主题：一个很有趣的工程问题，大家想想办法啊:) -- 棒棒糖
家园 一个很有趣的工程问题，大家想想办法啊:) 不知道发在这里合适不，不过偶实在是没辙了，希望大家能出些点子啦
最近在设计一个设备，用来生产空心的铁管材。原理图如下：
外链图片需谨慎，可能会被源头改图中的容器用于存放铁水，右边的管子用于添加铁水，左边的管子与一个结晶器相连，铁水在这里凝结成为铁管。铁管被不断向上牵拉，形成很长的管子。
容器通过两个管子与电磁阀相连，通过电磁阀控制向容器内输送或释放压缩空气，通过压缩空气挤压铁水使之在结晶器中保持液位不变。由于铁水不断被消耗，容器内的气压也需要不断增加以保持液位不变。
为了能够自动控制液位高度，就必须能够测量液位的实际高度。现在的问题是：
1。结晶器和铁管是封闭的，不可能直接测量其中的铁水液位高度；
2。铁水温度在1400度左右，因此容器内无法安装任何传感器。
我目前能想到的方案有两个：
1。通过超声波测量铁水加注口处的液位高度。但是由于机械上的一些问题，对方不太赞同。
2。在容器基座上安装电子称测量铁水重量，同时在压缩空气入口处安装压力传感器测量气压，计算出液位高度。但是这样得到的结果可能会很不精确。
大家帮忙想想，还有没有什么其他可行的方法没有呢？
家园 纯粹是外行，问个问题 为什么要测量液位的实际高度呢？
难道不能推算出来吗？两个变量，一个是注入的钢水量，另一个是气压，这两个变量都不难获得吧?
家园 抱歉，看题不仔细 补充以下，我还是认为计算应该准确的，因为这两个变量应该可以精确获得，这种装置的密封性应该不错吧？
家园 外加一个保温炉是不是可以 看来是一个和大规模生产有关的试验。在高温下，常规的液面观测手段效果都不会太好。非常规手段的价格对于大规模的生产又会太高。感觉上，所有可以观测的变量中可能出管的重量是最容易监测的，也是最容易测准的。所以好像还是从控制进铁量着手好一些。虽然楼主说为了防止铁水凝固，所有的铁水都要一次性的倒入结晶器。外加一个不用控制液面的保温炉应该不是太困难的事，而且操作成本也不会增加太多。这样，铁水先一次性的进入附加保温炉，然后用这个附加的保温炉根据出管的速度来控制结晶器的进铁量。
家园 要么干脆抽真空 保持进出口处的铁水都不凝固，让外部大气压给你自动调节吧。
另外，附带一个半导体工业中常用的长晶体的示意图，虽然铁和硅不太一样。
家园 我看还是改结晶器， 见图：
里面加上个内模，耐热程度与伸进铁水的那两根管子一样就行了。
深蓝色部分的水平剖面图，只要有适当的孔隙能流过铁水。压缩空气的压力只要能维持结晶器里铁水饱满就行了，这样就不需要测量液面高度。而且内模可保证铁管的厚度和内面质量。
你这种方法的好处是能拉出任意长度的铸铁管，其他的不如另一种方法：离心铸造法。
我在电视上见过，只用外模，倒入适量铁水，外模高速旋转，离心力使铁水均匀附着在外模内壁，等铁水冷却后脱模。
这种方法厚度由倒入铁水量控制，管壁厚度均匀，而且因为高速离心管壁不易有气泡。
这种方法除了模具决定了铁管长度外，其他方面应该都比你的方法好。
家园 离心的方法很有意思啊 我们以前也想过让铁水高速旋转
不过铁棒要一直往上拉
感觉机械上很难实现
家园 说说你想要什么样的精度和有什么样的预算 要是要求不是太高的话，可能简单的控制住进铁量就可以了。只要进铁量和出管材用的铁不要差的太多，保持结晶器中铁水液面在一定的范围内变化应该不是太大的问题。
家园 有没有考虑过X射线 如果防火砖重金属含量太高，可以考虑伽玛射线。可以电子成像，几乎可以实时监控。
这个想法有点急转弯，可行性要仔细论证，因为涉及到辐射安全问题，可能比较复杂。
家园 没时间看楼下的贴，说说自己的看法 在出气口垂下一根白金丝和下部和一陶瓷片结合，陶瓷片是浮在铁水之上的，其浮上浮下决定了白金丝在出气口的长度，余下的你自己想。
家园 【原创】其实很简单嘛， 空心铁管的顶部是可以安装装置的。
用一根熔点比铁高的金属做成细丝，垂下接触液面。只要测量铁管和金属丝之间的电阻变化就可以了，当然要注意铁管自己也在加长，想办法把测量位置固定下来就可以了。
另外就是这种金属丝可能是个问题，太贵？会和铁水起反应？
还有一种办法是在顶部安装激光测量装置，但是铁水的高温也许会影响信号接收。
不成熟的想法供参考。
家园 能不能考虑在空气出入口处装传感器？ 比如超声波，激光测距。
或者干脆就在容器顶部另外开个孔测量液面相对于容器顶部的距离？
家园 光纤传感器... 九十年代发展起来的蓝宝石单晶光纤，是一种非常先进的高温传感器。可以直接测量钢水内部温度，响应速度比热电偶快几个数量级。如果应用所谓光学雷达时域反射方法采集处理数据，还可以测量一条线的连续温度场的分布。但是由于空间分辨率到不了厘米级，单用一条光纤在楼主的这个场合测场分布不行。可以考虑沿铁水入口管壁或炉内壁某处，从上到下布置一排这样的传感器，空间精度就可达到毫米级。但是...这样做，价格可能很贵......所以只是给楼主提供一条思路而已。
蓝宝石光纤高温传感器的测温范围在500-2000度，温度精度为几度（记不清了，可能是两度到十度之间）。响应速度好像是毫秒级。
按楼主的要求，这个液面测量还是很不容易做到的。用激光或射频反射式测量，精度达不到。热电偶反应速度不够快,而且不能在中频加热环境下使用。看来只有超声波反射式或放射线透射式测量比较容易做到，可是又被楼主否决了......
家园 你想用的是上引法啊 没有必要准确，本身结晶器就要下到镕液里，再说溶液表面要有覆盖剂的。。。
家园 外壁放一排热电偶怎么样 等间距放置,计算机监控每个热电偶的温度,铁水和压缩空气的界面应该有个温度跃变...