JPH10104038A

JPH10104038A - 流速測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH10104038A
Application number: JP25586196A
Authority: JP
Inventors: Kaneyuki Oota; 金幸太田; Koji Fujimoto; 幸二藤本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】移動する導電性の測定対象体（例えば高温液
体金属）の流速を、温度ドリフトの影響やリフトオフ変
動の影響を低減して測定することができる流速測定方法
及び装置。【解決手段】移動する導電性の測定対象物体４の上
に、その対象面に対しほぼ垂直に磁場を励磁し（励磁巻
線１）、前記対象面及び測定対象体の移動方向とほぼ平
行な方向の磁場を検出し（検出巻線Ｓ）、その検出した
磁場信号から前記測定対象体４の流速を算出することを
特徴とする流速測定方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば、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
等を測定する流速測定方法及び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２２のよ
うに溶鋼１０３はタンディッシュ１０１よりノズル１０
２を通して銅製の鋳型１０４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１０７と下降流１０８に分かれる。上昇流は表面で
流れ１０９ａ、１０９ｂ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、渦が発生し溶鋼表面上
に撒いたパウダーを巻き込む（１１１）。また表面の溶
鋼流動が過大になると、溶鋼表面のパウダーを削り込む
（１１０）。何れにおいても鋳片中に介在物が捕捉さ
れ、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であり、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
められている。

【０００３】従来溶鋼の流速は、例えば特開平５−６０
７７４号公報に示されたような接触型の計測が主であっ
た。これは図２３のようにファインセラミックス製の棒
１１２を溶鋼１１４に浸漬して、その棒が溶鋼流動によ
り受ける圧力を、受圧センサ１１３により検出して、流
速を測定するものである。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
不可能であった。

【０００４】これに対し、磁気を用いて非接触で速度を
計測できることが知られている。図２４のように均等な
磁場Ｂo 中で導体１１５が動くと、その導体中にＥv ＝
ｖ×Ｂo なる速度起電力が生じる。この速度起電力Ｅv
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Ｂo からＢへと歪む。このように磁場が
導体の運動により歪む効果を以下磁場の速度効果と呼
ぶ。この速度効果による歪みの程度は導体の速度に対応
して変化するので、歪み量を測ることで対象導体の速度
を知ることができる。なおこの歪みを測定することは、
歪みのもとが速度効果による誘導磁場Ｂv なので、Ｂv
を測定していることに他ならないことは明らかである。
なおＢv は下式で表せる。

【０００５】

【数１】

【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開平２−３１１７６６号公報に示さ
れるものがある。これは図２５の（ａ）のように溶鋼の
流れ１１８と平行に１次コイル１１９、その水平方向両
側に２つの２次コイル１２０ａ、１２０ｂを配置したも
のである。１次コイルに交流電流を印加して溶鋼面と平
行な交流磁場１１７を溶鋼表面に印加し、２次コイルに
より対象面と平行な磁場を検出する。導体が静止してい
るときには磁場は１次コイルを挟んで対象となり、２つ
の２次コイルの起電力に差はなく出力は零である。導体
が動いている場合には、図２５の（ｂ）のように速度効
果により磁場は導体の速度方向に歪み、励磁コイルを挟
んで対称でなくなるため、２つの２次コイルに生じる起
電力に差が生じ、磁場の歪み量、即ち速度に対応した信
号が２つの２次コイルの差分信号として得られる。

【０００７】また磁気による方法では、装置と測定対象
物体との距離（以下リフトオフと呼ぶ）により速度感度
が変化するが、特開平２−３１１７６６号公報に示され
たものでは、装置と測定対象物体との距離を、対象面と
平行な磁場を検出する２次コイルの片方の出力電圧によ
り測定し、補正を行っていた。

【０００８】また磁気を用いて速度を計測する別の方法
として特開平５−２９７０１２号公報に示されたものが
ある。これは図２６のように１次コイル１５１を測定対
象１５２に対して垂直に配置し、１次コイル１５１に交
流電流を印加し、磁界１５３を生じさせ、１次コイル１
５１を挟んで両側に測定対象１５２に対して垂直に２次
コイル１５４ａ、１５４ｂを配置し、１次コイル１５
１、２次コイル１５４ａ、１５４ｂを巻いた鉄心１５
５、１５６ａ、１５６ｂを備えたものである。そして流
速は２次コイル１５４ａ、１５４ｂに生じた起電力の位
相から検出するものであった。

【０００９】また磁気を用いて速度を計測する別の方法
として、本発明者らにより提案している特願平６−２９
３１９２号によるものがある。これは図２７のように、
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、ｃに検出用の
巻線２０３ａ，ｃ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。これ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、かつ各脚が対象面の移動方向に対し平行に並ぶよう
に配置する。

【００１０】そして励磁巻線に交流電流を流し、導体面
に垂直な交流磁場を作り、２つの検出巻線の出力差を検
出するものである。この時、図２８の（ａ）のように導
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
の差分は零となる。導体が動くと、図２８の（ｂ）のよ
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、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こと
ができる。またこの方法でも、リフトオフにより速度感
度が変化するが、特願平６−２９３１９２号において
は、このリフトオフを、図２９のように装置に併設した
渦流距離計２５６を用いて検出し、補正を行っていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の特開平
２−３１１７６６号公報、特開平５−２９７０１２号公
報及び特願平６−２９３１９２号公報のような磁気を用
いた非接触の流速測定方法には以下のような課題があっ
た。（１）磁場検出装置では、測定すべき速度起電力による
信号磁場Ｂv の他に、励磁磁場Ｂo や、励磁磁場が交流
の場合には測定対象中に流れる−ｄＢ／ｄｔによる渦電
流が発生し、その渦電流による磁場Ｂe が検出される。
ここで測定しようとする鋳型内溶鋼流の表面の流速は、
０〜０．３ｍ／sec 程度と小さいため、速度起電力によ
る信号磁場Ｂv も小さく、励磁磁場Ｂo や、励磁周波数
が数十Hz以上と高い場合には渦電流磁場Ｂe に比べ大幅
に小さくなってしまい、Ｂo やＢe が変動するとその変
動の中にＢv が埋もれてしまい、大きな測定誤差を生じ
てしまう。

【００１２】（２）また装置周囲の温度変化により、装
置の温度が変化するが、これによって励磁装置の熱変形
などによる励磁装置の出力磁場、すなわち励磁磁場の変
化等が生じると、上記の磁場検出装置で検出してしまう
励磁磁場Ｂo の大きさが変化し、磁場検出装置の出力信
号が変動し、装置の出力信号に速度と対応しない擬似信
号が重畳してしまう（温度ドリフト）。

【００１３】（３）特開平２−３１１７６６号公報に示
されたように、対象面と平行な磁場を検出する２次コイ
ルの片方の出力電圧によりリフトオフを検出し、リフト
オフによる速度感度変化の補正を行う方法では、距離検
出の際に外乱の影響が大きく、補正後の流速検出精度も
悪くなる。これは例えば、図１５の（ａ）のように本装
置を鋳型内に設置した場合には、装置周囲に銅製の鋳型
のような金属体が存在するが、このような金属体がある
と、金属体中に発生する渦電流による磁場を２次コイル
が検出してしまい、その影響で正確に対象面との間の距
離を検出できなくなってしまうこと等が問題として挙げ
られる。（４）特願平６−２９３１９２号公報に示されたよう
に、渦流距離計を併用し、リフトオフ変化による感度変
化を補正する方法では、渦流距離計を併用するので装置
が大きくなってしまい、スペースの小さな鋳型内に装置
を設置することが困難となる。

【００１４】（５）励磁磁場が交流の場合には、先に述
べたような渦電流磁場Ｂe を磁場検出装置が検出してし
まう。このＢe は特開平２−３１１７６６号公報、特開
平５−２９７０１２号公報及び特願平６−２９３１９２
号公報に示されたような磁場検出装置を２つとし、その
差分を取るような装置では、原理的には２つの検出巻線
ではＢe は等しくなり、差分を取ることでその影響はキ
ャンセルできる。しかし実際には２つの検出巻線でのＢ
e を完全に一致させるように装置を構成することは非常
に困難であり、差分をとってもＢe の取りこぼしが生じ
てしまう。このＢe は対象体の速度に関係なく、信号の
オフセット分となり、正確な流速測定ができなくなって
いる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
流速測定方法は、移動する導電性の測定対象物体の上
に、その対象面に対しほぼ垂直に磁場を励磁し、前記対
象面及び測定対象体の移動方向とほぼ平行な方向の磁場
を検出し、その検出した磁場信号から前記測定対象体の
流速を算出するものである。

【００１６】本発明の請求項２に係る流速測定方法は、
移動する導電性の測定対象物体の上に、その対象面に対
しほぼ垂直に磁場を励磁し、前記対象面及び測定対象体
の移動方向とほぼ平行な方向の磁場を、前記励磁磁場が
対称となるような前記測定対象体の移動方向と平行に並
んだ２点でそれぞれ検出し、前記測定対象体の流速が零
のときに、前記２点でそれぞれ検出される前記励磁磁場
の検出信号を加算した和信号が零になるように調整した
後に、前記和信号から前記測定対象体の流速を算出する
ものである。この流速測定方法によって、環境温度の変
化による温度ドリフトを低減できる。

【００１７】本発明の請求項３に係る流速測定方法は、
前記請求項１又は２に係る流速測定方法において、前記
励磁磁場とは別に測定対象体の対象面に対しほぼ垂直な
交流の磁場を励磁し、前記対象面に対し垂直方向の交流
の磁場を、対象面に垂直な方向に並んで前記交流磁場に
対し対称となる２点で検出し、その検出した２点の磁場
信号の差分信号に基づき前記対象面及び測定対象体の移
動方向とほぼ平行な方向の磁場の検出点と対象面との間
の距離を演算し、その距離をもとに前記算出した流速を
補正するものである。

【００１８】本発明の請求項４に係る流速測定方法は、
前記請求項３に係る流速測定方法において、前記請求項
１又は２の励磁磁場は交流の励磁磁場とし、請求項３に
より新たに励磁した交流励磁磁場は請求項１又は２の交
流励磁周波数と異なる交流励磁周波数とするものであ
る。

【００１９】本発明の請求項５に係る流速測定方法は、
前記請求項３に係る流速測定方法において、前記請求項
１又は２の励磁磁場を交流の励磁磁場とし、この交流励
磁磁場単独で請求項３の交流励磁磁場を代用するもので
ある。前記請求項３、４又は５の流速測定方法によっ
て、測定対象面と磁場検出位置との間のリフトオフ変動
の影響が低減される。

【００２０】本発明の請求項６に係る流速測定装置は、
移動する導電性の測定対象物体の上に、その対象面に対
しほぼ垂直方向の磁場を励磁するように配置された励磁
手段と、前記励磁手段と対象面の間に、この対象面及び
前記測定対象体の移動方向とほぼ平行な磁場を検出する
ような向きで、かつ検出手段で検出した励磁磁場がほぼ
零となるような位置に配置された１つの磁場検出手段
と、前記励磁手段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直
な磁場を励磁し、前記１つの磁場検出手段の検出信号に
基づき前記測定対象体の流速を算出する測定手段とを有
するものである。

【００２１】本発明の請求項７に係る流速測定装置は、
移動する導電性の測定対象物体の上に、その対象面に対
しほぼ垂直方向の磁場を励磁するように配置された励磁
手段と、前記励磁手段と対象面の間に、この対象面及び
前記測定対象体の移動方向とほぼ平行でそれぞれが同じ
向きの磁場を検出するような向きで、かつそれぞれの検
出手段で検出した励磁磁場の加算結果がほぼ零となるよ
うな位置に配置された２つ以上の磁場検出手段と、前記
励磁手段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁場を
励磁し、前記２つ以上の磁場検出手段のそれぞれの検出
信号を加算した和信号に基づき前記測定対象体の流速を
算出する測定手段とを有するものである。この流速測定
装置により、高い磁場検出能を得ることができる。

【００２２】本発明の請求項８に係る流速測定装置は、
移動する導電性の測定対象物体の上に、その対象面に対
しほぼ垂直方向の磁場を励磁するように配置された励磁
手段と、前記励磁手段と対象面の間に、この対象面及び
前記測定対象体の移動方向にほぼ平行な磁場を検出する
ような向きで、かつ前記励磁手段の中心軸に対し対称と
なり、対象面及び測定対象体の移動方向に平行に並ぶよ
うに、それぞれ配置された２つの磁場検出手段と、前記
励磁手段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁場を
励磁し、前記測定対象体の流速が零のときに、前記２つ
の磁場検出手段の検出信号を加算した和信号が零になる
ように調整した後に、前記和信号から前記測定対象体の
流速を算出する測定手段を有するものである。この流速
測定装置によって、環境温度の変化による温度ドリフト
を低減できる。

【００２３】本発明の請求項９に係る流速測定装置は、
前記請求項６、７又は８に係る流速測定装置において、
前記励磁手段を包含する位置または励磁手段に包含され
る位置で、かつ前記対象面に対しほぼ垂直方向の交流の
磁場を励磁するように配置された副励磁手段と、前記対
象面と副励磁手段の間の第１の位置と、前記副励磁手段
を中心として前記第１の位置と対称の第２の位置とに、
それぞれが対象面に対し垂直で互いに同じ向きの磁場を
検出するように配置された２つの副磁場検出手段と、前
記副励磁手段に交流の励磁電流を供給して前記対象面に
対し垂直な交流の磁場を励磁し、前記２つの副磁場検出
手段の検出信号の差分信号のうち前記副励磁手段の励磁
磁場と同じ周波数の成分に基づき前記磁場検出手段と前
記対象面との間の距離を算出する副測定手段と、前記副
測定手段の算出した距離信号に基づき前記測定手段が算
出した測定対象体の流速を補正する補正手段とを追加し
て備えたものである。

【００２４】本発明の請求項１０に係る流速測定装置
は、前記請求項９に係る流速測定装置において、前記測
定手段は前記励磁手段に交流の励磁電流を供給し、前記
副測定手段は前記測定手段が前記励磁手段に供給した励
磁電流とは異なる周波数の交流励磁電流を前記副励磁手
段に供給するものである。

【００２５】本発明の請求項１１に係る流速測定装置
は、前記請求項９に係る測定装置において、前記励磁手
段と前記副励磁手段とを併用する励磁手段を設け、前記
測定手段は前記併用する励磁手段に交流の励磁電流を供
給すると共に、前記副測定手段は前記測定手段が供給し
た励磁電流とは異なる周波数の交流励磁電流を、前記測
定手段による励磁電流に重畳させて供給するものであ
る。前記請求項９、１０又は１１に係る流速測定装置に
よって、測定対象面と磁場検出手段との間のリフトオフ
変動の影響が低減される。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する前に、まず本発明の流速測定方法および装置の動作
原理について説明する。（１）流速測定原理本流速測定装置の１つの形態は、図１のように、励磁装
置として移動する導電性の測定対象物体４の上に、対象
面に対しその中心軸が垂直となるように１つの励磁巻線
１をセラミックス製丸パイプ２上に配置し、磁場検出装
置としてその励磁巻線１と対象面の間に、対象面および
対象体の移動方向にその中心軸が平行となり、その中心
が励磁巻線１の中心軸上にくるように１つの検出巻線Ｓ
をセラミックス製丸棒３上に配置したものである。

【００２７】ここで励磁巻線１に交流の励磁電流を供給
し、対象面に対し垂直な磁場を励磁する。すると、前述
の速度効果による誘導磁場Ｂv が生じる。この誘導磁場
Ｂvは、図１０のように励磁巻線直下の検出巻線Ｓの位
置では対象面に平行となっており、このＢv を対象面に
平行に配置した検出巻線Ｓにより検出する。この検出し
たＢv は対象体の流速に対応しているので、これから対
象体の流速を測定することができる。なお前述のように
この検出巻線Ｓでは、信号磁場Ｂv の他に、励磁磁場Ｂ
o 、渦電流磁場Ｂe が検出され、これらの磁場は流速と
は対応しない信号のオフセット分となる。そこでこれら
の影響の低減が重要となるが、これについては以下の項
で説明する。また励磁電流を交流とし、検出巻線の出力
信号の振幅をロックインアンプ（同期検波器又は位相検
波器と等価）等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。

【００２８】なお、励磁電流の周波数としては、あまり
高すぎると、速度効果による流動磁場Ｂv は式（１）の
ように周波数によってあまり変わらないが、測定対象に
生じる渦電流が大きくなるため、微弱な速度効果による
誘導磁場を検出することが困難となり流速検出能が低下
してしまう。よって励磁周波数としてはあまり高くない
周波数を選択しなければならない（１kHz 程度以下）。
なお、ここでは磁場検出装置として巻線を用いた例を説
明したが、この場合周波数があまり低すぎると、検出巻
線に生じる起電力が弱くなり検出感度が落ちてしまうた
め、あまり低周波であってもいけない（１Hz程度以
上）。但し磁場検出装置としてホール素子のような直流
磁場の検出も可能な磁気センサを用いた場合はその限り
ではない。

【００２９】（２）最適な装置構成ここで図１のように励磁巻線１を対象面に対しその中心
軸が垂直となるように配置し、検出巻線Ｓを励磁巻線１
と対象面との間に、対象面および対象体の移動方向にそ
の中心軸が平行となり、その中心が励磁巻線１の中心軸
上にくるように配置することで、流速に対する検出性能
が最も良くなることについて説明する。まず励磁装置の
配置については、前述したように、流速測定のもととな
る信号磁場Ｂv は、式（１）のように流速の方向と励磁
磁場の方向とが垂直なときに最大となる。いま、測定し
ようとする鋳型内の溶鋼流速は図２２のように、測定対
象面に対し平行なので、本発明のように対象面に対し垂
直な磁場を励磁するように励磁装置を配置すれば流速に
対する感度は最大となる。

【００３０】次に磁場検出装置の配置について図１１、
１２を用いて説明する。図１２は図１１のような鉄心５
と励磁巻線１とからなる励磁装置６を対象面に対し中心
軸が垂直となるように配置し、その励磁装置６と対象面
との間の位置で磁場検出装置７の位置及び向きを変えた
ときの各種磁場信号の変化の様子を示す。これらの信号
は、非磁性の導電体であるＳＵＳ３１６製の円盤を測定
対象物として用い、回転させた円盤の上に本流速測定装
置を配置して測定した。このような測定方法を用いれ
ば、液体流速の測定と同等の測定が模擬できることが確
かめられている。ここで“Ｂv_x”、“Ｂv_z”は、対象の
円盤を回転させて、磁場検出装置７の下での対象体の速
度が、０ｍ／sec の時と１ｍ／sec の時とでの磁場検出
装置出力の差で、対象体の速度１ｍ／sec に対する信号
磁場Ｂv の大きさに相当するｘ、ｚ方向の成分である。
即ち“Ｂv_x”は対象面及び対象体の移動方向と平行な方
向の磁場成分、“Ｂv_z”は対象面に対し垂直な方向の磁
場成分であり、これは他の磁場信号についても同様であ
る。

【００３１】また“Ｂo_x”、“Ｂo_z”は対象体が停止し
ているときの磁場検出装置７の出力で、励磁磁場の大き
さに相当する。また“Ｂe_x”、“Ｂe_z”は対象体の円盤
を回転させている時に、本装置と対象面との距離を変化
させ、その変化による磁場検出装置出力の変動のうち渦
電流磁場に相当する信号の変動量で、本装置と対象面と
の距離が変化したときの渦電流磁場Ｂe の変動ノイズ分
に相当する。このうち“Ｂv_x”、“Ｂv_z”が信号磁場で
あり、あとの“Ｂo_x”、“Ｂo_z”、“Ｂe_x”、“Ｂe_z”
は信号磁場を測定する際に不要なノイズ磁場である。

【００３２】図１２のように、対象面および対象体の移
動方向に対し平行な方向（ｘ方向）の磁場成分の分布を
見ると、磁場検出装置７が励磁巻線１の中心軸上（ｘ＝
０）にある時に信号磁場が最大で、外乱要因となる励磁
磁場や渦電流磁場の変化量が最小となっていることがわ
かる。よって本発明のように磁場検出装置７を励磁巻線
１の中心軸上に、対象面および対象体の移動方向と平行
な磁場成分を検出するように配置した構成において、最
も流速の検出性能が高くなることがわかる。

【００３３】なお、ここでは磁場検出装置として、１つ
の磁場検出装置７を励磁装置６と対象面との間に、対象
面および対象体の移動方向と平行な磁場を検出し、かつ
その中心が励磁巻線１の中心軸上にくるように配置した
が、図３のように励磁装置６と対象面の間に、対象面お
よび対象体の移動方向と平行でそれぞれが同じ向きの磁
場を検出するような向きで、かつそれぞれの検出巻線Ｓ
₁〜Ｓ₄で検出した励磁磁場を足しあわせると零となる
ような位置に複数の磁場検出装置を配置しても同様に高
い検出能を得ることができる。これは磁場検出装置が１
つの場合の本質が、対象面と水平方向の磁場を検出し、
かつ磁場検出装置の出力信号中の励磁磁場Ｂo が零とな
るような位置に配置することにあるためである。なお、
励磁磁場は対象面に対し垂直なので、Ｂe の分布とＢo
の分布は、正負が逆なだけでほぼ同様となるのは図１２
のグラフからも明らかであり、よって出力を足しあわせ
たときにＢo が零となるように複数の磁場検出装置の位
置を調整すれば、Ｂe も零となり１つの磁場検出装置を
用いた先の場合と同様に流速の検出能を最も高くできる
条件を満足することがわかる。

【００３４】（３）温度ドリフト対策前述したように、本発明のような磁気を用いた非接触の
流速測定装置では一般に、装置の温度が変化すると、熱
変形などにより磁場検出装置で検出してしまう励磁磁場
Ｂo の大きさが変化し、装置の出力信号に速度と対応し
ない擬似信号が重畳してしまう。図１３は図１のような
流速測定装置での温度ドリフトの様子を示す図である。
図１３は恒温槽中に本装置の励磁装置部分および磁場検
出装置部分（以下センサヘッドと呼ぶ）を配置し、恒温
槽内の温度を変化させたときの本装置の出力信号の様子
である。図１３の（ａ）中Ａは恒温槽内の温度、Ｂはセ
ンサヘッドの温度であり、図１３の（ｂ）は本装置の出
力信号である。

【００３５】図１３に示されるようにセンサヘッドの温
度が一定ならば、出力信号もほぼ一定であるが、センサ
ヘッドの温度変化に対応して信号が大きく変化すること
がわかる。この実験では、センサヘッドの周囲には特に
何もなく、磁場検出装置で検出しているのは、励磁磁場
のみであり、よって、磁場検出装置で検出している励磁
磁場の大きさが温度により変化してしまっていること
が、この温度ドリフトの要因であることがわかる。ここ
で、本装置の基本構成から、本来ならば検出巻線を励磁
巻線の中心に配置すれば、励磁磁場は検出巻線の検出方
向と直交し、検出巻線は励磁磁場を拾わないはずであ
り、よって励磁磁場の大きさが変動しても本装置の出力
信号は影響を受けないはずである。しかし実際には装置
の製作精度上、正確に励磁磁場が零となる位置に検出巻
線を設置することは非常に困難であり、僅かではあるが
検出巻線Ｓで励磁磁場を拾ってしまい、本装置の出力信
号が励磁磁場の変動の影響を受け、温度ドリフトを生じ
てしまう。

【００３６】そこで図４に示すように検出巻線を同じ向
きに巻いた２つの検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂に分けて近接して
配置し、ブリッジ回路を用いてその和をとる（Ｓ₁、Ｓ
₂では励磁磁場は向きは逆で、信号磁場Ｂv は向きが同
じであり、和を取ることで励磁磁場は減少し信号磁場は
足し合わされる）構造とする。このような構造にする
と、検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂の位置が多少ずれていても、ブ
リッジ回路を調節して２つの検出巻線間のバランスをと
って、２つの信号の和を取った後の出力信号で励磁磁場
を零とすることが可能となり、励磁磁場の大きさの変動
の影響すなわち温度ドリフトを低減できる。

【００３７】（４）リフトオフ変動対策実際の連続鋳造機では鋳型内の湯面の高さは±５〜１０
mmほど変動している。これにより測定対象面と本装置と
のリフトオフが変動するが、その変動が本流速測定装置
に与える影響としては、以下の２つがあげられる。第１
に、リフトオフの変動による、測定対象中での励磁磁場
の大きさの変動に伴う、信号磁場Ｂv の磁場検出装置位
置での変動、即ち流速の検出感度の変動の発生があげら
れる。第２に、渦電流磁場Ｂe の変動があげられる。前
述したように、本装置は交流の励磁磁場を用いているた
め、測定対象中に渦電流磁場が発生し、検出巻線の出力
にはこの渦電流磁場が重畳している。これは測定対象の
流速に対応しないので本装置の出力信号零点のオフセッ
ト分となってしまう。このオフセット分は対象面と本装
置との距離が無限大の時に零で、本装置と対象面との距
離が近ければ近いほど大きくなる傾向を示す。

【００３８】そこで本発明ではリフトオフを測定して、
あらかじめ流速感度、およびオフセット値について求め
た校正曲線をもとに、この流速感度のリフトオフによる
変動及びオフセット値のリフトオフによる変化を補正す
る。さらに本発明では、リフトオフ検出方法として、図
6のように励磁装置と対象面との間の第１の位置と、こ
の第１の位置と励磁装置の中心に対称な第２の位置に、
励磁装置と同軸に、対象面に対し垂直方向でそれぞれが
同じ向きの磁場を検出するように２つの垂直方向検出巻
線Ｓ₃、Ｓ₄を配置し、励磁装置に、流速測定用の励磁
電流の他にリフトオフ検出のための高周波の励磁電流を
重ね合わせて供給し、２つの垂直方向の検出巻線Ｓ₃、
Ｓ₄の差分信号から、ロックインアンプを用いてリフト
オフ検出用の周波数の信号のみを取り出してリフトオフ
値の検出を行う。

【００３９】ここで図１４のように対象面に対し垂直に
磁場を励磁すれば、対象中に流れる渦電流により、対象
面に対し垂直な渦電流磁場が生じる。この渦電流磁場は
対象面との距離によって変化するので、この渦電流磁場
を検出巻線で検出すれば、対象面との距離を検出するこ
とができる。またこの時与える励磁磁場は周波数が高い
ほど、発生する渦電流磁場の大きさも大きくなり、リフ
トオフ検出能も高くなるので、比較的低周波の流速測定
用の励磁電流の他に高周波のリフトオフ検出用の高周波
の励磁電流を励磁装置に重畳して与え、２周波の重畳し
た波形の励磁磁場を発生させる。

【００４０】また図６のように励磁巻線１の上下の位置
に検出巻線Ｓ₃、Ｓ₄を配置し、その差分信号を取れ
ば、リフトオフ検出のもととなる渦電流磁場は、上下の
検出巻線Ｓ₃、Ｓ₄で対象面との距離が異なるので、渦
電流磁場の向きは同じだがその大きさは異なり、差分を
とっても距離に対応した渦電流磁場信号は残って、距離
の検出ができる。これに対し、励磁磁場は上下の検出巻
線で大きさ向きともに同じとなるので、差分を取ること
で相殺される。また本装置を鋳型内に設置したとき、本
装置の周囲に図１５の（ｂ）のように銅製の鋳型があっ
ても、鋳型は上下の検出巻線Ｓ₃、Ｓ₄に対し対称とな
るので、鋳型中に渦電流が発生しても、その影響は上下
の検出巻線Ｓ₃、Ｓ₄で励磁磁場同様大きさも向きも等
しくなるので差分を取ることで相殺され、銅製鋳型の影
響はなくなる。以上のように、本発明の距離検出方法に
より、外乱の影響が少なくなり、また流速測定用のセン
サヘッドに、リフトオフ検出用のセンサヘッドも組み合
わせているので、センサヘッド部が非常にコンパクトに
構成できる。

【００４１】以上で本発明の流速測定装置の動作原理が
わかったので、次に本発明の実施形態について説明す
る。実施形態１．本流速測定装置の実施形態１は、図１のよ
うなセンサヘッドと、図２のような測定回路とからな
る。センサヘッドは図１のように、移動する導電性の測
定対象物体４の上に、対象面に対しその中心軸が垂直と
なるように、セラミックス製丸パイプ２に巻いた励磁巻
線１を配置し、その励磁巻線１と対象面との間にセラミ
ックス製の丸棒３に検出巻線Ｓを巻いたものを、その中
心軸が対象面および対象体の移動方向と平行で、かつそ
の中心が励磁巻線１の中心軸上にくるように配置したも
のである。

【００４２】測定回路は図２のように、励磁回路１０及
び検出回路２０からなり、励磁回路１０は発振器１１、
定電流アンプ１２及び抵抗Ｒを含み、検出回路２０はバ
ンドパスフィルタ２２及びロックインアンプ２３を含ん
でいる。励磁回路１０は、励磁巻線１に電流を流し、測
定対象に磁場を励磁する回路である。このためまず発振
器１１により１Hz〜１kHz 程度の正弦波を発生させ、定
電流アンプ１２により一定の交流電流として、抵抗Ｒを
介して励磁巻線１に励磁電流を流す。この例では、励磁
巻線１の励磁周波数は２１４Hzとした。

【００４３】検出巻線Ｓからの出力信号は、検出回路２
０に入る。ここで検出巻線Ｓからの信号は励磁電流の周
波数（この例では２１４Hz）を中心周波数とするバンド
パスフィルタ２２により、ノイズ信号をあらかじめ取り
除いた後に、ロックインアンプ２３によって、励磁電流
と−６０゜ずれた位相の成分が検波される。この位相は
後で示す速度検出試験を行った際に、渦電流磁場による
ノイズが最も小さくなる位相であり、この位相では信号
磁場Ｂv もほぼ最大となる。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。

【００４４】次にこの実施形態１の測定結果例を図１６
により説明する。図１６は実施形態１による流速測定装
置の速度検出試験を行った結果を示す図である。ここで
は前述のようにＳＵＳ３１６製の円盤を回転させ、その
上に本装置を配置し、ＳＵＳ円盤の速度を検出する試験
を行った結果を示している。図１６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１６の（ｂ）
は本流速測定装置により検出した流速信号である。この
ように、測定対象の速度によく追従した信号を得ること
ができる。なお、ここでは励磁装置として円形断面の空
心のソレノイド型コイルを用いたが、対象面に対し垂直
方向に磁場を励磁できれば、他のものでもかまわないこ
とは明らかである。例えば、長方形、正方形やその他の
断面形状のコイルでもかまわない。また空心でなく珪素
鋼板を積層したもののような磁心を有したコイルでもか
まわない。

【００４５】また、ここでは磁場検出装置として円形断
面の空心のソレノイド型のコイルを用いたが、対象面に
対し水平方向で対象面の移動方向と平行な磁場を検出で
きれば、何を用いても良いことは明らかである。例えば
長方形、正方形やその他の断面形状のコイルでもかまわ
ない。また空心でなく珪素鋼板を積層したもののような
磁心を有したコイルでもかまわない。さらにホール素子
や、過飽和型の磁気センサのような汎用的な磁気センサ
を用いてもかまわない。

【００４６】実施形態２．本流速測定装置の実施形態２
は、図４のようなセンサヘッドと、図５のような測定回
路とからなる。センサヘッドは図４のように、移動する
導電性の測定対象物体４の上に、対象面に対しその中心
軸が垂直となるように、セラミックス製丸パイプ２に巻
いた励磁巻線１を配置し、その励磁巻線１と対象面との
間にセラミックス製の丸棒３に同じ向きに２つの検出巻
線Ｓ₁、Ｓ₂を巻いたものを、その中心軸が対象面およ
び対象体の移動方向と平行で、かつ２つの検出巻線
Ｓ₁、Ｓ₂の中間点が励磁巻線１の中心軸上にくるよう
に配置したものである。

【００４７】測定回路は図５のように、励磁回路１０及
び検出回路２０Ａからなる。励磁回路１０は図２と同一
のものであり、検出回路２０Ａは、図２のバンドパスフ
ィルタ２２の前段にブリッジ回路２１を設けた構成とな
っている。励磁回路１０は、励磁巻線１に電流を流し、
測定対象に磁場を励磁する。このため図１と同様にま
ず、発振器１１により１Hz〜１kHz 程度の正弦波を発生
させ、定電流アンプ１２により一定の交流電流として、
抵抗Ｒを介して励磁巻線１に励磁電流を流す。この例で
は励磁周波数は実施形態１と同様に２１４Hzとした。

【００４８】検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂からの出力信号は、検
出回路２０Ａに入る。ここで２つの検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂
からの信号は、まずブリッジ回路２１で差分が検出され
る。このブリッジ回路２１はセンサヘッドを周囲に何も
ない状態で、その出力信号が零となるようにあらかじめ
調節する。このようにすることで、２つの検出巻線
Ｓ₁、Ｓ₂で検出してしまう不要な励磁磁場信号を相殺
するようにブリッジ回路２１を調整できる。その調整後
の信号は、励磁電流の周波数を中心周波数とするバンド
パスフィルタ２２により、ノイズ信号をあらかじめ取り
除いた後に、ロックインアンプ２３によって、実施形態
１と同様に励磁電流と−６０゜ずれた位相の成分が検波
される。

【００４９】次にこの実施形態２の測定結果例を図１
７、１８により説明する。図１７は恒温槽中に本センサ
ヘッドを配置し、恒温槽内の温度を変化させたときの本
装置の出力信号の状況を示す図である。図１７の（ａ）
中、Ａは恒温槽内の温度、Ｂはセンサヘッドの温度を示
し、図１７の（ｂ）、（ｃ）は本装置の２つの検出巻線
個別の出力信号を図２と同様の検出回路にて検出した信
号を示し、図１７の（ｄ）は図１７の（ｂ）、（ｃ）の
２つの信号をそのまま足しあわせたもの（Ｓ₁−Ｓ₂）
で、図１７の（ｅ）は２つの検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂の出力
信号をブリッジ回路２３でのバランスをとった図４、５
の流速測定装置の出力信号である。

【００５０】ここでさらに説明を加えると、図１７の
（ｄ）は２つの検出巻線Ｓ₁，Ｓ₂からの出力信号をブ
リッジ回路２１を通さずにそのまま足しあわせた後に検
出回路で検出した場合の出力信号に相当し、これはまた
２つの検出巻線がつながって１つの検出巻線しかない場
合に相当し、即ち実施形態１の場合に相当する装置の特
性である。また、この試験の際にはセンサヘッドの周囲
には何もなく、よって図１７の（ｂ）〜（ｅ）の各信号
はそれぞれの構成で励磁磁場を検出していることにな
る。図１７の（ｂ）、（ｃ）に示されるように、センサ
ヘッドの温度を変化させると、おのおのの検出巻線
Ｓ₁、Ｓ₂の出力信号も変化する。ここで温度を変化さ
せる前の２つの検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂おのおのの出力信号
が異なっている。これは各検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂を励磁巻
線１の中心軸に対して対称な位置に配置しているとはい
っても、装置の製作精度上の誤差は避けられず、そのた
め各検出巻き線の位置での励磁磁場の大きさが異なるた
めである。

【００５１】そのために、図１７の（ｄ）のように特に
バランスをとらずに２つの検出巻線の出力信号をそのま
ま足しあわせると、信号は零とはならずに、わずかに励
磁磁場信号が残っている。そしてセンサヘッドの温度変
化により励磁磁場の大きさが変化すると、出力信号に残
っている励磁磁場信号も変動し、出力信号が温度ドリフ
トしてしまう。これは、先に述べた検出巻線が１つの場
合の温度ドリフトの傾向と一致する。ところが、図１７
の（ｅ）では、各検出巻線Ｓ₁、Ｓ₂で検出している励
磁磁場信号をブリッジ回路２１で零に調整しているた
め、温度変化前の出力信号はほぼ零であり、センサヘッ
ドの温度変化により励磁磁場の大きさが変化しても、出
力信号はあまり変化せず、温度ドリフトが大幅に低減さ
れていることがわかる。

【００５２】また図１８は本実施形態２による本流速測
定装置の速度検出試験を行った結果を示す図である。こ
こでも実施形態１と同様に、ＳＵＳ３１６製の円盤を回
転させ、その上に本装置を配置して試験を行った。図１
８の（ａ）が測定対象の流速を他の方法により検出した
値で、図１８（ｂ）が本流速測定装置により検出した流
速信号である。このように、本実施形態２においても測
定対象の速度によく追従した信号が得られることがわか
る。

【００５３】実施形態３．本流速測定装置の実施形態３
は、図６のようなセンサヘッドと、図７のような流速測
定回路３０（図５の励磁回路１０及び検出回路２０Ａを
含む回路である）、リフトオフ測定回路６０（リフトオ
フ測定用励磁回路４０及びリフトオフ測定用検出回路５
０を含む回路である）及びリフトオフ補正回路７０とか
らなる。センサヘッドは図６のように、移動する導電性
の測定対象物体４の上に、対象面に対しその中心軸が垂
直となるように、セラミックス製丸パイプ２に巻いた励
磁巻線１を配置し、その励磁巻線１と対象面との間にセ
ラミックス製の丸棒３に同じ向きに２つの検出巻線
Ｓ₁、Ｓ₂を巻いたものを、その中心軸が対象面および
対象体の移動方向と平行で、かつ２つの検出巻線Ｓ₁、
Ｓ₂の中間点が励磁巻線の中心軸上にくるように配置
し、さらに励磁巻線１を巻いたセラミックス製丸パイプ
２に対し、励磁巻線１と対象面との間に１つ、およびそ
れと励磁巻線１を挟んで対称な位置に１つ、計２つ検出
巻線Ｓ₃、Ｓ₄を巻いたものである。

【００５４】流速測定回路３０は図７のように、励磁回
路１０と検出回路２０Ａからなるが、その動作は実施形
態２と全く同様なのでここでは説明は省略する。またリ
フトオフ測定回路６０は図７のように、リフトオフ測定
用励磁回路４０とリフトオフ測定用検出回路５０からな
る。まずリフトオフ測定用励磁回路４０は、励磁巻線１
に重畳電流を流し、測定対象に磁場を励磁する回路であ
り、これは発振器４１からなる。まず発振器４１により
数十Hz〜数百kHz の比較的高周波の正弦波を発生させ
る。この正弦波を流速測定回路３０内の励磁回路１０の
発振器１１の出力に加算し、定電流アンプ１２を介して
励磁巻線１に流速測定用の比較的低い周波数とリフトオ
フ検出用の比較的高い周波数の２つの周波数を重畳させ
た波形の励磁電流を送る。ここではリフトオフ検出用の
励磁周波数は２kHz とした。

【００５５】検出巻線Ｓ₃、Ｓ₄からの出力信号は、リ
フトオフ測定用検出回路５０に入る。このリフトオフ測
定回路５０は、ブリッジ回路５１、バンドパスフィルタ
５２及びロックインアンプ５３により構成されている。
ここで２つの検出巻線Ｓ₃、Ｓ₄からの信号はまずブリ
ッジ回路５１で差分が検出される。このブリッジ回路５
１はセンサヘッドを周囲に何もない状態で、その出力信
号が零となるようにあらかじめ調節する。その調整後の
信号はリフトオフ検出用の励磁電流の周波数を中心周波
数とするバンドパスフィルタ５２により、ノイズ信号を
あらかじめ取り除いた後に、ロックインアンプ５３によ
って、リフトオフ検出用の励磁周波数と同じ周波数成分
（この例では２kHz ）の振幅値を検出する。これがリフ
トオフ元信号である。その後、測定回路の出力信号であ
る流速元信号とリフトオフ測定回路の出力であるリフト
オフ元信号とはリフトオフ補正回路７０に入る。

【００５６】リフトオフ補正回路７０は、Ａ／Ｄ変換器
７１、パーソナルコンピュータ（以下コンピュータとい
う）７２及びＤ／Ａ変換器７３により構成される。リフ
トオフ補正回路７０では、まず入力される流速元信号と
リフトオフ元信号を、Ａ／Ｄ変換器７１によりデジタル
信号に変換し、コンピュータ７２に取り込む。そして以
下の処理はコンピュータ７２上でソフトウェアにより行
う。コンピュータ７２上では、まずリフトオフ元信号か
らリフトオフを演算する。ここではあらかじめリフトオ
フ値を変えたときのリフトオフ元信号の変化の様子を測
定しておき、このリフトオフ対リフトオフ元信号特性曲
線をもとにリフトオフ元信号からリフトオフ値を演算し
ている。

【００５７】次に演算したリフトオフ値をもとに流速元
信号に含まれる渦電流磁場Ｂe によるオフセット分を演
算し、これを流速元信号から差し引く。ここではあらか
じめリフトオフ値を変えたときの流速元信号に含まれる
オフセット信号の変化の様子を測定しておき、このリフ
トオフ対オフセット信号特性曲線をもとにリフトオフ値
からオフセット分を演算している。最後にオフセット分
を差し引いた流速元信号からリフトオフによる流速感度
変化分を補正し最終的な流速値を得る。ここではあらか
じめリフトオフ値を変えたときの流速感度（測定対象の
速度が０ｍ／sec と、１ｍ／sec の時での流速元信号の
変化量）の様子を測定しておき、このリフトオフ対流速
感度特性曲線をもとにリフトオフ値からその時の流速感
度を演算し、オフセット分を差し引いた流速元信号をこ
の演算した流速感度で割っている。なお、ここではリフ
トオフ補正回路はコンピュータ上のソフトウェアで処理
したが、適当なハードウェア回路（例えばアナログ回
路）を用いて処理してもかまわない。

【００５８】次にこの実施形態３の測定結果例を図１
９、２０、２１により説明する。図１９の（ａ）は本装
置のリフトオフ対リフトオフ元信号特性を示す図であ
る。これは実施形態１でも用いたＳＵＳ３１６製の円盤
を停止した状態でその上に本装置を配置し、リフトオフ
値を変えてリフトオフ元信号の変化の様子を測定したも
のである。このようにリフトオフの大きさによってリフ
トオフ元信号は変化し、本装置によりリフトオフ値が検
出できていることがわかる。図１９の（ｂ）は本装置の
リフトオフ対オフセット信号特性を示す図である。これ
は先と同様に停止したＳＵＳ３１６製の円盤の上に本装
置を配置し、リフトオフ値を変えて流速元信号の変化の
様子を測定したものである。ここではリフトオフ無限大
の時、即ち装置を円盤状から外したときにブリッジ回路
により流速元信号を零に調整しているため、このときの
流速元信号は励磁磁場の影響はなく、渦電流信号の様
子、即ちオフセット分に相当する。このようにリフトオ
フの大きさによってオフセット分は変化する。

【００５９】さらに図１９の（ｃ）は本装置のリフトオ
フ対流速感度特性を示す図である。これは先と同様にＳ
ＵＳ３１６製の円盤の上に本装置を配置し、本装置下で
の円盤の速度が０ｍ／sec と１ｍ／sec の時とでの流速
元信号の変化量を、リフトオフ値を変えて測定したもの
である。このようにリフトオフの大きさによって流速感
度は変化する。図２０は、本流速測定装置のリフトオフ
補正の確性試験を行った結果を示す図である。ここでも
ＳＵＳ３１６製の円盤を停止しておき、その上に本装置
を配置してリフトオフ値を変える試験を行った。図２０
の（ａ）がリフトオフを本装置に取り付けたレーザ距離
計をもとに測定した値で、図２０の（ｂ）が本流速測定
装置のリフトオフ補正前の流速元信号、図２０の（ｃ）
がリフトオフ補正後の本装置の最終出力である流速値で
ある。このように、リフトオフ補正前は、リフトオフ値
の変化により流速値のオフセット分が大きく変化してい
るが、リフトオフ補正によりその変化が無くなっている
ことがわかる。

【００６０】図２１は本流速測定装置のリフトオフ補正
のもう１つの確性試験を行った結果を示す図である。こ
こではＳＵＳ３１６製の円盤を回転させ、その上に本装
置を配置してリフトオフを変える試験を行った。図２１
の（ａ）は本装置に取り付けたレーザ距離計をもとにリ
フトオフ値を測定した値、図２１の（ｂ）が測定対象の
流速を他の方法により検出した値、図２１の（ｃ）が本
流速測定装置のリフトオフ補正前の流速元信号、図２１
の（ｄ）がリフトオフ補正後の本装置の最終出力である
流速値である。このように、リフトオフ補正前は、リフ
トオフ値の変化により流速値が大きく変化しているが、
リフトオフ補正によりその変化が無くなり、安定して速
度の検出ができていることがわかる。

【００６１】なお、ここではリフトオフ検出用の励磁装
置として流速検出用の励磁装置を併用した例を用いて説
明したが、リフトオフ検出用に図８の（ａ）、（ｂ）の
ように別途リフトオフ用励磁巻線８を流速検出用の励磁
巻線１の上から、もしくは下に巻き、図９のように図７
のリフトオフ測定用励磁用回路４０に定電流アンプ４２
を追加して、これでリフトオフ検出用の励磁巻線８にリ
フトオフ検出用の励磁電流を供給して励磁してもかまわ
ない。またリフトオフ検出用の周波数として流速検出用
の周波数と同じ周波数を用いてもかまわない。またさら
にこの時はリフトオフ検出用の励磁装置、リフトオフ測
定用励磁回路を別途設けることなく流速測定用の励磁磁
場をそのままリフトオフ検出用に用いることもできる。
また実施形態３では流速測定用の装置構成として実施形
態２と同様のものを用いて説明したが、温度が一定で温
度ドリフトが小さい場合には、実施形態１と同様なもの
でもかまわない。ただしこの時は、リフトオフ対オフセ
ット特性は励磁磁場分も加えて取得し、渦電流磁場によ
るオフセット分と励磁磁場によるオフセット分とを同時
に流速元信号から差し引くことになる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、移動する
導電性の測定対象物体の上に、その対象面に対しほぼ垂
直方向の磁場を励磁する励磁手段を配置し、前記励磁手
段と対象面の間に、この対象面及び前記測定対象体の移
動方向とほぼ平行でそれぞれが同じ向きの磁場を検出す
るような向きで、かつそれぞれの検出手段で検出した励
磁磁場の加算結果がほぼ零となるような位置に２つ以上
の磁場検出手段を配置し、測定手段により、前記励磁手
段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁場を励磁
し、前記２つ以上の磁場検出手段のそれぞれの検出信号
を加算した和信号に基づき前記測定対象体の流速を算出
するようにしたので、流速検出能が高く安定した流速の
測定が可能となる。

【００６３】また本発明によれば、移動する導電性の測
定対象物体の上に、その対象面に対しほぼ垂直方向の磁
場を励磁するように励磁手段を配置し、前記励磁手段と
対象面の間に、この対象面及び前記測定対象体の移動方
向にほぼ平行な磁場を検出するような向きで、かつ前記
励磁手段の中心軸に対し対称となり、対象面及び測定対
象体の移動方向に平行に並ぶように、それぞれ２つの磁
場検出手段を配置し、測定手段により、前記励磁手段に
励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁場を励磁し、前
記測定対象体の流速が零のときに、前記２つの磁場検出
手段の検出信号を加算した和信号が零になるように調整
した後に、前記和信号から前記測定対象体の流速を算出
するようにしたので、周囲の温度が変化しても安定して
流速の測定が可能となる。

【００６４】また本発明によれば、前記測定手段により
測定された流速の補正として、前記励磁手段を包含する
位置または励磁手段に包含される位置で、かつ前記対象
面に対しほぼ垂直方向の交流の磁場を励磁するように副
励磁手段を配置し、前記対象面と副励磁手段の間の第１
の位置と、前記副励磁手段を中心として前記第１の位置
と対称の第２の位置とに、それぞれが対象面に対し垂直
で互いに同じ向きの磁場を検出するように２つの副磁場
検出手段を配置し、副測定手段により、前記副励磁手段
に交流の励磁電流を供給して前記対象面に対し垂直な交
流の磁場を励磁し、前記２つの副磁場検出手段の検出信
号の差分信号のうち前記副励磁手段の励磁磁場と同じ周
波数の成分に基づき前記磁場検出手段と前記対象面との
間に距離を算出し、補正手段により、前記副測定手段の
算出した距離信号に基づき前記測定手段が算出した測定
対象体の流速を補正するようにしたので、本装置と測定
対象体（例えば湯面）との間の距離（リフトオフ）が変
化しても安定して流速の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサヘッド（その１）の構成を示す
図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る測定回路を示す図で
ある。

【図３】本発明のセンサヘッド（その２）の構成を示す
図である。

【図４】本発明のセンサヘッド（その３）の構成を示す
図である。

【図５】本発明の実施形態２に係る測定回路を示す図で
ある。

【図６】本発明のセンサヘッド（その４）の構成を示す
図である。

【図７】本発明の実施形態３に係る流速測定装置（その
１）の構成を示す図である。

【図８】本発明のセンサヘッド（その５）の構成を示す
図である。

【図９】本発明の実施形態３に係る流速測定装置（その
２）の構成を示す図である。

【図１０】図１のセンサヘッドによる各磁場信号の説明
図である。

【図１１】励磁装置に基づく各磁場信号分布測定方法を
示す図である。

【図１２】図１１の方法による各磁場信号分布測定結果
を示す図である。

【図１３】図１のセンサヘッドの温度試験結果を示す図
である。

【図１４】本発明のリフトオフ検出原理の説明図であ
る。

【図１５】銅製の鋳型の影響の説明図である。

【図１６】本実施形態１による速度検出試験結果を示す
図である。

【図１７】本実施形態２による温度試験結果を示す図で
ある。

【図１８】本実施形態２による速度検出試験結果を示す
図である。

【図１９】本発明のリフトオフ補正のための特性曲線の
例を示す図である。

【図２０】本発明のリフトオフ補正の確性試験（その
１）の結果を示す図である。

【図２１】本発明のリフトオフ補正の確性試験（その
２）の結果を示す図である。

【図２２】連続鋳造の説明図である。

【図２３】接触式による従来の高温液体金属の流速測定
装置の説明図である。

【図２４】磁場の速度効果の説明図である。

【図２５】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定装置（その１）の説明図である。

【図２６】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定装置（その２）の説明図である。

【図２７】磁気センサヘッドの構成例を示す図である。

【図２８】図２７の磁気センサヘッドにより流速を測定
する動作原理を説明する図である。

【図２９】渦流距離計の配置例を示した斜視図である。

【符号の説明】

１励磁巻線２セラミックス製丸パイプ３セラミックス製丸棒４測定対象体５磁心６励磁装置７磁場検出装置８リフトオフ検出用励磁巻線Ｓ、Ｓ₁〜Ｓ₄ 検出巻線１０励磁回路１１、４１発振器１２、４２定電流アンプ２０、２０Ａ検出回路２１、５１ブリッジ回路２２、５２バンドパスフィルタ２３、５３ロックインアンプ３０流速測定回路４０リフトオフ測定用励磁回路５０リフトオフ測定用検出回路６０リフトオフ測定回路７０リフトオフ補正回路７１Ａ／Ｄ変換器７２コンピュータ７３Ｄ／Ａ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動する導電性の測定対象物体の上に、
その対象面に対しほぼ垂直に磁場を励磁し、前記対象面及び測定対象体の移動方向とほぼ平行な方向
の磁場を検出し、その検出した磁場信号から前記測定対
象体の流速を算出することを特徴とする流速測定方法。
【請求項２】移動する導電性の測定対象物体の上に、
その対象面に対しほぼ垂直に磁場を励磁し、前記対象面及び測定対象体の移動方向とほぼ平行な方向
の磁場を、前記励磁磁場が対称となるような前記測定対
象体の移動方向と平行に並んだ２点でそれぞれ検出し、前記測定対象体の流速が零のときに、前記２点でそれぞ
れ検出される前記励磁磁場の検出信号を加算した和信号
が零になるように調整した後に、前記和信号から前記測
定対象体の流速を算出することを特徴とする流速測定方
法。
【請求項３】前記励磁磁場とは別に測定対象体の対象
面に対しほぼ垂直な交流の磁場を励磁し、前記対象面に対し垂直方向の交流の磁場を、対象面に垂
直な方向に並んで前記交流磁場に対し対称となる２点で
検出し、その検出した２点の磁場信号の差分信号に基づ
き前記対象面及び測定対象体の移動方向とほぼ平行な方
向の磁場の検出点と対象面との間の距離を演算し、その
距離をもとに前記算出した流速を補正することを特徴と
する請求項１又は２記載の流速測定方法。
【請求項４】請求項１又は２の励磁磁場は交流の励磁
磁場とし、請求項３により新たに励磁した交流励磁磁場
は請求項１又は２の交流励磁周波数と異なる交流励磁周
波数とすることを特徴とする請求項３記載の流速測定方
法。
【請求項５】請求項１又は２の励磁磁場を交流の励磁
磁場とし、この交流励磁磁場単独で請求項３の交流励磁
磁場を代用することを特徴とする請求項３記載の流速測
定方法。
【請求項６】移動する導電性の測定対象物体の上に、
その対象面に対しほぼ垂直方向の磁場を励磁するように
配置された励磁手段と、前記励磁手段と対象面の間に、この対象面及び前記測定
対象体の移動方向とほぼ平行な磁場を検出するような向
きで、かつ検出手段で検出した励磁磁場がほぼ零となる
ような位置に配置された１つの磁場検出手段と、前記励磁手段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁
場を励磁し、前記１つの磁場検出手段の検出信号に基づ
き前記測定対象体の流速を算出する測定手段とを有する
ことを特徴とする流速測定装置。
【請求項７】移動する導電性の測定対象物体の上に、
その対象面に対しほぼ垂直方向の磁場を励磁するように
配置された励磁手段と、前記励磁手段と対象面の間に、この対象面及び前記測定
対象体の移動方向とほぼ平行でそれぞれが同じ向きの磁
場を検出するような向きで、かつそれぞれの検出手段で
検出した励磁磁場の加算結果がほぼ零となるような位置
に配置された２つ以上の磁場検出手段と、前記励磁手段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁
場を励磁し、前記２つ以上の磁場検出手段のそれぞれの
検出信号を加算した和信号に基づき前記測定対象体の流
速を算出する測定手段とを有することを特徴とする流速
測定装置。
【請求項８】移動する導電性の測定対象物体の上に、
その対象面に対しほぼ垂直方向の磁場を励磁するように
配置された励磁手段と、前記励磁手段と対象面の間に、この対象面及び前記測定
対象体の移動方向にほぼ平行な磁場を検出するような向
きで、かつ前記励磁手段の中心軸に対し対称となり、対
象面及び測定対象体の移動方向に平行に並ぶように、そ
れぞれ配置された２つの磁場検出手段と、前記励磁手段に励磁電流を供給し対象面に対し垂直な磁
場を励磁し、前記測定対象体の流速が零のときに、前記
２つの磁場検出手段の検出信号を加算した和信号が零に
なるように調整した後に、前記和信号から前記測定対象
体の流速を算出する測定手段を有するとを特徴とする流
速測定装置。
【請求項９】前記励磁手段を包含する位置または励磁
手段に包含される位置で、かつ前記対象面に対しほぼ垂
直方向の交流の磁場を励磁するように配置された副励磁
手段と、前記対象面と副励磁手段の間の第１の位置と、前記副励
磁手段を中心として前記第１の位置と対称の第２の位置
とに、それぞれが対象面に対し垂直で互いに同じ向きの
磁場を検出するように配置された２つの副磁場検出手段
と、前記副励磁手段に交流の励磁電流を供給して前記対象面
に対し垂直な交流の磁場を励磁し、前記２つの副磁場検
出手段の検出信号の差分信号のうち前記副励磁手段の励
磁磁場と同じ周波数の成分に基づき前記磁場検出手段と
前記対象面との間の距離を算出する副測定手段と、前記副測定手段の算出した距離信号に基づき前記測定手
段が算出した測定対象体の流速を補正する補正手段とを
追加して備えたことを特徴とする請求項６、７又は８記
載の流速測定装置。
【請求項１０】前記測定手段は前記励磁手段に交流の
励磁電流を供給し、前記副測定手段は前記測定手段が前記励磁手段に供給し
た励磁電流とは異なる周波数の交流励磁電流を前記副励
磁手段に供給することを特徴とする請求項９記載の流速
測定装置。
【請求項１１】前記励磁手段と前記副励磁手段とを併
用する励磁手段を設け、前記測定手段は前記併用する励磁手段に交流の励磁電流
を供給すると共に、前記副測定手段は前記測定手段が供
給した励磁電流とは異なる周波数の交流励磁電流を、前
記測定手段による励磁電流に重畳させて供給することを
特徴とする請求項９記載の流速測定装置。