JPS5834331A - 温度測定装置 - 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】 本発明は渦流法を利用して金属体等の温度を測定する温
度測定装置の改良に関する。

この種の装置は従来から既に一定条件下で実用化されて
おり、第１図はその従来装置の構成を示す図である。同
図において１は交流信号発生器、２は一辺に温度検知機
能を有するグローブコイル３を配置した交流ブリッジ、
４は増幅器、５は被測定金属体である。ガお、プローブ
コイル３は被測定金属体５からＧなる相対距離上もって
配置される。

而して、以上のようガ装置において交流信号発生器１か
ら交流ブリッジ２を介してグローブコイル３に交流電流
を供給すると、グローブコイル３から磁界が発生し、そ
の磁界が被測定金属体５と交差して被測定金属体５に渦
電流が発生する。この渦電流の値は、被測定金属体５の
磁気的特性および電気的特性、更にはグローブコイル３
と被測定金属体５との相対距離Ｇ等によって変化する。

この場合、上記変動要因のうち被測定金属体５とグロー
ブコイル３との相対距離Ｇを固定し、かつ各辺の素子２
ａ〜２ｃおよびグローブコイル３のインピーダンスを適
宜選択して交流ブリッジ２を平衡にすると、交流ブリッ
ジ２の出力電圧は、交流信号発生器１からの交流電流の
入力に対し、″４−カルトを出力することとなる。この
条件下において被測定金属体５の温度が変化すると、被
測定金属体５の電気抵抗はその温度係数α（銅α−０，
００４３、Ｗα−０，００６５）に対応して変化し、こ
れに伴なって被測定金属体５に発生する渦電流の値は変
化する。

この渦電流の変化に対し、グローブコイル３のインピー
ダンスが変化し、交流ブリッジ２の平衡条件がくずれて
交流ブリッジ２出力端には被測定金属体５の温度に対応
した出力電圧が得られる。そこで、この交流ブリッジ２
から出力された電圧を後続の増幅器４で増幅して測定す
れば、被測定金属体５の温度を非接触で測定することが
できる。

しかし、この種の装置は比較的簡単な構成で被測定金属
体５の温度全測定できるにも拘らず、従来装置１におい
ては以下のような問題点が存在していた。先ず、■、交
流ブリッジ２の素子２ｂ。

２ｃｌノローブコイル３とを結ぶケーブル３ａが温度変
動や経時変化によって抵抗および分布容景の変化をもた
らし、これが測定精度の低下を招いていること。■、温
度変動によってプローブコイル３自体のインピーダンス
が変化し、これが直接測定精度を低下させていること。

■更に、上記両原因によっておのずとケーブル３ａの長
さに限度があり、このため被測定金属体５から光分離れ
た場所に装置本体を設置して温度を測定することができ
ない不具合がある。

■また、温度変動による測定誤差が大きいためにケーブ
ル３ａおよびグローブコイル３を冷却する必要があるが
、この冷却装置が装置本体に比し非常圧大掛りとなりで
コスト高を招き、か５一 つ相対距離Ｇが小さい場合に被測定金属体５の温度測定
にも影Ｕを与える欠点がある。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、渦流法
を用いて被測定金属体の温度全測定するに際し、そのグ
ローブコイルの構成を改善し温度の変動等によって測定
誤差が生じないようにする温度測定装置を提供すること
を目的とする。

以下、本発明の実施例について第２図および第３図を参
照して説明する。なお、第２図は装置の概略構成を示し
、第３図はプローブコイルの構成を示す図である。これ
らの図において１ノは交流信号発生器であって、この発
生器１１から出力された交流電流Ｆｉミゾロープコイル
２の１次コイル１２−１に供給する。このブロープルコ
イル１２は１次コイル１２−１と、同コイル１２−１よ
り分離した１対の２次コイル１２−２ｍ　、１２−２ｂ
とからなシ、かつこれらの２次コイルＩ　Ｊ　−２ａ　
ｅ　Ｉ　Ｊ　−Ｊ　ｂは第３図のように互いに逆相接続
をもって構成してい６− る。

そして、１対の２次コイル出力端を増幅器１３に接続し
、１対の２次コイル１２−２ａ。

１２−２ｂから出力される信号を増幅器１３で増幅して
出力する構成である。１４は被測定金属体であって、同
金属体１４からＧなる相対距離をもってグローブコイル
１２が配置される。

次に、以上のように構成する装置の作用を説明する。交
流信号発生器１１から出力された交流電流をグローブコ
イル１２の１次コイル１２−１に供給すると、この１次
コイル１２−１から交流磁界が発生する。この交流磁界
は被測定金属体１４に対して交差するように与えるので
、被測定金属体１４に渦電流が発生し、これに伴なって
被測定金属体１４から磁界が発生する。ところで、この
磁界の強度は被測定金属体１４の温度変化により変化す
るため、１対の２次コイル１２−２ｍ　、１２−２ｂに
はそれぞれ異なった誘起電圧■８１．■８２が得られる
。従って、１対の２次コイル１２−２ｍ　、１２−２ｂ
に誘起される電圧の差電圧（Ｖ８１−Ｖｓ　２　）を増
幅器１３で」９幅して測定すれば、被測定金属体１４の
温度を測定することができる。更に、１対の２次コイル
１２’−２ｎ。

１２−２ｂに誘起される電圧につき詳しく述べると、同
誘起電圧は、グローブコイル１２の径、１次コイル１２
りおよび１対の２次コイル１２−２ｍ　、１２−２ｂの
巻幅、１次コイル１２−１と各２次コイル１２−２ｍ　
、１２−２ｂの間隔等によって定まる結合係数に、、に
、　　と、被測定金属体１４の磁気的特性および電気的
特性、プローブコイル１２と被測定金属体１４との相対
距離Ｇ等によって定まる変数Ｎ、、Ｎ、等によって決定
されるものである。つマシ、１対の２次コイル１２−２
ａ、１２−２ｂを逆相接続すると、１対の２次コイル出
力端からは下式で示すような電圧■８が得られる。

Ｖｓ＝Ｖｐ（ｋｌ−Ｎ＋　　］Ｃ２、Ｎｚ　ｌ−・−・
（１）但し、上式においてｖｓは１対の２次コイル１２
−２ａ　、１２−２ｂに誘起される電圧の差電圧、ｖＰ
は１次コイル１２−１に供給される電圧である。従って
、（１）式より、ｋ　Ｈｒ　ｋ　鵞はコイル製作によっ
て決捷り、また１次コイル１２−１に供給する電圧ｖＰ
は予め固定できるので、差電圧ｖ８は変数Ｎ１．Ｎ２の
値に対応して変化することになる。さらに、この変数Ｎ
１　、Ｎ２は、温度変動によって被測定金属体１４の渦
電流の値が変化すると、被測定金属体１４に近い方の２
次コイル例えば１２−２ｂが反磁場の影て、上述した説
明より明らかなように、１対の２次コイル１２−２＆、
１２−２ｂに誘起される電圧Ｖ　　、Ｖ　　は被測定金
属体１４の温度に８１　　　　　８２ よって異なり、このためこれらの電圧ＶＢ、１ｖ８２の
差電圧■８ヲ増幅器１３で増幅し、この増幅器１３の出
力を測定すれば、非接触で被測定金属体１４の温度を測
定できるものである。

次に、第４図および第５箇は、本発明装置と従来装置ｕ
とにおける性能の比較特性図である。

即ち、従来装置は、第５図に示すようにプローブコイル
（ケーブル）の温度が５℃（２５℃と３０℃）変化した
ときの鋼板温度Ｔ　（℃）と増幅９− 器出力Ｖ。ｕｔ　（Ｖ　）との関係を示しているが、同
図から明らかカようにプローブコイル３の温度変化によ
って出力が大きく変化し、これに伴なって測定誤差が非
常に大きく発生する。

一方、本発明装置は、第４図に示すようにプローブコイ
ル１２に１０℃の温度変化があっても増幅器１３の出力
Ｖ。ｕｔけ全く変化せず、プローブコイル１２の温度変
化による出力特性は非常に良好である。

従って、本発明装置の如き構成とすれば、以工のような
効果を有する。先ず、コイル結線用ケーブルに温度変動
があっても出力特性に影響を与えない。その理由は、１
次コイル結線用ケーブルが抵抗および分布容量の変化を
伴なっても１次コイル１２−１と各２次コイル１２−２
ｍ。

１２−２ｂとの間の結合係数ｋｌ＋ｋｌは一定であり、
このため１対の２次コイル１２−２ｍ＋１２−２ｂに誘
起される電圧の変化分はめである。また、プローブコイ
ル１２の温度変１０− 動によって１次コイル１２−１と１対の２次コイル１２
−２　ａ　＊　Ｉ　Ｚ　−２ｂとの各結合係数ｋｌ。

ｋ２が変化してもその変化分は等しいので、１対の２次
コイル１２−２ａ、１２−２ｂの差電圧ｖｓは零となる
。従って、グローブコイル１２等に温度変動があっても
被測定金属体１４の温度を高精度に測定できる。

次に、第６図は本発明装置の他の実施例を示す図であっ
て、この装置はプローブコイルＪ２（図示せず）と被測
定金属体１４との相対距離Ｇが変化したとき、一対の移
相器１５−１゜１５−２、一対の同期検波器１６−１．
１６−２および演算器１７等を用いて温度検出感度を補
償する構成である。なお、図中、１１．および１３は交
流信号発生器および増幅器である。

次に、第６図に示す装置の動作原理を述べる。

交流信号発生器１１の出力電圧を一対の移相器１５−１
．１５−２に供給し、移相器１５−１で零度、他方の移
相器１５−２で９０度移相した後、一対の同期検波器１
６−１．１６−２に供給する。そこで、一対の同期検波
器１６−１゜１６−２で前記移相信号をもって増幅器１
３の出力を同期検波しＸ成分出力とＹ成分出力とに分離
すると、第７図に示すように相対圧１４１１　Ｇの変化
に対しＸ成分出力が変化し、被測定金属体１４の温度の
変化に対し主にＹ成分出力が変化する特性を有している
。なお、第７図は、プローブコイル１２と被測定金属体
１４との相対距離Ｇを１０＋ｍおよび１５鵡とじ、かつ
被測定金属体１４の温度を２２℃〜２０２℃間で変更し
したときの同期検波器１６−１と１６−２の出力をＸＹ
記録計でプロットした特性図である。

従って、本装置は、以上の特性に着目し、同期検波器１
６−１で相対距離Ｇの変化に対応するＸ成分出力を得、
一方、同期検波器１６−２で被測定金属体１４の温度変
動に対応するＹ成分出力を得た後、これらのＸ、Ｙ成分
出力を演算器１７に供給し、゛ここで同期検波器１６−
２の出力を演算器１７で補償係数をもって補償すれば、
相対距離Ｇの変化による温度感度をほぼ一定に補償する
ことができる。カお、第８図は相対距離Ｇの変動による
被測定金属体１４の温度による検出感度を示す一例図で
ある。図中の点線特性は補償前の温度感度である。なお
、前記演算器１７で用いる補償係数には予め実験により
決定する。例えば第７図に示すように、相対距離Ｇを１
０ｗｎ、１．５ｍとした場合、被測定金属体１４の温度
による同期検波器１６−２のＹ成分出力は相対距離Ｇに
よって変化する。つまり、相対距離Ｇ”１０ｍｍ時の被
測定金属体１４の温度感度は、Ｇ−１５ｆｉ時と比較し
約３．４倍である。従って、第６図に示す演算器１７の
補償係数ｋを３．４に設定したとすると、同演算器１７
の温度出力Ｖ、（、。）は（２）式で表わすことができ
る。

ｖｔ（１ｏ）＝ｋＶｔ（１ｓ）＝３・４ｖｔ（１ｓ）　
　””””””（２）但し、上式においてｖｔ（、。）
は相対距離Ｇ＝１０簡時の温度出力、”ｔ（、ｓ）は相
対距離Ｇ　＝　１．５　ｔｓｍ時の温度出力、ｋは補償
係数である。

ところで、今、演算器１７をマルチシライヤ１３− １７ａと直流増幅器Ｊ７ｂとで構成した例について説明
すると、被測定金属体１４の温度に対応する同期検波器
１６−２の出力を直流増幅器Ｊ７ｂに供給し、相対距離
Ｇが１０欄〜１５關に変化したとき、手動にてバイアス
または利得等の信号ｖＲを導入して直流増幅器１７ｍか
ら第１０図に示す１．０〜３．４■の電圧Ｖ。を出力す
るように調整し、この出力電圧Ｖ。全マルチプライヤ１
７ａに加えると、同マルチプライヤ１７ｈから下式で表
わす温度検出感度の補償された温度信号Ｖ。を取り出す
ことができる。

但し、ｖｔ（Ｇ）は相対距離Ｇにおける出力電圧であっ
て（２）式よシ求める値である。Ｍはマルチシライヤ１
７ａの定数である。従って、以上のような構成にすれば
、相対距離Ｇの変化に対し温度検出感度を補償した被測
定金属体１４の温度を高精度に測定できる。

次に、第１１図は同じく本発明装置の他の実１４− 施例を示す構成図であって、この装置は温度測定時にお
いてグローブコイル１２と被測定金属体１４との相対距
離Ｇの変動による温度検出感度の補償手段を簡略化した
構成である。同図において２０は帰還増幅器、１１，１
２，１３゜１５−２．１６−２は第６図と同一部分に同
一符号を付してその説明を省略する。

第１１図に示す装置の動作について述べると、帰Ｍ増幅
器２０の帰鏝系にグローブコイル１２と増幅器１３とを
介挿すると、帰還増幅器２０から１ｄ下式で表わす増幅
出力Ｖ。が得られる。

但１〜．０１Ｎは帰還増幅器２０の入力（交流信七発生
器１）の出力電圧）、ｋｌｐｋ２は１次コイル１２−１
と１対の２次コイ）Ｌ／１２−２ａ。

１２−２ｂとの結合係数、Ｎｌ　、Ｎ２は被測定金属体
１４の電気的、・磁気的特性および相対距離Ｇ等によっ
て定まる変数、ＡＩは帰還増幅器２０のメープン増幅度
、Ａ２は増幅器１３の増幅度である。ここで、帰還増幅
器２０の出力電圧Ｖ。は、上式から明らか々ように利【
々の要因によって変化するが、ｅ　　＋ｋｌ　　＋に２
　　＋Ａ１おＮ よびＡ２を予め固定すれば変数Ｎ１．Ｎ、のみによって
決定することができる。この変数ＮｕｔＮ２は被測定金
属体１４とプローブコイル１２との相対距離Ｇに対応し
て変化し、Ｇが大きくなるに従って（４）式の分母が零
に近づき、これに伴なって帰還増幅器２０の出力が犬き
くなる。

なお、上記条件のもとに各相対距離Ｇを設定した後、被
測定金属体１４の温度を上昇させて帰還増幅器２０の出
力電圧をベクトル解析すると、第１２図に示すような特
性となる。なお、同図は交流信号発生器１ノの周波数ｆ
を２５ｋＩ（ｚとし、かつ一対の同期検波器を用いてＸ
。

Ｙレコーダでプロットした図である。この図から明らか
なように、相対距離Ｇを変化させたときの被測定金属体
ｊ４の各温度における出力状態をみると、矢印Ａで示す
ベクトル方向に対して常に等間隔をもって変化している
ことが分る。

このベクトル方向はほぼ１１０度である。このことけ、
交流入力に対し、第１１図の移相器１５−２でほぼ１１
０℃移相した信号を基準信号として同期検波器１６−２
に入力し、この同期検波器１６−２で帰還増幅器２０の
出力を同期検波すれば、相対距離Ｇの変化に無関係な温
度変化にのみ依存する信号を取シ出すことが可能となる
。

第１１図は以上の動作原理に活用して実現したもので、
プローブコイル１２と被測定金属体１４との相対距離Ｇ
が大きくなったとき、第（４）式の分母の第２項が”１
＃に近づくように結合係数ｋｌ＋ｋ１１の値を予め選択
し、相対距離Ｇが大きくなるに従って帰還増幅器２０の
出力電圧が大きくするように構成する。そして、この帰
還増幅器２０の出力電圧を、移相器１５−２で移相され
た基準信号をもって同期検波器１６−２で同期検波し、
この検波出力を被測定金属体１４の温度信号とするもの
である。従って、この装置は、相対距離Ｇの変動による
温度検出感度を１７− 自動的に補償できることになる。なお、第１３図は第１
１図における被測定金属体１４の温度変化に対する出力
電圧の特性例図である。同図から明らかなように、グロ
ーブコイル１２と被測定金属体１４との相対距離Ｇが変
化しても、温度感度はほぼ一定である。

力お、本発明は上記実施例に限定されず種々変形して実
施できる。

以上詳記したように本発明によれば、プローブコイルを
用いて渦流法によシ被測定金属体の温度を測定するもの
において、ノーブコイルとして被測定金属体に渦電流を
生じさせる１次コイルと温度によって変化する被測定金
属体の渦電流の変化を検出する１対の２次コイルと全分
離するとともに、１対の２次コイルを互いに逆相接続し
−Ｃそれぞれの２次コイルに誘起する電圧の差電圧をも
って被測定金属体の温度を測定するようにしている。従
って、コイル結線用ケーブルに抵抗変化等があっても１
次コイルと１対の２次コイルとの各結合係数が一定であ
り、１８− またプローブコイルに温度変動があっても各結合係数の
差分が等しいので、１対の２次コイルから出力する電圧
の差分は零である。従って、本装置は被測定金属体の温
度のみを高精度に測定できる。また、コイル結線用ケー
ブル等の影４！！ｌを受けないため、被測定金属体の温
度を遠隔地で測定できる。さらに、同期検波器および演
舞：器を用いて被測定金属体とプローブコイルとの相対
距離の変化に対応して温度検出感度を補償するようにし
たので、相対距離の変化によって被測定金属体の温度測
定に影響を与えない温度測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は本発明の一実施例
に係る温度測定装置を示す構成図、第３図は第２図に示
すグローブコイルの構成図、第４図および第５図は本発
明装置と従来装置との性能を比較する特性図、第６図な
いし第１０図は本発明の他の実施例を説明するために示
したもので、第６図は装置の構成図、第７図は第６図の
構成を用いて相対距離Ｇを変えたときのＸ成分出力およ
びＹ成分出力との関係特性図、第８図は相対距離を変え
たときの温度検出感度の補償前と補償後の関係特性図、
第９図および縞′０図は演算器の一具体例をもって示し
た図、第１１図は同じく本発明の他の実施例を示す構成
図、第１２図は第１１図に示す装置を実現するための特
性図、第１３図は第１１図の装置の出力特性図である。 １１・・・交流信号発生器、１２・・・グローブコイル
、１２−１・・・１次コイル、１２−２　ａ　ｔ１２−
２ｂ・・・１対の２次コイル、１３・・・増幅器、１４
・・・被測定金属体、１５−１．１５−２・・・移相器
、１６−１．１６−２・・・同期検波器、１７・・・演
算器、２０・・・帰還増幅器。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 す 才　ご １２−２； 牙２図 １

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　プローブコイルを用いて渦流法により被測定
   金属体の温度を測定するものにおいて、前記グローブコ
   イルとして前記被測定金属体に渦電流を生じさせる１次
   コイルと、温度によって変化する被測定金属体の渦電流
   の変化を検出する逆相接続してなる一対の２次コイルと
   を備え、この一対の２次コイルで誘起した電圧の差電圧
   を抽出して被１１１１１定金属体の温度を測定すること
   を％徴とする温度測定装置。
2. （２）　　プローブコイルを用いて渦流法により被測定
   金属体の温度を測定するものにおいて、前記被測定金属
   体に渦電流を゛生じさせる１次コイルおよび温度によっ
   て変化する被測定金属体の渦電流の変化を検出し差電圧
   として出力する逆相接続してなる一対の２次コイルを有
   するグローブコイルと、このプローブコイルの差電圧を
   同期検波して前記被測定金属体とプローブコイルとの相
   対距離に対応した電圧を出力する第１の同期検波器と、
   このプローブコイルの差電圧を前記第１の同期検波器と
   位相の異々る信−号で同期検波して前期被測定金属体の
   温度に対応する電圧を出力する第２の同期検波器と、前
   記第１の同期検波器から出力された電圧を用いて前記第
   ２の同期検波器の出力電圧の温度検出感度を補償する演
   算器とを備えたことを特徴とする温度測定装置。
3. （３）　　プローブコイルを用いて渦流法により被測定
   金属体の温度を測定するものにおいて、一方入力端に一
   定振幅の交流電圧が入力される帰還増幅器と、この帰還
   増幅器の帰還系に設けられ、前記被測定金属体に渦電流
   を生じさせる１次コイルおよび温度によって変化する被
   測定金属体の渦電流の変化を検出して差電圧を出力する
   逆相接続してなる一対の２次コイルを有するグローブコ
   イルと、このコイルの差電圧を増幅して前記帰還増幅器
   の他方入力端に供給する増幅器とを備え、前記帰還増幅
   器から被測定金属体とプローブコイルとの相対距離の変
   化による温度感度の変化を自動的に補償した出力を得る
   ようにしたことを特徴とする温度測定装置。