JPH0778489B2 - 導電材料に関するパラメーターの大きさを無接触で測定する方法と測定装置 - Google Patents

導電材料に関するパラメーターの大きさを無接触で測定する方法と測定装置

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JPH0778489B2 JP62506161A JP50616187A JPH0778489B2 JP H0778489 B2 JPH0778489 B2 JP H0778489B2 JP 62506161 A JP62506161 A JP 62506161A JP 50616187 A JP50616187 A JP 50616187A JP H0778489 B2 JPH0778489 B2 JP H0778489B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は磁界を固体又は液体の導電材料の少なくとも
一部に浸透させて導電材料に関するパラメーターの大き
さを無接触で測定する方法とその装置に関する。
さらに詳細にはこの発明は導電材料に関するパラメータ
ーの大きさを無接触で測定し、導電材料の所定の点から
の距離、導電材料の導電度、及び導電材料の厚みを測定
する方法と、導電材料の所定の点からの距離のパラメー
ターの大きさを無接触で測定する装置に関する。
この発明においては、コイルに流した電流により形成し
た磁界が導電材料の少なくとも一部に浸透する。
少なくとも実質的に非磁性であるべき導電材料は、例え
ば圧延中の金属鋼片又は条鋼片、引抜き作業中の金属
棒、物体を検査して材料検査を行なっている過程中の加
工された金属製品、連続鋳造過程に於ける成形金属イン
ゴット、又は処理過程にある金属浴であってよい。導電
材料は、金属に限らないが、高温に加熱された黒鉛又は
金属化合物のような、良好な導電度を持つこの他の材料
で構成されていても良い。
従来の技術と解決すべき問題点 従来、導電材料に関連して、上に述べたような種類の大
きさのパラメータの値を測定するために、磁界を利用す
ることは公知である。すなわち、導電材料に接近して正
弦状の交番磁界を発生させ、磁界を発生するコイルか、
或いは一つ又はそれ以上の別個の感知コイルの何れかに
誘起される変化の形で、磁界に対するその導電材料の影
響を検出するのが普通である。一つのコイルだけが使用
される時、そのコイルで振幅又は位相の変化が検出され
る。しかしこれは、その変化が印加された磁界又は電圧
に比べて小さいことを意味し、従って正確な測定値を求
めることが困難である。更に、かかる測定方法では、互
いに異なる２種類又は更に多くの大きさの変化によって
受ける影響を区別することが非常に困難である。
一つ又は更に多くの別個の検出コイルを使えば、基準信
号に比較して誘起される変化が極めて小さいという問題
が、ある程度解決される。しかしコイルの幾何学的な配
置が問題となり、その結果、検出が不正確になる場合が
多い。更に、ある同じ時刻に於ける２種類の大きさの変
化によって受ける影響を区別することは困難であり、二
つのパラメータ、即ち位相及び振幅だけが測定されるの
で、同時に３種類の大きさの変動を区別することは不可
能である。
文献には、以上述べたように正弦状の磁界を発生し一方
の大きさに応答して感度を増加し、他方に応答して感度
を低下させるような特定の形で幾何学的に形成されたコ
イル装置も記載されている。これは異なる大きさの値を
或る程度区別するが、この配置は複雑であり、幾何学的
な関係の変動によって影響される。
従来、導電材料の磁性の測定に関連して、強力な直流磁
界が使われていた。この強力な直流磁界の目的は、材料
の磁性を変えること、即ち測定しようとする物体を磁化
及び減磁することである。このため、この方法は非磁性
材料では作用しない。
スウェーデン特許出願76057603、7605759、7605761及び
77104818号には、高い温度に加熱された液体の導電材料
に関連して、上に述べたように電磁的に大きさを測定す
る装置とコイルの形式が記載されている。これらの出願
に記載される測定装置は、実際によく作用することが分
ったが、多数の変化する大きさの値を互いに独立に測定
する精度及び可能性に対する要求が満されない多数の用
途又は分野が依然としてある。
問題点を解決するための手段 したがって、この発明の目的は、上に述べた種類の大き
さの値又はパラメータの値を測定するものとして、従来
公知の装置の欠点を解消し、全く新しい使い方ができる
ような新しい方法及び測定装置を提供することである。
すなわち本発明によれば、磁界を固体又は液体の導電材
料（2;20,21）の少なくとも一部に浸透させて前記導電
材料に関するパラメーターの大きさを無接触で測定する
方法にして、少なくとも一つの磁界発生コイル（1;10,1
1,71,73）に流れる一定電流により磁界を形成させ、該
磁界を、測定すべきパラメーターによって決まる程度に
前記導電材料に浸透させた後、前記少なくとも一つの磁
界発生コイルへの電流の供給を遮断し、前記導電材料の
周りの前記磁界内に位置する少なくとも一つの検出コイ
ル（1;10,11,71,73）にこの磁界の減衰する結果として
誘起された電圧を検出し、前記パラメーターの大きさを
決定するため前記検出した電圧を利用することから成る
前記測定方法において、 電流供給の遮断後、前記検出コイルと前記導電材料（2;
20,21）間の空間における磁界が減衰するまでの最初の
非常に短かい時間（ｂ−ｄ）中に、前記導電材料に浸透
した磁界の減衰による影響を受けることなく、前記検出
コイルと前記導電材料（2;20,21）間の空間における磁
界の減衰に起因して前記検出コイル（1;10,11,71,73）
に誘起された電圧を検出し、 該検出した電圧を基準値と比較して前記検出コイルから
前記導電材料までの距離を決定することを特徴とする前
記方法が提供される。
又本発明の他の面によれば、磁界を固体又は液体の導電
材料（2;20,21）の少なくとも一部に浸透させて前記導
電材料の与えられた点からの距離のパラメーターの大き
さを無接触で測定する装置であって、 少なくとも一つの磁界発生コイル（1;10,11,71,73）
と、 前記与えられた点に配設した少なくとも一つの検出コイ
ル（1;10,11,71,73）と、 前記磁界発生コイルに一定電流を供給するため接続した
第１の装置（3;6;63,64）と、 磁界を所望の距離のパラメーターの値を測定するのに十
分な程度に前記導電材料（2;20,21）に浸透させた後、
前記第１の装置による前記磁界発生コイルへの電流の供
給を遮断する第２の装置（5,6）と、 電流の供給を遮断した後減衰する磁界の結果として前記
磁界中の前記与えられた点に位置する少なくとも一つの
検出コイル（1;10,11;71,73）に誘起された電圧を検出
する第３の装置（8,9;86−89,91）とから成り、 該検出した電圧は、電流の供給を遮断した後のマイクロ
秒の単位で測定する最初の非常に短かい時間（ｂ−ｄ）
中の磁界の減衰に相当する最初の部分から成り、該最初
の部分は前記距離パラメーターの大きさを決定するため
の基礎として使用されることを特徴とする前記測定装置
が提供される。
本願の実施例では、磁界発生コイルが誘起電圧を検出す
る検出コイルとしても使用されている。測定すべきパラ
メーター大きさの値は、誘起電圧の時間的な変化を解析
することによって決定することができる。磁界を発生す
る時間の長さは、測定する大きさの値及び関係する導電
材料の性質に関係するが、これは図面を参照しながら後
で更に詳しく説明する。
磁界を形成する電流の供給を切った時に、コイル電圧が
誘起される理由は、電流が存在する時に、そのコイルの
周りの磁界及び導電材料に浸透した磁界が減衰すること
によるものである。すなわちコイルに電圧が誘起される
のは、時間と共に減衰するこれら磁界の変化の結果であ
る。この時間的な変化及びそれに伴ってコイルに発生さ
れる電圧の大きさは、互いに異なる時点において測定す
べきパラメーターの大きさの値に明確に存在し、短かい
時間の間に起こる変化の程度が、導電材料の所定の点か
らの距離を決定し、これに対して平均的な時間にわたっ
て起る変化の程度が、材料の導電度を決定し、長い時間
にわたって起る変化の程度が導電材料の厚さを決定す
る。
実施例 この発明を例示するため多くの実施例について、図面を
参照しつつ詳しく説明する。図面では、同様な部分は同
じ参照番号によって示されている。
第１図はコイル（１）を導電材料（２）の上に配置した
場合を示す略図であり、第２図はこの発明で利用される
電圧／経過時間の関係を図式的に示すグラフである。こ
れらの図は主にこの発明の作用を示すものである。
次に種々の時間的な段階を逐次説明する。
第２図について説明すると、時点ａに、コイル（１）の
端子（３）の間に電圧が印加され、コイル（１）に一定
電流が流れる。この電圧が第２図では時点ａ及び時点ｂ
の間に水平に引いた線によって示されている。コイル
（１）を通る電流によって形成する磁界が拡散しつつ、
時間と共に導電材料（２）の中に浸透する。或る期間が
経過した後、この結果磁界が十分に材料中に浸透し、導
電材料中では磁界強度にはそれ以上の変化が実質的な起
らなくなる。この時間的な経過は、測定する導電材料
（２）の導電度並びにコイルの寸法次第であり、導電材
料が導電度の高い材料であって、コイルが大きい時、こ
の経過時間は長いが、導電材料の導電度が小さく、コイ
ルが小さい時、経過時間は短くなる。磁界を消滅させる
ために、供給電圧を遮断する前に経過しなければならな
い時間の長さは、測定する特定の大きさ又はパラメータ
に関係する。この大きさが直線寸法又は距離に関係する
時、比較的短かい経過時間が選ばれるが、薄い導材料の
厚さを測定する時も同様である。導電度並びに厚い導電
材料の厚さを測定する時には、比較的長い経過時間が用
いられる。
この発明を容易に理解できるようにするため、励振され
るコイルを取巻く磁界を、導電材料が存在する時に二つ
の磁界、即ちコイルの周りの空気中の一つの磁界と、導
電材料に浸透するもう一つの磁界とに分けることができ
ると云う考え方に依存するのが有利である。この導電材
料に浸透した磁界は、磁界を形成した電流を遮断する
時、コイルの両端にわたって減衰し、コイルの中に電圧
を誘起する。
第２図のグラフに示す時点ｂが、コイル（１）の両端の
供給電圧を遮断し、コイルの周りの空気中並びに導電材
料中に存在する夫々の磁界がコイル（１）内で減衰し
て、端子（４）（第１図）から取出される逆電圧をその
中に誘起する時刻である。従って、供給電流又は電圧を
遮断した直後、電圧は負になる。コイル（１）の周りの
空気中に存在する磁界は、0.3乃至３マイクロ秒の典型
的な期間内に急速に減衰し、この期間中、即ち時点ｂ及
び時点ｄの間に、大きい負の電圧を生ずる。時点ｃに最
大の負の信号になる。時点ｄから時点ｅまでのその後に
続く期間の間、導電材料中に存在する磁界がコイル
（１）の両端にわたってゆっくりと減衰し、その中にさ
らに少ない負の信号を発生するが、この信号はさらに長
い期間にわたって持続する。上に述べた目的のため、磁
界が導電材料から時間と共に拡散し、コイル（１）の両
端にわたって減衰し、時点ｅにおいて完全に導電材料か
ら離脱したと考えられる。
磁界が導電材料から完全に拡散するのに要する時間、即
ち、時点ｂから時点ｅまでの経過時間は、磁界を発生す
る時点から磁界がこの導電材料に浸透するのに要する時
間、即ち、時点ａから時点ｂまでと同じ桁数の大きさで
あり、従ってやはり導電材料の導電度とコイルの寸法に
依存する。例えば、銅のような導電度の高い導電材料の
場合の完全な減衰に要する時間は、コイル寸法（直径）
が20mm程度では0.5乃至２ミリ秒であり、コイル寸法が5
0mm程度では、1.5乃至５ミリ秒である。導電度が低い導
電材料、例えば高温の鋼の場合、コイル寸法が約20mmで
あれば、対応する時間は0.05乃至0.3ミリ秒であり、コ
イル寸法が約50mmでは0.15乃至0.7ミリ秒である。
導電材料（２）をコイル（１）に近づけると、コイルの
周りの空気中に存在する磁界が一層減少するが、導電材
料中に存在する磁界の部分が一層大きくなる。従って、
時点ｂ及び時点ｄの間の電圧が低下し、それに対応した
分だけ、時点ｄ及び時点ｅの間の電圧が増加する。
この代りに第１図に示すようなコイルから同じ距離のと
ころに配置した導電度の高い材料を使った場合、空気中
に存在する磁界の部分が変化しないから、時点ｂ及び時
点ｄの間の電圧は変化しない。然し、使う材料の導電度
が大きくなるため、材料からの磁界の拡散が一層ゆっく
りと起り、それに伴って電圧・経過時間が変化して、時
点ｂに於ける電圧が低いときは、それに対応して時点ｅ
はより遅い時点で起る。
第３図に示す装置は、第１図のコイル（１）に相当する
コイル（71）を含む。このコイルにはａ乃至ｂの期間に
電流を供給する（第4a図参照）。このためには、定電圧
源（61）及び適当な遮断スイッチ、例えばトランジスタ
（62）を含む発生回路（６）から電圧を加える。このト
ランジスタ（62）が第4a図のダイヤグラムにしたがって
制御回路（５）により制御される。抵抗（72）が放電抵
抗として作用し、その大きさが第２図のグラフの期間ｂ
乃至ｄを定める。４マイクロ秒の期間が、普通の導電度
を持つ金属の測定を行なう時に適当な値であると分った
が、その値を用いる時、この抵抗値は100Ω程度にすべ
きであるが、これはコイルの電気的な値に依存する。公
知の方法で、増幅回路（79）で増幅した後、コイルの両
端の電圧を測定する。その後、この電圧を回路（８）で
処理する。回路（８）は、実質的に遮断スイッチ（81）
を含んでおり、これは、測定を行なわない期間の間は開
いており、測定を行なう時は、信号伝送線路を閉じる。
スイッチ（81）は例えば所謂アナログ・スイッチであっ
てよく、第4b図のダイヤグラムグラフに従って、制御回
路（５）によって制御される。即ち、測定を行なう期間
e1乃至e2の間に、電圧が発生するようにする。測定が行
なわれる時間の間、即ち、スイッチ（81）を作動し、即
ち、オンの状態に切換えた時、抵抗（82）及びキャパシ
タ（83）を含むRCフィルターを使うことにより、又はe1
乃至e2の期間の間に積分により、信号の平均値が形成さ
れる。この後、期間e1乃至e2の間の電圧が、電圧計によ
り、直流電圧として測定され、又は別の信号処理のため
に使うことができる。
次に第5a図乃至第5c図のグラフについて、３種類の大き
さ、即ち、距離（直線寸法）、導電度及び肉厚を測定す
る方法を説明する。第5a図のグラフは、距離の変化（又
は直線寸法の変化）に伴う誘起電圧の変化を示してお
り、第5b図のグラフは導電度の変化に伴う誘起電圧の変
化を示しており、第5c図のグラフは肉厚の変化に伴う誘
起電圧の変化を示している。
第5a図において、電圧供給を遮断する時点の後の期間に
おける電圧・経過時間のグラフの実線の曲線は、導電材
料がコイルから所定の距離のところに位置する時、仮定
できる正常な状態で起る条件を示しており、破線の曲線
は、材料がコイルから一層短かい距離のところにある時
の条件を示している。期間ｂ乃至ｄの間、コイルの周り
の空気中の磁界が減衰し、コイルが材料に一層近づいて
いる時は、磁界のこの部分は一層小さくなるから、この
期間中、電圧も減少する。導電材料中に存在する磁界の
部分は、期間ｄ乃至ｅの間に減衰する。磁界のこの部分
は、材料がコイルに一層近くある時、空気中の磁界が減
少するのと同じ程度に増加する。時刻ｂ及びｄの間に存
在する電圧の積分と、時刻ｄ及び時刻ｅの間に存在する
電圧の積分とは、コイル及び材料の間の距離の互いに独
立な測定値である。更に、これらの２つの積分の変化の
和は０に等しく、これを利用して測定値が真の値である
ことを調べることができる。これらの２つの積分の値
は、他の大きさの変化に実質的に無関係である。したが
って他の変化する大きさとは無関係に、距離（又は直線
寸法）を測定することができるようになる。更に、同時
に互いに独立な２つの測定方法が実施でき、かつ２つの
積分の変化の和が０、すなわち積分の和が一定であるこ
との照合の可能性によって、極めて正確で信頼性のある
測定値を得ることが可能である。
以上述べたところによって、時刻ｂから時刻ｄまでの期
間は、0.3乃至３マイクロ秒程度であるが、コイルの電
気的なデータ及び放電抵抗値に依存する。期間ｄ乃至ｅ
は、導電度が良好な材料の場合は２ミリ秒程度であり、
導電度が不良な材料の場合は0.2ミリ秒程度である。
第5b図で、電圧／時間のグラフの実線の曲線は、所定の
導電度を持つ材料を測定する時に起る経過を示してお
り、破線の曲線は今述べた材料よりも電気導体として不
良であって、前に述べた材料とコイルから同じ距離のと
ころに配置された材料を測定する時に起る経過を示して
いる。前に述べたように、期間ｂ乃至ｄは導電度の変化
の影響を受けないが、導電度が一層低い材料からは、磁
界が一層急速に拡散する。そのため、磁界の大部分が、
期間ｄ乃至ｆの間に、材料から拡散する。これは、磁界
が一層短かい時間内に消滅すること、そして材料内に実
際的に磁界エネルギが残っていない時は、時点ｅが一層
早い時に起ることを意味する。従って、導電度が低下す
る時、ｄからｆまでの積分の値が一層大きくなり、ｆか
らｃまでの積分の値が一層小さくなり、導電度が増加す
る場合は、その逆になる。従って、ｄからｆまでの積分
の値及びｆからｅまでの積分の値が、材料の導電度の測
定値となり、それと同時に積分の変化の和は０である。
従って、上に述べた２つの積分の間の関係に基づいて、
又は一方又は両方の積分の値を決定して、第5a図で求め
た測定値に基づき、距離の変化を補償することにより、
導電度を他の大きさと無関係に測定することができる。
このため、他の変化する大きさとは無関係に、導電度を
測定することができる。更に、２つの独立の測定値を利
用することができると共に、積分の和が一定であること
を照合することができて信頼性が高いので、測定値は非
常に高い精度を有する。
時刻ｄから時刻ｆまでの経過時間はコイルの寸法（直
径）並びに測定する物体の導電度に関係するが、銅の場
合、コイル寸法が、40mmの場合、例として経過時間は１
ミリ秒と云うことができる。
第5c図では、電圧／時間のグラフの実線の曲線は、肉厚
の大きい材料（例えば金属板）に対して行なわれた測定
を表わし、これに対して破線の曲線は薄手の肉厚の測定
を表わす。時点ｇまでは、２つの肉厚については、電圧
／時間特性はずっと同じであることが分る。厚手の肉厚
と比較して、この後、薄手の肉厚は時点ｈまで高い電圧
を発生し、その後時点ｅまで電圧が下がる。これは、厚
手の肉厚は薄手の壁よりも拡散通路が長く、それに伴な
って磁界の拡散時間が長いので、前に述べた考えから理
解することができる。時刻ｇから時刻ｈまでの積分は、
材料の厚さの測定値として利用することができる。これ
は、薄手の材料は厚手の材料よりも値が大きくなるから
である。時刻ｈから時刻ｅまでの積分は、材料の厚さの
別の測定値である。これは、この場合、薄手の材料は厚
手の材料よりも値が小さくなるからである。これらの２
つの積分の和は一定であり、それを利用してこの場合も
測定値を照合することができる。
時刻ｇ及びｈは材料の厚さ及びその導電度如何による。
例えば厚さ4mmの銅板の場合、時刻ｇは0.5ミリ秒程度で
あり、時刻ｈは1.0ミリ秒程度であると云うことができ
る。
従って、前に述べた２つの積分の間の関係が、導電度、
並びに材料とコイルの間の距離の変動に無関係であるか
ら、他の変化する大きさとは無関係に肉厚を測定する方
法を提供したことになる。更に、一方又は両方の積分だ
けを決定し、他方の大きさから得られる依存性を除くこ
とができる。これは、これらの大きさは第5a図及び第5b
図に従って決定された値から分っているからである。
この方法は、電圧／経過時間を異なる期間に分割し、こ
れらの期間の間の電圧を積分し、その結果を解析し、前
述の一般的考え方の補助に関係のる種々の大きさを計算
する、諸段階によって応用することもできる。
第６図はこの発明の第２の実施例を示す簡略ブロック図
であり、この場合、正及び負の両方の電圧を使って、磁
界を発生する。この場合、正の電圧が、発生回路（63）
により、コイル（71）の両端に発生される。発生回路
（63）は制御回路（５）からの制御電圧によって制御さ
れる。この制御電圧が導体（53）に印加され、その時間
的な位相が第７図の一番上のグラフに示されている。対
応する負の電圧を発生する回路（64）が導体（54）を介
して制御される。この導体は、正の側が不作動であっ
て、測定を行なわない期間の間、負の電流を発生する制
御電圧を送出す。このような時間的な位相の一例が第７
図の中央のグラフに示されている。つまり、コイル（7
1）の片側の電圧は正−０−負−０になる。前の実施例
の場合と同じく、参照番号（72）は放電抵抗を表わし、
この場合も信号は増幅回路（79）で増幅される。
前に延べた実施例と同様に、この実施例の信号処理回路
（８）もスイッチ（81）を含み、これが時間制御回路
（５）から信号導体（55）を介して制御される。この信
号導体は、測定が行われる間、電圧を供給する。この時
間的な位相の１例が第７図の一番下のグラフに示されて
いる。この後、信号が積分器（82）に送られ、それが測
定段階の間、信号を積分する。この後信号の極性を交互
に代えて、正及び負の測定値が異なる極性で得られるよ
うにする。これは、抵抗（83）を介して、差動増幅器
（85）の正および負の増幅入力の両方に信号を印加する
ことによって達成される。この各々の入力に接続された
夫々の回路（84）が、時間制御回路（５）から信号導体
（53），（54）を介して制御される通りに、これらの入
力を交互に大地に接続する。増幅器（85）が平均値を発
生す。従って、正の期間の間に測定回路（９）によって
測定される電圧が負であり、負の期間の間も負である。
２つの段階の間に得られた信号を加算することが可能で
ある。この後、第７図のグラフに示す順序を必要な回数
だけ繰返し、平均値を形成することができる。
第８図はこの発明の第３の実施例を示す。この実施例は
直列に制御される２つのコイル（71），（73）を利用し
ており、前と同じく、これらのコイルは時間制御回路
（５）によって制御される発生回路（６）から給電され
る。大きさの等しい２つの放電抵抗（72）がコイルの両
端に接続されている。コイルの中間点及び抵抗の中間点
が作動増幅器（79）の夫々の入力に接続される。増幅器
の出力信号が信号処理回路（８）に送られ、前に述べた
ようにして回路（９）で測定される。第８図に示す装置
は、２つの大きさの間の差に関心がある時、例えば、或
る大きさを既知の基準の大きさと比較したい時、又は測
定値の間の差を測定したい時に、使うのに特に適してい
る。この場合、コイル（71）は一方の測定位置に配置
し、コイル（73）は別の測定位置に配置する。２つの測
定位置に於ける関係が全く同一であれば、電圧／時間曲
線は、時間相の全部にわたって電圧はゼロであるが、測
定位置の一つにおいて偏差が生じると、この偏差だけが
電圧／時間曲線に現われる。
第５図について説明すると、これは、夫々のグラフの実
線の曲線と破線の曲線の間の偏差だけが現われることを
意味する。この為、信号の相対的な変化が比較的大きく
なり、回路の増幅誤差がなくなる。
第８図に示す装置を使う時に得られる別の重要な利点
は、次に述べる問題がなくなることである。電圧／時間
曲線は短い期間の時に電圧が高く、更に長い期間の時は
電圧が非常に低くなる。増幅段を飽和させないように、
増幅は短い期間の時の一番高い電圧に合せることが必要
になる。その為、更に長い期間の時の増幅は小さくなり
すぎ、不安定が生ずることがある。第８図に示す装置を
使う時、例えば、厚さを測定する時、基準の大きさと測
定位置の大きさの間の差だけを感知または検出するか
ら、この問題がなくなる。
第９図はこの発明の第４の実施例の装置を示しており、
この場合、発生回路（６）、コイル（71）及び放電抵抗
（72）は、前に述べた実施例と同様である。然し、この
実施例では、制御回路（５）が１つの信号処理回路を制
御するだけでなく、時間の設定値が互いに異なる４つの
回路（86），（88），（89）をも制御する。異なる測定
値を回路（91）で受取り、これはこれらの値を解析し、
所望の大きさの値を計算する。第９図の実施例は前に述
べた回路の１つと随意選択によって組合わせて、幾つの
かの大きさ又はパラメータを互いに独立に測定しようと
する時に使うものである。
次に、第10図乃至第16図について、この発明の方法及び
装置の制限されない応用分野を説明する。
第10図は板の厚さの測定を示す。この場合に使うこの発
明の装置は、２つのコイル（10），（11）を持ち、その
各々がその厚さを測定しようとする夫々の金属板又は金
属板部分（20），（21）の上方に配置される。関係する
板または板部分は、その両側の間の厚さの差を測定しよ
うとする板又は板部分か、又は或る板と所望の厚さを持
つ基準板であってよい。この場合、測定は第８図に示す
ように個別的に行なわれる。もし残っている大きさを測
定過程の間一定に保つことができれば、第３図又は第６
図に示した測定装置を使うことができる。大きさを一定
に保つこととができない場合、第９図の測定装置を使わ
なければならない。第10図の参照番号（72）が前に述べ
た放電抵抗を表わし、参照番号（６）が供給回路を示
し、参照番号（79）が増幅回路を示す。
最も簡単な場合、距離及び導電度のような残りの大きさ
が一定である時、第5c図に従って、時刻ｇから時刻ｈま
で又は時刻ｈから時刻ｅまでの期間或いはその両方の誘
起電圧の積分値の間の関係から、二つの金属板すなわち
板部分（20），（21）の間の厚さの差が決定される。時
刻ｇは銅のような良好な導体の典型であり、厚さ5mmの
銅板では１ミリ秒程度であり、厚さ3mmの板では0.4ミリ
秒である。高温の鋼板のような不良導体の場合、時刻ｇ
は厚さ10mmの板では0.1ミリ秒程度である。第5c図で時
間ｇ−ｈは時刻ｇの50％程度であり、時刻ｅはコイルの
寸法によって決定される。
厚さの正確な測定を希望するのと同時に、距離及び導電
度の大きさに大きな変動がある場合、又は同時の時のこ
れらの大きさが分っていることが望まれる場合、第９図
の測定装置を使うことが好ましい。この場合、発生され
た電流の供給を遮断する時間に接近した期間内に１つの
チャンネルで距離を測定し、それより後のチャンネルで
導電度を測定し、こうして距離の変動を補償し、最終的
に距離及び導電度の変動を補償しながら、上に述べたよ
うに厚さを測定するのに適当な時間に或るチャンネルで
厚さを測定する。
第11図は金属物体（20）の導電度の測定に使われるこの
発明の測定装置を示す。金属物体（20）は鋳造した後の
連続的な金属鋳物、焼鈍過程中の金属条片、圧延中の金
属薄い板又はストリップ、或いは同様な金属物体であっ
て良い。金属物体の導電度を測定することにより、物体
の温度、硬さ及び内部構造に関する重要な情報と同様な
因子とを求めることが可能であり、この後それを使って
その前又は並びに／又はその後の過程を制御することが
できる。この点、種々の場所、例えば金属ストリップの
異なる側に於ける導電度の変化と、平均値としての導電
度との両方を感知することに関心を持たれる場合が多
い。
これは、測定しようとする細長い金属物体、例えば前に
述べた金属ストリップ、連続的な鋳物等の各々の側に夫
々のコイル（10），（11）を配置し、上に述べたような
種類の発生回路（６）からコイルに給電することによっ
て達成できる。回路には、コイルの中間点と、夫々関連
する放電抵抗（72）の中間点の間の差を測定する増幅器
（79）が接続されており、別の増幅器（78）が抵抗の中
間点と一対のコイルの片側との間に接続されている。所
定の時点に於けるコイル（10）の両端の電圧がＡであ
り、同じ所定の時点に於けるコイル（11）の電圧がＢで
あれば、増幅器（79）はＡ−（Ａ＋Ｂ）/2＝B/2−A/2、
即ちコイルの両端の電圧の差の半分を測定する。増幅器
（78）は、同じ所定の時点に於けるコイル（11）の両端
電圧、即ちＢを測定する。信号を処理した後、増幅器
（78）の両端の電圧と、増幅器（79）の両端の電圧の２
倍との間の差を決定して、コイル（10）の両端の電圧を
求めることができる。これによって任意の時点に於ける
２つのコイルの両端の電圧を別々に測定することがで
き、２つのコイルの間の差の極めて正確な値を求めるこ
とができる。
従って、第11図に示す測定装置は、技術的なプロセスで
関心のある大きさを測定することを可能にする。第5a図
について説明した原理に従って距離又は直線寸法を測定
し、固定的なコイルを使うことにより、材料の位置及び
直線寸法の両方を決定することができる。材料の導電度
は、ａ）第5b図に従って増幅器（78）を用いて絶対値を
測定することができると共に、ｂ）前に述べたように第
5b図に従ってその差を測定することができる。導電度と
所望の大きさ（温度、硬さ等）の間の関係が分っていう
ことと組合わせれば、この情報を使って問題のプロセス
を制御することができる。
第12図は溶融金属浴内の大きさを測定するのに使われる
この発明の測定装置を示す。第12図の参照番号（20）は
容器に入っている金属浴を示しており、この容器は耐火
材料で作られた内壁（21）と、この内壁（21）から隔っ
ていて、金属板、好ましくは鋼板で作られた外壁（22）
とを有する。前に述べたような種類のコイル（１）を金
属板（22）と耐火材料（21）の間の空間内に配置し、前
に述べたように磁界発生回路及び測定回路に接続する。
第12図に示すような種類の処理容器の場合、耐火壁（2
1）の厚さと金属浴の導電度を知ることが必要な場合が
多い。それは、金属浴の導電度の大きさが浴の合金組成
を示すからである。又、鋼板（22）が存在すると、問題
が生じる。それは、鋼板（22）の温度が不安定であり、
又は不明で、温度の変動が測定信号に影響を与えるから
である。実際、鋼板（22）がコイル（１）の近くに配置
されている場合特に重要である。そして、鋼板（22）は
電圧／経過時間の関係に基本的な影響を与え、かつ測定
精度に大きな影響を与える。
しかし、第９図に示す測定装置を使用し、異なる測定チ
ャンネルに時間を合わせることにより、鋼板の及ぼす影
響を避けることができる。これは、鋼板の電圧／経過時
間の関係が、標準金属の電圧／経過時間の関係とは相違
するからである。この場合、第5a図及び第5b図に従って
距離（直線寸法）及び導電度を測定するために通常使用
すべき測定時間は、第5b図のｄ及びｆの間の経過時間及
び／又はｆ及びｅの間の経過時間を２つの部分に分割す
ることによって拡張される。得られた付加的な情報は、
例えばマイクロプロセッサ中で、又はその他の何等かの
手段により、鋼板の影響を補償するために使用される。
別法として、或いは上記に加えて、時刻ｄから時刻ｆま
で及び時刻ｆから時刻ｅまでの期間で得られる測定結果
を合算することにより、金属浴の導電度の測定を監視す
ることができる。安定した系では、これらはゼロに等し
いからである。しかし鋼板壁が存在するため、かかる方
法は適用することはできない。しかし、ゼロからの何等
かの偏差があれば、他の測定値を補償するために使用す
ることができる。
第12図に示す装置は、コイル（１）を溶融浴の表面上に
配置して、表面からのコイルの距離、従って所定の時点
に於ける容器内の表面の液位を決定できるようにするこ
とにより、変更、修正することができる。
以上説明した全ての実施例では、コイルの対称軸線が測
定平面に対して直角に延びるようなコイル形状を用い
た。しかし、この発明の方法及び測定装置はこの他の形
状、例えば第13図に示す円筒形の形状に対しても応用す
ることができる。ここでは、測定しようとする物体
（２）は、コイルの対称軸線と平行に、コイル（１）を
通抜けられる棒状や、パイプ状等の形を有している。距
離又は更に適切な直線寸法、導電度等に関係する大き
さ、例えばパイプ或いは管の肉厚をこの場合に測定する
ことができる。
第14図は対向する両側から金属板の厚さを測定する別の
装置を示す。この実施例の装置は直列接続の２つのコイ
ル（10），（11）を有し、その各々が測定しようとする
金属板の夫々の側に配置されている。前に説明した実施
例と同様に、これらのコイルは発生回路（６）から給電
され、抵抗（72）の両端で放電する。増幅器（79）で電
圧を測定し、それを前に述べたように更に処理する。こ
の装置では、各々のコイルが、コイル上の与えられ点か
ら、板（２）に対向する面までに距離、すなわち図示の
距離a1とa2をそれぞれ測定する装置になる。コイルが直
列に接続されているから、２つの距離a1及びa2が加算さ
れ、コイル間の感知された距離がa3である時、板の厚さ
Ｔはa3−a1−a2に等しい。
コイルの間の空間に於ける板（２）の位置に変化があれ
ば、距離a1が短かく又は長くなり、距離a2がそれに応じ
て変化し、このため、板の厚さに関係する上の式は変ら
ない。距離a1及びa2を表わす電圧は距離に対して直線的
に変化せず、従って、a1が増加する時、関連する信号は
a2が減少する時と同じ程度に変化する。このため、増幅
回路（79）によって測定される電圧は、距離a1及びa2に
対して、従って板の厚さに対して直線的な関係を持つ。
第15図はパイプ又は管の平均肉厚とパイプの壁の偏心率
を測定するためにこの発明の方法をどのように使うこと
ができるかを図式的に示している。この場合、不規則な
肉厚を持つパイプ又は管（20）の廻りに対称的に、パイ
プから一定の半径方向の距離のところに、３つのコイル
（10），（11），（12）を配置する。パイプの壁がパイ
プの縦方向中央軸線の廻りに関して実質的に静的であれ
ば、コイルを固定位置に維持することにより、前記の一
定の半径方向の距離が得られる。他方、製造過程でパイ
プを横方向に動かす場合、コイルはパイプの上を走る車
輪付きキャリッジに取付けるのが便利である。
第３図又は第６図の３つの回路を用い、各々の回路を夫
々のコイル（10），（11,（12）に接続し、第５図につ
いて説明した原理を応用すれば、夫々のコイルの前にあ
るパイプの壁の部分の厚さを測定することが可能であ
る。これらの厚さの和を３で割れば、パイプの壁の平均
の厚さがでるし、３つのコイルを用いて測定された厚さ
の差が、パイプの壁の偏心率の測定値になる。
この発明の別の重要な実施態様は、測定される導電材料
の材料特性／又は性質が、材料の外面から内部に向って
変化するような場合である。この変化は、例えば表面が
急激に冷却された場合の材料の中での温度変化のためで
あることもあるし、或いは材料の表面に於ける合金物質
の割合が、凝固過程に於ける溶離のために、表面より下
方でのこの物質の割合とは異なるためであることがあ
る。こう云う種類の変化は材料処理方法で関心が持たれ
ることがあるが、今日の技術でこう云う変化の規模を測
定することは極めて困難である。この発明は、第5b図に
ついて説明したように、時刻ｄから時刻ｆから及び時刻
ｆから時刻ｅまでの期間に於ける電圧の積分の間の関係
として、材料の導電度を測定することにより、変化の規
模を容易に測定することができる。この手順により、材
料の表面から内部へ向う、材料の導電度の値の平均値が
得られる。時刻ｄから時刻ｆまで及び時刻ｆから時刻ｅ
までの積分値の和が一定であることは前に述べた。しか
し今の場合には適用することはできない。それは、積分
値の和の値が、導電度の異なる分布を表わすものにな
り、導電度の勾配を測定するのに使用することができる
からである。
材料の導電度は主にその組成及び温度に依存するが、導
電度はひび割れのような材料の非均質性、及びスラグの
ような非導電粒子が存在することにも関係する。このた
め、例えば材料の非破壊試験でこのような欠陥の存在を
発見するために、この発明の方法と測定装置を使うこと
ができる。
導電材料が磁性である時、前に述べた電圧／経過時間の
関係の模型は最早成立しない。然し、物体の寸法パラメ
ータ及びその性質に関する或る経験的な知識を得るため
に、依然としてこの電圧／経過時間の関係を検討するこ
とができる。しかし、材料の磁性が極く弱い時、例え
ば、透磁率が10未満である時、この方法は非磁性材料の
場合と殆ど同じように使うことができる。
発明の効果 本願発明の導電材料に関するパラメーターの大きさを無
接触で測定する方法と装置は、電流供給の遮断後、検
出コイルと導電材料間の空間における磁界が減衰するま
での最初の非常に短かい時間（ｂ−ｄ）中に、導電材
料に浸透した磁界の減衰による影響を受けることなく、
検出コイルと導電材料間の空間における磁界の減衰に起
因して検出コイルに誘起された電圧を検出し、検出し
た電圧を基準値と比較して検出コイルから導電材料まで
の距離を決定することを特徴としている。
すなわち本願発明は、検出コイルと導電材料間の空間に
おける磁界が減衰するまでの最初の非常に短かい時間
（ｂ−ｄ）中の磁界の減衰に起因する誘起電圧を距離の
パラメーターとしているので、正確に検出コイルと導電
材料間の距離を測定することができる。
以上説明したこの発明の実施例及びそれを用いる方法は
これに制限されるものではなく、この発明を例示するた
めにだけ示したものに過ぎない。従って、特許請求の範
囲内で変更を加えることができる。例えば、誘起電圧を
解析する時点は任意の所望の数であって良く、この発明
の応用対象が限定されることはない。
図面の簡単な説明 第１図はこの発明の測定装置の動作原理を示す略図であ
る。
第２図は時間の関数として、第１図の共用の磁界発生及
び電圧感知コイルの両端の電圧を示すグラフである。
第３図はこの発明の第１の実施例の回路図である。
第4a図及び第4b図は、第３図の回路図で用いた電圧パル
スを示すグラフである。
第5a図乃至第5c図は或る異なる大きさの変化によって生
ずる誘起電圧／時間の変化を示すグラフである。
第６図はこの発明の第２の実施例の装置の回路図であ
る。
第７図は第６図に示した電圧パルスを示す３つのグラフ
である。
第８図はこの発明の第３の実施例の測定装置の回路図で
ある。
第９図はこの発明の第４の実施例の回路図である。
第10図は金属板の厚さを決定するために使われるこの発
明の測定装置を示す簡略垂直断面図である。
第11図は距離測定のために、並びに例えば連続鋳造で形
成された金属鋳物の導電度の測定のために、この発明の
測定装置を使う場合を示した簡略垂直断面図である。
第12図は所定の点からの溶融金属浴の距離を測定するこ
とにより、壁の厚さを測定するために使われるこの発明
の測定装置の簡略垂直断面図である。
第13図は寸法を測定するためのこの発明の装置の簡略垂
直断面図である。
第14図は板の厚さを測定するために使われるこの装置の
簡略垂直断面図である。
第15図はパイプの平均肉厚並びにパイプの偏心率を測定
するこの発明の装置の簡略断面図である。
1;10,11;71,73……磁界発生コイル 1;10,11;71,73……検出コイル 2;20,21……導電材料 3;6;63,64……第１の装置 5,6……第２の装置 8,9;86−89,91……第３の装置

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁界を固体又は液体の導電材料（2;20,2
    1）の少なくとも一部に浸透させて前記導電材料に関す
    るパラメーターの大きさを無接触で測定する方法にし
    て、少なくとも一つの磁界発生コイル（1;10,11,71,7
    3）に流れる一定電流により磁界を形成させ、該磁界
    を、測定すべきパラメーターによって決まる程度に前記
    導電材料に浸透させた後、前記少なくとも一つの磁界発
    生コイルへの電流の供給を遮断し、前記導電材料の周り
    の前記磁界内に位置する少なくとも一つの検出コイル
    （1;10,11,71,73）にこの磁界の減衰する結果として誘
    起された電圧を検出し、前記パラメーターの大きさを決
    定するため前記検出した電圧を利用することから成る前
    記測定方法において、 電流供給の遮断後、前記検出コイルと前記導電材料（2;
    20,21）間の空間における磁界が減衰するまでの最初の
    非常に短かい時間（ｂ−ｄ）中に、前記導電材料に浸透
    した磁界の減衰による影響を受けることなく、前記検出
    コイルと前記導電材料（2;20,21）間の空間における磁
    界の減衰に起因して前記検出コイル（1;10,11,71,73）
    に誘起された電圧を検出し、 該検出した電圧を基準値と比較して前記検出コイルから
    前記導電材料までの距離を決定することを特徴とする前
    記方法。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載した方法であ
    って、前記最初の時間（ｂ−ｄ）はマイクロ秒の単位で
    測定することを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載し
    た方法であって、最初の時間（ｂ−ｄ）中に検出した電
    圧を積分し、該積分値を基準値と比較して、前記検出コ
    イルと前記導電材料との間の距離を決定することを特徴
    とする方法。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項乃至第３項のいづれ
    かに記載した方法であって、前記最初の非常に短かい時
    間（ｂ−ｄ）の終りの時点から前記導電材料の電気抵抗
    率の増加により前記検出コイル中に誘起された電圧の減
    少が始まる時点（ｆ）に至る第２の時間（ｄ−ｆ）中に
    検出コイル（1;10,11,71,73）に誘起された電圧をも検
    出し、この第２の時間（ｄ−ｆ）中に誘起された電圧は
    前記導電材料に浸透した磁界の減衰によるものであり、
    前記最初の非常に短かい時間（ｂ−ｄ）中に誘起された
    電圧から得られた距離の大きさを使用して距離への依存
    性を除去し、前記第２の時間（ｄ−ｆ）中に検出した電
    圧を基準値と比較し、前記導電材料の導電率を決定する
    ことを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載した方法であ
    って、前記第２の時間（ｄ−ｆ）中に検出した電圧を積
    分し、この積分値を基準値と比較して前記導電材料（2;
    20,21）の導電率を決定することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項に記載した方法であ
    って、前記第２の時間（ｄ−ｆ）の終わりの時点（ｆ）
    の各側における二つの連続的時間中に誘起した電圧を別
    々に検出し、前記導電材料の導電率を決定する際これら
    電圧値を比較することを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第１項乃至第４項に記載し
    た方法であって、前記導電材料（2;20,21）の物体に完
    全に浸透した磁界の減衰によって検出コイル（1;10,11,
    71,73）に誘起された電圧をも検出することを特徴と
    し、該検出は、前記導電材料の厚さの減少により前記検
    出コイルに誘起された電圧が増加し始める時点（ｇ）で
    検出を始め、前記導電材料の厚さの減少により、誘起さ
    れた電圧が減少し始める時点（ｈ）で検出を終了させ、
    前記最初の非常に短かい時間（ｂ−ｄ）及び前記第２の
    時間（ｄ−ｆ）に誘起されそれぞれの電圧から得られた
    距離と導電率を使用して距離と導電率への依存性を除去
    し、誘起された電圧を基準値と比較して前記導電材料の
    本体の厚みを決定することにより成る方法。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項に記載した方法であ
    って、前記導電材料（2;20,21）の物体に完全に浸透し
    た磁界の減衰によって誘起された感知電圧を積分し、該
    積分値を基準値と比較して前記導電材料の厚みを決定す
    ることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第７項に記載した方法であ
    って、前記第７項の検出時間の終わりの時点（ｈ）の各
    側における二つの連続的時間中に誘起した電圧を別々に
    検出し、前記導電材料の物体の厚みを決定する際、これ
    ら電圧値を比較することを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第１項乃至第９項のいづ
    れかに記載した方法であって、前記電圧検出コイルとし
    て磁界発生コイルを使用することを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第１項乃至第10項のいづ
    れかに記載した方法であって、多数の相互に異なる測定
    位置における与えられたパラメーターの大きさの差を決
    定するため、前記磁界を発生させかつ前記磁界のその後
    の減衰を検出するための多数の相互に同一の直列に接続
    したコイル（10,11;71,73）を使用し、全コイルに同じ
    一定電流を供給し、それぞれのコイルに誘起された電圧
    間の差を検出することを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】磁界を固体又は液体の導電材料（2;20,2
    1）の少なくとも一部に浸透させて前記導電材料の与え
    られた点からの距離のパラメーターの大きさを無接触で
    測定する装置であって、 少なくとも一つの磁界発生コイル（1;10,11,71,73）
    と、 前記与えられた点に配設した少なくとも一つの検出コイ
    ル（1;10,11,71,73）と、 前記磁界発生コイルに一定電流を供給するため接続した
    第１の装置（3;6;63,64）と、 磁界を所望の距離のパラメーターの値を測定するのに十
    分な程度に前記導電材料（2;20,21）に浸透させた後、
    前記第１の装置による前記磁界発生コイルへの電流の供
    給を遮断する第２の装置（5,6）と、 電流の供給を遮断した後減衰する磁界の結果として前記
    磁界中の前記与えられた点に位置する少なくとも一つの
    検出コイル（1;10,11;71,73）に誘起された電圧を検出
    する第３の装置（8,9;86−89,91）とから成り、 該検出した電圧は、電流の供給を遮断した後のマイクロ
    秒の単位で測定する最初の非常に短かい時間（ｂ−ｄ）
    中の磁界の減衰に相当する最初の部分から成り、該最初
    の部分は前記距離のパラメーターの大きさを決定するた
    めの基礎として使用されることを特徴とする前記測定装
    置。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第12項に記載した測定装
    置であって、前記検出コイル（1;10,11;71,73）が磁界
    を発生コイルでもあることを特徴とする測定装置。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第12項又は第13項に記載
    した測定装置において、検出した電圧の時間的な変化を
    解析する装置（8,9;86−89,91）を特徴とする測定装
    置。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第12項又は第13項に記載
    した装置であって、該装置が、互いに異なるパラメータ
    ーの大きさの値を略同時に測定するために、検出コイル
    （71）又は複数のコイルに誘起された電圧の時間的な変
    化を解析するための多数の別々の測定チャンネン（86−
    89）を含むことを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第12項又は第13項に記載
    した装置であって、異なる幾つかの測定位置における一
    つのパラメーターの値と同じパラメーターの値の差を決
    定するために前記装置は、 磁界を発生し、かつその後減衰する磁界を検出するため
    の直列に接続された多数の互いに同一のコイル（10,11;
    71,73）と、 該コイルに同じ一定の電流を供給する装置（６）と、 前記コイルの各々に誘起された電圧の値の差を検出する
    装置（8,9,78,79）とから成ることを特徴とする装置。
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