JP2000337809A - 差動型渦流距離計 - Google Patents

差動型渦流距離計

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Hideki Matsuda
秀樹 松田
Shuji Naito
修治 内藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 差動型渦流距離計において測定子構造を複雑
化することなく、また測定電子回路に付加的温度補正部
を設けることなく温度ドリフトの低減を図る。 【解決手段】 二次コイルの直流電気抵抗値の温度変化
を近似的に零とするため、電気抵抗の温度変化係数が実
質的に零であり、かつ、数百度までの耐熱性のある、実
質的組成が銅−(43±2)%ニッケルの合金線(コン
スタンタン線)、または、実質的組成がパラジウム−
(40±2)%銀の合金線で二次コイルを製作する。ま
た、支持筐体やアームによる渦電流磁界の上側二次コイ
ルへの影響を小さくするため、支持筐体やアームを電
気的絶縁体で作る、支持筐体やアームの材質を電気抵
抗値の温度変化の小さなものにする、支持筐体をでき
るだけ小さくし、かつ上側二次コイルから離す、の方策
のうち、一つもしくは一つ以上を採用する。さらに、上
記合金線による製作と、上記方策を併用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定体に生じる
渦電流を利用して、被測定体までの距離を測定する差動
型渦流距離計、特に、溶融金属の連続鋳造時に、鋳造モ
ールド内における溶融金属の湯面レベルを計測する差動
型渦流距離計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、被測定体における変位をインダク
タンスの変化にして計測する方法の一つに、差動トラン
スを用いる方法がある。この方法の測定原理を応用した
のが差動型渦流距離計である。図1に、差動型渦流距離
計の基本構成を示す。被測定体までの距離を測定する測
定子4には、一次コイル1と、該一次コイル1を中心
に、上下に一対の二次コイル2,3が同軸に設けられて
いる。一次コイル1に励磁回路6で定振幅交流電流を流
し交流磁界を発生させると、導電性の被測定体5に渦電
流が生じて磁界が発生する。上記二つの磁界によって上
下の二次コイル2,3のそれぞれに生じる誘導電圧の差
d を差動増幅器7で検出する。被測定体と測定子4の
距離が変化すると、二次コイル2,3のそれぞれを鎖交
する磁界の大きさが変化して、誘導差電圧Vd の振幅が
変化する。この誘導差電圧Vd をバンドパス・フィルタ
ー8でノイズ低減した後、検波器9で検波して距離信号
電圧Vout を得る。通常は、距離信号電圧Vout をアナ
ログ電子回路またはデジタル回路により線形化して、距
離測定値を得る。なお、他に、特公昭62−30562
号公報で開示されているような、閉ループ構成の差動帰
還型渦流距離計が知られている。
【0003】測定子4は、図2に示すように、絶縁性の
ボビン10に、一次コイル1と二次コイル2,3を巻
き、検出コイルとして構成されたものであるが、被測定
体5との距離変化を測定するため、被測定体5の反対側
にある支持筐体11に固定されている。連続鋳造モール
ド内の溶鋼湯面レベル計として用いる場合は、支持筐体
11を非磁性金属製のアーム12に取り付ける。なお、
測定子(検出コイル)は絶縁体製のケースに収納する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】差動型渦流距離計を、
溶鋼湯面レベル計として使用するときなどのように、高
温にさらされる環境下で使用する場合には、測定子内に
冷却ガスを流すが、それでも、測定子(検出コイル)の
温度が、常温以上に、顕著に上昇することがある。ま
た、上記のような著しい高温環境下で使用しないときで
も、測定子(検出コイル)の温度変化が測定値に影響す
るという温度ドリフトが問題となることがある。
【0005】温度ドリフト対策として、差動帰還型渦流
距離計に対するものとして、二次コイルに直流電圧を印
加して温度ドリフトを補正する方法(特公平3−246
02号公報)や、一次コイルのインピーダンスを小さく
する方法(特公平4−58882号公報)が提示されて
いるが、これらの方法は、帰還型に対してのみ有効であ
り、非帰還型に対しては適用できない。また、上記の方
法には、もともと複雑な電子回路構成の帰還型渦流距離
計に補正回路を追加して、測定電子回路を、さらに煩雑
化するという問題がある。
【0006】それ故、本発明は、帰還型、非帰還型を問
わず、測定子全体の温度が上昇したときにおいて、検出
コイル部での温度ドリフト対策だけではなく、測定子の
構造を複雑化することなく、また、測定電子回路に付加
的温度補正部を設けることなく、温度ドリフトの低減を
図ることを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】図1を用いて、温度ドリ
フトの主要な原因の一つを説明する。一次コイル1で発
生した交流磁界によって、被測定体5の他に、周辺の導
電体にも渦電流が生じる。励磁電流やこれらの渦電流に
より発生した、二次コイル2,3に鎖交する磁界の総和
で、誘導電圧V1 (V2 )が発生する。上側二次コイル
2および下側二次コイル3の直流電気抵抗値を、それぞ
れR1 およびR2 とし、差動増幅器7の入力抵抗値をR
とすると、上側二次コイル2においては、V1 ・R1
(R1 +R)の電圧降下が生じる。そのため、差動増幅
器7への入力電圧が、V1 よりもこの電圧降下分小さく
なる。下側二次コイル3においても同様に、V2 ・R2
/(R2 +R)の電圧降下が生じる。二次コイル2,3
の直流抵抗値の温度変化係数が大きいと、差動増幅器7
への入力電圧が、温度変化で大きく変化し、その影響で
距離信号電圧Vout の温度ドリフトが大きくなる。
【0008】そこで、本発明においては、測定子におい
て、二次コイルの直流電気抵抗値の温度変化を実質的に
零とするため、電気抵抗の温度変化係数が実質的に零の
金属(巻き線)でコイルを製作する。さらに、コイル
に、数百度までの耐熱性を持たせるため、二次コイル
を、実質的組成が銅−(43±2)%ニッケルの合金
線、いわゆる、コンスタンタン線、または、実質的組成
がパラジウム−(40±2)%銀の合金線で製作する。
【0009】また、特に、上側二次コイル2では、支持
筐体11やアーム12による磁界の変化の影響が大き
い。すなわち、導電性の支持筐体11やアーム12の温
度が変化すると電気抵抗が変化し、これら導電体に生じ
る渦電流が変化して、上側二次コイル2に鎖交する磁界
が変化する。差動型渦流距離計では、上下の二次コイル
に誘導される電圧の差を信号電圧とするのであるから、
上記磁界の変化の結果、当然に、温度ドリフトが現れ
る。
【0010】そこで、さらに、本発明においては、材質
・構造の観点から支持筐体やアームによる渦電流磁界の
上側二次コイルへの影響を小さくする方策として、支
持筐体やアームを電気的絶縁体で作る、支持筐体やア
ームの材質を電気抵抗値の温度変化の小さなものにす
る、支持筐体をできるだけ小さくし、かつ、上側二次
コイルから離す、という三つの方策のうちいずれか一つ
を、もしくは、併用して採用する。なお、アームは、支
持筐体よりも上側二次コイルから離れているため、その
影響は相対的に小さく、さらに、機械的強度の観点から
非磁性金属で製作する場合が多いので、周辺の導電体に
よる影響を小さくする方策を考える場合、支持筐体のみ
を考慮の対象とするだけで十分な場合が多い。
【0011】そして、本発明においては、より一層、温
度ドリフトの低減を図るため、二次コイルを、実質的組
成が銅−(43±2)%ニッケルの合金線(コンスタン
タン線)、または、実質的組成がパラジウム−(40±
2)%銀の合金線で製作するとともに、上記材質・構造
に係る方策を併用する。
【0012】
【発明の実施の形態】熱膨張の小さなアルミナ等のセラ
ミックスをボビンとし、これに、電気抵抗値の温度変化
係数が常温付近から数百度までの間20 ppm/deg 程度
以下であるところの、実質的組成が銅−(43±2)%
ニッケルの合金線(コンスタンタン線)または、実質的
組成がパラジウム−(40±2)%銀の合金線を巻い
て、二次コイルを製作する。
【0013】なお、一次コイルの材質は、これらの合金
でも良いが、熱膨張が小さく耐熱性に優れている他の金
属でも良い。上記の方策では、窒化ケイ素を主成分と
する絶縁性セラミックスや、機械加工が容易な、いわゆ
るマシナブルセラミックスなどの電気的絶縁体で支持筐
体を製作する。この場合、当然に支持筐体による磁界の
変化の影響は無い。上記の方策では、支持筐体を、銅
とニッケルを主成分とする合金であるコンスタンタンな
どの恒電気抵抗合金で製作する。例えば、コンスタンタ
ンの電気抵抗の温度変化係数は、常温近くで±20 ppm
/deg 以下であるので、渦電流の温度変化を小さくして
温度ドリフトを小さくすることができる。上記の方策
では、支持筐体の材質として、特に、非磁性ステンレス
などの非磁性金属を使用するときに、支持筐体と上側二
次コイルの距離を、コイル内径の2.5倍以上にして、
支持筐体による渦電流磁界が、上側二次コイルにほとん
ど到達しないようにする。
【0014】なお、上記もしくはの方策に、上記
の方策を併用してもよいことは明らかである。
【0015】
【実施例】実施例1(合金線) 外径20mmの中空アルミナ製ボビンに、外径0.3mmの
コンスタンタン線で20ターンのコイルを3つ巻き、そ
れぞれ一次コイル、二次コイルとした。一次コイルと二
次コイルの間隔は5mmとした。ボビンを非磁性のステン
レス製の支持部に固定し、測定子(検出コイル)を窒化
ケイ素製ケースで覆った。ボビンとステンレス製支持部
の間隔は70mmとした。高温での使用に際しては、測定
子内部に冷却用ガスを流した。
【0016】一辺170mmの非磁性のステンレス板を被
測定体として、二次コイル下端から20〜100mmの間
で移動させて、距離を測定した。測定子の温度を室温か
ら100度まで変化させて、距離測定値の温度ドリフト
を測定した。ステンレス板位置が100mmのときのドリ
フトが最大であったが、それでも2mm以下であった。 実施例2(方策) 外径22mmの中空アルミナ製ボビンに30ターンのコイ
ルを3つ巻き、それぞれを一次コイル、二次コイルとし
た差動型の検出コイルを製作して、窒化ケイ素系セラミ
ックス製支持筐体に固定し、さらに検出コイル部を窒化
ケイ素系セラミックス製ケースでカバーした。各コイル
の間隔は5mmとした。検出コイル部を含む測定子内部を
常温の空気で冷却しながら、測定子の支持筐体を100
度に加熱して温度ドリフトを測定した。
【0017】一辺170mmの非磁性のステンレス板を被
測定体として、二次コイル下端から20〜100mmの間
で移動させて距離を測定した。有意な大きさの温度ドリ
フトはみられなかった。 実施例3(方策) 支持筐体に恒電気抵抗合金であるコンスタンタンを用い
た。外径20mmの中空アルミナ製ボビンに差動型コイル
を巻いた検出コイルを支持筐体に固定し、実施例2と同
じく、窒化ケイ素製ケースでカバーした。検出コイルの
構造は、実施例2と同様とした。支持筐体の下端と上側
二次コイルの間隔は20mmとした。内部を常温空気で冷
却しながら、測定子の支持筐体を100度に加熱して温
度ドリフトを測定した。
【0018】非磁性のステンレス板を用いて、実施例2
と同様の距離を測定した。温度ドリフトの大きさは、被
測定体の位置により異なるが、ステンレス板の位置が1
00mmのときのドリフトが最大で6mm以下、平均では2
mm以下であった。 実施例4(方策) 支持筐体に、電気抵抗の温度変化が無視できない程度に
大きいが、耐酸化性に優れている非磁性ステンレス30
6を用いた。外径22mmの中空アルミナ製ボビンに差動
型検出コイルを巻き支持筐体に固定した。検出コイルの
構造は、実施例2と同じとした。支持筐体下端と上側二
次コイルの間隔は、コイル内径22mmの2.5倍以上で
ある65mmとした。実施例2,3と同様の部品で測定子
を組み立てて、温度ドリフトを同様に測定した。
【0019】100度に加熱したときの温度ドリフト
は、ステンレス板の位置が100mmのとき最大値5mm以
下で、平均では2mm以下であった。
【0020】
【発明の効果】本発明の差動型渦流距離計は、温度ドリ
フトが1mmオーダーで、多くの場合の距離測定では問題
ない精度で測定することができる。したがって、本発明
は、簡単な構造の測定子により、高温環境下で高精度の
距離測定を行うことができる差動型渦流距離計を提供す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】差動型渦流距離計の基本構成を示す図である。
【図2】差動型渦流距離計における測定子のコイルと支
持部の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
1…一次コイル 2…上側二次コイル 3…下側二次コイル 4…測定子 5…被測定体 6…励磁回路 7…差動増幅器 8…バンドパス・フィルター 9…検波器 10…ボビン 11…支持筐体 12…アーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA02 AA14 AA50 BB02 BB03 CB01 CC09 DA01 DD04 GA08 GA29 GA30 GA33 GA79 GA80 LA11 LA23 PA01 4E004 MB01 MB15 MB17 PA04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次コイルと、該一次コイルの上下に、
    同軸に設けた一対の二次コイルからなる測定子を備え、
    一次コイルにより生じる交流磁界と該交流磁界により被
    測定体に流れる渦電流により生じる磁界の総和の変化
    を、該一対の二次コイルのそれぞれに生じる誘導電圧の
    差として検出することにより、該測定子と該被測定体と
    の距離を測定する差動型渦流距離計において、該一対の
    二次コイルの巻き線が、実質的組成:銅−(43±2)
    %ニッケルの合金線(コンスタンタン線)、または、実
    質的組成:パラジウム−(40±2)%銀の合金線であ
    ることを特徴とする差動型渦流距離計。
  2. 【請求項2】 一次コイルと、該一次コイルの上下に、
    同軸に設けた一対の二次コイルからなる測定子を備え、
    一次コイルにより生じる交流磁界と該交流磁界により被
    測定体に流れる渦電流により生じる磁界の総和の変化
    を、該一対の二次コイルのそれぞれに生じる誘導電圧の
    差として検出することにより、該測定子と該被測定体と
    の距離を測定する差動型渦流距離計において、該測定子
    を支持する筐体が、電気的絶縁体であることを特徴とす
    る差動型渦流距離計。
  3. 【請求項3】 一次コイルと、該一次コイルの上下に、
    同軸に設けた一対の二次コイルからなる測定子を備え、
    一次コイルにより生じる交流磁界と該交流磁界により被
    測定体に流れる渦電流により生じる磁界の総和の変化
    を、該一対の二次コイルのそれぞれに生じる誘導電圧の
    差として検出することにより、該測定子と該被測定体と
    の距離を測定する差動型渦流距離計において、該測定子
    を支持する筐体が、コンスタンタンであることを特徴と
    する差動型渦流距離計。
  4. 【請求項4】 一次コイルと、該一次コイルの上下に、
    同軸に設けた一対の二次コイルからなる測定子を備え、
    一次コイルにより生じる交流磁界と該交流磁界により被
    測定体に流れる渦電流により生じる磁界の総和の変化
    を、該一対の二次コイルのそれぞれに生じる誘導電圧の
    差として検出することにより、該測定子と該被測定体と
    の距離を測定する差動型渦流距離計において、該測定子
    を支持する筐体と該二次コイルの間隔が、該二次コイル
    の内径の2.5倍以上であることを特徴とする差動型渦
    流距離計。
  5. 【請求項5】 一対の二次コイルの巻き線が、実質的組
    成:銅−(43±2)%ニッケルの合金線(コンスタン
    タン線)、または、実質的組成:パラジウム−(40±
    2)%銀の合金線である請求項2,3または4記載の差
    動型渦流距離計。
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