(57)【要約】【課題】液面が不安定な場合でも、誤検知を防ぐことができる液面高さ測定装置を提供する。【解決手段】実施の形態に係る液面高さ測定装置１０は、第１測定視野角を有し、当該第１測定視野角内に含まれる第１面積内の溶融金属２１から放射される赤外光又は可視光の放射量を測定する第１測定器１１と、第２測定視野角を有し、当該第２測定視野角内に含まれる第１面積と異なる第２面積内の液体から放射される赤外光又は可視光の放射量を測定する第２測定器１２と、第１測定器１１と第２測定器１２との測定結果に基づいて、溶融金属２１の液面２２の高さを測定する処理装置１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１測定視野角を有し、当該第１測定視野角内に含まれる第１面積内の液体から放射される赤外光又は可視光の放射量を測定する第１測定器と、
第２測定視野角を有し、当該第２測定視野角内に含まれる前記第１面積と異なる第２面積内の前記液体から放射される赤外光又は可視光の放射量を測定する第２測定器と、
前記第１測定器と前記第２測定器との測定結果に基づいて、前記液体の液面高さを測定する処理装置と、
を備える、液面高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ポットに溜められた溶融金属の湯面の高さを測定する湯面高さ測定装置が記載されている。特許文献１では、センサヘッドが、溶融金属の湯端面の直上線から外側に外れた、ポットの側部上方に配置されている。センサヘッドは、投光部と受光部とを有している。投光部が湯面に対してレーザ光を発し、受光部が湯面で反射されたレーザ光を検出する。レーザスポットの位置とレーザ光の湯面に対する傾斜角度とに基づいて、湯面の高さが算出される。
【０００３】
特許文献２、３には、鋳型内の溶鋼の湯面レベルの測定方法が記載されている。特許文献２、３では、鋳型内又は鋳型上部にアンテナが立設されている。該アンテナによって湯面からの熱放射及び鋳型内壁から反射した熱放射が測定される。
【０００４】
特許文献２では、アンテナにより溶鋼湯面及び鋳型内壁が走査される。アンテナの走査角と、アンテナで受信される波長０．４ｍｍ以上の所定の波長帯域の熱放射電力の測定値により、鋳型内の溶鋼湯面レベルが測定される。
【０００５】
特許文献３では、溶鋼湯面と鋳型内壁とが指向性の範囲内に入るようにアンテナが立設される。鋳型内の溶鋼湯面レベルは、溶鋼湯面レベル変化に応じて変化する鋳型内壁から反射した熱放射の増減量を検出することにより測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１５７６６号公報
【特許文献２】特開昭６２−２２５９１３号公報
【特許文献３】特開昭５８−１５０８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
溶融金属の液面高さを測定する方法として、可動する接触子が溶融金属に接触したときの電気的導通を監視する方法がある。この方法では、非導通と導通との変化するタイミングにおける接触子の位置から、溶融金属の液面高さが測定される。しかし、この方法では、液面が波立っている場合等、変化する液面高さを測定することはできない。また、接触子が高温の溶融金属に直接接触するため、接触子が劣化し、定期的に交換する必要が生じる。
【０００８】
これに対し、特許文献１のレーザ光の反射を利用した測定方法では、非接触で変化する液面高さを測定することが可能である。しかし、溶融金属の液面が安定していないと反射光が乱れるため、誤検知が発生する恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、液面が不安定な場合の誤検知を防ぐことができる液面高さ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施の形態に係る液面高さ測定装置は、第１測定視野角を有し、当該第１測定視野角内に含まれる第１面積内の液体から放射される赤外光又は可視光の放射量を測定する第１測定器と、第２測定視野角を有し、当該第２測定視野角内に含まれる前記第１面積と異なる第２面積内の前記液体から放射される赤外光又は可視光の放射量を測定する第２測定器と、前記第１測定器と前記第２測定器との測定結果に基づいて、前記液体の液面高さを測定する処理装置とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液面が不安定な場合でも、誤検知を防ぐことができる液面高さ測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る液面高さ測定装置の一構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る液面高さ測定方法を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係る液面高さ測定方法を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る液面高さ測定装置の他の構成例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る液面高さ測定装置の他の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る液面高さ測定装置の他の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る液面高さ測定装置の一構成例を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る液面高さ測定装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する構成要素には同じ符号を付している。なお、各図における寸法関係は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１４】
実施の形態１．
実施の形態１に係る液面高さ測定装置について、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る液面高さ測定装置１０の構成の一例を示す図である。図１に示すように、液面高さ測定装置１０は、第１測定器１１、第２測定器１２、処理装置１３を備えている。液面高さ測定装置１０の測定対象の液体は高温であり、赤外光又は可視光をその液体の温度に従って放射している。液面高さ測定装置１０は、赤外光又は可視光を放射する液体の液面の高さを測定する。
【００１５】
このような液体としては、例えば、溶融金属２１があげられる。溶融金属２１としては、溶融鋳鉄や溶融鋼鉄のような鉄系金属、ニッケル系金属、その他の金属を広く対象にすることができる。なお、液面高さ測定装置１０は、スラグ、ガラス、溶岩その他の高温の流動材料の液面の高さの測定に対しても適用可能である。溶融金属２１は、ポット２０内に貯留される。ポット２０は、セラミックス、その他の非磁性の耐火物からなる。
【００１６】
実施の形態１では、溶融金属２１からの赤外光、可視光の放射量として、第１測定器１１、第２測定器１２の受光面に入射する光束が測定される。第１測定器１１は、第１測定視野角を有しており、当該第１測定視野角内に含まれる第１面積内の液面２２から放射される光束を測定する。実施の形態１では、第１測定器１１は、平行な光学特性を有している。すなわち、第１測定器１１の受光面の面積と第１測定視野角内に含まれる溶融金属２１の面積は等しい。
【００１７】
第２測定器１２は、第２測定視野角を有しており、当該第２測定視野角内に含まれる第１面積と異なる第２面積内の液面２２から放射される光束を測定する。実施の形態１では、第２測定器１２は、受光面から液面２２に向かって広がった第２視野角特性を有している。すなわち、第２測定器１２の受光面の面積よりも第２測定視野角内に含まれる溶融金属２１の面積の方が広い。つまり、第１測定器１１と第２測定器１２は、異なる測定視野角を有している。
【００１８】
処理装置１３は、第１測定器１１と第２測定器１２との測定結果に基づいて、溶融金属２１の液面２２の高さを測定する。ここで、図２を参照して、処理装置１３が実行する処理については説明する。
【００１９】
図２に示すように、第１測定器１１の第１測定視野角は０°であり、第２測定器１２の第２測定視野角はθである。また、液面２２から第１測定器１１、第２測定器１２の受光面までの距離をｈとする。第１測定器１１、第２測定器１２は、それぞれの測定視野角と距離（ｈ）に応じた赤外光又は可視光の光束を測定する。
【００２０】
第１測定器１１、第２測定器１２の受光面の面積は等しく、Ｓとする。さらに、第２測定器１２の受光面を底面とし、θを頂点の角度とした円錐の高さ（角度θの円錐の頂点から、この円錐の底面（受光面）までの距離）をｈ０とする。
【００２１】
第１測定器１１、第２測定器１２が測定した液面２２からの光束は、以下の式（１）、（２）で表される。
Φ１＝α・Ｓ    ・・・（１）
Φ２＝α・β２・Ｓ    ・・・（２）
なお、αは、任意の比例定数である。また、β＝（ｈ０＋ｈ）／ｈ０とする。
【００２２】
上記の式（１）、（２）から、距離ｈを求めることができる。
Φ２／Φ１＝β２
ｈ＝（β−１）・ｈ０
＝（√（Φ２／Φ１）−１）・ｈ０
Ｓ＝π・（ｈ０／ｔａｎ（θ／２））２であり、ｈ０＝（√（Ｓ／π）・ｔａｎ（θ／２）となるため、ｈは以下の式で表される。
ｈ＝（√（Φ２／Φ１）−１）・（√（Ｓ／π））・ｔａｎ（θ／２）
【００２３】
このように、実施の形態では、溶融金属２１が放射する赤外光、可視光の光束に基づいて、液面２２から第１測定器１１、第２測定器１２の受光面までの距離を演算することができる。このため、図３のように、溶融金属２１が波立っているような場合でも、安定した液面高さの測定を行うことが可能となる。
【００２４】
なお、液面２２の温度によって放射強度が変化するため、測定誤差を小さくするために、第１測定器１１と第２測定器１２を近接して配置することが好ましい。より好ましくは、第１測定器１１の受光面の中心と第２測定器１２の受光面の中心との距離ｄが０となるように、第１測定器１１と第２測定器１２とを同心円上に配置する。これにより、測定誤差を小さくすることが可能となる。
【００２５】
第１測定器１１と第２測定器１２とは、測定視野角が異なっていればよく、平行な光学特性は必須ではない。図４に、実施の形態１に係る液面高さ測定装置１０の他の構成例を示す。図４に示す例では、第１測定器１１ａは角度θ１の測定視野角を有しており、第２測定器１２ａは角度θ１と異なる角度θ２の測定視野角を有している。
【００２６】
また、第１測定器１１、第２測定器１２のいずれか一方又は両方が焦点を持つ光学系であってもよい。図５に示す例では、第１測定器１１ｂがレンズを有しており、第１測定器１１ｂの受光面と液面２２との間に焦点を有している。
【００２７】
さらに、図６に示すように、第１測定器１１と第２測定器１２の液面２２からの高さが異なっていてもよい。図６に示す例では、第１測定器１１が第２測定器１２よりもｈ１だけ液面２２に近い位置に配置されている。このように図４〜図６に示した例においても、液面２２からの光束を測定することにより、液面が不安定な場合の誤検知を防ぐことが可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態２に係る液面高さ測定装置について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態２に係る液面高さ測定装置１０の構成の一例を示す図である。実施の形態１で説明した第１測定器１１、第２測定器１２は、液面２２からの高さが異なる２つの放射温度計に置き換えることが可能である。すなわち、実施の形態２では、溶融金属２１からの赤外光、可視光の放射量として、放射エネルギーによる温度が測定される。
【００２９】
図７に示すように、液面高さ測定装置１０は、第１測定器１１、第２測定器１２に替えて、第１放射温度計１４、第２放射温度計１５を備えている。第１放射温度計１４、第２放射温度計１５は、例えば、固定焦点形の放射温度計である。図７に示すように、液面２２から第１放射温度計１４までの距離はｈであり、液面２２から第２放射温度計１５までの距離はｈ＋ｈ１である。
【００３０】
したがって、第１放射温度計１４が温度測定を行う液面２２の面積（第１面積）と、第２放射温度計１５が温度測定を行う液面２２の面積（第２面積）とは異なる。第１放射温度計１４は、その測定視野角内に含まれる第１面積の液面２２から放射される放射エネルギーを測定する。また、第２放射温度計１５は、その測定視野角内に含まれる第２面積の液面２２からの放射エネルギーを測定する。
【００３１】
液体の温度が高温で、放射での伝熱が大部分を占める領域では、第１放射温度計１４、第２放射温度計１５で測定される温度は、液面２２からの距離の関数となる。第１放射温度計１４で測定される温度Ｔ１、第２放射温度計１５で測定される温度Ｔ２は以下のように表される。
Ｔ１＝ｆ（ｈ）
Ｔ２＝ｆ（ｈ＋ｈ１）
ｈ＝Ｆ（Ｔ１、Ｔ２）
このように、第１放射温度計１４、第２放射温度計１５で測定される温度から、液面高さを演算することが可能となる。
【００３２】
図８に、実施の形態２に係る液面高さ測定装置１０の他の構成例を示す。図８に示すように、一方の第１測定器１１のみを第１放射温度計１４に置き換えることができる。なお、この場合には、第２放射温度計１５は、平行な光学系ではなく、０°ではない測定視野角を有するものが必要である。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態２では図示していないが、放射温度計を用いる場合には、周囲からの熱の影響を防ぐために、遮熱板等を設けることが好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  液面高さ測定装置
１１  第１測定器
１２  第２測定器
１３  処理装置
１４  第１放射温度計
１５  第２放射温度計
２０  ポット
２１  溶融金属
２２  液面
【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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