JPS6383662A - 配管内面のフェライト系酸化物皮膜の厚さ測定方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、磁性体量を測定する方法と装置に係り、特に
非接触、非破壊で磁性体量の分布を測定するのに好適な
磁性体測定方法と装置に関する。

［従来の技術］ 従来、試料中の磁性体量（例えば強磁性体量）の測定は
、特開昭５７−７０４４９号に記載のように、所定形状
の試験片を作製し、磁気回路内に試験片を置いて、磁気
回路中に生じる磁束の変化を検出して、磁性体量を求め
ていた。

［発明が解決しようとする間頭点］ 上記従来技術は、所定形状の試料を作製する必要があり
、従って、非破壊によりある物体中の磁性体の量を測定
することができなかった。

本発明の目的は、ある物体中のある種の磁性体量を非破
壊で測定することにある。

更に本発明は、ある物体中のある種の磁性体量の面分布
を非破壊で測定することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、試料中のある領域を磁化し、その領域の磁
化量を測定し、次に、別の領域を磁化しその領域の磁化
量を測定し、という工程を繰り返し行うことにより達成
される。

また、装置にあっては、試料中のある領域を磁化させる
装置と、この磁化させる装置により磁化された領域の磁
化量を測定する装置における、磁化させる装置により磁
化する領域と、測定装置により測定する領域を略等しく
しすることにより達成される。

［作用］ 磁性体には、大別して、弱磁性体１強磁性体、フェリ磁
性体があるが、これらの磁性体を磁化する場合、同じ磁
界の強さで磁化させても、磁性体の種類により磁化量の
大きさが異なる。同一磁界強さで同一量の磁性体を磁化
した場合、強磁性体やフェリ磁性体の磁化量は弱磁性体
の磁化量より約２桁以上大きい。また、磁化した場合の
磁性体の磁化量は、同一の磁性体では磁性体量と１＝１
の対応がある。それ故、求める磁性体の磁化量と磁性体
量の関係を予め求めておけば、磁化量を測定することに
より、非破壊により求める磁性体の量（例えば弱磁性体
中の強磁性体の量など）を求めることができ、磁化と測
定を、領域を変えて繰り返せば物体中のある種の磁性体
量の面分布を容易に求めることが出来る。また、磁化さ
れる領域の面積と測定される領域の面積をほぼ同一とす
ることが望ましいが、これは磁化した面積が測定の面積
より大きいと磁化した磁性体量を過小評価するし、磁化
した面積が測定の面積より小さいと別の磁化した領域の
磁性体量も検出するので、磁性体量の面分布を精度良く
求めることが出来ないからである。

測定の態様には種々あるが（検出器の感度により種々な
測定が可能となる。）、次のような態様が代表的なもの
である。

（１）弱磁性体中の強磁性体量若しくはフェリ磁性体量
又はそれらの分布（例えばヘマタイト中のフェライト量
など） （２）強磁性体中若しくはフェリ磁性体中の弱磁性体量
又はその分布（例えば金属中の不純物分布など） 尚、磁化する場合には測定する際に磁化量が判別できる
程度に磁界を印加する必要がある。これは磁化量の測定
器の検出感度により変わるが、−般的には、強磁性体若
しくはフェリ磁性体の飽和磁化以上印加すれば検出感度
が多少悪くとも問題は無い。

［実施例コ 発明者等は、弱磁性体であるヘマタイト（α−Ｆｅ２０
３　）粒子中に混在するフェリ磁性体であるコバルトフ
ェライト（ＣｏＦｅ２０４）粒子の量と磁化量の関係を
、第２図に示す自作の検出コイル振動型磁力計を用いて
測定した。第２図において、５は電磁石、６は電磁石用
電源、７は検出コイル、８はコイルホルダー、９は加振
器、１０はロックインアンプ、１１は記録計、１２は試
料を示す。

実験は、石英硝子管にヘマタイト粒子１ｇとコバルトフ
ェライト粒子１〜１０ｍｇとを入れ、電磁石により磁化
させた後、電磁石の電源を切るか、あるいは、他の磁場
の存在しない所に磁化させた試料の入った硝子管を設置
する。そして、硝子管から距離ｒだけ離れた１個、又は
、複数個の検出コイルを一定振幅ａ、一定周波数ωで加
振させる。

磁化させた試料の作る磁場中を検出コイルが動くので、
検出コイルには誘導電圧が発生する。検出コイル−個当
りに発生する誘導電圧Ｖは周波数ωの正弦波となり、そ
の振幅Ｖ。は Ｖｏ＝ｋａｆＭ　　　　　　　　（１）で表わせるよう
に、コイルの振動数（＝ω／２π）、加振振幅ａ、試料
の磁気モーメントの和Ｍに比例する。比例定数は に＝ＮＳｘ／ｒ’　　　　　　　（２）で与えられる。

ここに、Ｎは検出コイルの巻き数、Ｓは検出コイルの面
積、ｒは検出コイルと試料との距離、又は試料の座標を
原点としたときの検出コイルのＸ座標である。検出コイ
ルの加振周波数と同一の誘導電圧をロックインアンプを
用いて検出することにより、誘導電圧を高感度で測定で
きる。

コバルトフェライト試料を磁化させるときの電磁石の磁
界の強さと誘導電圧振幅との関係を第３図に示す。磁界
の強さの増加と共に誘導電圧振幅、即ち、磁化量は増加
し、磁界の強さが４　ｋ　Ｏｅ以上では飽和し、一定値
になった。この結果から、コバルトフェライトのような
フェリ磁性体を磁化するには４ｋｏｅ以上の磁界の強さ
が必要なことが分かる。

磁性体は、磁性体に種類により同じ磁界の強さで磁化さ
せても、磁化量の大きさが異なる。弱磁性体では磁化量
の大きさは磁界の強さに比例し、強磁性体やフェリ磁性
体では上述のコバルトフェライトのようにある磁界の強
さ以上で飽和する。

また、同一磁界強さで同一量の磁性体を磁化した場合、
強磁性体やフェリ磁性体の磁化量は弱磁性体の磁化量よ
り約２桁以上大きい。従って、ある領域の磁化量を測定
すれば、その領域に存在するある種の磁性体の量、即ち
、弱磁性体中の強磁性体やフェリ磁性体の量を測定でき
る（又、その逆も可能である。）。

弱磁性体中のフェ°り磁性体量を測定した結果を次に示
す。

加振周波数８０Ｈｚ、加振振幅１．１ｍｍの場合の誘導
電圧振幅とコバルトフェライト量の関係を第４図に示す
。コバルトフェライト量と誘導電圧振幅、即ち、磁化量
がよく対応することが分った。これから、磁化量測定に
より磁性体量を非接触で求められることが分かる。

次に、直径１０ｍｍの検出コイルを直径１０ｍｍの範囲
に磁化させた試料の２ｍｍ上方にセットし、試料を検出
コイルからずらしたとき、検出コイルに生じる誘導電圧
と検出コイルの中心から試料中心までの距離との関係を
第５図に示す。誘導電圧は、検出コイルの真下に試料が
ある場合を１とした。このように、試料が検出コイルか
らはずれると、誘導電圧は減少する。この結果から、磁
化した試料の磁性体量を精度良く測定するには、試料の
磁化する領域と同一、或いは、それより大きい検出コイ
ルを、試料の磁化した領域の真上にセットしなければな
らないことが分かる。

次に、第６図に示すように、１０φの銅管１３に弱磁性
体であるヘマタイト粒子１４を１ｇ添加し、両端にフィ
ルタを設けて、２８５℃のコバルト含有水１５を通水さ
せ、フェリ磁性体であるコバルトフェライトの生成過程
を調べた。その結果を第７図に示す。横軸は通水時間で
あり、縦軸は誘導電圧振幅の値を示している。これによ
り、ヘマタイト粒子がコバルトフェライト粒子に相変換
する模様、即ち、弱磁性体中における強磁性体やフェリ
磁性体の生成過程を、非接触、非破壊でその場で測定で
きることが分かった。

以上の実験結果から、物体中のある領域を磁化量が判別
できるように磁化し、その磁化量を測定することにより
、その領域にある任意の磁性体量を非接触、非破壊で測
定できることが分かった。

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明を適用して試料中の磁性体量の面分布を求め
る手順を示したものである。第１図において、１は磁化
器、２は磁化量検出器、３は試料中の磁性体層を示し、
４は磁化された領域を示す。

第１図において、１の磁化器は永久磁石、電磁石等の磁
石により、又は、コイルに電流を通すことにより磁界を
つくり、磁性体を磁化させるものである。２の磁化量検
出器は、磁性体の磁化によって生ずる磁界の測定や電磁
誘導法により磁性体の磁化量を測定するものである。

本実施例においては、以下の手順で試料中の磁性体量の
分布が求まる。まず、第１図８（ａ）に示すように試料
の任意の領域を磁化器１により磁化し、（ｂ）に示すよ
うにその磁化した磁化量を磁化量検出器２により測定す
る。次に（ｃ）に示すように別の領域を磁化器１により
磁化し、その磁化した磁化量を（ｄ）に示すように磁化
量検出器２により測定する。これを繰り返す。あらかじ
め、第４図に示すような対象とする磁性体量と磁化量の
関係を調べておけば、磁化量測定から対象とする磁性体
量の面分布が求まる。

磁性体量の面分布を求める場合、磁化器１により磁化さ
れる領域の面積と磁化量検出器２により測定される領域
の面積は同一であること、即ち、磁化器１と磁化検出器
２との面積が等しいことが望ましい。磁化器１の面積が
磁化量検出器２の面積より大きいと、磁化した磁性体量
を過小評価するし、磁化器１の面積が磁化量測定器２の
面積より小さいと、別の磁化した領域の磁性体量も検出
するので、磁性体量の面分布を精度良く求めることが出
来ない。

本実施例実施した場合の装置の一例を第８図に示す。

第８図において、１はコイルの磁化器、７は検出コイル
、８はコイルホルダー、９は加振器、１６は磁化器と検
出コイルの回転装置、１７はｙ方向移動装置、１８はＸ
方向移動装置、１９は支柱、２０は制御器を示す。

本装置を試料の上に設置し、Ｘ方向移動装置１７及びＸ
方向移動装置１８を制御器２０により駆動し、試料の任
意の位置に移動させる。先ず、磁化器１のコイルに電流
を流し試料を磁化量が判別できるように磁化する。次に
コイルの電流を切った後１回転装置１６により磁化器１
の位置に検出コイル７を移動させる。加振器９により検
出コイル７をＸ方向に振動させて磁性体量を測定する。

次に、Ｘ＋’／方向移動装置１７．１８により別の位置
に回転装置１６を移動させ、磁化、磁化量測定の工程を
繰り返す。これらの制御、測定、データ処理はマイコン
により自動的に行なわれる。又。

磁化器１のコイルの大きさと検出コイル７の大きさは同
一とする。本実施例によれば、このようにして、試料中
の磁性体量の面分布を非破壊で測定することが出来る。

装置の別の例を第９図に示す。

本装置においては、複数個の磁化器コイル１と検出コイ
ル７を同一の大きさにして回転袋［１６につけたもので
、第８図に示したようなｘ、Ｘ方向移動装置１７．１８
により試料の任意の位置に移動した後、２つの磁化器１
のコイルに電流を流し、２つの領域を同時に磁化量が判
別できるように磁化する。その後、電流を切り、回転装
置１６により磁化器１の位置に検出コイル７を移動させ
、加振器９により検出コイル７を振動させて２つの領域
の磁化量を同時に測定する。

本装置を用いた実施例によれば、２つの領域を同時に測
定することが出来、より効率的に磁性体量の面分布を求
めることが出来る。更に、磁化器と検出コイルの数を増
やせば、より測定効率は向上する。

装置の別の例を第１０図に示す。

本装置を第８図に示した磁化器、検出コイル。

回転装置の替わりに用いる。本装置においては、磁化器
１の磁化領域と検出コイル７の測定領域とを同一にし１
回転装置１６を不要にした。

本装置をＸ＋３’移動装置１７．１８により試料の任意
の位置に移動し、ある領域を磁化器１のコイルに電流を
流して磁化量が判別出来るように磁化する。次に、コイ
ルの電流を切った後、磁化器コイルと同一サイズの検出
コイル７を加振させて磁化量を測定する。次に、別の領
域に移動させ。

磁化、磁化量測定の工程を繰り返す。このようにして、
より簡単な装置で磁性体量の面分布を求めることが出来
る。

又、本装置を試料の任意の位置に設置し、その領域を磁
化量が判別出来るように磁化し、その磁化量を測定し、
又、別の位置に本装置を設置し、その領域を磁化量が判
別出来るように磁化し、その磁化量を測定し、という工
程を繰り返すことによっても、磁性体量の面分布を求め
ることが出来る。

こうして、実施例１により試料中の磁性体量の面分布を
非接触、非破壊で求めることができる。

実施例２を第１１図により説明する。

実施例１では、ある領域を磁化し、磁化量測定器別の領
域を磁化しその磁化量を測定するが、第５図に示したよ
うにある領域の磁化量測定の際、前に磁化した磁性体に
より磁化測定量が影響され、磁化量面分布、即ち、磁性
体量面分布測定の精度が悪くなるため、本実施例では、
磁化量測定後、磁化した部分を消磁することにより測定
精度を向上させた。

第１１図において、２１の消磁器は、永久磁石、電磁石
の磁界により、又は、コイルに電流を通すことにより、
磁性体を消磁させるものである。

本実施例においては、以下の手順で試料中の磁性体量の
面分布がより精度よく求まる。（ａ）に示すように試料
の任意の領域を磁化器１により磁化し、（ｂ）に示すよ
うな磁化量検出器２による磁化量８＋１１定の後、（ｃ
）に示すような消磁器２１により、磁化した磁性体を消
磁する。次に、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように別
の領域で磁化。

磁化量測定、消磁の工程を繰り返す。

こうして、試料中の磁性体量の面分布を実施例１より高
精度に求めることができる。

更に高精度に試料中の磁化量の面分布を測定するには、
第１２図に示すような磁化器を用いればよい。これは、
通常の磁化器の回りに複数個の消磁器を設置し、任意の
領域の限られた部分だけを磁化させるものである。即ち
、任意の領域を磁化させるとその回りの領域も多少磁化
されるので、消磁器を磁化器の回りに設置し、磁化と同
時に任意の領域の回りの領域の磁化を消磁させるもので
ある。

これにより、試料中の磁化量面分布の測定精度は更に向
上する。

実施例３を第１３図により説明する。

第１３図において、２２は配管、２３は磁性体皮膜を示
す。

本実施例においては、配管中に生成、あるいは、存在す
る磁性体皮膜の厚さ分布を非接触、非破壊で測定するも
のである。

鉄成分を含む配管内側表面には、腐食により鉄酸化物の
皮膜が生成する。これの主成分はへマタイトであるが、
第７図に示すようにフェライト系の酸化物が時間と共に
生成する。このフェライト系酸化物が生成すると耐食性
がよくなることが知られている。本実施例によれば、配
管中に生成するフェライト量の面分布、及び、長さ方向
の分布を非破壊、非接触で測定でき、その厚さ分布を測
定できる。

測定方法は、実施例１、あるいは、実施例２と同様に、
磁性体量の面分布を測定する。長さ方向の分布は、磁化
器、磁化量検出器を長さ方向に移動させることにより得
られる。第１３図において、磁性体量から皮膜厚さの変
換は、測定領域における皮膜の厚さが一定であることを
仮定し、磁性体測定量Ｇ、磁化斌検出器面積Ｓ、磁性体
の密度ρ（フェライトの場合種類に依らず５±０．４）
を用いて以下のように行なう。

ｄ＝Ｇ／ρＳ　　　　　　　　（３） これにより、１０μｍ以上の磁性体皮膜の厚さを精度±
１０％で非破壊、非接触で測定でき、又、その厚さの面
分布、及び、長さ方向の分布も測定できる。

フェライトの組成が分かれば、更に高精度で皮膜厚さ、
及び、その分布を測定できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、磁性体量、磁性体量の面分布。

磁性体皮膜の厚さ、及び、その分布を、非接触、非破壊
で測定できる効果がある。又、本発明にょれば、高温下
、放射線場のような劣悪環境下においても、磁性体量、
磁性体皮膜の厚さ、及び、それらの分布を測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１乱′４ｓｔ’ｌ−１１３図は本発明の実施例を示す
図、第鵡〜恥図は本発明の原理を示す図である。 （α）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）−ｉ＝　
　　「ｌ：Ｔ７二 躬３図 石森　器　（にｏｅ） 怖　Ｌｌ−図 コバ＋シｌ−フエライトマ（７ｎｌ） 検島コイル中曳がもの距１准（Ｔｒｌｍ　）６６　巳 （Ｃ１） （ｂ） ／３１ｔ＋ ８九　　　　問　　　１’ｈ） 活８０ ２０　−−一　宙ＩＩ　γ岬益 高９０ ■ ６１０口 擢１１０ （ａ）（ｂ） ］　　　　　　　ゴー 皐 Ｃｅ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｆ）＝７Ｚ
　　　　　　　Ｅ１２１ ２ｊ−−一　清１０龍器 嘉１３図 ２２−ｍ−配管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体中のある種の磁性体の量を測定する方法であっ
   て、 （ａ）前記物体中のある領域を磁化する工程、（ｂ）該
   磁化された領域の磁化量を測定する工程、（ｃ）前記領
   域とは別の領域を磁化する工程、（ｄ）該磁化された領
   域の磁化量を測定する工程、の各工程を繰り返し行うこ
   とにより前記物体中の任意の範囲に存在する磁性体の量
   を測定する磁性体測定方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記（ｂ）と（ｃ
   ）の工程の間および（ｄ）の後に、磁化された領域を消
   磁する工程を有する磁性体測定方法。 ３、物体中の磁性体の量を測定する装置であって、前記
   物体中のある領域を磁化させる装置と、該磁化させる装
   置により磁化された領域の磁化量を測定する装置を有し
   、前記磁化させる装置により磁化する領域と、前記測定
   装置により測定する領域を略等しくした磁性体測定装置
   。