专利名称：在铝熔质中用于传感器的防护罩的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量装置，其具有防护罩以及设置在该防护罩中的传感器。
背景技术：
原则上，例如在JP 57-101730或US 4，124，465中都公开了这类测量装置。这种 测量装置用于在铝熔质或冰晶石溶液中对温度进行测量。基本上，在测量这类或其他具有 侵蚀性的高温熔炼时都存在这样的问题，即传感器本身会触及到具有侵蚀性的熔炼环境并 且对其要进行足够的保护。特别是，在用于长时间测量的测量装置中，这种保护措施尤为重 要。在这种测量装置上，一方面要确保传感器本身与被测量的熔炼环境保持足够的接触，但 是另一方面也要对其采取足够的保护。对于温度传感器而言，例如热敏元件则意味着，在必 须保证传感器和熔炼环境良好热接触的前提下，同时要防止化学腐蚀、电化学腐蚀和机械 性损伤，该机械性损伤会在测量装置浸入熔炼环境中时由热冲击带来。特定用于铝熔质或 冰晶石溶液的传感器必须要防止电化学腐蚀，这种腐蚀通常会由电解液中的电场引起。此 外，冰晶石也是一种具有侵蚀性的材料。铝熔质具有强烈的还原效果，从而测量装置必须要 防止还原。同时还要抗氧化，因为例如通常现场出现的二氧化碳会促使测量装置被氧化。这种保护措施必须同时能够实现足够的测量准确度。例如在EP973 955 Bl中 说明了，在通过电解来制造铝制品时，所使用的电极或电解槽其本身经常通过硼化钛进 行保护。在US 6，402，^6B1或IS 4，560，448中公开了其他用于保护电解槽的材料。 W02007/110148A1也描述了用于热敏元件保护管的抗腐蚀保护层，该热敏元件保护管应用 于冰晶石溶液中。在这里描述了一种多相的材料，其主要组分可以是硼化钛。在实践中证实，为了能够在较长的时间周期中进行测量，由已知材料制成的涂层 不足以保护传感器(尤其是温度传感器)，以使得测量装置在一次温度测量之外还能够有 效的使用。
发明内容
本发明的目的在于，改进已知的测量装置，尤其是这种用于盐溶液_，冰晶石溶 液-或铝熔质的测量装置，从而能够进行长时间的使用。根据本发明，该目的通过具有独立权利要求所述特征的测量装置来实现。优选的 设计方案在从属权利要求中说明。对于所述的这种测量装置，其具有防护罩以及设置在该 防护罩中的传感器，当防护罩设计为多层时，被证实其在连续的可用性上具有显著的优点， 其中该防护罩具有一个由金属制成的一端封闭的支撑管，在该支撑管中设有传感器并且在 其外表面上设有一涂层，该涂层由不会被铝浸湿的材料制成，其中在该涂层上涂敷有另一 种材料制成的涂层，该材料会被铝浸湿。通过这种多层的涂层结构(该涂层结构有可能由 其他涂层填补)，明显地提高了防护罩的使用寿命，其使用寿命达到M小时以上。液体状的铝尤其具有很强的侵蚀性。其不会穿透不可浸湿的涂层，从而带有设置 在其中的传感器的支撑管得到保护。可浸湿的涂层所起到的作用是，当测量装置用于在铝熔质中进行测量时，防护罩在穿过铺设在铝熔质上的冰晶石层时被覆盖上一层薄薄的铝 层，从而冰晶石不会附着到测量装置上。因此，防护罩从外到内得到密封，从而防止了由机 械压力带来的氧化和龟裂以及化学腐蚀和电化学腐蚀。由此，带有其中设有传感器(尤其 是温度传感器，例如可以是热敏元件)的支撑管通过液态铝时防止了几乎所有有害的影 响，此外还防止了铝本身的还原。在支撑管上不会被铝浸湿的涂层用于防止铝侵蚀。而可 浸湿的层则事实上吸满了液态铝，这些铝保留在该层上并且不会穿透到下一层的层上，从 而铝也不会与支撑管进行接触。同时，通过设置在不可浸湿的层上的层的可浸湿性(尽可 能完美)所起到的作用在于，铝层实际上被持续地更新。两种涂层可以通过喷洒处理，例如 等离子喷涂进行涂敷。在不可浸湿的层的下方可以设置粘合剂层。粘合剂层可以是各种通 常适用的材料，例如。这种层可以额外的确保支撑管防止大气下的氧化。优选地，支撑管由钛或马氏体或铁素体不锈钢制成。不会被铝浸湿的材料基本上 由一种或多种氧化物，优选氧化铝或氧化镁或其两者组成的混合物构成。不会被铝浸湿的 材料优选不是离子导电体，也就是说是一种绝缘体或电子导体，从而支撑管也防止了被铝 浸湿的涂层导电及电化学效应。优选地，会被铝浸湿的材料基本上由至少一种过渡金属硼化物构成，其中可以是 TiB2^ZrB2,HfB2中的一种或多种硼化物。当被铝浸湿的材料在其外表面上通过一种金属涂 镀时，将是十分有利的，其中这种金属优选可以是铝。由此，在浸入测量装置时，对于在铝熔 质中进行测量所需的外铝层已经存在并且不必首先自己在熔质中形成。该层在浸入到铝熔 质池中时被液化或已经在穿过冰晶石层时填满在以铝浸湿的层中有可能存在的细微裂痕 或孔隙，并且从而形成前文所述的防护层。铝层可以借助于喷洒处理进行涂镀。各个涂层 的厚度分别优选为大约50到1000 μ m。铝层实际上不断地在可浸湿的层上更新，因为这种可浸湿的层，当其由硼化物构 成时，其本身是一个电导体并促成铝熔质、电化学电解池中负极的电接触。由此可浸湿的层 本身成为负极，从而在其之上电化学地不断离析出铝。当硼化涂层与在电解装置中存在的 负极连接时，这样的过程会得到强化。有利的是，防护罩，优选支撑管的内侧与冷却气体源 连接。冷却气体源可以是一个贮气瓶。尤其是，空气或惰性气体都可以作为冷却气体使用。 通过气体冷却而使得防护管周围在环境气体和冰晶石溶液之间的界面上构成/形成在防 护管上的熔炼边缘，这将避免在这个位置上的腐蚀。一种根据本发明的熔炼装置，尤其是用于制造铝，该装置具有熔化器，该熔化器具 有至少一个导电轨和根据权利要求1至13中任一项所述的测量装置，其特征在于，测量装 置的会被铝浸湿的材料通过连接电缆与至少一个导电轨导电连接。这种导电连接促使在会 被铝浸湿的材料上以电化学的方式形成铝。
在下文中将根据附图来描述本发明的实施例。其中，图1示意性示出了用于生产铝的熔化器，图2以截面图示出了传感器防护罩，以及图3示出了另一个熔化器。
具体实施例方式在熔化器1中，在液态的铝2上设有冰晶石层3，在该冰晶石层中插入有正极4。 导电轨5设置在熔化器1的底部中。熔化器1通过导电轨5和铝2形成负极。测量装置由 设置在防护罩6中的热敏元件构成，该热敏元件通过电缆7与测量仪器8连接。热敏元件 的防护罩6穿过冰晶石层3浸入到铝层2中，从而该防护罩必须承受两种材料状态的影响。 熔质以最佳的方式稳定在950°C到970°C之间，但是也可以降低到930°C或升高到1000°C。 根据图3的实施例，可浸湿的层12通过连接电缆14与导电轨5连接。防护罩6的内侧通 过气体导管15与冷却气体贮气瓶16连接。用于传感器的防护罩(在图2中示出)具有一个内部的金属管9，其由钛或马氏体 或铁素体不锈钢制成。金属管9具有大约14mm的直径以及大约3mm的壁厚。设置在一段 封闭的金属管9的外表面上的粘合剂层10具有大约80 μ m的厚度，该层由NiCrAlY制成。 在粘合剂层10上设置有不可浸湿的层11。该层优选由氧化铝构成并且具有大约150μπι的 厚度。其上设置的可浸湿层12由TW2构成并具有大约250 μ m的厚度。在该可浸湿层上 设置有铝层13，其厚度大约500 μ m。
权利要求
1.一种测量装置，其具有防护罩以及设置在所述防护罩中的传感器，其特征在于，所述 防护罩具有由金属制成的一端封闭的支撑管，在所述支撑管的外表面上设有涂层，其由不 会被铝浸湿的材料制成，并且在所述涂层上涂敷有另一种会被铝浸湿的材料制成的涂层。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述传感器是温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述支撑管由钛或马氏体或铁素 体不锈钢制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，不会被铝浸湿的材料基 本上由一种或多种氧化物构成。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述不会被铝浸湿的材料基本上由 氧化铝或氧化镁或两者组成的混合物构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置，其特征在于，不会被铝浸湿的材料是 一种绝缘体或电子导体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量装置，其特征在于，会被铝浸湿的材料基本 上由至少一种过渡金属硼化物构成。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，会被铝浸湿的材料基本上由TiB2、 ZrB2^HfB2中的一种硼化物或其混合物构成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的测量装置，其特征在于，会被铝浸湿的材料涂镀 有一种金属。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，会被铝浸湿的材料通过铝涂镀。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的测量装置，其特征在于，各个涂层的厚度为 50 到 1000 μ m。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述温度传感器是热 敏元件。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述防护罩，优选所 述支撑管的内侧与冷却气体源连接。
14.一种熔炼装置，尤其是用于制造铝，所述熔炼装置具有熔化器，所述熔化器具有至 少一个导电轨和根据权利要求1至13中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量装 置的会被铝浸湿的材料通过连接电缆与至少一个导电轨导电连接。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的测量装置应用于在冰晶石溶液和/或铝熔质 中测量。
全文摘要
本发明涉及一种测量装置，其具有防护罩以及设置在防护罩中的传感器，其中该防护罩具有由金属制成的一端封闭的支撑管，在该支撑管的外表面上设有涂层，该涂层由不会被铝浸湿的材料制成，并且在该涂层上涂敷有另一种会被铝浸湿的材料制成的涂层。
文档编号G01K1/10GK102057262SQ200980122032
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月28日 优先权日2008年6月10日
发明者保罗·韦斯特肯, 约瑟夫·特奥多尔·埃吉特恩 申请人:贺利氏电子耐特国际股份公司