JPH0334807B2 - - Google Patents

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JPH0334807B2
JPH0334807B2 JP20423484A JP20423484A JPH0334807B2 JP H0334807 B2 JPH0334807 B2 JP H0334807B2 JP 20423484 A JP20423484 A JP 20423484A JP 20423484 A JP20423484 A JP 20423484A JP H0334807 B2 JPH0334807 B2 JP H0334807B2
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JP
Japan
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signal
eddy current
current sensor
amplifier
voltage
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Application number
JP20423484A
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English (en)
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JPS6182117A (ja
Inventor
Toshiaki Hosoe
Seigo Ando
Yoshihiro Kawase
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
Nippon Kokan Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Kokan Ltd filed Critical Nippon Kokan Ltd
Priority to JP20423484A priority Critical patent/JPS6182117A/ja
Publication of JPS6182117A publication Critical patent/JPS6182117A/ja
Publication of JPH0334807B2 publication Critical patent/JPH0334807B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、直流帰還型渦流距離計の改良に関す
る。
〔発明の技術的背景〕
非接触条件下において被測定体との距離を計測
する技術としては、従来、レーザ光、超音波、ま
たは渦電流を用いた距離計等がある。第3図は渦
電流を利用した従来の渦流式距離計の構成図であ
る。同図において1は渦流センサであつて、この
渦流センサ1は1次コイル1−1と1対の2次コ
イル1−2,1−3から構成され、1次コイル1
−1には発振器2から出力される所定周波数の交
流信号が増幅器3を介して供給されるようになつ
ている。この渦流センサ1は金属圧延板や溶融金
属液体等の被測定体4上に近接配置されている。
この状態において前記交流信号が渦流センサに供
給されると、1次コイル1−1から交流磁界が発
生されて被測定体4と交差し、これにより被測定
体4の表面に渦電流が発生する。この渦電流によ
つて、被測定体4からは1次コイル1−1より発
生された交流磁界に対して反作用となる磁界が発
生する。これにより、2次コイル1−2,1−3
と交差する磁界が変化し、各2次コイル1−2,
1−3はそれぞれ値の異なつた電圧が誘起され
る。ここで、渦電流による磁界変化の影響は、被
測定体4により近接した2次コイル1−2側に対
して大きくなつているので、1対の2次コイル1
−2,1−3から差分の電圧が発生し、この差分
電圧は信号増幅器5により所定値まで増幅されて
増幅器3の正入力端子に帰還される。このときの
増幅器3の出力電圧eputは、渦流センサ1と被測
定体4との相対距離lに対応した値となる。ここ
で、出力電圧eputは、次式により表わされる。
eput=−G1・eio/1−G1・G2・K=−G1・e
io/1−G1・G2(eput/Zp)(M1−M2)……(1) なお、G1は増幅器3のオープン増幅度、eioは発
振器2の出力電圧、G2は信号増幅器5の増幅度、
Zpは1次コイル1−1のインピーダンス、M1
よびM2は1次コイル1−1と1対の2次コイル
1−2,1−3との間の各相互インピーダンスで
ある。
したがつて、増幅器3の出力電圧eputを計測す
れば間接的に相対距離lが求められる。
〔背景技術の問題点〕
ところで、第(1)式の分母において各相互インピ
ーダンスM1,M2の差と(eput/Zp)とが掛け算
されているが、この場合各相互インピーダンス
M1,M2の各虚数部分が等しくないと、出力電圧
eputは虚数部分をもつた式で表わされることにな
る。このように虚数部分をもつことは実際の出力
電圧eputでは位相偏位が発生することになる。と
ころで、この位相偏位の要因としては次のような
ことが考えられる。すなわち、 1対の2次コイル1−2,1−3の各インピ
ーダンスのアンバランス。
被測定体4の電気的特性と磁気的特性。
1次コイル1−1に供給する交流信号(交流
電流)の周波数。
渦流センサ1全体の径および形状。
信号増幅器5の入力インピーダンス値とその
変動。
過流センサ1と装置本体つまり増幅器3、信
号増幅器5とを結線する同軸ケーブルの分布容
量のアンバランスおよび温度変動による分布容
量の変動。
装置本体(IC)の位相偏位、プリント基板
の分布容量 などである。
ところで、位相偏位が大きくなると増幅器3は
正常に動作することができなくなり、この結果出
力電圧eputは、第4図に示すように正常動作時の
出力特性(イ)と比較して出力特性(ロ)のように非常に
大きな誤差を含んだものとなつてしまう。さら
に、甚だしくは帰還ループにおいて自己発振する
こともある。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、位相偏位による発振現
象をなくし得て、安定に動作し、高精度な直流帰
還型渦流距離計を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、被測定体上に所定周波数の交流信号
が供給される1次コイルと各誘起電圧の差電圧を
出力する1対の2次コイルとから構成される渦流
センサを配置し、前記2次コイルから出力される
差電圧を同期検波回路により前記交流信号に同期
して検波して直流信号として出力し、この直流信
号を予め設定されたレベルの直流信号が加わる差
動増幅回路に与え、この差動増幅回路の出力信号
に応じて1次コイルに供給する交流信号のレベル
を制御してこの差動増幅回路から渦流センサと被
測定体との距離に対応した信号を出力するように
した直流帰還型渦流距離計である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第1図は本発明の直流帰還型渦流距
離計の構成図である。なお、第3図と同一部分に
は同一符号を付してある。すなわち、1は渦流セ
ンサであつて、1−1は1次コイル、1−2,1
−3は対をなす2次コイルであり、2は発振器、
4は溶融金属液体、圧延板等の被測定体である。
渦流センサ1の1次コイル1−1には発振器2か
ら直流一交流変換回路10(以下、DC/AC変換
回路と指称する)および増幅度1に設定された電
力増幅器11を介して交流信号が供給されるよう
になつており、また2次コイル1−2,1−3は
差動型信号増幅器12の入力端に接続されてい
る。なお、DC/AC変換回路10は、直流増幅器
13から出力される信号Eputを受け、発振器2か
らの交流信号の電圧レベルを信号Eputに比例制御
して電力増幅器11に送出する機能を持つたもの
である。
さらに差動型信号増幅器12の出力端は同期検
波回路14に接続されている。この同期検波回路
14は、発振器2から出力される所定周波数の交
流信号に同期して差動型信号増幅器12の出力信
号を検波し、この検波によつて得られた直流信号
ESを直流増幅器13の正入力端子に供給するもの
である。この直流増幅器13は、自身の負入力端
子に直流基準電圧発生回路15から予め設定され
たレベルの直流基準電圧ERが加わつており、よ
つて、この直流基準電圧ERと同期検波回路14
から得られた直流信号ESの差電圧Eputを出力する
ものであつて、この差電圧Eputが渦流センサ1と
被測定体4との距離に対応した値となる。
次に上記の如く構成された距離計の動作につい
て説明する。渦流センサ1が被測定体4上の近接
した位置に置かれ、この渦流センサ1の1次コイ
ル1−1に発振器2から所定周波数の交流信号が
DC/AC変換回路10および電力増幅器11を介
して供給されると、1次コイル1−1からは交流
磁界が発生し、この交流磁界は被測定体4と交差
する。すると、被測定体4の表面に渦電流が発生
し、この渦電流によつて1次コイル1−1から発
生された交流磁界に対して反作用となる磁界が発
生する。この磁界の反作用により2次コイル1−
2,1−3と交差する交流磁界が変化し、その変
化は被測定金属体4に近い側のコイル1−2に対
して大きくなる。したがつて、各2次コイル1−
2,1−3の各誘起電圧はそれぞれ異なつた電圧
値となる。そこで、2次コイル1−2の誘起電圧
をeS1、2次コイル1−3の誘起電圧をeS2とする
と、差動型信号増幅器12からは(eS1−eS2)Gb
=eSなる信号が出力される。なお、Gbは差動型信
号増幅器12の増幅度である。
この信号eSは同期検波回路14に加えられ、こ
の同期検波回路14により検波される。つまり、
同期検波回路14は、発振器2から出力される交
流信号に同期して信号eSを検波し、この検波によ
り得られた直流信号ES=eScosθを出力する。した
がつて、差動型信号増幅器12の出力信号eSに位
相偏位があつても、この位相偏位成分は除かれ
る。
そして、同期検波回路14の出力信号ESは直流
増幅器13に送られすなわち正帰還され、これに
より直流増幅器13からは、直流基準電圧ER
出力信号ERとの差電圧が増幅されてDC/AC変換
回路10に加えられる。そして、DC/AC変換回
路10は、入力された信号の電圧値に比例して発
振器2からの交流信号の電圧値を制御し、その交
流信号を電力増幅器11を介して1次コイル1−
1に供給する。このときの直流増幅器13の出力
電圧Eputは渦流センサ1と被測定体4との距離l0
に対応した値となる。ここで、出力電圧Eputは次
式により表わされる。すなわち、 Eput=−ER・Ga・K/1−Ga・Gb
K(ep/Zp)(M1−M2)N……(2) である。ここで、KはDC/AC変換回路10の変
換効率、Gaは直流増幅器13のオープン増幅度、
Gbは差動型信号増幅器12の増幅度、Nは同期
検波回路14の変換効率、epは電力増幅器11の
出力電圧である。したがつて、第(2)式からER
Ga,Gb,KおよびNの各値が固定設定されれば、
直流増幅器13の出力電圧Eputは渦流センサ1と
被測定体4との相対距離に対応した値となること
が判る。
第2図は、第1図に示す距離計により得られた
出力特性図である。なお、渦流センサ1としては
30mmφ径のものが用いられている。
このように本発明の距離計においては、渦流セ
ンサ1の各2次コイル1−2,1−3の各誘起電
圧の差電圧を同期検波回路14により1次コイル
1−1に供給する交流信号と同期して検波し、こ
の検波により得られた直流信号ESを直流増幅器1
3に帰還し、さらに直流増幅器13の出力電圧を
DC/AC変換回路10に送つて1次コイル1−1
に供給する交流信号の電圧レベルを制御し、これ
により直流増幅器13の出力電圧Eputを距離l0
対応するものとしたので、位相偏位により出力電
圧Eputが誤差の含んだ値となつたり、また帰還ル
ープにおいて発振が起こつたりすることはなく距
離計全体としての動作が安定する。したがつて被
測定体4が高温の例えば溶解液であつて渦流セン
サ1の配置される位置が悪環境であると、渦流セ
ンサ1の2次コイル1−2,1−3の各インピー
ダンスがアンバランスになるなどして位相偏位が
起こるが、本発明の距離計を適用すれば同期検波
回路14により直流化して帰還させるので悪還境
下にあつても発振は起こらず安定した動作で距離
が測定できる。
また、従来の距離計では、オシロスコープ等に
より各回路における出力電圧の位相等を調整、点
検していたが、本発明の距離計では帰還ループを
直流化したので従来のような複雑な調整、点検が
なくなりメンテナンスが簡単となる。
さらに、従来の帰還増幅型渦流距離計と同等以
上の測定スパンが得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、渦流センサの1対の2次コイ
ル間の差電圧を同期検波回路により渦流センサの
1次コイルに供給する交流信号に同期して検波
し、この検波により得られた直流信号を直流増幅
器に加え、さらにこの直流増幅器の出力信号に比
例して交流信号を制御し、このとき得られる直流
増幅器の出力信号から渦流センサと被測定体との
距離を求めるようにしたので、帰還ループにおけ
る位相偏位による発振現象をなくし得て安定に動
作しかつメンテナンスフリに有効な高精度な直流
帰還型渦流距離計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る直流帰還型渦流距離計の
一実施例を示す構成図、第2図は第1図に示す距
離計の出力特性図、第3図は従来の渦流式距離計
の構成図、第4図は第3図に示す距離計の出力特
性図である。 1……渦流センサ、1−1……1次コイル、1
−2,1−3……2次コイル、2……発振器、4
……被測定体、10……DC/AC変換回路、11
……電力増幅器、12……差動型信号増幅器、1
3……直流増幅器、14……同期検波回路、15
……直流基準電圧発生回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 被測定体上に近接して配置され、所定周波数
    の交流信号が供給される1次コイルおよび各誘起
    電圧の差電圧を出力する対なる2次コイルを有す
    る渦流センサと、この渦流センサの2次コイルか
    ら出力される電圧の差電圧を前記交流信号に同期
    して検波し、直流信号として取り出す同期検波回
    路と、この同期検波回路から出力される直流信号
    を受け、この直流信号と予め設定された直流基準
    信号とのレベル差を求めて前記渦流センサおよび
    前記被測定体の間の距離に対応した信号を出力す
    る差動増幅回路と、この差動増幅回路から出力さ
    れる信号に応じて前記渦流センサの1次コイルに
    供給される交流信号の電圧レベルを制御する供給
    制御回路とを具備したことを特徴とする直流帰還
    型渦流距離計。
JP20423484A 1984-09-29 1984-09-29 直流帰還型渦流距離計 Granted JPS6182117A (ja)

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