(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である導電性流体に対して、非接触に配置したコア(5)の励磁コイル(4)に低周波発振器(1)と高周波発振器(2)からの２つの交流電流が印加されることで生じた低周波磁場と高周波磁場が導電性流体(100)に入射することにより、前記磁場コイル(4)で発生した低周波磁場を妨げる方向に生じた磁束が鎖交することにより発生する渦電流成分電圧(es)と、前記磁場コイル(4)からの低周波磁場と測定対象である導電性流体(100)が相対移動することにより生じた速度成分電圧(ev)とを検出するための検知コイル(6)を有する流速検出器ヘッド(15)を用いて前記導電性流体(100)の流速(V)を得るようにした非接触流速検出方法において、前記流速検出器ヘッド(15)を有するセンサ取付台(19)と、前記センサ取付台(19)が上下動自在に設けられると共に検出器本体(16)に傾動自在に設けられた枠体(18)と、前記検出器本体(16)に固定され前記枠体(18)の底部(18a)の孔(18b)を貫通する押え部材(23)と、前記押え部材(23)と前記底部(18a)との間に設けられ前記枠体(18)を常時下方へ付勢するための押えばね(22)と、前記底部(18a)と係合してＬ字型をなすと共に前記検出器本体(16)の取付部(24)により傾動自在な傾き調整治具(25)と、前記検出器本体(16)のモータ取付台(26)に設けられた傾き調整モータ(27)と、前記傾き調整モータ(27)に出没自在に設けられ前記傾き調整治具(25)を傾動させるための突出片(28)とを用い、前記流速検出器ヘッド(15)の下部に設けられた少なくとも１対の傾き検出コイル(40,41)により前記流速検出器ヘッド(15)の傾きを検出し、前記各傾き検出コイル(40,41)からの各傾き検出値(θ1,θ2)の差が零になるように前記傾き調整モータ(27)により前記流速検出器ヘッド(15)の傾き姿勢を制御することを特徴とする非接触流速検出方法。
【請求項２】
測定対象である導電性流体(100)に対して、非接触に配置したコア(5)の励磁コイル(4)に低周波発振器(1)と高周波発振器(2)からの２つの交流電流が印加されることで生じた低周波磁場と高周波磁場が導電性流体(100)に入射することにより、前記磁場コイル(4)で発生した低周波磁場を妨げる方向に生じた磁束が鎖交することにより発生する渦電流成分電圧(es)と、前記磁場コイル(4)からの低周波磁場と測定対象である導電性流体(100)が相対移動することにより生じた速度成分電圧(ev)とを検出するための検知コイル(6)を有する流速検出器ヘッド(15)を用いて前記導電性流体(100)の流速(V)を得るようにした非接触流速検出装置において、前記流速検出器ヘッド(15)の下部に設けられた少なくとも１対の傾き検出コイル(40,41)と、前記流速検出器ヘッド(15)を有するセンサ取付台(19)と、前記センサ取付台(19)が上下動自在に設けられると共に検出器本体(16)に傾動自在に設けられた枠体(18)と、前記検出器本体(16)に固定され前記枠体(18)の底部(18a)の孔(18b)を貫通する押え部材(23)と、前記押え部材(23)と前記底部(18a)との間に設けられ前記枠体(18)を常時下方へ付勢するための押えばね(22)と、前記底部(18a)と係合してＬ字型をなすと共に前記検出器本体(16)の取付部(24)により傾動自在な傾き調整治具(25)と、前記検出器本体(16)のモータ取付台(26)に設けられた傾き調整モータ(27)と、前記傾き調整モータ(27)に出没自在に設けられ前記傾き調整治具(25)を傾動させるための突出片(28)とを備え、前記傾き調整モータ(27)により前記傾き調整治具(25)及び前記枠体(18)を介して前記導電性流体(100)に対する前記流速検出器ヘッド(15)の傾きを調整するように構成したことを特徴とする非接触流出検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触流速検出方法及び装置に関し、特に、金属の連続鋳造設備の自由表面下の導電性流体の流速を、湯面と検知コイル間の傾斜を機械的に制御して常に水平を保つことにより高精度な流速を得るための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平９−３３５５４号公報にも開示されているように、溶融金属の連続鋳造設備用に提案されている非接触流速検出器について図１２に基づき説明する。
従来の非接触流速検出器は、測定対象の導電性流体１００に低周波磁場φ０を印加するための励磁コイル４を有するコア５を湯面１００ａに対して非接触に配置し、その周辺に励磁コイル４と導電性流体１００との作用によって生じる磁場を検出する流速検出器ヘッド１５の検知コイル６から構成される。
この際、低周波発振器１及び高周波発振器２からの低周波及び高周波が増幅器３を介して励磁コイル４に印加され、励磁コイル４からの低周波磁場及び高周波磁場が導電性流体１００に入射することにより、導電性流体１００には、渦電流が形成される。また導電性流体１００がある速度で移動している場合には、低周波磁場と速度との作用によって生じる誘導電流が形成される。したがって、励磁コイル４の周辺に配置された検知コイル６には誘導電流によって生じた速度成分磁束φｖと速度とは関係のなく低周波磁場を妨げる方向に生じた磁束が鎖交することによる渦電流によって生じた渦電流磁束φｓとが検出される。この２つの磁束φｓとφｖが検知コイル６を貫くことにより、検知コイル６には渦電流成分電圧ｅｓと速度成分電圧ｅｖとが検出された起電圧６ａとして出力される。
ここでこの２つの成分は位相が互いに９０゜異なるため、高周波フィルタ７ａと低周波フィルタ７ｂを介して整流回路８と位相整流回路９ｂにより、検出された起電圧６ａから、速度成分電圧と渦電流成分電圧とに分離し、ギャップ補正回路１０ｂを経て速度成分電圧からなる流速Ｖを取り出す方法を採用していた。なお、このコア５は、正逆交互に１８０度位置を変えて検出するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、位相整流回路を介してのみ起電圧から分離し速度成分電圧を取り出す方法であり、この方法では完全に速度成分電圧と渦電流成分電圧とを分離することができず、速度成分電圧には渦電流成分電圧が残留した状態で出力されていた。この速度成分電圧に残留する渦電流成分電圧起因の成分を単に残留成分△ｅｓとする。また、この渦電流成分電圧は流速検出器ヘッドと導電性流体の湯面間とで存在する傾きや、導電性流体の湯面形状、例えば流動によって生じるうねりや波立ちにより変動することがある。
これは傾きや波立ちによって、検知コイル面内で導電性流体との距離（ギャップ）のずれが生じ、それに伴い検知コイルを貫く渦電流成分磁場が変化し、その結果、渦電流成分電圧が変動することになる。上述したように、この渦電流成分電圧は位相整流しても速度成分電圧に残留するため、導電性流体が静止した状態においても、見かけ上、速度成分電圧ｅｖ（＝△ｅｓ）が生じていることになる。そのため、残留成分△ｅｓにより流速に関わらず、湯面形状に応じて見かけ上、速度成分電圧ｅｖが変化するため流速検出の測定精度の低下（図１３で示される）を招く原因となり、特に自由表面下での測定を困難にする原因となっていた。
【０００４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、金属の連続鋳造設備の自由表面下の導電性流体の流速を、湯面と検知コイル間の傾斜を機械的に制御して常に水平を保つことにより高精度な流速を得るようにした非接触流速検出方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による非接触流速検出方法は、測定対象である導電性流体に対して、非接触に配置したコアの励磁コイルに低周波発振器と高周波発振器からの２つの交流電流が印加されることで生じた低周波磁場と高周波磁場が導電性流体に入射することにより、前記磁場コイルで発生した低周波磁場を妨げる方向に生じた磁束が鎖交することにより発生する渦電流成分電圧と、前記磁場コイルからの低周波磁場と測定対象である導電性流体が相対移動することにより生じた速度成分電圧とを検出するための検知コイルを有する流速検出器ヘッドを用いて前記導電性流体の流速を得るようにした非接触流速検出方法において、前記流速検出器ヘッドを有するセンサ取付台と、前記センサ取付台が上下動自在に設けられると共に検出器本体に傾動自在に設けられた枠体と、前記検出器本体に固定され前記枠体の底部の孔を貫通する押え部材と前記押え部材と前記底部との間に設けられ前記枠体を常時下方へ付勢するための押えばねと、前記底部と係合してＬ字型をなすと共に前記検出器本体の取付部により傾動自在な傾き調整治具と、前記検出器本体のモータ取付台に設けられた傾き調整モータと、前記傾き調整モータに出没自在に設けられ前記傾き調整治具を傾動させるための突出片とを用い、前記流速検出器ヘッドの下部に設けられた少なくとも１対の傾き検出コイルにより前記流速検出器ヘッドの傾きを検出し、前記各傾き検出コイルからの各傾き検出値の差が零になるように前記傾き調整モータにより前記流速検出器ヘッドの傾き姿勢を制御する方法であり、また、測定対象である導電性流体に対して、非接触に配置したコアの励磁コイルに低周波発振器と高周波発振器からの２つの交流電流が印加されることで生じた低周波磁場と高周波磁場が導電性流体に入射することにより、前記磁場コイルで発生した低周波磁場を妨げる方向に生じた磁束が鎖交することにより発生する渦電流成分電圧と、前記磁場コイルからの低周波磁場と測定対象である導電性流体が相対移動することにより生じた速度成分電圧とを検出するための検知コイルを有する流速検出器ヘッドを用いて前記導電性流体の流速を得るようにした非接触流速検出装置において、前記流速検出器ヘッドの下部に設けられた少なくとも１対の傾き検出コイルと、前記流速検出器ヘッドを有するセンサ取付台と、前記センサ取付台が上下動自在に設けられると共に検出器本体に傾動自在に設けられた枠体と、前記検出器本体に固定され前記枠体の底部の孔を貫通する押え部材と、前記押え部材と前記底部との間に設けられ前記枠体を常時下方へ付勢するための押えばねと、前記底部と係合してＬ字型をなすと共に前記検出器本体の取付部により傾動自在な傾き調整治具と、前記検出器本体のモータ取付台に設けられた傾き調整モータと、前記傾き調整モータに出没自在に設けられ前記傾き調整治具を傾動させるための突出片とを備え、前記傾き調整モータにより前記傾き調整治具及び前記枠体を介して前記導電性流体に対する前記流速検出器ヘッドの傾きを調整するようにした構成である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による非接触流速検出方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明すると共に、検知コイル６から流速Ｖを取り出す迄の構成は、図１２と同一であるため、その構成及び説明は省略するものとする。
図１から図４は本発明による非接触流速検出装置の全体構成を示すもので、流速検出器ヘッド１５からの渦電流成分電圧ｅｓ、速度成分電圧ｅｖ及び本発明において追加された１対の傾き検出コイル４０，４１（図２で示す）からの各傾き検出値θ１，θ２がコントローラ３０に入力され、この流速検出器ヘッド１５は吸盤１６ａを有する検出器本体１６に取付部材１７を介して傾動自在に設けられた枠体１８に上下動自在に設けられたセンサ取付台１９に設けられている。このセンサ取付台１９は、前記枠体１８上部に設けられた昇降モータ２０とねじ２１により上下動自在に設けられている。
【０００７】
前記枠体１８の底部１８ａには圧縮状の押さえばね２２を介して棒状の押さえ部材２３が設けられ、この押さえ部材２３の下端２３ａは前記底部１８ａの孔１８ｂを貫通して前記検出器本体１６に固定されていることにより、この枠体１８はこの押さえばね２２のばね力により常時下方へ付勢されている。さらに、この枠体１８の底部１８ａと係合し全体形状がほぼＬ字型をなすと共に取付部２４により傾動自在な構成の傾き調整治具２５の上端２５ａは前記検出器本体１６に設けられたモータ取付台２６の傾き調整モータ２７の出没自在（例えば周知の送りねじ等を採用）な突出片２８によって傾動するように構成されている。前記傾き調整治具２５、枠体１８及び押さえばね２２の関係は概略で示すと図５の通りである。さらに、前述のコントローラ３０には、パソコン３１及びレーザプリンタ３２が接続され、さらに、前記昇降モータ２０及び傾き調整モータ２７の各種（昇降、左右傾動等）動作を行うための動作制御部３３がこのコントローラ３０に接続されている。
【０００８】
図２で示す前記流速検出器ヘッド１５の励磁コイル４、検知コイル６及び傾き検出コイル４０，４１の配置構成は、図６及び図７で示されるように設けられており、各傾き検出コイル４０，４１は前記各コイル４，６よりも湯面１００ａに近い位置に設けられている。さらに、前記各傾き検出コイル４０，４１は、図８のように構成され、各傾き検出コイル４０，４１の各端子Ａ，Ｂ，Ｃは、図９で示される周知のブリッジ回路（又はバランス回路とも云う）２００に接続され、各傾き検出コイル４０，４１によって得られる電圧値と等価の電圧値が得られるような値に調整される可変抵抗器ＶＲ１とＶＲ２によって構成され、このブリッジ回路２００から得られた出力（電圧値）２００ａが入力トランス２０１及び例えばゲイン２０００倍の周知のロックインアンプからなる増幅器２０２を介して増幅された後に出力されている。なお、前述の各傾き検出値θ１，θ２は渦電流により起電されて発生する電圧値で、各傾き検出コイル４０，４１から得られる。
【０００９】
前記流速検出器ヘッド１５が湯面１００ａに対して傾斜した場合としない場合とでは、図１０に示されるように、各励磁コイル４により発生する磁束φ１，φ２は、図１１の点線と実線で示されるようにコア５の傾き状態により変化し、傾き１、水平及び逆の傾き２の状態下で、傾き１は｜φ１｜＞｜φ２｜、水平は｜φ１｜＝｜φ２｜、傾き２は｜φ１｜＜｜φ２｜となり、各状態が傾き検出コイル４０，４１によって検出され、ブリッジ回路２００にて差が検出され、常に零となるように前述の傾き調整モータ２７の動作が帰還制御されるように構成されている。
【００１０】
次に、動作について述べる。まず、流速検出器ヘッド１５と導電性流体１００の湯面１００ａが平滑な場合では、流速検出器ヘッド１５の底部面と湯面１００ａ間の距離すなわちギャップ２０が何れの点においても同一であるため、導電性流体１００の流れの上流側、下流側に形成される渦電流による磁束φｓａ，φｓｂは、検知コイル６に対して互いに打ち消し合う方向に作用しており、磁束φｓａ，φｓｂの差分が検出される。なお、φ１，φ２は励磁磁束である。
しかしながら、流速検出器ヘッド１５の設置時に湯面１００ａとの傾きがある場合や流動によって湯面１００ａにうねり、波立ちがある場合のように流速検出器ヘッド１５の底部面と湯面１００ａ間のギャップ２０が異なる時、磁束φｓａ，φｓｂの差分が増加し、渦電流成分電圧ｅｓも増加する。さらに湯面形状が連続的に変動している場合には、この渦電流成分電圧ｅｓも変動する。従来、この渦電流成分電圧ｅｓは起電圧ｅから位相整流して分離する信号処理を行うが、完全に分離・除去されず、残留し流速検出に際しては、大きな外乱となる。
【００１１】
そこで本発明では、この外乱の原因である渦電流によって生じる磁束φｓａ，φｓｂの差分により発生する渦電流成分電圧ｅｓを安定させるために前述したように、各傾き検出コイル４０，４１によって流速検出器ヘッド１５すなわちコア５の傾きを前述のブリッジ回路２００を介して検出し、各傾き検出コイル４０，４１からの各傾き検出値θ１，θ２の差が零となるように、前記傾き調整モータ２７、突出片２８及び傾き調整治具２５を介して枠体１８の傾き姿勢が常に水平状態を保つように、すなわち、流速検出器ヘッド１５が湯面１００ａに対して平行となるように帰還制御することによって、前記渦電流成分電圧ｅｓの安定化を行い、最終的に得られる流速Ｖの検出精度を従来よりも向上させることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明による非接触流速検出方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、流速検出器ヘッドの傾きを１対の傾き検出コイルで検出し、この各傾き検出コイルの傾き検出値が零すなわち各渦電流電圧の差が零となるように、流速検出器ヘッドの傾きを傾き調整モータ等によって帰還制御することにより、流速検出器ヘッドが常に湯面の流動方向に対する傾きを調整することができ、従来変動していた渦電流成分電圧の変動を少なくし、検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による非接触流速検出装置を示す構成図である。
【図２】図１の要部を示す詳細構成図である。
【図３】図１の要部の拡大構成図である。
【図４】図１の要部の拡大詳細構成図である。
【図５】図４の動きを示す概略説明図である。
【図６】図１の流速検出器ヘッドの拡大底面図である。
【図７】図１の流速検出器ヘッドのコイルを示す拡大側面構成図である。
【図８】図７のコイルを示す構成図である。
【図９】図７の傾き検出コイルに接続されたブリッジ回路の構成図である。
【図１０】図８のコイルに対する傾き状態の説明図である。
【図１１】湯面とコアとの関係を示す説明図である。
【図１２】従来の非接触流速検出装置を示す構成図である。
【図１３】従来方法の流速検出特性図である。
【符号の説明】
１    低周波発振器
２    高周波発振器
４    励磁コイル
５    コア
１５    流速検出器ヘッド
ｅｓ    渦電流成分電圧
ｅｖ    速度成分電圧
１６    検出器本体
１８    枠体
１９    センサ取付台
２０    昇降モータ
２２    押さえばね
２５    傾き調整治具
２７    傾き調整モータ
４０，４１    傾き検出コイル
θ１，θ２    傾き検出値
１００    導電性流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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