JPH08327647A

JPH08327647A - 流速測定装置

Info

Publication number: JPH08327647A
Application number: JP7501896A
Authority: JP
Inventors: Kaneyuki Oota; 金幸太田; Hiroharu Katou; 宏晴加藤; Akio Nagamune; 章生長棟
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】磁場の励磁及び磁束の検出を行う励磁・検出
部を小さくすることができる流速測定装置を得ることを
目的とする。【解決手段】左右対称形のコ字型の形状をなしてお
り、移動する導電性の測定対象物の上に、脚の開いた面
が前記測定対象物に対向し、かつ２つの脚が対象面に対
し垂直でかつ測定対象物の移動方向に対し平行に並ぶよ
うに配置されるコ字型の磁心と、互いに逆向きの磁場を
生じるように、コ字型の磁心に巻回され励磁電流が供給
されて測定対象物に対して垂直な磁場を生成させる励磁
用巻線と、コ字型の磁心の２つの脚にそれぞれが同じ向
きの磁束を検出するように巻回された一対の検出用巻線
と、励磁用巻線に励磁電流を供給し、一対の検出用巻線
の出力電圧の和に基づいて、測定対象物の流速を演算す
る測定手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造プロセスに
おいて溶鋼を鋳込む鋳型内溶鋼流の表面の流速を測定す
る流速測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造ラインにおいては、図１１に示
すように溶鋼３はタンディッシュ１よりノズル２を通し
て銅製の鋳型４中に注ぎ込まれ鋳造される。鋳型中に注
ぎ込まれた溶鋼は、鋳型壁面に当たり上昇流７と下降流
８に分かれる。上昇流は表面で流れ９ａ，９ｂを作る
が、ここで表面の溶鋼流動の左右のバランスが崩れる
と、図１１の１１に示すように渦が発生し溶鋼表面上に
撒いたパウダーを巻き込んでしまう。また、表面の溶鋼
流動が過大になると、図１１の１０に示すように溶鋼表
面のパウダーを削り込んでしまう。

【０００３】何れにおいても、鋳片中に介在物が捕捉さ
れることになり、製品欠陥の原因となる。この理由から
鋳型内溶鋼流動を安定化させることは極めて重要な課題
となっており、特に、溶鋼表面近傍の流速を連続的に計
測することが強く求められていた。

【０００４】従来の溶鋼表面近傍の流速の計測は、例え
ば特開平５−６０７７４号公報に記載されているような
接触型の計測が主であった。これは、図１２に示すよう
にファインセラミック製の棒１２を溶鋼１４に浸漬し
て、その棒が溶鋼流動により受ける圧力Ｆを、受圧セン
サ１３により検出して、流速を測定するものである。し
かし、この方法では、高温の溶鋼にセラミックス製棒を
浸漬させるため、長時間の連続測定が不可能なものであ
った。

【０００５】これに対し、磁気を用いて非接触で速度を
計測できることも知られている。これは、図１３に示す
ように均等な磁場中で導体１５が動くと、その導体中に
Ｅ＝ｖ×Ｂなる速度起電力が生じ、この速度起電力によ
り、導体中に渦電流Ｊv が誘起され、導体上に誘導磁場
Ｂv が発生して、元の磁場は導体の速度方向に引きずら
れるようにＢからＢ′へと歪むという、磁場が導体の運
動により歪む効果（以下、磁場の速度効果という）を利
用したものであり、この歪みの程度は導体の速度に対応
して変化するので、歪み量を測ることにより対象導体の
速度を計測できるものである。

【０００６】このような磁気を用いて非接触で速度を計
測する装置として、特願平６−２９３１９２号公報に記
載されているものがあった。これは、図１４に示すよう
に、中心の脚２０４ｂを中心として左右対称形のＥ型の
形状をした磁心２０２に対し、中心の脚２０４ｂに励磁
用の巻線２０３ｂを巻き、両端の脚２０４ａ，２０４ｃ
に検出用の巻線２０３ａ，２０３ｃをそれぞれが同じ向
きの磁束を検出するように巻いたものである。

【０００７】これを移動する導電性の測定対象物体２０
１の上に、脚の開いた面が対象面に向き、かつ各脚が対
象面の移動方向に対し平行に並ぶように配置している。
そして、励磁用巻線２０３ｂに交流電流を流し、導体面
に垂直な交流磁場を作り、２つの検出用巻線２０３ａ，
２０３ｃの出力差を検出するものである。

【０００８】この検出用巻線２０３ａ，２０３ｃの出力
差は、図１５の（ａ）に示すように、導体２０１が停止
していれば、磁場は中心の脚を中心として左右対象であ
り、左右の検出巻線の出力は等しく、その差分は０とな
る。そして、導体２０１が動くと、図１５の（ｂ）に示
すように、磁場の速度効果により、その流速に対応して
導体中に渦電流が発生し磁場が歪み、両端の巻線の位置
での磁束に差が出て、その差分信号が変化する。この変
化量は対象の流速に対応しており、この変化量から、対
象の流速を測定するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＥ型の
鉄心を用いて励磁する磁気を用いた非接触の流速測定方
法では、その磁場の励磁及び磁束を検出する励磁・検出
部を小さくするような場合では、Ｅ型の３つの磁極間隔
を狭くしなければならないので、励磁磁場が脚間に集中
して、脚から離れた対象面まで十分届かなくなり流速感
度が大きく減少してしまうという問題点があった。

【００１０】しかし、励磁・検出部が大きいと、連続鋳
造機のように小さな空間しかない場所では、流速測定装
置を設置することができなくなるため、流速感度を減ら
さずに励磁・検出部を小さくすることが強く求められて
いた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る流速測
定装置は、左右対称形のコ字型の形状をなしており、移
動する導電性の測定対象物の上に、脚の開いた面が前記
測定対象物に対向し、かつ２つの脚が対象面に対し垂直
でかつ測定対象物の移動方向に対し平行に並ぶように配
置されるコ字型の磁心と、各瞬間に、コ字型の磁心の２
つの脚に、互いに逆向きの磁場を生じるように、コ字型
の磁心に巻回され励磁電流が供給されて測定対象物に対
して垂直な磁場を生成させる励磁用巻線と、コ字型の磁
心の２つの脚にそれぞれが同じ向きの磁束を検出するよ
うに巻回された一対の検出用巻線と、励磁用巻線に励磁
電流を供給し、一対の検出用巻線の出力電圧の和に基づ
いて、測定対象物の流速を演算する測定手段とを備える
ものである。ここでいう、コ字型とは、平行な２脚をも
つように構成される形状をいい、Ｕ型、馬蹄型、Ｍ型な
どを含む。

【００１２】第１の発明においては、左右対称形のコ字
型の形状をなしている磁心が、移動する導電性の測定対
象物の上に、脚の開いた面が測定対象物に対向し、かつ
２つの脚が対象面に対し垂直でかつ測定対象物の移動方
向に対し平行に並ぶように配置され、コ字型の磁心に巻
回され励磁電流が供給される励磁用巻線により、各瞬間
に、コ字型の磁心の２つの脚に、互いに逆向きの磁場を
生じるような、測定対象物に対して垂直な磁場が生成さ
れ、コ字型の磁心の２つの脚に巻回された一対の検出用
巻線により、同じ向きの磁束が検出され、測定手段によ
り、励磁用巻線に励磁電流が供給され、一対の検出用巻
線の出力電圧の和に基づいて、測定対象物の流速が演算
される。

【００１３】第２の発明に係る流速測定装置は、励磁用
巻線をコ字型の磁心の２つの脚に巻回された一対の巻線
として、その一対の巻線を検出用巻線と兼用し、測定手
段は、一対の巻線に励磁電流を供給し、その一対の巻線
に発生する電圧に基づいて、測定対象物の流速を演算す
るものである。第２の発明においては、励磁用巻線をコ
字型の磁心の２つの脚に巻回された一対の巻線にして、
その一対の巻線が検出用巻線と兼用され、測定手段によ
り、一対の巻線に励磁電流が供給され、その一対の巻線
に発生する電圧に基づいて、測定対象物の流速が演算さ
れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．次に、本発明を説明するのに先立って、
本発明の流速測定装置の、動作原理について説明する。
本発明の流速測定装置の１つの形態は、図１に示すよう
に、左右対称形のコ字型の磁心２０２に対し、２つの脚
の間の対象面と平行になっている中心部分に励磁用の巻
線２０３ｂを巻き、両端の対象面に垂直になっている脚
の部分に検出用の巻線２０３ａ，２０３ｃをそれぞれを
同じ向きに巻いたものである。

【００１５】そして、コ字型の磁心２０２を移動する導
電性の測定対象物体２０１の上に、脚の開いた面が対象
面に向き、かつ２つの脚が対象面に対して垂直でかつ対
象面の移動方向に対し平行に並ぶように配置する。な
お、流速の方向はあらかじめ分かっている場合が多いの
で、この流速方向に平行に、コ字型の磁心２０２の２つ
の脚を配置するようになっている。

【００１６】ここで、中心の励磁巻線２０３ｂに交流電
流を流し、導体面に垂直に磁場を励磁する。この時、図
２の（ａ）に示すように、導体２０１が停止していれ
ば、コ字型の磁心２０２が左右対称の形状をしているた
め、励磁磁場は左右の検出巻線２０３ａ，２０３ｃの位
置では、大きさは等しく向きは逆となり、各検出巻線２
０３ａ，２０３ｃの出力の和をとると０となる。

【００１７】また、導体が動くと、図２の（ｂ）に示す
ように、その流速に対応して導体中に発生する渦電流に
より磁場が歪み、コ字型の磁心２０２両端の各検出巻線
２０３ａ，２０３ｃの位置での磁束の垂直成分に差が出
て、各検出巻線２０３ａ，２０３ｃの和信号が変化す
る。この変化量は対象の流速に対応しており、この変化
量から、対象の流速を測定することができる。

【００１８】また、この時、磁束量の変化は、流れの下
流側と上流側の検出巻線とでは符号は同じで、励磁装置
からの直接磁場は、大きさは同じで正負が逆のため、２
つの検出巻線の出力の和をとれば、余分な信号のみを除
外することができ、流速に対応した歪み量のみをＳ／Ｎ
良く検出することが可能となる。また励磁電流を交流と
し、各検出巻線の和信号を同期検波器により検出するこ
とにより、周囲の鉄などの磁性体の影響や、種々の外乱
磁場の影響を低減し、精度良く流速の測定が可能とな
る。以上のように、コ字型の鉄心に励磁・検出巻線を巻
けば、図１１に示すようなＥ型の磁心に励磁・検出巻線
を巻くより、中心の励磁巻線用の脚が不要になる分、セ
ンサの幅を小さく抑えることができる。

【００１９】本発明の測定原理が明らかになったところ
で、次に本発明の実施の形態を説明する。ここでは、本
発明の一実施の形態を図１及び図３〜図７に基づいて説
明する。本実施の形態に係る流速測定装置は、図１に示
すような励磁・検出装置２００と、図３に示すような測
定回路とからなる。

【００２０】励磁・検出装置２００は図１に示すよう
に、磁性材からなる左右対称形のコ字型の磁心２０２、
励磁巻線２０３ｂ及び検出巻線２０３ａ，２０３ｃから
なる。ここでは磁心として、３％珪素鋼板を積層したも
のを用いた。これは特に珪素鋼板である必要はなく、適
当な磁性材料例えばフェライトコアなどを磁心として用
いても良い。また、励磁・検出装置は両端の検出巻線２
０３ａ，２０３ｃが対象面に垂直でかつ対象の移動方向
と平行に並ぶように配置している。

【００２１】測定回路は図３に示すように、励磁回路１
１８、検出回路１２０からなる。まず、励磁回路１１８
は、発振器１２３と、定電流アンプ１２６からなり、励
磁巻線２０３ｂに電流を流し、測定対象に磁場を励磁す
る。この動作は、発振器により、１〜１０００Ｈｚの正
弦波を発生させて、定電流アンプ１２６を介して励磁コ
イル２０３ｂに励磁電流を送るようになっている。

【００２２】ここで励磁周波数としては、あまり高すぎ
ると（１ｋＨｚ程度以上）測定対象に生じる時間変化に
対応した渦電流が大きくなり、流速計としてよりも渦流
距離計としての性質が強くなり、対象表面の波立ちによ
るノイズが大きくなる。また、周波数があまり低すぎる
と（１Ｈｚ程度以下）、検出巻線２０３ａ，２０３ｃに
生じる起電力が弱くなり検出感度が落ちる。したがっ
て、励磁周波数としてはここでは、１４Ｈｚとした。

【００２３】検出巻線２０３ａ，２０３ｃからの出力信
号は、検出回路１２０に入る。ここで２つの検出巻線２
０３ａ，２０３ｃからの信号は和をとった後、励磁周波
数を中心周波数に持つバンドパスフィルター１２９を通
して、不要なノイズ信号を除去し、同期検波器１３１
（もしくは位相検波器）によって、励磁電流と−９０゜
ずれた位相の成分が検波される。この検波後の信号の大
きさが、流速に対応した磁場歪み信号となる。

【００２４】なお、ここで、同期検波の際の位相は励磁
電流と−９０°ずれた位相としたが、これは励磁周波数
が１４Ｈｚと比較的低いためである。すなわち、流速に
対応した磁場歪み信号はｖ×Ｂ（Ｂ：測定対象中の磁
場）に比例するので、低周波で励磁する場合には、磁場
の歪み量と励磁磁場すなわち励磁電流の位相とは同じと
なる。これに対し検出巻線の出力電圧と磁場とは−９０
°の位相差があるため、同期検波器で検波する際には、
低周波の場合は励磁電流と−９０°ずれた位相を選択す
ればよい。これに対し、周波数が高い場合には、測定対
象中での磁場の位相が、−ｄＢ／ｄｔに比例する渦電流
により変化するので、流速による磁場歪み信号の位相も
励磁電流の位相からずれてしまう。よって高い周波数で
は、周波数ごとに流速による磁場歪み信号が最大となる
位相を選択する必要がある。

【００２５】次に、この実施の形態の測定結果例を図４
〜図７を用いて説明する。図５は、図４に示す仕様にお
けるこの実施の形態の流速測定装置により低融点合金金
属（ウッドメタル）の流速を測定した出力例を示したも
のであり、図５の（ａ）は、測定対象の流速を他の方法
により検出した値であり、図５の（ｂ）は、この実施の
形態の流速測定装置により検出した流速信号である。

【００２６】また、図７は、図６に示す仕様におけるＥ
型鉄心からなる流速測定装置を用いた流速測定結果であ
る。試験流体は同じく低融点合金金属を用いている。図
７の（ａ）は、測定対象の流速を他の方法により検出し
た値で、図７の（ｂ）は、Ｅ型の鉄心によるセンサを用
いて検出した流速信号である。また、図６に示したＥ型
鉄心による流速測定装置は、コ字型の鉄心による流速測
定装置とは、起磁力及び検出巻線の巻き数は同じで、流
速に対する感度も同じとなるようにサイズを決めたもの
である。

【００２７】なお、Ｅ型鉄心を用いたものは励磁巻線は
４０５ターン、励磁電流は２Ａ、検出巻線は１０３５タ
ーン、Ｅ型鉄心の幅は９０ｍｍであり、コ字型鉄心を用
いたものは、励磁巻線は４０５ターン、励磁電流は２
Ａ、検出巻線は１０３５ターン、コ字型鉄心の幅は７０
ｍｍとなっている。このように、コ字型鉄心を用いた流
速測定装置により、従来のＥ型鉄心を用いた流速測定装
置に比べ、流速に対する感度がほぼ同じでも、その励磁
・検出装置２００の幅となる鉄心の幅を９０ｍｍから７
０ｍｍと約１／１．３に小型化できることが分かる。

【００２８】実施の形態２．実施の形態１では、コ字型
磁心の２つの脚の間の対象面と平行になっている中心部
分に励磁巻線を巻いた例を示したが、励磁巻線として
は、各瞬間にコ字型磁心の２つの脚で、互いに逆向きの
磁場を生じるようにコ字型磁心に巻けばどのように巻い
てもかまわない。例えば、図８の２０３ｄ，２０３ｅに
示すように、２つの脚のところに巻いてもよい。また、
図８において、各励磁巻線を検出巻線の上から重ねて巻
いても、又はその逆としてもよく、また、検出巻線より
下の位置に巻いてもよい。また、図１に示すような巻き
方と図８に示すような巻き方を組み合わせるようにして
もよい。

【００２９】また、図９に示すように励磁、検出巻線を
分けて巻かずに、２つの巻線２０３ｆ，２０３ｇを両脚
に巻き、これを励磁巻線としても検出巻線としても兼用
するようにしてもいよい。すなわち、図１０に示す測定
回路のように、巻線２０３ｆ，２０３ｇに、図８の励磁
巻線２０３ｄ，２０３ｅの代わりに励磁回路１１８によ
り交流電流を与えて励磁し、同時に２０３ｆ，２０３ｇ
を、図８の検出巻線２０３ａ，２０３ｃの代わりに用い
て、その電圧信号から検出回路１２０により磁場歪み信
号を検出し、対象の流速を測定する。

【００３０】この時、両脚で逆向きの磁場を生成する目
的から、２０３ｆと２０３ｇは、巻方向が逆となってお
り、検出巻線として用いる際には、２０３ｆと２０３ｇ
の和信号でなく差信号をとる必要がある。また差信号を
とる目的と、励磁回路から検出回路を切り放す目的か
ら、図１０に示すように、２０３ｆ，２０３ｇからの信
号をまず絶縁アンプ（トランスでもよい）３０５ａ，３
０５ｂを通してから差分し、バンドパスフィルター１２
９、及び同期検波器（もしくは位相検波器）１３１に入
れる必要がある。なお、図１０において、その他の測定
回路の動作は図３に示したものと同様である。

【００３１】このように、励磁巻線と検出巻線を兼用す
ることにより、Ｕ型で別々にコイルを巻いたものに比
べ、コイル数が減少する分センサの幅を小型化すること
ができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、第１の発明のよれば、左
右対称形のコ字型の形状をなしている磁心を、移動する
導電性の測定対象物の上に、脚の開いた面が測定対象物
に対向し、かつ２つの脚が対象面に対し垂直でかつ測定
対象物の移動方向に対し平行に並ぶように配置し、コ字
型の磁心に巻回され励磁電流が供給される励磁用巻線に
より、各瞬間に、コ字型の磁心の２つの脚に、互いに逆
向きの磁場を生じるような、測定対象物に対して垂直な
磁場を生成し、コ字型の磁心の２つの脚に巻回された一
対の検出用巻線により、同じ向きの磁束を検出し、測定
手段により、励磁用巻線に励磁電流を供給し、一対の検
出用巻線の出力電圧の和に基づいて、測定対象物の流速
を演算するようにしたので、装置の流速感度を低下させ
ることなく、測定対象物に対して磁場の励磁及び磁束の
検出を行う励磁・検出部のサイズを小さくすることがで
きるという効果を有する。

【００３３】第２の発明によれば、励磁用巻線をコ字型
の磁心の２つの脚に巻回された一対の巻線にして、その
一対の巻線が検出用巻線と兼用し、測定手段により、一
対の巻線に励磁電流を供給し、その一対の巻線に発生す
る電圧に基づいて、測定対象物の流速を演算するように
したので、装置の流速感度を低下させることなく、測定
対象物に対して磁場の励磁及び磁束の検出を行う励磁・
検出部のサイズをさらに小さくすることができるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流速測定装置の励磁・検出装置の構成
を示す図である。

【図２】実施の形態１の測定原理を説明図するための説
明図である。

【図３】実施の形態１の測定回路を示した図である。

【図４】実施の形態１に用いた励磁・検出装置の仕様を
示した図である。

【図５】実施の形態１の計測結果例を示した図である。

【図６】Ｅ型磁心を用いた励磁・検出装置の仕様を示し
た図である。

【図７】Ｅ型磁心を用いた計測結果例を示した図であ
る。

【図８】実施の形態２の励磁・検出装置の構成を示す図
である。

【図９】実施の形態２の励磁・検出装置の構成を示す図
である。

【図１０】実施の形態２の測定回路を示した図である。

【図１１】連続鋳造の説明図である。

【図１２】接触式による従来の高温液体金属の流速測定
法を説明するための説明図である。

【図１３】磁場の速度効果を説明するための説明図であ
る。

【図１４】従来の流速測定装置の励磁・検出装置を示し
た図である。

【図１５】従来の測定原理を説明図するための説明図で
ある。

【符号の説明】

１１８励磁回路１２０検出回路１２３発振器１２６定電流アンプ１２９バンドパスフィルター１３１同期検波器（もしくは位相検波器）２００励磁・検出装置２０１導電性の測定対象物２０２コ字型磁心２０３ｂ励磁巻線２０３ａ，２０３ｃ検出巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】左右対称形のコ字型の形状をなしてお
り、移動する導電性の測定対象物の上に、脚の開いた面
が前記測定対象物に対向し、かつ２つの脚が対象面に対
し垂直でかつ前記測定対象物の移動方向に対し平行に並
ぶように配置されるコ字型の磁心と、各瞬間に、前記コ字型の磁心の２つの脚に、互いに逆向
きの磁場を生じるように、前記コ字型の磁心に巻回され
励磁電流が供給されて前記測定対象物に対して垂直な磁
場を生成させる励磁用巻線と、前記コ字型の磁心の２つの脚にそれぞれが同じ向きの磁
束を検出するように巻回された一対の検出用巻線と、前記励磁用巻線に前記励磁電流を供給し、前記一対の検
出用巻線の出力電圧の和に基づいて、前記測定対象物の
流速を演算する測定手段とを備えることを特徴とする流
速測定装置。
【請求項２】前記励磁用巻線を前記コ字型の磁心の２
つの脚に巻回された４一対の巻線として、その一対の巻
線を前記検出用巻線と兼用し、前記測定手段は、前記一対の巻線に励磁電流を供給し、
その一対の巻線に発生する電圧に基づいて、前記測定対
象物の流速を演算するものであることを特徴とする請求
項１記載の流速測定装置。