JPS58214825A - 電磁誘導式温度測定方法 - 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】 本発明に、電磁誘導式温度測定方法に係り、特に、圧延
ロールの温度を測定する際に用いるのに好適な、交流電
流を流したコイルを導体からなる被測定物体に近接させ
た時にコイルに生じるインピーダンスの変化から、被測
定物体の温度を求めるようにした電磁誘導式温度測定方
法の改良に関する。

鋼板等の金属材料の圧延工程において、圧延機のロール
温度は、製品の品質に大きな影響を持つため、十分な温
度管理を行うことが要求される。

このため、ロールの温度変化を知ることに、圧延作業上
重要な指標の一つとなっているが、圧延中のロールは環
境が悪く、その測温は困難な問題とされていた。即ち、
ロールに高速回転しているため、接触式温度計に用いる
ことができず、又、冷却水、水蒸気、塵埃等が存在する
ため、輻射を利用した温度計でに、所望の測定精度が得
られなかった。

一方近年゛、悪環境に耐える温度測定方法として、例え
ば特公昭５４−７９４号で示されるような一電磁誘導式
温度測定方法が試みら１ている。この電磁誘導式温度測
定方法は、第１図ｔて示す如く、コイル１０に交流電流
を流すと、近接した導体であるロール１２に渦電流１４
が流れ、この渦電流ｌ４ｑ：作る磁場によりコイルｌＯ
が影響を受けてそのインピーダンス２が変化し、このイ
ンピーダンス変化の大きさが、ロール１２の電気抵抗Ｊ
。

透磁率μ、コイル１０とロール１２の距離りの関数とな
ることを利用して、ロール１２の電気抵抗３と透磁率μ
を求め、この電気抵抗！や透磁率μが温度Ｔによって変
化することを第１」用して、コイル１０のインピーダン
ス２の変化を測ることにより、ロール１２の温度Ｔの変
化を測定するようにしたものである。

この電磁誘導式温度測定方法によれば、ロール１２の温
度Ｔを、非接触で測定すること０・できるという特徴を
有するが、インピーダンス２が、距離りに大きく影響さ
れるため、測定中に、距離りを一定に保持する必要があ
る。又、距離りの値によって測定感度が異なるため、測
定の度毎に感度調整が必要となるという欠点を有してい
た。

不発明は、前記従来の欠点全解消するへくなされたもの
で、被測定物体とコイルの距離の変化に拘らず、高精度
の温度測定を行うことができる電磁誘導式温度測定方法
を提供することを目面とする。

本発明は、交流電流を流したコイルを被測定物体に近接
させた時にコイルに生じるインピーダンスの変化から、
被測定物体の温度を求めるようにした電磁誘導式温度測
定方法に２いて、前記コイルのインピーダンスの実部と
虚部を測定し、こｎをコイルの形状及び励磁周波数によ
って一義的に決定される変換操作を用いて被測定物体の
電気抵抗と透磁率の積に変換し、この積の頭から、コイ
ルと被測定物体の距離の変化に°影響さｎない温度測定
値金得るようにして、前記目的を達成したものである。

以下本発明の詳細な説明する。

今、第２図に示す如く、内半径がａｌ−外半径がａ２、
図の上下方向の長さがｌであるコイル１０を用いて、該
コイル１０との距離がｈであるロール１２の電気抵抗９
と透磁率μの噴Ｐμを測定する場合を考えると、このよ
うな状態におけるコイルｌＯの複素インダクタンスＬは
、Ｍａｘｗｅ　１１の方程式を解くことにより１例えば
次式で表わすことができる。

＝Ｆ（ｈ、ｑ）　　　・・・・・・・・・・・・・・・
（２）ｑ＝Ｊμｍ　…曲間゛（４） であり、又、Ｌｏに、ロール１２Ｖこ近接していないコ
イルのインダクタンス、μ、に、ロー／Ｌ１２の比透磁
率（＝−１μ。：真空の透磁率）、ωは。

μＯ コイ３１０に流れる電流の角周波数である。

今、ロール１２の温度が２０〜６００”Ｃ迄変化すると
仮定すｎば、積夕μｒに０．９５　Ｘ　Ｉ　Ｏ−〜１０
．８Ｘ１０−’Ωｍ迄変化する。そこで−積７．　ｒを
この範囲で、又、距離りを８〜１３ｍｍの範囲で変化す
ると仮定して、前出（１）式を計算して、距離り及び積
Ｐμと比重の関係を図示すれば、第３図に示す如くとな
る。ここで、コイルｌＯの内半径Ｂ１＝３Ｑｍ−外半径
ａ　２　＝　３２ｒｏ１．長さ！＝５ｎ、−＝　１０　
’　　としている。

２π 第３図において、縦方向の曲線群は、距離りが一定で、
積ｙμｍが変化した時の軌跡であり、横方向の曲線群は
、積夕μｍが一定で、距離りが変化した時の軌跡である
。

今、第４図に示す如く、ロール温度がＴ℃の時、ロー／
Ｌ１２の電気抵抗率、比透磁率、コイルｌＯとロール間
の距離が、それぞれア、μ、ｈであったとし、次に、ロ
ール温度がＴ′℃に変化したため、熱膨張等により、そ
れぞれの値がア′、μｍ′、ｈ′に変化した場合を考え
ると、コイル１０のインダクタンスは、前出第３図に示
す如く、複素平面上で点Ｐ→点Ｑに動く。従って１点Ｐ
、点Ｑが、それぞれ横方向の曲線群のどの曲線上に乗っ
ているかを探してやれば、積アμ１．積ア′μｍ′を求
めることができる。例えば、測定により、正規化インダ
クタンス−の実部が０．０３１．虚部が０．９７９　（
点Ｐ）と求まれば、第３図から、積Ｐμ、＝１．３５Ｘ
１０’Ωｍと読み取ることができる。この操作は、前出
（１）式の関数Ｆの逆変換Ｆ−１を行うことに対応して
いる。

次に、この逆変換Ｆ−１を一演算処理により行う方法に
ついて説明する。

まず、前出（１）式を使って、積ｑを一足にして。

距離りを変化させてできる曲線群（第３図１の横方＝０
　　・・・・・・・・・・・・・・・（５）この（５）
式で表わされる曲線群が、前出第３図の徊方向の曲線群
に一致するよ５に、（５）式中の係数ｆｉｊｋを定めて
おく。この係数ｆｉｊｋに（１）式から明らかなＬうに
、コインし１０の同半径ａｌ。

外半径ａ２、長さ！及び励磁角周波数ωのｓｉ　Ｆｌで
あり、使用するコイルの形状及び角周波数ωか決１１ば
、一義的に定電るものである。従って、一旦、係数ｆｉ
ｊｋが定互ってし筐えば１次に測定によってｘ−７ｂ′
Ｙ得られた時、前出（５）式に、積ｑに関するｎ次方程
式となるから−その根を求める操作が、逆変換Ｆ′に相
当する。従って１例えばｎく４とすれば、根は初等的に
求めることができる。

電気抵抗ア、透磁率μは、それぞれ、キューリ一点以下
の温度に関して、単一増加するから、この関係を利用し
て、積アμｍからロール１２の温度を求めることができ
る。

以下１本発明によるロールの＠度測定方法を詳細に説明
する。

まず、使用するコイル１０の形状（ａｌ、　ａ２＊ｌ）
、励磁周波数ω、測定すべきロール温度の変化範囲に対
応した積ｆμの変化範囲、コイル１０とローＡ−１２間
の距離りの変動範囲に対応して、前出（１）式を計算し
、前述の方法により逆変換Ｆ−１を−求め、そのプログ
ラムを演算処理装置に記憶させる。

次いで、インピーダンス測定器により、コイルｌＯがロ
ール１２１ｃ近接していない状態で、コイルｌＯのイン
ピーダンス１０を測定し、演算処理装置に記憶させる。

更に、コイ／１−１０をロール１２に近接させ、コイル
ｌＯのインピーダンス２を、インピーダンス測定器によ
り、順次測定すると共に、演算処理装置により、次式を
用いてｘ−ｙを算出し、記憶させる。

ｘ＋　ｉ　７　＝　ｔ、　＝　（Ｚ−Ｒｅａｌ　（ｚ　
ｏ））／（Ｚ　ｏ−Ｒｅａｌ　（２Ｚ　ｔ；））・・・
・・・・・・・・・（６） 次いで、演算処理装置により、次式のような逆−変換Ｆ
″′１を行い、積アμｍの値を求める。

２μｍ　＝　ｑ　＝　Ｆ−’　Ｃｘ、　７）　　・・・
・・・・・・（７）更に、演算処理装置により１次式の
ような、予め求められ、記憶されている。積アμｍと温
度Ｔの関係式を筐って、ロール１２の温度Ｔを求めて出
力する。

Ｔ＝ｆ（Ｊ）μｒ）　・・・・・・・・・・・・・・・
（８）以下、図面を参照して、本発明にかかるロール温
度測定装置の実施例を詳細に説明する。本実施例は、第
５図に示す如く、ロール１２に近接されるコイルｌＯと
、該コイル１０に交流電流を流し、そのインピーダンス
の実部と虚部を測定する、例えばベクトルインピーダン
スメータからなるインピーダンス測定器２０と、該イン
ピーダンス到定器２０出力をデジタル信号に変換するた
めのアナログ−デジタル変換器２２と、該アナログ−デ
ジタル変換器２２出力から温度を求めるための、インダ
クタンス変換処理回路２６−逆変換処理回路２８及び温
度換算処理回路３０を含む演算処理装置２４と、該演算
処理装＠２４の演算結果を外部に出力するための温度値
出力装置３２とから構成されている。

本実施例によるロール温度の測定に、次のようにして行
われる。

即ち、筐す、使用したコイル１０の形状、励磁角周波数
ω、ロールの１ｆｉｌｌ冗温度範囲、距離の変化範囲を
考えて、前出（１）式を計算し、前出（５）式の係数ｆ
ｉ、ｉｋの値を求める。例えば、コイル１０の内半径ａ
＋＝３０ｕ＋、外半径ａ２＝３２ｆｌ、長さｌ＝　５　
ｘｘ、励磁角周波数ｆ＝２０ＫＨ２，測定＠度Ｔの範囲
Ｏ〜６００℃、距離りの変化範囲８〜１３諺である場合
は、ｉ＝０．１．ｊ＝０，１−２゜ｋ＝ｏ、１，２．３
とすると、次式に示す如くとなる。

・・・・・・・・・（８） この場合、逆変換ｐ−１は、１．　ｆ　ｉｊｋ　ｘｔｙ
ｊ　（ｉ　＝Ｏ１Ｊ １、　ｊ＝ｏ、　１．２）をｑｋの係数とする積ｑの３
次方程式、即ち１次式の根を求める操作である。

即ち、コイル１０のインピーダンスＺ（＝ｘ＋ｊｙ）を
測定し、て＋　Ｘ＋　ｙの値が分つ７を時−前出（８）
、（９）式で示されるマトリックスを用いて、　　（ｔ
Ｏ）　式で示されるような３次方程式を作り、その根を
求める演算プログラムを、演算処理装置２４の逆変換処
理回路２８に記憶させる。

次に、インピーダンス測定器２ｏにょ９．まず。

コイルｌＯがロール１２に近接していない状態（空の状
態）で、コイ、ｚｉｏのインピーダンスＺ。

を測定する。

次いで、コイル１０をロール１２に近接させ、インピー
ダンス測定器２ｏにより、コイル１ｏのインピーダンス
ｚを所望の時間に順欠測定する。

測定値は、アナログ−デジタル変換器２２を介して演算
処理装置２４に読み込まれ、インダクタンス変換処理回
路２６で、前出（６）式（て従ってインダクタンス変換
処理されて−　（ｘ＋ｊ７　）　Ｖｒ−変換され、次に
、逆変換処理回路２８により、前出（７）弐【従ってＦ
−１の逆変換処理により、蹟ｑ（＝Ｐμｒ）に変換され
る。更に、温度換算処理回路３０により、ロール温度Ｔ
と涜ｑの関係式からロール温度Ｔを計算し、温度値出力
装置３２に出力する。

本実施例を用層て、実際のロール温度測定を行つた結果
を第６図に示す。図から明らかな如く、ロール温度Ｔと
、２０’Ｃの時の積ｙμｍに対する温度Ｔ　℃の時の積
アμｍの比との間に、良好な相関関係が成立している。

この出方特性は、コイル１０とロール１２間の距離りを
、８〜１３ｍの間で変化させても殆ど変化せず１本発明
の効果が確認できた。

なお、前記実施例においてｔユ、本発明が、ロールの温
度測定に適用されていたが１本発明の適用範囲はこれに
限定されず、本発明が、一般の導体からなる被測定物体
の温度測定にも同様に適用できることに明らかである。

以上説明した通り１本発明によれば、コイルと杖測定物
体間の距離に影響されることなく、被測定物体の温度を
精度よく鋪１定することができる。

従って、オンラインのような厳しい環境下で、被測定物
体の温度を、非接触で、正確且つ操作住良＜ａ（１定す
ることが可能とＴ：Ｃるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電磁誘導式温度測定方法の原理を示す斜視図
、第２図は、本発明の詳細な説明するだめの、ロールと
コイルの配置状態を示す斜視図。 第３図は、同じく、コイルの正規化インダクタンスの、
距離、及び、電気抵抗と透磁蹴の積による変化状態を示
す線図、第４図は、同じ（、熱＃張前後のロールとコイ
ルの相対位置関係を示す正面図、第５図に、本発明に係
るニール温脱測定方法が採用されたロール温度測定装置
の実施例の全体構成を示すブロック線図、第６図は、＃
記実施例におけるロール温度と製雪出力の相関関係を示
す線図である。 １０・・・コイル、１２・・ロール、１４−・・渦電流
、２０　・インピーダンス測定器−２２・・・アナログ
−デジタル変換器、２４・・・演算処理装置、２６・・
・インダクタンス変換処理回路、２８・・・逆変換処理
回路、３０・・・温度換算処理回路、３２・・・温度値
出力装置。 ！＋便人　　高　矢　　　論 第１図 １ｎ 第２図 第３図 第４図 第６図 ロール４１度　Ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　交流電流を流したコイルを被測定物体に近接
   させた時にコイルに生じるインピーダンスの変化から、
   被測定物体の温度を求めるようにした電磁誘導式温度測
   定方法において、前記コイルのインピーダンスの実部と
   虚部を測定し、これをコイ率の積に変換し、この積の値
   から、コイルと被測定物体の距離の変化に影響されない
   温度測定値を得るようにしたことを特徴とする電磁誘導
   式温度測定方法。