JPH0458882B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0458882B2 JPH0458882B2 JP12278985A JP12278985A JPH0458882B2 JP H0458882 B2 JPH0458882 B2 JP H0458882B2 JP 12278985 A JP12278985 A JP 12278985A JP 12278985 A JP12278985 A JP 12278985A JP H0458882 B2 JPH0458882 B2 JP H0458882B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- primary coil
- coil
- secondary coils
- amplifier
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、渦電流を利用した差動帰還型距離測
定装置に係り、特に製鉄所における連続鋳造設備
のモールド内湯面計に好適な差分帰還型渦電流距
離測定装置に関するものである。 〔従来の技術〕 第７図は、特開昭57−192805号公報に開示され
た従来の差分帰還型渦電流距離測定装置を示す回
路図である。 図において、１は導電性被測定物体、２は交流
電源、３は正帰還増幅器、４は交流増幅器、５は
１次コイル、６，７は１次コイル５と同軸で、１
次コイル５から等距離の位置においてその両側に
設けられた一対の２次コイルである。そして、１
次コイル５と一対の２次コイル６，７とによつて
検出器が構成され、一対の２次コイル６と７とは
互いに差動的に接続されている。 次に、動作について説明する。正帰還増幅器３
からの出力電圧が１次コイル５に印加されると、
１次コイル５によつて交流磁界が発生し、これに
よる磁力線は１次コイル５と同軸に設けられた一
対の２次コイル６，７と鎖交して、一対の２次コ
イル６，７にそれぞれ交流電圧を誘起する。同時
に、１次コイル５によつて発生した交流磁界は導
電性被測定物体１内を通過して、導電性被測定物
体１内に渦電流を発生させる。この渦電流によつ
て、１次コイル５の交流磁界と逆方向の別の交流
磁界が発生し、これによつて１次コイル５の磁力
線の一部が打ち消されるが、この磁力線の減少割
合は、２次コイル６，７と導電性被測定物体１と
の間の距離が同一でないので、上方の２次コイル
６と下方の２次コイル７とでは異なる。従つて、
一対の２次コイル６，７にそれぞれ誘起される誘
起電圧の間に差が生じ、互いに差動的に接続され
ている一対の２次コイル６，７間の誘起電圧の差
（以下差分電圧と称す）の値は、交流増幅器４を
介して正帰還増幅器３に正帰還される。交流電圧
増幅器４によつて増幅された差分電圧は、１次コ
イル５及び一対の２次コイル６，７からなる検出
器と、導電性被測定物体１との間の距離に対応し
て変化し、そして、正帰還増幅器３の出力電圧も
対応して変化する。従つて、正帰還増幅器３の出
力電圧を連続的に検出することによつて、検出器
の先端から被測定物１までの距離ｈを測定するこ
とができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の差分帰還型渦電流距離測定装置は以上の
ように構成されているので、検出器を小形化し
て、例えばブルームやビレツト（鋼片）を製造す
る連続鋳造設備の湯面計などに適用する場合、検
出器を小形化するために１次コイル５および２次
コイル６，７の巻き径を小さくすると、直径の４
乗に比例して２次コイル６，７の誘起電圧が減少
し、これによつて正帰還増幅器３の出力信号の
Ｓ／Ｎ比が著しく低下する。また、溶鋼からの熱
による検出器の温度変化により、１次コイル５と
２次コイル６，７の寸法形状が微妙に変化し、２
次コイル６，７に誘起される電圧も変化して、温
度ドリフトの要因となつていた。 本発明は、上記のような問題点を解消するため
になされたもので、差分帰還型渦電流距離測定装
置の検出器をＳ／Ｎ比を低下させることなく小形
化でき、かつ温度ドリフトの発生を抑制できるよ
うにすることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明に係る差分帰還型渦電流距離測定装置
は、帰還増幅器と１次コイルとの間に電流増幅器
を介設して１次コイルへの印加交流電流を増大さ
せるとともに、１次コイルの巻数を決定する際、
帰還増幅器と１次コイルとを接続するケーブルの
抵抗RCと１次コイルのインピーダンスZPとが、
ZP≫RCとなる範囲で１次コイルの巻数を少なく
したものである。また、１次コイルと一対の２次
コイルとの間の距離をp.被測定物体側の２次コイ
ルの最大測定距離をｑとして、0.1≦ｐ／ｑ≦0.7
の範囲に、好ましくはｐ／ｑ≒0.28となるように
配設したものである。 〔作用〕 本発明における差分帰還型渦電流距離測定装置
は、１次コイルのインピーダンスを低くして、１
次コイルと帰還増幅器との間に電力増幅器を設
け、１次コイルに印加する交流電流を増加させて
Ｓ／Ｎ比を向上させる。また、検出感度が理論的
に最大値となるように、１次コイルと２次コイル
との間の距離ｐと２次コイルの最大測定距離ｑと
を設定し、検出器の感度を増大させ、かつ温度ド
リフトを低減する。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を図によつて説明す
る。第１図のおいて、１〜７は従来例で説明した
ものと同じ構成要素であり、１は導電性被測定物
体、２は交流電源、３は正帰還増幅器、４は交流
増幅器、５は１次コイル、６，７は２次コイルで
ある。また、８は電力増幅器で、帰還増幅器３と
１次コイル５との間に介設され、１次コイル５に
印加する交流電流を増大させる。 次に、作用について説明する。２次コイル６，
７による差分電圧Vsは、電磁気学的に次の式
〔１〕〜〔17〕によつて与えられる。 Vs＝Vs1−Vs2 …〔１〕 Vs1＝Vd1−Ve1 …〔２〕 Vs2＝Vd2−Ve2 …〔３〕 Vs＝（Vd1−Vd2）−（Ve1−Ve2） …〔４〕 Vd1＝4π2×10-7×IpNpNs1D1Ｆ（K1）…〔５〕 Vd2＝4π2×10-7×IpNpNs2D2Ｆ（K2）…〔６〕 Ve1＝4π2×10-7×IpNpNs1D1Ｆ（K3）…〔７〕 Ve2＝4π2×10-7×IpNpNs2D2Ｆ（K4）…〔８〕 Ｆ（Ｋ）＝（２／Ｋ−Ｋ）ｋ（Ｋ）−２／ＫＥ（Ｋ）…
定装置に係り、特に製鉄所における連続鋳造設備
のモールド内湯面計に好適な差分帰還型渦電流距
離測定装置に関するものである。 〔従来の技術〕 第７図は、特開昭57−192805号公報に開示され
た従来の差分帰還型渦電流距離測定装置を示す回
路図である。 図において、１は導電性被測定物体、２は交流
電源、３は正帰還増幅器、４は交流増幅器、５は
１次コイル、６，７は１次コイル５と同軸で、１
次コイル５から等距離の位置においてその両側に
設けられた一対の２次コイルである。そして、１
次コイル５と一対の２次コイル６，７とによつて
検出器が構成され、一対の２次コイル６と７とは
互いに差動的に接続されている。 次に、動作について説明する。正帰還増幅器３
からの出力電圧が１次コイル５に印加されると、
１次コイル５によつて交流磁界が発生し、これに
よる磁力線は１次コイル５と同軸に設けられた一
対の２次コイル６，７と鎖交して、一対の２次コ
イル６，７にそれぞれ交流電圧を誘起する。同時
に、１次コイル５によつて発生した交流磁界は導
電性被測定物体１内を通過して、導電性被測定物
体１内に渦電流を発生させる。この渦電流によつ
て、１次コイル５の交流磁界と逆方向の別の交流
磁界が発生し、これによつて１次コイル５の磁力
線の一部が打ち消されるが、この磁力線の減少割
合は、２次コイル６，７と導電性被測定物体１と
の間の距離が同一でないので、上方の２次コイル
６と下方の２次コイル７とでは異なる。従つて、
一対の２次コイル６，７にそれぞれ誘起される誘
起電圧の間に差が生じ、互いに差動的に接続され
ている一対の２次コイル６，７間の誘起電圧の差
（以下差分電圧と称す）の値は、交流増幅器４を
介して正帰還増幅器３に正帰還される。交流電圧
増幅器４によつて増幅された差分電圧は、１次コ
イル５及び一対の２次コイル６，７からなる検出
器と、導電性被測定物体１との間の距離に対応し
て変化し、そして、正帰還増幅器３の出力電圧も
対応して変化する。従つて、正帰還増幅器３の出
力電圧を連続的に検出することによつて、検出器
の先端から被測定物１までの距離ｈを測定するこ
とができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の差分帰還型渦電流距離測定装置は以上の
ように構成されているので、検出器を小形化し
て、例えばブルームやビレツト（鋼片）を製造す
る連続鋳造設備の湯面計などに適用する場合、検
出器を小形化するために１次コイル５および２次
コイル６，７の巻き径を小さくすると、直径の４
乗に比例して２次コイル６，７の誘起電圧が減少
し、これによつて正帰還増幅器３の出力信号の
Ｓ／Ｎ比が著しく低下する。また、溶鋼からの熱
による検出器の温度変化により、１次コイル５と
２次コイル６，７の寸法形状が微妙に変化し、２
次コイル６，７に誘起される電圧も変化して、温
度ドリフトの要因となつていた。 本発明は、上記のような問題点を解消するため
になされたもので、差分帰還型渦電流距離測定装
置の検出器をＳ／Ｎ比を低下させることなく小形
化でき、かつ温度ドリフトの発生を抑制できるよ
うにすることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明に係る差分帰還型渦電流距離測定装置
は、帰還増幅器と１次コイルとの間に電流増幅器
を介設して１次コイルへの印加交流電流を増大さ
せるとともに、１次コイルの巻数を決定する際、
帰還増幅器と１次コイルとを接続するケーブルの
抵抗RCと１次コイルのインピーダンスZPとが、
ZP≫RCとなる範囲で１次コイルの巻数を少なく
したものである。また、１次コイルと一対の２次
コイルとの間の距離をp.被測定物体側の２次コイ
ルの最大測定距離をｑとして、0.1≦ｐ／ｑ≦0.7
の範囲に、好ましくはｐ／ｑ≒0.28となるように
配設したものである。 〔作用〕 本発明における差分帰還型渦電流距離測定装置
は、１次コイルのインピーダンスを低くして、１
次コイルと帰還増幅器との間に電力増幅器を設
け、１次コイルに印加する交流電流を増加させて
Ｓ／Ｎ比を向上させる。また、検出感度が理論的
に最大値となるように、１次コイルと２次コイル
との間の距離ｐと２次コイルの最大測定距離ｑと
を設定し、検出器の感度を増大させ、かつ温度ド
リフトを低減する。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を図によつて説明す
る。第１図のおいて、１〜７は従来例で説明した
ものと同じ構成要素であり、１は導電性被測定物
体、２は交流電源、３は正帰還増幅器、４は交流
増幅器、５は１次コイル、６，７は２次コイルで
ある。また、８は電力増幅器で、帰還増幅器３と
１次コイル５との間に介設され、１次コイル５に
印加する交流電流を増大させる。 次に、作用について説明する。２次コイル６，
７による差分電圧Vsは、電磁気学的に次の式
〔１〕〜〔17〕によつて与えられる。 Vs＝Vs1−Vs2 …〔１〕 Vs1＝Vd1−Ve1 …〔２〕 Vs2＝Vd2−Ve2 …〔３〕 Vs＝（Vd1−Vd2）−（Ve1−Ve2） …〔４〕 Vd1＝4π2×10-7×IpNpNs1D1Ｆ（K1）…〔５〕 Vd2＝4π2×10-7×IpNpNs2D2Ｆ（K2）…〔６〕 Ve1＝4π2×10-7×IpNpNs1D1Ｆ（K3）…〔７〕 Ve2＝4π2×10-7×IpNpNs2D2Ｆ（K4）…〔８〕 Ｆ（Ｋ）＝（２／Ｋ−Ｋ）ｋ（Ｋ）−２／ＫＥ（Ｋ）…
〔９〕
Ｅ（Ｘ）＝∫〓/2 0√１−2 2・dx（第２種楕
円積
分） …〔11〕 K1 2＝D1 2／D1 2＋P1 2＝１／１＋C1 2，C1＝P1／D1…〔12
〕 K2 2＝D2 2／D2 2＋P2 2＝１／１＋C2 2，C2＝P2／D2…〔13
〕 K3 2＝D1 2／D1 2＋（P1＋2q）2＝１／１＋C3 2，C3＝P1＋2
q／D1 …〔14〕 K4 2＝D2 2／D2 2＋（2P1＋P2＋2q）2＝１／１＋C4 2，C4
＝2P1＋P2＋2q／D2…〔15〕 D1＝√p×s1 …〔16〕 D2＝√p×s2 …〔17〕 ここで、 Vs1，Vs2：２次コイル７，６に誘起される電圧 Vd1，Vd2：被測定物１がない場合に２次コイル
７，６に誘起される電圧 Ve1，Ve2：２次コイル７，６の誘起電圧で、渦
電流による変化分 ：周波数 Ip：１次コイル５電流 Np：１次コイル５の巻数 Ns1，Ns2：２次コイル７，６の巻数 Dp：１次コイル５の平均直径 Ds1，Ds2：２次コイル７，６の平均直径 P1，P2：１次コイル５と２次コイル７，６間の
距離 ｑ：２次コイル７と被測定物１との距離 また、上記式中に表われる検出器各部の寸法
Dp，Ds1，Ds2，P1，P2，ｑ，Wp，W1，W2は、
第２図に示すとおりである。 上記解析式について補足説明を行なう。 まず、本解析には電気映像法の理論を適用して
いる。即ち誘起電圧Ve1とVe2は、導電性被測定
物体の表面に対する、１次コイル５の虚像の中
に、高周波電流−Ipが流れて、これによる磁界が
２次コイル７と６に鎖交して誘起される電圧と等
価である。また前記１次コイルの虚像と導電性被
測定物体１の表面との間の距離はP1＋ｑに等し
い。 次に、式［12］〜［15］の誘導について説明す
る。一般的な楕円積分のＫ値は、Da，Dbをそれ
ぞれコイルａ及びコイルｂの直径、Ra，Rbをそ
れぞれコイルａ及びコイルｂの半径、Ｐをコイル
ａとコイルｂ間の距離とすると、次の式［28］で
示される。 K2＝Da×Db／（Ra＋Rb）2＋P2 …［28］ 前記一般式［28］を本実施例に適用すると、式
［12］は下記の式［12A］から誘導される。 K1 2＝Dp×Ds1／（Dp／２＋Ds1／２）2＋P1 2 …［12A］ 本実施例においては、図１及び図２に示すよう
に、１次コイル５と２次コイル６，７とは同一の
ボビンに巻かれており、１次コイル５の平均直径
Dpと、２次コイル６，７の平均直径Ds1，Ds2と
は近似的に等しく、実用上はその差を無視して、
Dp≒Ds1≒Ds2として計算をすることができる。 そして上記近似関係により、式［16］で算出さ
れる２つの直径DpとDs1の相乗平均D1と相加平均
とは近似的に等しい。 D1＝√p×s1≒Dp＋Ds1／２ …［29］ 式［12A］の分子は式［16］を２乗することに
より次の値になる。 式［12A］の分子＝D1 2 また式［12A］の分母は式［29］を代入するこ
とにより次の値になる。 式［12A］の分母＝D1 2＋P1 2 前記分子及び分母により表現した式［12A］
が、即ち本実施例における式［12］となる。 K1 2＝D1 2／D1 2＋P1 2 ここでC1＝P1／C1とすると、 K1 2＝１／１＋C1 2 K1 2＝D1 2／D1 2＋P1 2＝１／１＋C1 2 …［12］ 同様に、式［17］で算出される２つの直径Dp
とDs2の相乗平均D2と相加平均（Dp＋Ds2）／２
とが近似的に等しいとすることにより式［13］を
得ることができる。 また式［14］は、渦電流による影響で、前記１
次コイル５の虚像位置（導電性被測定物体１の表
面から内部へP1＋ｑの距離にある位置）から、
２次コイル７までの距離＝（P1＋ｑ）＋ｑ＝P1＋
2qに対するＫの値であり、式［15］は同様に１
次コイル５の虚像位置から２次コイル６までの距
離＝（P1＋ｑ）＋ｑ＋P1＋P2＝2P1＋P2＋2qに対す
るＫの値として求めたものである。 検出器の感度を高めるためには（Ve1−Ve2）
を大きくする必要がある。このためには、式
〔７〕、〔８〕から明らかなように、１次コイル電
流Ipを大きくすればよいので、１次コイル５のイ
ンピーダンスZpを小さくし、かつ電力増幅器８を
設けて、１次コイル５へ印加する電流を増大させ
る。 なお式［７］における他の要素の影響について
説明する。まず周波数を大きくすると、１次コ
イルのインピーダンスは、周波数に比例して増加
する。このため、１次コイルの電流Ipを一定にす
るためには、電力増幅器８の出力電圧を大きくす
る必要がある。そしてこの場合には正帰還増幅器
３の動作が不安定になりやすい。また１次コイル
の巻数Npを増加させると、そのインピーダンス
は巻数の２乗に比例して増加するから、同様に電
力増幅器８の出力電圧を増加させる必要があり不
都合である。 ２次コイルの巻数Nsの増加は、交流増幅器４
の入力インピーダンスを増加させることになり、
交流増幅器４の動作を不安定にする傾向をもつた
め、このNsを余り大きくすることはできない。 またＤは式［16］，［17］に示されるように、１
次コイル５の直径と２次コイル７または６の直径
との相乗平均値であるので、このＤの増加は、上
記いずれか又は両方のコイルの直径を増加させ、
またコイルのインダクタンスはその直径の２乗に
比例して増加することから、前記と同様に回路イ
ンピーダンスを増加させることになり、計測動作
の安定化の面で好ましくない。また一般に、検出
器の取付場所は制約を受けることが多く、検出器
の小型化が要望されている現状である。 なお、Ｆ（Ｋ）はＣの関数Fc（Ｃ）であり、Ｃは
式［12］によりＤに反比例する。従つてＤを増加
させるとＣが減少し、Ｃが減少すると第３図の特
性図に基づきFc（Ｃ）の値は急激に減少する。従
つてＦ（Ｋ）も減少する。以上のような理由によ
り検出器の感度を高めるには１次コイル電流Ipを
大きくするのが最も好ましい。 この１次コイル５のインピーダンスZpは、 Zp＝2πLp …〔18〕 Lp＝π2×10-7×KNDp 2Np 2／Wp …〔19〕 Lp：１次コイルのインダクタンス KN：長岡係数 Dp：１次コイルの平均直径 Wp：１次コイル５の巻幅 また、１次コイル５を流れる電流Ipは Ip＝Vp／Zp …〔20〕 Vp：１次コイル５に印加する電圧 で与えられる。いま式［７］，［８］において、Ip
は式［20］により、Ip＝Vp／Zpであり、Zpは式
［18］により、Zp＝2πLpであり、Lpは式［19］
で示される。従つて式［18］〜［20］を式［７］
に代入すると、 Ve1＝4π2×10-7×IpNpNs1D1Ｆ（K3） ＝4π2×10-7× ×VpWpNpNs1D1Ｆ（K3）／2π×π2×10-7×KNDp 2
Np 2 ＝２×VpWpNs1D1Ｆ（K3）／KNDp 2Np さらに本実施例における前記Dp≒Ds1≒Ds2の
近似関係を考慮すると式［16］，［17］のD1≒Dp，
D2≒Dpとみなし得る。従つて上記Ve1は式［30］
となる。 Ve1＝２×VpWpNs1Ｆ（K3）／πKNDpNp …［30］ 同様に式［８］に式［18］〜［20］を代入し、
D2≒Dpとみなすと、式［31］を得る。 Ve2＝２×VpWpNs2Ｆ（K4）／πKNDpNp …［31］ 式［30］，［31］においてVe1，Ve2はそれぞれ
Npに反比例することから明らかなように、１次
コイル電圧Vpが一定ならば、コイル巻数Npを少
なくした方がVe1，Ve2は大きくなり、したがつ
てVsも大きくなる。しかし、１次コイル５の巻
数を少なくするのにも限度がある。装置本体の高
周波電力増幅器８と１次コイル５とを結線するケ
ーブル（実用では約20〜30ｍ）の抵抗Rcが１次
コイル５に対して直列に結線され、上記した式
〔20〕は次のように表示される。 Ip＝Vp／（Zp＋Rc） …〔20′〕 ここで、１次コイル５のインピーダンスZpに対
してケーブルの抵抗Rcが十分に小さい値であれ
ば、測定精度にさほど影響を与えることはない
が、ケーブルの抵抗Rcの値が大きくなると、電
力増幅器８の出力電圧はケーブルの抵抗Rcによ
つて消費される。また、ケーブルの温度が変化す
ると、この変動ｔによつてケーブの抵抗Rcも Rc＝RCT（１＋αt） RCT：基準温度におけるケーブルの抵抗 α：ケーブルの温度係数 となり、測定距離に対する測定精度を悪化させる
ことになる。そこで、１次コイル５の巻数Npは、
ケーブルの抵抗Rcと比較して、１次コイル５の
インピーダンスZpとの比がZp≫Rcとなるように
決定する。 次に、本発明の他の実施例について説明する。
式
円積
分） …〔11〕 K1 2＝D1 2／D1 2＋P1 2＝１／１＋C1 2，C1＝P1／D1…〔12
〕 K2 2＝D2 2／D2 2＋P2 2＝１／１＋C2 2，C2＝P2／D2…〔13
〕 K3 2＝D1 2／D1 2＋（P1＋2q）2＝１／１＋C3 2，C3＝P1＋2
q／D1 …〔14〕 K4 2＝D2 2／D2 2＋（2P1＋P2＋2q）2＝１／１＋C4 2，C4
＝2P1＋P2＋2q／D2…〔15〕 D1＝√p×s1 …〔16〕 D2＝√p×s2 …〔17〕 ここで、 Vs1，Vs2：２次コイル７，６に誘起される電圧 Vd1，Vd2：被測定物１がない場合に２次コイル
７，６に誘起される電圧 Ve1，Ve2：２次コイル７，６の誘起電圧で、渦
電流による変化分 ：周波数 Ip：１次コイル５電流 Np：１次コイル５の巻数 Ns1，Ns2：２次コイル７，６の巻数 Dp：１次コイル５の平均直径 Ds1，Ds2：２次コイル７，６の平均直径 P1，P2：１次コイル５と２次コイル７，６間の
距離 ｑ：２次コイル７と被測定物１との距離 また、上記式中に表われる検出器各部の寸法
Dp，Ds1，Ds2，P1，P2，ｑ，Wp，W1，W2は、
第２図に示すとおりである。 上記解析式について補足説明を行なう。 まず、本解析には電気映像法の理論を適用して
いる。即ち誘起電圧Ve1とVe2は、導電性被測定
物体の表面に対する、１次コイル５の虚像の中
に、高周波電流−Ipが流れて、これによる磁界が
２次コイル７と６に鎖交して誘起される電圧と等
価である。また前記１次コイルの虚像と導電性被
測定物体１の表面との間の距離はP1＋ｑに等し
い。 次に、式［12］〜［15］の誘導について説明す
る。一般的な楕円積分のＫ値は、Da，Dbをそれ
ぞれコイルａ及びコイルｂの直径、Ra，Rbをそ
れぞれコイルａ及びコイルｂの半径、Ｐをコイル
ａとコイルｂ間の距離とすると、次の式［28］で
示される。 K2＝Da×Db／（Ra＋Rb）2＋P2 …［28］ 前記一般式［28］を本実施例に適用すると、式
［12］は下記の式［12A］から誘導される。 K1 2＝Dp×Ds1／（Dp／２＋Ds1／２）2＋P1 2 …［12A］ 本実施例においては、図１及び図２に示すよう
に、１次コイル５と２次コイル６，７とは同一の
ボビンに巻かれており、１次コイル５の平均直径
Dpと、２次コイル６，７の平均直径Ds1，Ds2と
は近似的に等しく、実用上はその差を無視して、
Dp≒Ds1≒Ds2として計算をすることができる。 そして上記近似関係により、式［16］で算出さ
れる２つの直径DpとDs1の相乗平均D1と相加平均
とは近似的に等しい。 D1＝√p×s1≒Dp＋Ds1／２ …［29］ 式［12A］の分子は式［16］を２乗することに
より次の値になる。 式［12A］の分子＝D1 2 また式［12A］の分母は式［29］を代入するこ
とにより次の値になる。 式［12A］の分母＝D1 2＋P1 2 前記分子及び分母により表現した式［12A］
が、即ち本実施例における式［12］となる。 K1 2＝D1 2／D1 2＋P1 2 ここでC1＝P1／C1とすると、 K1 2＝１／１＋C1 2 K1 2＝D1 2／D1 2＋P1 2＝１／１＋C1 2 …［12］ 同様に、式［17］で算出される２つの直径Dp
とDs2の相乗平均D2と相加平均（Dp＋Ds2）／２
とが近似的に等しいとすることにより式［13］を
得ることができる。 また式［14］は、渦電流による影響で、前記１
次コイル５の虚像位置（導電性被測定物体１の表
面から内部へP1＋ｑの距離にある位置）から、
２次コイル７までの距離＝（P1＋ｑ）＋ｑ＝P1＋
2qに対するＫの値であり、式［15］は同様に１
次コイル５の虚像位置から２次コイル６までの距
離＝（P1＋ｑ）＋ｑ＋P1＋P2＝2P1＋P2＋2qに対す
るＫの値として求めたものである。 検出器の感度を高めるためには（Ve1−Ve2）
を大きくする必要がある。このためには、式
〔７〕、〔８〕から明らかなように、１次コイル電
流Ipを大きくすればよいので、１次コイル５のイ
ンピーダンスZpを小さくし、かつ電力増幅器８を
設けて、１次コイル５へ印加する電流を増大させ
る。 なお式［７］における他の要素の影響について
説明する。まず周波数を大きくすると、１次コ
イルのインピーダンスは、周波数に比例して増加
する。このため、１次コイルの電流Ipを一定にす
るためには、電力増幅器８の出力電圧を大きくす
る必要がある。そしてこの場合には正帰還増幅器
３の動作が不安定になりやすい。また１次コイル
の巻数Npを増加させると、そのインピーダンス
は巻数の２乗に比例して増加するから、同様に電
力増幅器８の出力電圧を増加させる必要があり不
都合である。 ２次コイルの巻数Nsの増加は、交流増幅器４
の入力インピーダンスを増加させることになり、
交流増幅器４の動作を不安定にする傾向をもつた
め、このNsを余り大きくすることはできない。 またＤは式［16］，［17］に示されるように、１
次コイル５の直径と２次コイル７または６の直径
との相乗平均値であるので、このＤの増加は、上
記いずれか又は両方のコイルの直径を増加させ、
またコイルのインダクタンスはその直径の２乗に
比例して増加することから、前記と同様に回路イ
ンピーダンスを増加させることになり、計測動作
の安定化の面で好ましくない。また一般に、検出
器の取付場所は制約を受けることが多く、検出器
の小型化が要望されている現状である。 なお、Ｆ（Ｋ）はＣの関数Fc（Ｃ）であり、Ｃは
式［12］によりＤに反比例する。従つてＤを増加
させるとＣが減少し、Ｃが減少すると第３図の特
性図に基づきFc（Ｃ）の値は急激に減少する。従
つてＦ（Ｋ）も減少する。以上のような理由によ
り検出器の感度を高めるには１次コイル電流Ipを
大きくするのが最も好ましい。 この１次コイル５のインピーダンスZpは、 Zp＝2πLp …〔18〕 Lp＝π2×10-7×KNDp 2Np 2／Wp …〔19〕 Lp：１次コイルのインダクタンス KN：長岡係数 Dp：１次コイルの平均直径 Wp：１次コイル５の巻幅 また、１次コイル５を流れる電流Ipは Ip＝Vp／Zp …〔20〕 Vp：１次コイル５に印加する電圧 で与えられる。いま式［７］，［８］において、Ip
は式［20］により、Ip＝Vp／Zpであり、Zpは式
［18］により、Zp＝2πLpであり、Lpは式［19］
で示される。従つて式［18］〜［20］を式［７］
に代入すると、 Ve1＝4π2×10-7×IpNpNs1D1Ｆ（K3） ＝4π2×10-7× ×VpWpNpNs1D1Ｆ（K3）／2π×π2×10-7×KNDp 2
Np 2 ＝２×VpWpNs1D1Ｆ（K3）／KNDp 2Np さらに本実施例における前記Dp≒Ds1≒Ds2の
近似関係を考慮すると式［16］，［17］のD1≒Dp，
D2≒Dpとみなし得る。従つて上記Ve1は式［30］
となる。 Ve1＝２×VpWpNs1Ｆ（K3）／πKNDpNp …［30］ 同様に式［８］に式［18］〜［20］を代入し、
D2≒Dpとみなすと、式［31］を得る。 Ve2＝２×VpWpNs2Ｆ（K4）／πKNDpNp …［31］ 式［30］，［31］においてVe1，Ve2はそれぞれ
Npに反比例することから明らかなように、１次
コイル電圧Vpが一定ならば、コイル巻数Npを少
なくした方がVe1，Ve2は大きくなり、したがつ
てVsも大きくなる。しかし、１次コイル５の巻
数を少なくするのにも限度がある。装置本体の高
周波電力増幅器８と１次コイル５とを結線するケ
ーブル（実用では約20〜30ｍ）の抵抗Rcが１次
コイル５に対して直列に結線され、上記した式
〔20〕は次のように表示される。 Ip＝Vp／（Zp＋Rc） …〔20′〕 ここで、１次コイル５のインピーダンスZpに対
してケーブルの抵抗Rcが十分に小さい値であれ
ば、測定精度にさほど影響を与えることはない
が、ケーブルの抵抗Rcの値が大きくなると、電
力増幅器８の出力電圧はケーブルの抵抗Rcによ
つて消費される。また、ケーブルの温度が変化す
ると、この変動ｔによつてケーブの抵抗Rcも Rc＝RCT（１＋αt） RCT：基準温度におけるケーブルの抵抗 α：ケーブルの温度係数 となり、測定距離に対する測定精度を悪化させる
ことになる。そこで、１次コイル５の巻数Npは、
ケーブルの抵抗Rcと比較して、１次コイル５の
インピーダンスZpとの比がZp≫Rcとなるように
決定する。 次に、本発明の他の実施例について説明する。
式
〔９〕において、
K2＝１／１＋C2 …〔21〕
とおけば、Ｆ（Ｋ）はＣの関数Fc（Ｃ）となり、第
３図に示すようになる。図から明らかなように、
Ｃの増加と共にFc（Ｃ）の値は急激に減少する。
従つて、ドリフトを低減するためには、C1及び
C2の値を大きくして、式〔５〕，〔６〕のＦ（K1），
Ｆ（K2）の値を小さくすることが望ましい。即
ち、P1／D1およびP2／D2を大きくすると、ドリ
フトを低減することができる。しかし、検出器の
感度は、P1／ｑおよびP2／ｑがある値をとる時
に最大となる。いま測定距離ｑがコイルの平均直
径Ｄに比して十分に大きい場合は、式〔14〕，
〔15〕のC3，C4の値が大きくなり、K3≪１，K4
≪１となる。Ｋ≪１の場合、式
３図に示すようになる。図から明らかなように、
Ｃの増加と共にFc（Ｃ）の値は急激に減少する。
従つて、ドリフトを低減するためには、C1及び
C2の値を大きくして、式〔５〕，〔６〕のＦ（K1），
Ｆ（K2）の値を小さくすることが望ましい。即
ち、P1／D1およびP2／D2を大きくすると、ドリ
フトを低減することができる。しかし、検出器の
感度は、P1／ｑおよびP2／ｑがある値をとる時
に最大となる。いま測定距離ｑがコイルの平均直
径Ｄに比して十分に大きい場合は、式〔14〕，
〔15〕のC3，C4の値が大きくなり、K3≪１，K4
≪１となる。Ｋ≪１の場合、式
〔９〕，〔14〕，
〔15〕は Ｆ（Ｋ）≒π／16K3 …〔22〕 K3≒Ｄ／Ｐ＋2q …〔23〕 K4≒Ｄ／3p＋2q …〔24〕 に近似的に置き換えられ、従つて差分電圧Vsは、 Vs＝−π3／４×10-7IpNpNsD4 ×｛１／（ｐ＋2q）3−１／（3p＋2q）3｝ …［25］ ただし、Ns1＝Ns2＝Ns，D1＝D2＝Ｄ，P1＝P2
＝Ｐとする。 ここで、検出器の感度ＳはdVs／dqで与えられ
るので、Ｐ／ｑ＝ｘとおいて、 Ｓ＝dVs／dq ＝π3／２×10-7IpNpNsD4／q4｛１／（ｘ＋２）4− １／（3x＋２）4｝ …［26］ Ｓの極大値を求めるためにds／dx＝０を解く
と、 Ｘ＝２×〓〓−２／３−〓〓＝0.28015 …〔27〕 となる。即ち、１次コイル５と２次コイル６，７
との間の距離Ｐの値を、測定距離ｑの約0.28倍に
すると、検出器の感度Ｓは最大となる。 第４図に、ｐ／ｑと感度比Ｓ／Smaxとの関係
を示す。例えば、測定距離ｈ＝100mmの場合、 ｑ＝ｈ＋W1／２＋ｂ＝100＋10/2＋15＝120mm
として、ｐ＝0.28×120＝33.6mmとなるように検
出器を構成すると、感度が最大となる。実際に
は、検出器を据付ける場所の条件などを考慮し
て、ｐ／ｑの値を、0.1≦ｐ／ｑ≦0.7の範囲内
に、好ましくは0.28に近い値となるように設定す
る。 次に、本発明による性能の向上を第５図、第６
図によつて説明する。第５図は測定距離ｈと増幅
器８の出力電圧eputの関係を示す線図であり、曲
線Ａはこの発明による特性を、曲線Ｂは従来技術
による特性を示し、図示のごとくＡはＢに比較し
て直線性（リニアリテイ）が良く長距離側でも出
力電圧の変化が低下せず、従つて高感度になつて
いる。また、第６図は温度ドリフトを示す線図
で、横軸は検出器の温度、縦軸は増幅器８の出力
電圧変化を測定距離に換算したものである。図
中、曲線Ａは本発明による特性を、曲線Ｂは従来
技術を、曲線Ｃは従来技術に対して１次コイル電
流Ipを増加し、感度増大を図つたものである。し
かし、P1／ｑの値が小さいためその改善効果は
十分ではない。 本発明の曲線Ａは、１次コイル電流を大きく
し、かつP1／ｑを大きくしたので感度が増大し、
温度ドリフトが大幅に減少する。 なお、本発明による差分帰還型渦電流距離測定
装置の適用範囲は、連続鋳造設備の湯面計に限定
されるものではなく、広く一般に渦電流を利用し
た距離測定装置に適用可能であり、距離測定範囲
に比較して検出器の直径を小さく、かつドリフト
の少ない距離測定装置を実現することができる。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、１次コイルに
印加する電流を増大させ、検出感度が理論的最大
値となるように１次コイルと２次コイルとの間の
距離を設定したので、Ｓ／Ｎ比の向上と温度ドリ
フトの低減を図れる。例えば、連続鋳造設備の湯
面計に適用した場合、従来技術による湯面計に較
べ、温度ドリフトを約10分の１に軽減できるとい
う効果が得られる。
〔15〕は Ｆ（Ｋ）≒π／16K3 …〔22〕 K3≒Ｄ／Ｐ＋2q …〔23〕 K4≒Ｄ／3p＋2q …〔24〕 に近似的に置き換えられ、従つて差分電圧Vsは、 Vs＝−π3／４×10-7IpNpNsD4 ×｛１／（ｐ＋2q）3−１／（3p＋2q）3｝ …［25］ ただし、Ns1＝Ns2＝Ns，D1＝D2＝Ｄ，P1＝P2
＝Ｐとする。 ここで、検出器の感度ＳはdVs／dqで与えられ
るので、Ｐ／ｑ＝ｘとおいて、 Ｓ＝dVs／dq ＝π3／２×10-7IpNpNsD4／q4｛１／（ｘ＋２）4− １／（3x＋２）4｝ …［26］ Ｓの極大値を求めるためにds／dx＝０を解く
と、 Ｘ＝２×〓〓−２／３−〓〓＝0.28015 …〔27〕 となる。即ち、１次コイル５と２次コイル６，７
との間の距離Ｐの値を、測定距離ｑの約0.28倍に
すると、検出器の感度Ｓは最大となる。 第４図に、ｐ／ｑと感度比Ｓ／Smaxとの関係
を示す。例えば、測定距離ｈ＝100mmの場合、 ｑ＝ｈ＋W1／２＋ｂ＝100＋10/2＋15＝120mm
として、ｐ＝0.28×120＝33.6mmとなるように検
出器を構成すると、感度が最大となる。実際に
は、検出器を据付ける場所の条件などを考慮し
て、ｐ／ｑの値を、0.1≦ｐ／ｑ≦0.7の範囲内
に、好ましくは0.28に近い値となるように設定す
る。 次に、本発明による性能の向上を第５図、第６
図によつて説明する。第５図は測定距離ｈと増幅
器８の出力電圧eputの関係を示す線図であり、曲
線Ａはこの発明による特性を、曲線Ｂは従来技術
による特性を示し、図示のごとくＡはＢに比較し
て直線性（リニアリテイ）が良く長距離側でも出
力電圧の変化が低下せず、従つて高感度になつて
いる。また、第６図は温度ドリフトを示す線図
で、横軸は検出器の温度、縦軸は増幅器８の出力
電圧変化を測定距離に換算したものである。図
中、曲線Ａは本発明による特性を、曲線Ｂは従来
技術を、曲線Ｃは従来技術に対して１次コイル電
流Ipを増加し、感度増大を図つたものである。し
かし、P1／ｑの値が小さいためその改善効果は
十分ではない。 本発明の曲線Ａは、１次コイル電流を大きく
し、かつP1／ｑを大きくしたので感度が増大し、
温度ドリフトが大幅に減少する。 なお、本発明による差分帰還型渦電流距離測定
装置の適用範囲は、連続鋳造設備の湯面計に限定
されるものではなく、広く一般に渦電流を利用し
た距離測定装置に適用可能であり、距離測定範囲
に比較して検出器の直径を小さく、かつドリフト
の少ない距離測定装置を実現することができる。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、１次コイルに
印加する電流を増大させ、検出感度が理論的最大
値となるように１次コイルと２次コイルとの間の
距離を設定したので、Ｓ／Ｎ比の向上と温度ドリ
フトの低減を図れる。例えば、連続鋳造設備の湯
面計に適用した場合、従来技術による湯面計に較
べ、温度ドリフトを約10分の１に軽減できるとい
う効果が得られる。
第１図はこの発明の一実施例を示す差分帰還型
渦電流距離測定装置の構成図、第２図は検出器の
各部寸法図、第３図は検出器の特性を示す関数Fc
（Ｃ）の線図、第４図は検出器の寸法と感度の関
係を表わす線図、第５図は測定距離と出力電圧の
関係を表わす線図、第６図は温度ドリフトを示す
線図、第７図は従来技術の差分帰還型渦電流距離
測定装置の構成図である。 図において、１は導電性被測定物体、２は交流
電源、３は正帰還増幅器、４は交流増幅器、５は
１次コイル、６，７は２次コイル、８は電力増幅
器。
渦電流距離測定装置の構成図、第２図は検出器の
各部寸法図、第３図は検出器の特性を示す関数Fc
（Ｃ）の線図、第４図は検出器の寸法と感度の関
係を表わす線図、第５図は測定距離と出力電圧の
関係を表わす線図、第６図は温度ドリフトを示す
線図、第７図は従来技術の差分帰還型渦電流距離
測定装置の構成図である。 図において、１は導電性被測定物体、２は交流
電源、３は正帰還増幅器、４は交流増幅器、５は
１次コイル、６，７は２次コイル、８は電力増幅
器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測定物体に対向して配置される検出器に、
１次コイルと同軸で等距離に一対の２次コイルを
配設し、上記１次コイルに帰還増幅器から交流電
流を印加して上記一対の２次コイルに誘起される
誘起電圧の差分電圧を上記帰還増幅器に帰還し、
この帰還増幅器の出力電圧から被測定物体までの
距離を計測する測定装置において、上記帰還増幅
器と上記１次コイルとの間に電力増幅器を介設し
てこの１次コイルへの印加交流電流を増大させる
とともに、上記１次コイルの巻数を決定する際、
上記帰還増幅器と上記１次コイルとを接続するケ
ーブルの抵抗RCと、上記１次コイルのインピー
ダンスZPとの関係が、ZP≫RCが成立する範囲で
上記１次コイルの巻数を少なくしたことを特徴と
する差分帰還型渦電流距離測定装置。 ２ 上記１次コイルに対して等距離に配設された
上記一対の２次コイルを、上記１次コイルと上記
一対の２次コイルとの距離をp.被測定物体に近い
側の上記２次コイルの最大測定距離をｑとして、
少なくとも0.1≦ｐ／ｑ≦0.7の範囲内に、好まし
くは、ｐ／ｑ≒0.28となるように配置したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の差分帰還
型渦電流距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12278985A JPS6290502A (ja) | 1985-06-07 | 1985-06-07 | 差分帰還型渦電流距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12278985A JPS6290502A (ja) | 1985-06-07 | 1985-06-07 | 差分帰還型渦電流距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6290502A JPS6290502A (ja) | 1987-04-25 |
| JPH0458882B2 true JPH0458882B2 (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=14844657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12278985A Granted JPS6290502A (ja) | 1985-06-07 | 1985-06-07 | 差分帰還型渦電流距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6290502A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5079714B2 (ja) * | 2009-01-15 | 2012-11-21 | 新日本製鐵株式会社 | 表面状態測定装置及び表面状態測定方法 |
| JP5513821B2 (ja) * | 2009-09-17 | 2014-06-04 | 株式会社荏原製作所 | 渦電流センサ、研磨装置、めっき装置、研磨方法、めっき方法 |
-
1985
- 1985-06-07 JP JP12278985A patent/JPS6290502A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6290502A (ja) | 1987-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5642041A (en) | Alternating current sensor employing parallel plates and having high dynamic range and accuracy | |
| US4757259A (en) | Method for measuring the thickness and temperature of a moving metal sheet by means of eddy currents | |
| JP2829521B2 (ja) | 電流検出装置 | |
| EP0129282B1 (en) | Measuring device for the "contactless" measurement of large thicknesses, for metal materials above the curie temperature | |
| JPH07146315A (ja) | 交流電流センサ | |
| US3890564A (en) | Apparatus for inducing eddy current in a semiconductor wafer for measuring the electric conductivity or resistivity thereof | |
| US5420504A (en) | Noninductive shunt current sensor based on concentric-pipe geometry | |
| US6191575B1 (en) | Device for measuring linear displacements | |
| JPH1026639A (ja) | 電流センサ及びこれを内蔵した電気装置 | |
| US5446372A (en) | Noninductive shunt current sensor with self-power capability | |
| CN113625038A (zh) | 一种电流测量装置及电压电流测量装置 | |
| JPH0458882B2 (ja) | ||
| JP2000337809A (ja) | 差動型渦流距離計 | |
| JPH04296663A (ja) | 電流測定装置 | |
| US5541503A (en) | Alternating current sensor based on concentric-pipe geometry and having a transformer for providing separate self-powering | |
| JPS624641B2 (ja) | ||
| JPS6182104A (ja) | 静電容量型距離計 | |
| US6188217B1 (en) | Inductive measurement device for determining dimensions of objects | |
| JPS6230562B2 (ja) | ||
| JPS58127116A (ja) | 傾斜角検出装置 | |
| JPS6017701Y2 (ja) | モ−ルドレベル計 | |
| JPH02156113A (ja) | 線型変位検出装置 | |
| KR20040055747A (ko) | 이중코일형 선형가변차동변환기 | |
| SU746173A1 (ru) | Устройство дл измерени диаметров цилиндрических изделий | |
| JPH11211741A (ja) | 流速測定方法及び装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |