似或相同，检测部件和电极可与外部连接器(例如，电线)电连接，以便在未采取测量时对其各自的长度进行监测。在测量过程中，探针应当与电极断开连接并且连接至测量设备。在附加实施例中，导电芯150a可包括与电极相同的材料。绝缘层可包括关于图2a至图2b所讨论的任何合适的材料。

导电芯的电阻rc和电容c可与检测部件的长度l成比例。可使用公式(1)来估计所述芯的电阻：

并且可使用公式(2)来估计所述芯的电容：

其中，d为导电芯的直径，w为绝缘间隙宽度，ε为绝缘介电常数，εo为介质真空介电常数，ρc为芯电阻、l为电极长度，并且a为所述芯的横截面积。在长度测量过程中，检测部件不应当电连接至电极。所测量的初始长度l处的电特性z1可与所测量的电特性z2进行比较，这可以指示检测部件已经达到更短的长度l1。例如，通过监测检测部件(例如，电探针)的电阻rc和/或电容c，可以可能的是在任何给定的时间点处估计检测部件(以及因此电极)的长度l1。

在一些实施例中，与熔化批料的电阻相比，所述芯的电阻可以相对地小。因此，在各实施例中，可以有利的是测量所述芯的电容。可使用本领域中已知的任何方法(例如，用于阻抗测量的标准方法)来进行电容测量。可替代地，被导电电极包围的检测部件可有效地被概念化为由电阻器(熔化批料)对接的“同轴电缆”。测量“同轴电缆”的长度(以及因此电极长度)因此可使用标准时域反射率(tdr)方法或者通过测量共振频率来实施。

虽然图3a至图3b描绘了一维检测部件(例如，主要在一个方向上延伸的探针，诸如棒、线、电缆或熔线)，但是还可能的是在附加实施例中利用二维检测部件(诸如平面探针、或者甚至三维检测部件(诸如块))。图4描绘了这种示例性、非限制性实施例，其中，电极组件包括多维检测部件。例如，检测部件150可放置在电极140的两个部分或块140a与140b之间(如图4中描绘的)，虽然其他配置是可能的并且被设想为落入到本公开的范围内。虽然图4描绘了放置在具有基本上相同的尺寸的两个电极块之间的基本为平面的检测部件(例如，在电极的中间)，但是应当理解的是，检测部件还可以远离中心地被放置，例如，在具有不同尺寸的两个块之间。而且，在某些实施例中，检测部件可放置在电极外部，例如，附接或耦合至电极表面中的一个或多个电极表面上，诸如电极的顶部、侧面、或底部。

与一维检测部件一样，电阻和电容可与检测部件的表面积以及因此检测部件的长度l(和高度h)(a＝hxl)成比例。如图5中所描绘的，检测部件150(例如，电探针)可包括被至少一个绝缘层150b包围的导电芯150a并且可通过至少一个连接器155的方式而连接至至少一个测量设备(未示出)。图6示出了根据本公开的电极组件的又另一实施例，其中，电极的两个或更多个部分通过检测部件而分离开。检测部件可包括绝缘层并且在一些实施例中可以不包括导电芯(与图5中所展示的探针相反)。根据图6中所描绘的非限制性实施例，两个电极部分或块140a和140b可通过绝缘层150b而分离开。绝缘层应当在两个电极块之间创建电容，其可以与探针的表面积以及因此长度l(和高度h)(a＝hxl)成比例。因此，在此实施例中，可通过测量所述两个电极块之间的电容来估计电极长度。在测量过程中，所述两个电极块不应当彼此电连接，例如通过主供电电缆或其他手段。

图7a至图7b描绘了根据本公开的各实施例的示例性非限制性电极组件，其中，可通过电气电路(例如，短线协调的振荡器电路)的方式来测量电极长度。在这些附图中，电极140与熔化批料m接触。电极配备有检测部件150，在所展示的实施例中，所述检测部件可包括绝缘层150b和导线150c。例如，检测部件可包括由绝缘材料(例如，氧化铝或其他合适的陶瓷或玻璃材料)构建的棒，其中两条线(例如，铜或其他合适的金属和金属合金)布置在其中。所述线150c可连接至电振荡电路(未展示)，其可中继各信号，诸如电路的振荡周期和/或频率。

通过非限制性示例的方式，检测部件150可以是多谐振荡器，所述多谐振荡器包括被连接作为差分对的两个晶体管。所述两条导线150c可穿入到绝缘材料150b或棒(在此亦被称为“短头”)中，其可嵌入到电极中以便创建短接的(例如，在熔化批料m中)传输线。沿着短头的长度而传播的信号从所述线的失配端被反射。当第一晶体管被接通(或导通)并且在从失配端反射之后形成正向脉冲时创建初始负向脉冲。当耦合至相对的第二晶体管的基底中时，正向脉冲使其导通并且关断第一晶体管，反之亦然。晶体管导通与关断之间的延迟可被测量为振荡周期。

再次，绝缘材料应当以与电极磨损的速率相似或相同的速率腐蚀。虽然所述线自身可以不破裂或溶解于熔化批料m(如图7b中示出的)中，但是信号反射应当在所述线不再被短头绝缘的点处发生。然后可使用振荡周期与绝缘的线长度之间的正相关、或者频率与绝缘的线长度之间的负相关来估计短头的长度ls(以及因此电极)。换言之，更短的振荡周期(或更高的振荡频率)将信令发送更短的电极长度。例如，可使用公式(3)来将振荡周期(τ)与短头长度ls进行关联：

τ＝als+b(3)

频率可被表示为周期的倒数(f＝1/τ)并且可类似地与短头长度ls(以及因此电极长度)相关。

光学检测

在此公开了电极组件，所述电极组件包括：电极、耦合至所述电极的至少一个光学探针、以及至少一个设备，所述至少一个设备被配置成用于对所述至少一个光学探针的至少一个光学特性进行测量。在此还公开了用于熔化批料(诸如玻璃批料)的装置，所述装置包括这种电极组件。

图8描绘了根据本公开的各实施例的示例性且非限制性电极组件，所述电极组件可用于通过光学反向散射的方式(例如，使用光学校准长度测量系统)来测量电极长度。电极140与熔化批料m接触。所述电极可配备有检测部件150，在各实施例中所述检测部件可包括光学探针或光纤(如图8中所展示的)。光学探针可以是单个模式或多模式光纤并且可包括适合用于期望应用中的任何材料。例如，在一些实施例中，光纤可包括基于二氧化硅的玻璃。

根据某些实施例，光纤可以是中空的或者可包括芯，诸如纯粹的硅芯或掺杂有至少一种掺杂剂(诸如折射率增大掺杂剂，例如，ge、p、al、和/或ti)的硅芯。例如，芯变化量的范围可以从大约0.2％至大约2％，诸如从大约0.3％至大约1.8％、从大约0.5％至大约1.5％、或从大约0.8％至大约1.2％，包括其间的所有范围和子范围。芯直径还可以在例如从大约5微米至大约500微米的范围内而发生变化，诸如从大约8微米至大约400微米、从大约10微米至大约300微米、从大约20微米至大约200微米、或从大约50微米至大约100微米，包括其间的所有范围和子范围。光纤可进一步包括包层，在一些实施例中，所述包层可包括纯粹的硅或掺杂有至少一种掺杂剂(例如，折射率减小掺杂剂(诸如f和/或b)、或者折射率增大掺杂剂(诸如ge、p、al、和/或ti))的硅。其他掺杂剂(诸如cl、k、和/或na掺杂剂)还可添加至所述光纤中，例如以便改变光纤的熔化温度。

光学探针的直径可取决于若干操作参数而发生变化并且可在例如从大约100微米至大约10毫米的范围内，诸如从大约200微米至大约5毫米、从大约300微米至大约3mm、从大约400微米至大约2mm、或从大约500微米至大约1mm，包括其间的所有范围和子范围。在各实施例中，光纤可通过孔或通道而被插入到电极中。所述探针的端点可对应于与熔化批料m接触的电极的端。检测部件150(例如，光学探针)可连接至测量设备160，诸如光学反射仪(例如，通过luna的obr4600)。因此可通过测量反向散射的信号来估计光学探针的长度。通过假设以与电极腐蚀速率基本上相似或相同的速率来消耗光学探针，光学探针的所估计的长度可与电极的长度相关。

根据各实施例，光学探针可以具有比周围电极更高的软化点，但是在各实施例中，暴露于熔化批料可溶解探针。在某些实例中，光学探针的溶解速率可以高于电极磨损的速率。然而，在磨损周期之后，随着所述探针变得进一步嵌入到电极中(这可限制暴露)，相信溶解速率可与电极磨损大致相匹配。因此，电极的端点与光学探针的端点之间的任何偏移可减小并且随时间推移而平稳，从而提高测量准确性。

图9展示了根据两个光纤的光纤长度的反向散射的光学强度。曲线100与具有对光的至少一部分进行反射的端的光纤相对应。曲线101与具有不会显著地对光进行反射的“软”光纤端的光纤相对应。在两种实例中，光纤的长度(以及因此电极的长度)可由图9中展示的依赖性来确定。当然，多于一个的探针(或光纤)可包括在电极中以便提供附加的测量点，其可增加测量准确性和/或可靠性。

图10描绘了根据本公开的各实施例的进一步示例性且非限制性电极组件，所述电极组件可用于通过光学端点检测的方式(例如，通过检测光学强度或辐射)来测量电极长度。电极140与熔化批料m接触。所述电极可配备有检测部件150，在各实施例中所述检测部件可包括光学探针或光纤(如图10中所展示的)。所述探针或光纤可以与参考图8所描述的相类似。光学探针可被插入到电极中的孔或通道中，上至预定最小长度l最小。所述探针的另一端可连接至测量设备160，诸如光学强度检测器(光检测器)。直到熔化批料m将电极腐蚀至预定最小长度l最小(例如，电极长度长于最小电极长度)，熔化材料未与所述探针接触，并且可以检测到很少的光学信号或者没有检测到光学信号。当熔化材料充分地腐蚀电极并且达到光学探针的尖端时，来自熔化批料的光可进入所述探针。测量设备则可检测所述光(例如光学强度的增加)，从而信令发送已经达到了最小电极长度。与图8中所展示的配置一样，可能的是将多于一个的光学探针包括在给定的电极中以便提高测量准确性和/或可靠性。

图11中描绘了根据本公开的各实施例的又进一步示例性且非限制性电极组件，所述电极组件可用于通过光学端点检测的方式(例如，通过经由光纤回路来检测光学强度)来测量电极长度。电极140与熔化批料m接触。所述电极可配备有检测部件150，在各实施例中所述检测部件可包括光纤回路(如图11中所展示的)。所述光纤回路可包括与参考图8所描述的材料和尺寸相似的材料和尺寸。所述光纤回路可包括两端以及位于所述两端之间的中央部分。所述光纤回路可被插入到电极的孔或通道中，其中，一端连接至测量设备160(例如，光学强度检测器)并且另一端连接至光源165。光纤回路的一部分(例如，所述回路的中央部分)可布置在电极内。所述回路的一部分(诸如所述回路的顶点(或转折点))可被定位成基本上对应于预定最小长度l最小。

直到熔化批料到达光纤，否则来自所述光源165的光可连续行进通过所述回路并且可由测量设备160来检测。当熔化批料到达所述回路时，所述光纤将熔化或溶解到熔化批料中，并且在一些实例中形成两个或更多个离散的区段，从而显著地降低或消除由测量设备注册的光强度。测量设备可检测例如光学强度的降低，从而以信号的形式通知已经达到了最小电极长度。与图8中所展示的配置一样，可能的是包括多于一个的光纤以便提高测量准确性和/或可靠性。

在附加实施例中，图11中所展示的配置可与没有回路的光纤探针一起使用(例如，电极外部的一个端以及布置在电极内的一个端)；参见例如图10)，如果布置在电极内的所述光纤的端可提供显著地足以被测量的光反射。还可通过将反射仪(诸如反射镜或布拉格光栅)附接至所述光纤的相对端来提高光反射。一旦熔化批料到达所述反射仪，则可破坏所述反射仪并且可以显著地减少给定波长的反射信号。再次，减少的信号可指示电极正在接近预定最小长度。

在此描述的实施例不应当限于任何具体的玻璃形成工艺，因为这些实施例可等同地应用于在熔融形成工艺(下拉制、槽拉制等)中使用的熔化器以及在浮点形成工艺中使用的熔化器。而且，设想到的是，在此描述的实施例可与工艺和系统一起使用，所述工艺和系统用于在电极的寿命期间将示例性电极推挤入熔化物中。

应当理解的是，在此公开的装置不限于一种类型的电极组件并且在各实施例中可包括电极组件的组合，诸如采用电或光学检测部件的组件的组合和/或采用端点或校准长度检测部件的组件的组合。而且，将理解的是，在其他实施例中，结合具体实施例而描述的各部件可以可互换地用于描述相似的部件，而没有限制。进一步地，在此描述的检测方法还可用于测量熔化炉而非电极中的其他部件的长度，例如可以限制熔化器的寿命的任何耐火部件。

在此公开的装置可以提供比现有技术的装置更多的一个或多个优点。在某些实施例中，在此公开的装置可通过使能原位的电极长度测量来降低操作时间，而无需排尽批料以允许视觉评价电极。另外，在此公开的装置可提供更准确的端点反馈以便避免过早关机，从而提供显著的成本节约，同时还避免玻璃泄露从而确保了操作安全。而且，在此公开的电极组件可用于改进现有的熔化炉，例如通过修改现有的电极以便包括一个或多个检测部件(在电极的表面上或者在电极自身内)。可使用标准方法和装备来执行对电特性的测量以便估计电极长度，并且因此这些测量的实现方式可能基本上不会增加操作成本。最终，电极长度的光学测量可以避免对高功率和高电压电路的任何电干扰。当然，应当理解的是，在此公开的装置可以不具有以上优点中的一个或多个优点，但是这种装置旨在落入所附权利要求书的范围内。

将理解的是，各种公开的实施例可以涉及结合所述特定实施例描述的特定特征、元件或步骤。还将理解的是，尽管关于一个具体实施例进行了描述，但具体特征、元件或步骤可以以各种未展示的组合或排列互换或与替代实施例相组合。

还应当理解，除非明确指出是相反的，否则如本文所使用的术语“所述(the)”、“一个(a)”或“一个(an)”是指“至少一个(atleastone)”，并且不应限于“仅一个(onlyone)”。因此，例如，对“电极”的引用包括具有两个或更多个这种电极的示例，除非上下文另有明确指示。

范围在此可以被表达为从“约(about)”一个具体值和/或到“约(about)”另一个具体值。当表达这样的范围时，示例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约(about)”将值表示为近似值时，应当理解的是所述特定值形成了另一方面。将进一步理解的是，每个范围的端点相对于另一个端点以及独立于另一个端点都是有效的。

如本文所使用的术语“基本(substantial)”，“基本上(substantially)”及其变型旨在注意所描述的特征等于或近似等于值或描述。此外，“基本上相似”旨在表示两个值相等或近似相等。在一些实施例中，“基本上类似的”可以表示彼此的大约10％内的值，诸如彼此的大约5％内、或彼此的大约2％内。

除非另有明确说明，否则不打算将本文所阐述的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤。相应地，在方法权利要求实际上不叙述其步骤遵循的顺序或者在权利要求书或描述中没有另外具体地说明步骤被限制为特定顺序的情况下，不打算推断任何特定的顺序。

尽管可以使用过渡短语“包括(comprising)”来公开特定实施例的各种特征、元件或步骤，但是应当理解，隐含那些包括可能使用过渡短语“由……组成(consisting)”或“基本上由……组成(consistingessentiallyof)”描述的替代实施例。因此，例如，包括a+b+c的装置的暗示的替代实施例包括其中装置由a+b+c组成的实施例以及其中装置基本上由a+b+c组成的实施例。

对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和变形。由于本领域技术人员可以想到包括本公开的精神和实质的所公开的实施例的修改组合、子组合和变型，本公开应当被解释为包括所附权利要求及其等同物的范围内的一切。