JPH0654206B2 - 渦電流距離測定装置 - Google Patents

渦電流距離測定装置

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JPH0654206B2
JPH0654206B2 JP1231304A JP23130489A JPH0654206B2 JP H0654206 B2 JPH0654206 B2 JP H0654206B2 JP 1231304 A JP1231304 A JP 1231304A JP 23130489 A JP23130489 A JP 23130489A JP H0654206 B2 JPH0654206 B2 JP H0654206B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定物に生じ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湯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〕
鋼の連続鋳造機用モールド内の溶鋼湯面レベルを測定す
るための湯面計として、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。この湯面計はプローブ1,交流電圧増幅機2,正
帰還増幅器3および交流電源4から構成される。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する。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と鎖交して、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7
a,7bと鎖交すると同時にモールド内の溶鋼8内を通
過して、溶鋼8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7
a,7bと鎖交する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
電圧の間に差が生じる。1対の2次コイル7a,7b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,7b間の誘導電圧の差の値は、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1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、プローブ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。
以上のように構成された測定装置を小型化して連続鋳造
設備の湯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,7bの誘起電圧が減少し、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,7b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のコイル間隔を検出感度椎第
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プローブ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左の変化を温度補償
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プローブ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、各プロー
ブ1に対し互換性のある温度補償回路を有する増幅器と
なりえなかった。また、高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
プローブ、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〕
上記目的を達成するため、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体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、前記所定量は、予
め得られている所定の温度変化に対する前記出力電圧の
変化量と、この変化量を打ち消す1次コイルと2次コイ
ルの少なくとも一方との間の距離の変化量との関係より
得られている前記距離の変化量である。また、前記熱膨
張体がエポキシ系接着剤により構成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。
この(1)式における正帰還増幅器3の出力電圧eは次
のように表される。
:正帰還増幅器3の入力電圧 N:反転増幅度 A:交流電圧増幅器2の増幅度 M7a:1次コイル6と2次コイル7aとの相互インピー
ダンス M7b:1次コイル6と2次コイル7bとの相互インピー
ダンス P1,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M7a,M7b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、この変動よりレベ
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
7a,M7bは変化する。このためレベル測定値となるe
も(2)式によって温度の変化に応じて変化する。
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M7bは大きくなり出力e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M
7aは大きくなり出力e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7a,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e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図は本実施例のプローブ1(第4図に示す)の詳細
を表す図である。
プローブ1は、セラミックス(アルミナ,線膨張係数α
=7.1 ×10-6/℃)で構成されたボビン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,7b,この2次コイ
ル7a,7bの1次コイル6側に設けられエポキシ系接
着剤(線膨張係数α=6.5 ×10-5/℃)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7
aと7bは差動的に結合されている。熱膨張体9a,9
bは1次コイル6の中心からそれぞれWa,Wb離れて
おり厚みはそれぞれΔWa,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。次に熱膨張体9a,9bの厚さΔWa,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℃)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
対応する出力となるよう調整する。
次にプローブ1の周囲温度を所定温度(例えば10℃)上
昇させこのときの温度ドリフ電圧Δetを測定する。こ
こでΔe/eに対して、この変化を打ち消すように
ΔWa,又はΔWbを塗布すればよい。このためΔe
/e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Δe/e
の関係を示す。
縦軸のΔe/e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/Wを示す。
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Δe/eとなることを示す。つまり、標準温度に
おいてΔW/W=0.2の厚みに塗布すれば、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
=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、プローブ1の周囲温度を所定温度上昇さ
せたときΔe/e=0.3 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/W
b=0.2 塗布すればよい。
また、プローブ1の周囲温度を所定温度上昇させたとき
Δe/e=0.3 降下した場合は、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、温度ドリフト電圧Δe
を測定距離に換算した長さ(mm)を示し、標準温度=
20℃では温度ドリフトは0である。線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
の湯面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、プローブ1を断熱材で覆い、さらに空気等の冷
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/℃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す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、この値に応じた厚みの熱
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。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】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、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……プローブ、2……交流電圧増幅器 3……正帰還増幅器、4……交流電源 5……中空ボビン、6……1次コイル 7a,7b……2次コイル、8……溶鋼 9a,9b……熱膨張体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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体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、前記所定量
    は、予め得られている所定の温度変化に対する前記出力
    電圧の変化量と、この変化量を打ち消す1次コイルと2
    次コイルの少なくとも一方との間の距離の変化量との関
    係より得られる前記距離の変化量であることを特徴とす
    る渦電流距離測定装置。
  2. 【請求項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。
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