JPH0392703A - 渦電流距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定物に生しる渦電流を利用して被測定物ま
での距離を測定する渦電流距離測定装置に係わり、特に
連続鋳造の操業時にモールド内の場面レベルを計測する
渦電流距離測定装置に関する。

〔従来の技術〕

綱の連続鋳造機用モールド内のｔｓｍ場面レベルを測定
するための場面計として、渦電流を利用した渦電流距離
測定装置が用いられている。この原理を第４図により説
明する。この場面計はプローブ１，交流電圧増幅器２，
正帰還増幅器３および交流電源４から構或される。プロ
ーブ１は、中空ボビン５と、この中空ボビン５に巻回さ
れた１次コイル６と、この１次コイル６をはさんで前記
中空ボビン５に巻回された２次コイル７ａ，７ｂよりな
り、２次コイル７ａ，７ｂは互いに差動的に接続されて
いる。

次に作動について説明する。

正帰還増幅器３の出力電圧が１次コイル６に印加される
と、１次コイル６によって交流磁界が発生ずる。１次コ
イル６の交流磁界の磁力線は、１次コイル６と同軸に設
けられた１対の２次コイル７ａ，７ｂと鎮交して、１対
の２次コイル７ａ，７ｂに、それぞれ交流電圧を誘導さ
せる。１次コイル６の磁力線は、１対の２次コイル７ａ
，７ｂと鎖交すると同時にモールド内の溶ｍ８内を通過
して、熔＃Ａ８内に渦電流を発生させる。この渦電流の
発生によって、１次コイル６の交流磁界の方向と逆方向
の別の交流磁界が発生する。この結果、２次コイル７ａ
，７ｂと鎖交ずる１次コイル６の磁力線の一部が打ち消
され、磁力線の数が減少する。この磁力線の減少割合は
、上方の２次コイル７ａと下方の２次コイル７ｂとでは
異なる。これは、１対の２次コイル７ａ，７ｂの各々と
溶鋼８との間の距離が同一でないからである。従って、
１対の２次コイル７ａ，７ｂにそれぞれ誘導される電圧
の間に差が生しる。１対の２次コイル７ａ７ｂは互いに
差動的に接続されているので、１対の２次コイル７ａ，
７ｂｌ？ｊの誘導電圧の差の埴は、交流電圧増幅器２を
介して正帰還増幅器３に正帰還される。

交流電圧増幅器２によって増幅された誘導電圧の差の値
は、プローブＪと、溶鋼８との間の距離に対応して変化
し、そして、正帰還増幅器３の出力電圧は増幅された誘
導電圧の値に対応して変化する。

従って、正帰還増幅器３の出力電圧を検出することによ
って、プロープ１の先端と溶鋼８の上面との間の距離を
、測定することができる。

以」二のように構成された測定装置を小型化して連続鋳
造設備の場面計などに適用する場合、コイル径を小さく
すると２次コイル７ａ，７ｂ０）誘起電圧が減少し、Ｓ
／Ｎ比が悪化する。また、溶鋼からの熱によるプローブ
１の温度変化により１次コイル６と２次コイル７ａ，７
ｂの寸法形状が微妙に変化し、２次コイル７ａ，７ｂに
誘起される電圧も変化して温度ドリフトの要因となって
いる。

この解決法として特開昭６２−９０５０２号公報には、
１次コイルに印加する交流電流を大きくしたり、１次コ
イル６と２次コイル７ａ，７ｂのコイル間隔一　Ｊ を検出感度最大の位置に設定して、信号レベルを大きく
してＳ／Ｎ比の改善を図る技術が開示される。また、温
度ドリフトを減少するため、温度補償回路を交流電圧増
幅器２側に設け、その温度補償係数を各ブローブ１ごと
に異なった係数を用いて補正していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように従来の渦電流距離測定装置はプローブ１の
周辺の温度の影響を受け、温度ドリフトが発生し、これ
を減少するためコイル寸法を変えたり、増幅器側（交流
電圧増幅器２および正帰還増幅器３）に温度補償回路を
設けたりして測定出力の安定を計っていた。具体的には
２次コイル７ａ，７ｂに微小な直流電流を流し、コイル
の直流抵抗の温度変化による直流電圧の変化を温度補償
信号として用いる方法である。

しかし、この方法では個々のブローブ１に対応した温度
補償係数を有する温度補償回路が必要となり、各プｌコ
ーブ１に対し互換性のある温度補償同路６・ｆｒずど、
増輔２′Ａどなりえなかった。また、高４ 感度の直流増幅器を用いるため、温度補償回路から低周
波ノイズが増幅器側に侵入し測定出力が不安定となる要
因の１つとなっていた。

本発明の目的は、上記の問題点を解決するためプローブ
自体に温度補償機能をもたせることにより互換性のある
プロープ、増幅器を有する渦電流距離測定装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達或するため、１次コイル，２次コイルに生
じる温度の影響を打ち消すように熱膨張体を１次コイル
と２次コイル間に設ければよく、本発明の渦電流距離測
定装置は、被測定体にほぼ垂直に配設したボビンに１次
コイルを巻回し、この１次コイルを挟んで１対の２次コ
イルを巻回し、前記１次コイルに帰還増幅器から交流電
流を印加して上記１対の２次コイルに誘起される誘起起
電圧の差分電圧を前記帰還増幅器に帰還し、この帰還増
幅器の出力電圧から被測定物までの距離を計測する渦電
流距離測定装置において、前記１次コイルと前記２次コ
イルの少なくも一方との間に、前記２次コイルと前記１
次コイルのボビン軸方向の距離が所定の温度変化に対応
して所定量伸縮する熱膨張体を設けたことを特徴とする
ものである。

また、前記熱膨張体がエポキシ系接着剤により構ｌ戊さ
れるようにするとよい。

〔作　用〕

第４図を用いて説明する。

１次コイル６に交流電流を供給すると、交流磁界が発生
し、２次コイル７ａ，７ｂに電圧が誘起する。この誘起
電圧は１次コイル６と２次コイル７ａ，７ｂ間の相互イ
ンピーダンスＭ７ａ，Ｍ７ｂの変化によって変わる。２
次コイル７ａ，７ｂを差動的に結合するとその差分電圧
ｅは次のように表される。

ｃｏ ｅ　＝　　　　　（Ｍ．ｂ−Ｍ７．）　−−−−−−−
−−　（１）ＺＰ この（１）式における正帰還増幅器３の出力電圧ｅ０は
次のように表される。

ｅｌ　：　正帰還増幅器３の入力電圧 Ｎ　：　反転増幅度 Ａ２　：　交流電圧増幅器２の増幅度 Ｍ７お＝　１次コイル６と２次コイル７ａとの相互イン
ピーダンス Ｍ７６：　　　１次コイル６と２次コイル７ｂとの相互
インピーダンス Ｒｌ，Ｒ２：　　正帰還抵抗 Ｚｐ：　　　１次コイル６のインピーダンス相互インピ
ーダンスＭ７．，Ｍ，．はレベル測定の対象である溶鋼
レベルの変動によって変動し、この変動よりレヘルを測
定する。しかし、温度変化によりコイルが膨張し変形し
て、１次コイル６と２次コイル７ａ，及び１次コイル６
と２次コイル７ｂとの結合関係が変化した場合もＭ　７
ｍ　，　Ｍ　７ｂは変化する。このためレヘル測定値と
なるｅ０も（２）式によって温度の変化に応して変化す
る。

つまり、１次コイル６と２次コイル７ｂの結合関係が密
となるとＭ　７　（．は大きくなり出力ｅ０は大きくな
る。また、１次コイル６と２次コイル７ａの結合関係が
密となるとＭｉｌ１は大きくなり出力ｅ０は小さくなる
。そこで温度変化によって１次コイル６と２次コイル７
ａ，７ｂとの結合関係が密になろうとしたとき、膨張し
てコイル間の距離を拡大して結合関係を打ち消す熱膨張
体を１次コイル６と２次コイル７ａ，７ｂの間に設けれ
ば温度変化の出力ｅ０への影響を少なくすることができ
る。

上記は１次コイル６と２次コイル７ａ，７ｂの結合関係
が密になる場合について説明したが温度変化によって結
合が疎になる場合も同様である。

この熱膨張体としてエポキシ系接着剤を用い、その塗布
量によって熱膨張体の厚みを調整することができる。

（実　施　例〕 以下、本発明の実施例を第１図〜第４図を用いて説明す
る。

第１図は本実施例のブローブ１（第４図に示す）の詳細
を表す図である。

プローブ１は、セラミンクス（アルミナ．線膨張係数α
！　＝７．Ｉ　ＸＩＯ−’／’　Ｃ）で構戒されたボビ
ン５と、このボビン５に巻回された１次コイル６．この
１次コイル６を挟んで巻回された２次コイル７ａ　　７
ｂ，この２次コイル７ａ，７ｂの１次コイルＧ側に設け
られエキボシ系接着剤（線膨張係数α，　−６．５　Ｘ
ＩＯ−５／”　Ｃ）を塗り重ねて層とした熱膨張体９ａ
，９ｂ，からなり、２次コイル７ａと７ｂは差動的に結
合されている。熱膨張体９ａ，９ｂは１次コイル６の中
心からそれぞれＷａ，ｗｂｌれており厚みはそれぞれΔ
Ｗａ，Δｗｂである。なお、熱膨張体９ａ，９ｂはいず
れか一方のみ設けるだけでよい場合が多い。　次乙こ熱
膨張体９ａ，９ｂの厚さΔＷ　ａ　，　△ｗｂの決め方
について説明する。

まず、熱膨張体９ａ，９ｂを塗布しない状態とする。

この状態で、標準温度（例えば２０’Ｃ）において、第
４図に示す正帰還増幅器３の出力ｅ。が被測定物８の距
離と対応ずる出力となるよう調整す次にプロープ１の周
囲温度を所定温度（例えば１０゜Ｃ）上昇させこのとき
の温度ドリフ電圧ΔＣ，を測定する。ここでΔｅＬ／ｅ
ｏに対して、この変化を打ち消すようにΔＷａ，又はΔ
ｗｂを塗布すればよい。このためΔｅｔ／ｅｏとΔＷａ
／Ｗａ又はΔＷｂ／Ｗｂとの関係を調べると第２図に示
す相関関係が得られる。

第２図は、熱膨張体９ａ．９ｂの厚みとΔｅｔ／　ｅ　
ａとの関係を示す。

縦軸のΔｅｚ／ｅ６は前述の所定温度上昇させたときの
温度ドリフト電圧の変化の割合を示し、横軸は、縦軸の
左側が熱膨張体９ｂの厚みの比ΔＷ，／Ｗ，右側が熱膨
張体９ａの厚み比ΔＷヨ／Ｗ．を示ず。

第２図は標準温度において熱膨張体９の厚みの比をΔＷ
／Ｗとし所定温度上昇させると、温度ドリフト電圧の比
がΔｅｌ／ｅ６となることを示す。

つまり、標ｆ＄温度においてΔｗ，　／ｗｂ　＝　０．
２の厚めに塗布すれば、所定温度上昇させると温度ドリ
フト電圧が減少方向にΔｅ　ｔ　／　ｅ　ｏ　＝０．３
となり、ΔＷ，／Ｗ．＝０．２の厚みに塗布すれば所定
温度上昇させると増加方向にΔｅ　，　／　ｅ−０．３
となる。故に、プロープ１の周囲温度を所定温度」二昇
させたときΔｅｔ　／　ｅｏ　＝ｏ．３上昇した場合は
これを相殺するため、熱膨張体９ｂを標準温度において
Δｗｂ／ｗｂ＝０．２塗布すればよい。

また、ブローブ１の周囲温度を所定温度上屏させたとき
Δｅ，／ｅ０＝０．３　ｔ４下した場合は、これを相殺
するため熱膨張体９ａを標準温度においてΔＷａ／Ｗａ
＝０．２塗布すればよい。

第３図は本実施例の効果を示す図である。横軸はプロー
ブ１の周囲温度を示す。縦軸は、温度ドリフＩ・電圧Δ
ｅｔを測定距離に換算した長さ（ｍｍ）を示し、標準温
度−２０゜Ｃでは温度ドリフＩ・ぱ０である。綿Ｂは熱
膨張体９を用いない場合を示し、線Ａは熱膨張体９によ
り線Ｂを修正した場合を示す。なお連続鋳造の操業時に
モールド内の湯而レベルを計測する場合測定位置の温度
は高温となるため、ブローブ１を断熱材で覆い、さらに
一　１　１　一 空気等の冷却材で冷却している。

本実施例の効果は次の通りである。

（１）従来、温度ドリフト調整はプローブ１と増幅器２
．３とを組み合わせて調整する必要があったが本実施例
ではプローブ１単体で温度補正が可能となり調整時間が
従来の約１／５以下に短縮される。

（２）　　プローブ１の温度ドリフト電圧を本実施例の
熱膨張体９を用いない場合と比べ１／３以下に減少でき
測定スパンでの計測誤差は０．１　ｍｍ／゜Ｃ以下に減
少できる。

（３）増幅器２．３の回路構成が簡単になるとともに、
温度補償回路から発生ずる低周波ノイズが除去されＳ／
Ｎが２倍以上向上する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によればプローブ
の温度ドリフト電圧を測定し、この値に応した厚みの熱
膨張体を２次コイルと１次コイルの間に設けることによ
り温度ドリフト電圧を減少させ、温度補正をプローブで
行うことができる。

１２ これによりプローブとこの増幅器に互換性をもたせるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

１１図は本発明の一実施例を示す構戒図、第２図は熱膨
張体の厚みと温度ドリフト電圧の関係を示す図、第３図
は本実施例の効果を示す図、第４図は渦電流距離測定装
置の構成を示す図である。 １−一一ブローブ　　　２−一一交流電圧増幅器３−一
一正帰還増幅器　４−−一交流電源５−−一中空ボビン
　　６−−−１次コイル７　ａ，７　ｂ−−−　２次コ
イル　８−−一溶鋼９ａ，９ｂ−一一熱膨張体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体にほぼ垂直に配設したボビンに１次コイ
   ルを巻回し、この１次コイルを挟んで１対の２次コイル
   を巻回し、前記１次コイルに帰還増幅器から交流電流を
   印加して上記１対の２次コイルに誘起される誘起起電圧
   の差分電圧を前記帰還増幅器に帰還し、この帰還増幅器
   の出力電圧から被測定物までの距離を計測する渦電流距
   離測定装置において、前記１次コイルと前記２次コイル
   の少なくとも一方との間に、前記２次コイルと前記１次
   コイルのボビン軸方向の距離が所定の温度変化に対応し
   て所定量伸縮する熱膨張体を設けたことを特徴とする渦
   電流距離測定装置。
2. （２）前記熱膨張体がエポキシ系接着剤により構成され
   ることを特徴とする請求項１記載の渦電流距離測定装置
   。