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Optimization of Encircling Eddy Current Sensors for Online Monitoring of Hot Rolled Round Steel Bars
(2014)
Modern manufacturing industries are continually working on quality enhancements for the hot rolling process of round products. One method for improving the finalisation of the rods is the implementation of an automatic size control system. As a result of these trends over the last few years, there has been an increasing demand for more accurate online measurements. Thus the reason for the research performed for this thesis. A particular challenge throughout this research was dealing with the temperature changes (up to 1200°C) from the in- and output of the fervent rolling stocks, and the effect this temperature changes had on the sensors. Furthermore, there is also high demand for developing fast and practical electronic measuring equipment, capable of measuring during high transport velocities (up to 120 m/s). The eddy current principle is just one of the very few methods available which can with-stand such harsh industrial environments. In fact, eddy current sensors are already being integrated into online monitoring tasks for hot rolling processes. The measurement uncertainty, however, is still considerably large for process control purposes. One reason for this lies within the ability for eddy current detectors to receive signals influenced by outward forces, i.e. forces dependent on its location, its geometry, the outside temperature and the material properties of a particular target. Thus the current accuracy for a cross-sectional area measurement, for example, is no higher than 1%. As a result, this thesis investigates the magnitude of all individual influential factors on the eddy current detectors, using model-based analysis techniques. The analytical model provides a solution for all rotationally symmetrical targets and the FEA model covers all of the other influencing parameters in a more time consuming manner. This thesis then provides different methods which are developed to separate the cross-sectional area measurement of a rod from all of the other influencing parameters. In addition, a material tracking approach for round products is developed. Two different kinds of prototypes, capable of measuring approximately 466 Tons of red-hot steel rods during the production process, are finally introduced in this thesis. The usefulness of the eddy current principle is validated by the provided field test results. The count accuracy for the identification of 2876 bars was found to be 99.93%, and the average measurement accuracy for the cross-sectional area experiments was reduced to ± 0.29 % when including all of the findings.
Die transurethrale Resektion der Prostata (TURP) ist ein Verfahren der Elektrochirurgie innerhalb der Urologie. Thema der Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik für realitätsnahe vergleichende Untersuchungen der elektrothermischen Vorgänge um Resektoskope zur bipolaren TURP. Die Relevanz dieses Themas liegt in der aktuellen Diskussion, ob elektrothermische Verletzungen eine mögliche Ursache urethraler Komplikationen darstellen. In diesem Kontext sind nicht die Vorgänge an der Resektionselektrode sondern in nicht behandelten Arealen des Operationsgebiets von Interesse. Bisher durchgeführte Untersuchungen konzentrieren sich auf monopolare Systeme. Untersuchte bipolare Elektrodenanordnungen unterscheiden sich allerdings von heutigen bipolaren Resektoskopen. Die vorhandenen Erkenntnisse sind deshalb nur äußerst eingeschränkt anwendbar. Informationen zu thermischen Vorgängen bezüglich Spätkomplikationen liegen nicht vor.
Der gewählte Ansatz aus messtechnischer Bestimmung der 3D Potentialverteilung ex situ sowie modellbasierter und numerischer Analyse der sich daraus ergebenden 3D Verlustleistungsdichteverteilung und der darauf beruhenden Temperaturberechnung im operationsnahen Gewebe ermöglicht ein auf die Realität übertragbares Ergebnis. Die berechnete Temperatur dient des Weiteren als Grundlage einer medizinischen Einschätzung hinsichtlich des Potentials elektrothermischer Verletzungen. Ergebnis der Arbeit ist, dass vergleichende Untersuchungen bipolarer Resektoskope mit der entwickelten Methodik durchführbar sind. Für die untersuchte bipolare Elektrodenanordnung erscheinen elektrothermische Verletzungen als Ursache urethraler Strikturen bei konservativer Betrachtung und unter durchschnittlichen Operationsbedingungen ohne intraoperative Komplikationen unwahrscheinlich.