JPH08211083A - 流速測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属のような高温の対象の流速を、外乱
の大きな環境下でも、対象より離れた位置で、温度変化
の影響なく、また対象面との距離が変化しても、安定し
て非常に感度良く、非接触で連続的に検出することがで
きる速度測定方法及び装置を得ることを目的とする。 【構成】 励磁電流により移動する導電性の測定対象物
体に対して垂直に磁場を発生させる磁場発生装置２８
と、測定対象物体と垂直な磁場成分を、測定対象物体の
移動方向において異なった位置、かつ前記磁場が対称と
なる位置で検出する少なくとも２つの磁気センサ２６
ａ，２６ｂと、磁場発生装置２８に励磁電流を供給し、
磁気センサ２６ａ，２６ｂで検出された磁場の差分信号
に基づいて、測定対象物体の流速を演算する測定回路と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造プロセスにおい
て溶鋼を鋳込む鋳型内溶鋼流の表面の流速を測定する測
定方法及びその測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造ラインにおいては、図４４に示
すように溶鋼３はタンディッシュ１よりノズル２を通し
て銅製の鋳型４中に注ぎ込まれ鋳造される。鋳型中に注
ぎ込まれた溶鋼は、鋳型壁面に当たり上昇流７と下降流
８とに分かれる。上昇流は表面で流れ９ａ，９ｂを作る
が、ここで表面の溶鋼流動の左右のバランスが崩れる
と、図示のように渦１１が発生し溶鋼表面上に撒いたパ
ウダー５を巻き込んでしまう。また、表面の溶鋼流動が
過大になると、図示のように溶鋼表面のパウダーの一部
１０を削り込んでしまう。

【０００３】何れの場合においても、鋳片中に介在物が
捕捉されることになり、製品欠陥の原因となる。この理
由から鋳型内溶鋼流動を安定化させることは極めて重要
な課題となっており、特に、溶鋼表面近傍の流速を連続
的に計測することが強く求められていた。

【０００４】従来の溶鋼表面近傍の流速の計測は、例え
ば特開平５−６０７７４号公報に記載されているような
接触型の計測が主であった。これは、図４５に示すよう
にファインセラミック製の棒１２を溶鋼１４に浸漬し
て、その棒が溶鋼流動により受ける圧力Ｆを、受圧セン
サ１３により検出して、流速を測定するものである。し
かし、この方法では、高温の溶鋼にセラミックス製棒を
浸漬させるため、長時間の連続測定が不可能なものであ
った。

【０００５】これに対し、磁気を用いて非接触で速度を
計測できることも知られている。これは、図４６に示す
ように均等な磁場中で導体１５が動くと、その導体中に
Ｅ＝ｖ×Ｂなる速度起電力が生じ、この速度起電力によ
り、導体中に渦電流Ｊｖが誘起され、導体上に誘導磁場
Ｂｖが発生して、元の磁場は導体の速度方向に引きずら
れるようにＢからＢ′へと歪むという、磁場が導体の運
動により歪む効果（以下、磁場の速度効果という）を利
用したものであり、この歪みの程度は導体の速度に対応
して変化するので、歪み量を測ることにより対象導体の
速度を計測できるものである。

【０００６】このような磁気を用いて非接触で速度を計
測する装置として、特開平２−３１１７６６号公報に記
載されているものがあった。これは、図４７の（ａ）に
示すように、溶鋼１８の流れと平行配置された１次コイ
ル１９に交流電流を供給して溶鋼面と平行な交流磁場１
７を溶鋼表面に印加し、その水平方向の両側に２つの２
次コイル２０ａ，２０ｂを配置したものである。そし
て、２次コイル２０ａ，２０ｂにより対象面と平行な磁
場を検出するようになっている。

【０００７】この２次コイル２０ａ，２０ｂによる検出
動作は、まず、導体が静止しているときには図４４の
（ａ）に示すように、磁場は１次コイル１９を挟んで対
象となり、２つの２次コイル２０ａ，２０ｂの起電力に
差はなく出力は０となる。また、導体が動いている場合
には、図４７の（ｂ）に示すように、磁場の速度効果に
より磁場は導体の速度方向に歪み、励磁コイル１９を挟
んで対称でなくなるため、２つの２次コイル２０ａ，２
０ｂに生じる起電力に差が生じ、磁場の歪み量、即ち速
度に対応した信号が２つの２次コイルの出力電圧の差と
して得られる。そして、この２次コイル２０ａ，２０ｂ
の出力電圧の差に基づいて、導体の速度を求めるように
なっている。また、磁気を用いて非接触で速度を計測す
る方法では、装置と測定対象物体との距離により、速度
感度が変化するが、特開平４−８９５７３号公報では、
装置と測定対象物体との距離を、対象面と平行な磁場を
検出する２次コイルの片方の出力電圧により測定し、補
正を行っていた。

【０００８】また、磁気を用いて速度を計測する別の方
法として、特開昭６１−２２３５６４号公報に記載され
ているものがあった。これは、図４８の（ａ）に示すよ
うに、測定対象物体に対しＥ型コアと巻線とから成るＥ
型の磁場発生装置２１を、各磁極の開放端が導体側を向
き、更に３つの磁極２１ａ，２１ｂ，２１ｃが対象面と
平行となるように配置し、リング状の磁心を持った磁気
センサ２２をＥ型の磁場発生装置の中心の磁極２１ｃを
囲むように配置したものである。このＥ型の磁場発生装
置２１に、それぞれ隣り合う磁極が反対向きの磁場を生
じるよう直流電流を流す。そして、導体２４が運動する
と速度効果により導体中に渦電流が流れるが、この渦電
流により導体中に、中心の磁極２１ｃと左右の磁極２１
ａ，２１ｂとの間にそれぞれ正負逆の磁極Ｎ２，Ｓ２を
生じる。この電極から生じる磁場の対象面に対し水平な
成分を、先のリング状の磁気センサ２２を用いて検出
し、速度を検出するようになっている。

【０００９】また、磁気を用いて速度を計測する別の方
法として、特開平５−２９７０１２号公報に記載されて
いるものがあった。これは、図４９に示すように、１次
コイル１５１を測定対象物体１５２に対して垂直に配置
し、１次コイル１５１に交流電流を印加し、磁界１５３
を生じさせ、１次コイル１５１を挟んで両側に測定対象
物体１５２に対して垂直に２次コイル１５４ａ，１５４
ｂを配置し、１次コイル１５１，２次コイル１５４ａ，
１５４ｂを巻回した鉄心１５５，１５６ａ，１５６ｂを
備えたものである。そして、流速は、２次コイル１５４
ａ，１５４ｂに生じた起電力の位相差から検出するもの
であった。このような磁気を用いた速度測定方法は、非
接触で速度を計測できるため、溶鋼のような高温の液体
金属に対しても長時間連続的に流速を計測でき非常に有
望であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気を用いた非接触の速度測定方法は、以下のような問
題点があった。 １．水平方向に磁場を励磁する方法は、対象との距離が
離れると磁場が大きく減衰し、検出能力が下がってしま
う。また、速度効果は磁場を対象に垂直に印加したとき
に最大となるので、効率が悪くなる。 ２．水平方向の磁場の歪みを検出する方法では、磁場の
歪みが小さく速度感度が小さくなる。 ３．検出感度が小さく、連続鋳造鋳型中の溶鋼の流速と
いった低速の流速を計測するには感度が不十分となる。 ４．磁場発生装置の僅かな温度変化により生じる磁場発
生装置の熱変形によって、磁気センサの出力である磁場
歪み信号に速度と対応しない温度ドリフトにより擬似信
号が重畳してしまう。 ５．対象面と平行な磁場を検出する２次コイルの片方の
出力電圧により、装置と測定対象物体との距離を検出
し、補正を行う方法では、距離精度が悪く補正結果の速
度検出精度も悪くなってしまう。 ６．測定対象物体に平行に配置された２次コイルに発生
する起電力を検出し、その電圧の差をとり流速の測定を
する方法では、磁場の検出点での励磁磁場が大きく、そ
れに比べて速度効果の歪みによる変化が小さいため、電
圧の検出精度が流速の検出精度に影響し、十分な検出精
度を得ることができない。 ７．２次コイルに発生する起電力の位相差から流速を測
定する方法では、位相の検出精度をよくすることが難し
く、その検出精度が流速の検出精度に影響し、十分な検
出精度を得ることができない。 ８．連続鋳造のような、外乱磁場の多い環境下で比較的
小さな流速を計測する場合には、直流の励磁磁場を用
い、速度効果による磁場歪みを直流信号として検出する
方法では、磁場歪み信号に比べて外乱磁場信号が大き
く、正確な測定が出来ない。 ９．励磁・検出装置の側面に磁性体や導電体からなるも
のが近づくと、それによる励磁磁場の歪みから、センサ
のゼロレベルが変化し、正確な流速の計測ができなくな
る。 １０．周囲に強い外乱磁場があると、励磁・検出磁場の
周波数を、その外乱磁場から離して計測しても、影響を
十分のぞくことができずノイズとなり、測定精度が低下
してしまう。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされてものであり、溶融金属のような高温の対象
の流速を、外乱の大きな環境下でも、対象より離れた位
置で、温度変化の影響なく、また対象面との距離が変化
しても、安定して非常に感度良く、非接触で連続的に検
出することができる流速測定方法及びその測定装置を得
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る流速測
定方法は、移動する導電性の測定対象物体に対して垂直
に磁場を発生させ、測定対象物体と垂直な少なくとも２
つの磁場成分を、測定対象物体の移動方向において異な
った位置、かつ磁場が対称となる位置で検出し、磁場が
対称となる位置で検出された、少なくとも２か所の磁場
の差分信号に基づいて、測定対象物体の流速を演算する
ものである。第２の発明に係る流速測定方法は、第１の
発明において、励磁磁場として交流磁場を用い、さらに
検出した磁場の差分信号のうち、励磁磁場と同じ周波数
で特定の位相の成分のみを検出し、その検出した信号に
基づいて、測定対象物体の流速を演算するものである。
第３の発明に係る流速測定方法は、移動する導電性の測
定対象物体に対して、導電性で非磁性のシールド板を介
して、垂直に２つの周波数成分を有する磁場を発生さ
せ、測定対象物体と垂直な少なくとも２つの磁場成分
を、測定対象物体の移動方向において異なった位置で、
かつ磁場が対称となる位置で、２つの周波数成分ごとに
検出し、磁場が対称となる位置で２つの周波数成分ごと
に検出された、少なくとも２か所の磁場の差分信号に基
づいて、測定対象物体の流速を演算するものである。第
４の発明に係る流速測定方法は、第１、第２又は第３の
発明において、磁場成分の検出位置と測定対象物体との
間の距離を検出し、その距離に基づいて、検出した磁場
成分を補正するものである。

【００１３】第５の発明に係る流速測定装置は、移動す
る導電性の測定対象物体に対して垂直に磁場を発生させ
る磁場発生手段と、測定対象物体と垂直な磁場成分を、
測定対象物体の移動方向において異なった位置で、かつ
磁場が対称となる位置で検出する少なくとも２つの検出
手段と、磁場発生手段に励磁電流を供給し、検出手段で
磁場が対称となる位置で検出された、少なくとも２か所
の磁場の差分信号に基づいて、測定対象物体の流速を演
算する測定手段とを備えるものである。第６の発明にか
かる流速測定装置は、第５の発明において、磁場発生手
段に交流の励磁電流を供給して、交流磁場を発生させ、
さらに検出した磁場の差分信号のうち、励磁磁場と同じ
周波数で特定の位相の成分のみを検出し、その検出した
信号に基づいて、前記測定対象物体の流速を演算するも
のである。

【００１４】第７の発明に係る流速測定装置は、第５又
は第６の発明において、磁場発生手段の温度分布を計測
定して測定物体の流速値を補正する補正手段を備えてい
る。第８の発明に係る流速測定装置は、第５、第６又は
第７の発明において、磁場発生手段及び検出手段は、少
なくとも底面が非磁性不導体からなる冷却手段の中に設
置されるものである。

【００１５】第９の発明に係る流速測定装置は、第５、
第６、第７又は第８の発明において、磁場発生手段は、
少なくとも３つの磁極を有し、検出手段は、少なくとも
中心の磁極と両端の磁極との間の位置に設置されるもの
である。第１０の発明に係る流速測定装置は、第９の発
明において、検出手段は、少なくとも両端の磁極に固定
されるものである。第１１の発明に係る流速測定装置
は、第５、第６、第７、第８、第９又は第１０の発明に
おいて、磁場発生手段及び検出手段をその測定対象物体
に対向した部分を除いて、覆う磁気シールドボックスを
備えている。第１２の発明に係る流速測定装置は、第
５、第６、第７、第８、第９、第１０又は第１１の発明
において、磁場発生手段及び検出手段と測定対象物体と
の間に挿入された導電性で非磁性のシールド板を有し、
そして、測定手段は、更に、磁場発生手段に２つの周波
数から成る励磁電流を供給し、検出手段で検出された磁
場成分を２つの周波数成分ごとに分け、その２つの周波
数成分ごとに分けられた磁場成分に基づいて、測定対象
物体の流速を演算するものである。

【００１６】第１３の発明に係る流速測定装置は、第
５、第６、第７、第８、第９、第１０、第１１又は第１
２の発明において、検出手段と測定対象物体との間の距
離を検出する距離検出手段を有し、そして、測定手段
は、更に、距離検出手段で検出された距離に基づいて、
磁場成分を補正するものである。第１４の発明に係る流
速測定装置は、第５、第６、第７、第８、第９、第１
０、第１１、第１２又は第１３の発明において、磁場発
生手段は、測定対象物体と平行に並んだ少なくとも２つ
の磁極を有し、励磁電流により測定対象物体に対して垂
直で、かつ隣り合う磁極から逆向きの磁場を発生させる
ものである。

【００１７】

【作用】本発明は、測定対象物体に対して、垂直に磁場
を励磁し、対象面と垂直な磁場成分を検出することによ
り、鋳型内溶鋼流の表面の流速を測定するものであり、
その動作を次の（ａ）〜（ｆ）に分け説明する。

【００１８】（ａ）励磁方法 本発明の動作原理を図１の実施例に基づいて説明する。
本発明は、図１に示すように、磁場発生装置２８により
隣り合う磁極の向きが反対向きとなり、計測対象の導体
２９の表面に対し磁場が垂直となるように励磁し、さら
に、磁極２５ｃを挟んで、磁極２５ｃと磁極２５ａとの
間および、磁極２５ｃと磁極２５ｂとの間とに２つの磁
気センサ２６ａ，２６ｂを配置する。これらの磁気セン
サ２６ａ，２６ｂはそれぞれ導体面と垂直な方向の磁場
成分を検出するように配置されている。なお、これらの
磁気センサ２６ａ，２６ｂ及び磁場発生装置２８の全体
をいうときはセンサヘッド２００と称するものとする。

【００１９】このように、１つ以上の磁極を導体面に向
けることにより、導体面に垂直に磁場を励磁することが
できる。上述したように、速度効果はｖ×Ｂで表される
ので、対象の速度と磁場とが垂直となっているときに最
大となる。ここで、測定する速度は対象面と平行である
ので、磁場を対象面と垂直に励磁すれば、水平に励磁す
る場合よりも速度効果が大きくなり、速度検出感度も大
きくなる。

【００２０】また、２つ以上の磁極を有する磁場発生装
置を用い、隣り合う磁極同士が逆向きの磁場を生じるよ
うに励磁すれば、磁場は各磁極間に集中するので、横方
向に励磁するときと比べ磁場の広がりが抑えられ、セン
サと対象との距離が離れても対象に有効に磁場を励磁す
ることができる。

【００２１】（ｂ）検出方法 図２の（ａ）に示すように、導体２９が停止していれ
ば、磁場は中心の磁極を中心として左右対象である。そ
こで、導体が動くと、図２の（ｂ）に示すように、その
速度に対応して導体中に発生する渦電流により磁場が歪
み、各磁気センサの位置の磁場も歪み、各磁気センサの
出力が変化する。この各磁気センサの出力の変化の様子
を、図３の（ａ）、図３の（ｂ）を用いて更に詳しく説
明する。図３の（ａ）は導体の速度が小さい時の磁場の
歪み量であり、この歪み量は、対象が停止している時と
動いている時とで、磁極間の磁場分布の差をプロットし
たものである。なお、図３の（ａ）が導体面に垂直な磁
場成分の歪み量、図３の（ｂ）が導体面に水平な磁場成
分の歪み量である。図３の（ａ），（ｂ）からもわかる
ように、同じ速度に対しては、磁場の垂直成分の方が水
平成分よりも歪みによる変化量が大きくなる。

【００２２】また、磁場の歪みによる垂直方向磁場成分
の変化は、中心磁極とそれぞれの両端の磁極との中心位
置から両端の磁極付近の間で大きくなる。従って、本発
明のように、中心磁極と両端磁極との中心から両端の磁
極までの位置に磁気センサ２６ａ，２６ｂを配置し、対
象面と垂直な磁場成分を検出すれば、歪みによる磁場の
変化を最も効率良くとらえることができ、検出感度に優
れた速度測定を行うことができる。

【００２３】また、図２の（ｂ）のように、歪みの方向
はそれぞれ２つの磁気センサ２６ａ，２６ｂの位置では
逆方向であり、外乱ノイズや磁場発生装置からの直接磁
場は２つの磁気センサ位置で同方向のため、２つの磁気
センサの出力の差分をとれば、余分な信号のみを除外す
ることができ、速度に対応した歪み量のみをさらにＳ／
Ｎ良く検出することができる。また、磁場発生装置に交
流の励磁電流を供給して、交流磁場を発生させ、さらに
位相検波器などを用いて、検出した磁場の差分信号のう
ち、励磁磁場と同じ周波数で特定の位相の成分のみを検
出すれば、励磁周波数として外乱磁場が小さい周波数を
選択すれば、外乱磁場の影響を小さくし、正確な流速測
定が出来る。なお、ここで検出位相は、低周波で励磁し
ている場合は、歪み量はｖ×Ｂに比例し、励磁磁場、即
ち、励磁電流と同相とすれば良い。しかし、周波数が高
い場合には、測定対象物中での磁場の位相が−ｄＢ／ｄ
ｔに比例する渦電流により変化するので、周波数ごとに
速度による磁場歪み信号が最大となる位相を選択する必
要がある。なお、ここで磁気センサとしてピックアップ
コイルを用いた場合は、磁場とコイルの出力電圧とに−
９０°の位相差があるので、低周波でも励磁電流と−９
０°ずれた成分を検波しなければならず、注意が必要で
ある。

【００２４】（ｃ）耐測定環境 電磁撹拌装置の無い連続鋳造機の溶鋼流速を計測する場
合のように、地磁気程度の外乱しかない環境下では、磁
場発生装置として磁心と巻線とから成る磁心型コイルを
用い、磁気センサとしては磁心を持ったものを用いるこ
とにより、高感度の速度計測ができる。これに対し、電
磁撹拌装置のような大きな磁場を発生させる装置をもっ
た連続鋳造設備などのような、大きな外乱磁場のある環
境下では、磁場発生装置として巻線のみからなる空心型
コイルを用い、更に磁気センサとして巻線のみからなる
後述する図３３のような空心コイルを用いる。また、磁
場発生装置の励磁電流は交流とし、その周波数は電磁撹
拌器の周波数のように、外乱磁場が大きな周波数を避け
る。更に、空心コイルの出力に磁場発生装置の周波数を
中心周波数とするバンドパスフィルターを通した後に、
同期検波器又は位相検波器へ入力することで、外乱磁場
信号を除外して高外乱磁場下でも流速の計測が高精度に
できる。なお、図１の装置構成例からもわかるように、
一般に磁場発生装置に用いる磁心と、磁気センサに用い
る磁心とでは、発生装置の磁心の方が大きく、そのため
磁気センサの磁心の方が、より小さな外乱磁場でも磁気
飽和しやすい。そこで、電磁攪拌装置からの磁場が小さ
く、発生装置の磁心が未だ磁気飽和しない程度のレベル
であれば、磁場発生装置を空心とせずに、磁気センサの
みを空心コイルとすればよい。このようにすれば励磁に
磁心が使用できるので、空心コイルのみで磁場を発生さ
せるよりも少ない巻数で効率よく励磁磁場を発生させる
ことが出来る。

【００２５】ところで、磁場を用いたこのような流速測
定装置は、励磁磁場の速度効果による歪み量を検出して
流速を測定するが、そのため例えば、図４（ａ）のよう
に磁場発生装置２８に磁性体３１が近づくと、それによ
り励磁磁場がゆがみ、流速が変化しなくても信号が変化
してしまう（以下疑似信号と呼ぶ）。これは励磁磁場が
対象方向のみに流れるのではなく若干その側面にも漏れ
るためである。また、この現象は、接近物が磁性体の場
合のみならず導電性の場合や、周囲に大きな外乱磁場が
存在する場合でも同じである。以下これらを総称して単
に外乱と呼ぶ。実際の連続鋳造プロセスにおいては、こ
うした外乱としては、モールドやモールドカバー、タン
ディッシュ、また電磁撹拌による磁場などがあげられ
る。

【００２６】このような外乱による励磁磁場の歪みが２
つの検出装置位置で同じであれば、２カ所の差分をとる
ので、この外乱はキャンセルできる。しかし、図４
（ａ）のように、片方の検出装置により近いところに磁
性体が接近した場合などは、２カ所での外乱による磁場
の歪みは異なり、差分をしても疑似信号が残ってしま
う。

【００２７】そこで、図５のようにセンサヘッド２００
を、測定対象に対向した面のみが開いた磁性体からなる
シールドボックス３２で囲む。ここで図５（ａ）はシー
ルドボックス３２とセンサヘッド２００とを上から見た
図であり、図５（ｂ）は下から見た図である。このよう
にすれば、図４（ｂ）のように、励磁磁場は側面には漏
れずに、測定対象方向のみに流れ、側面より磁性体３１
などが接近しても、励磁磁場は歪まなくなる。また、外
部に磁場がある場合でも、磁場はシールド壁内を流れる
ため、センサヘッドには影響を与えなくなる。

【００２８】なお、シールドボックス３２の材質として
は、シールド自体が磁石となって測定に影響を与えない
ように、純鉄やパーマロイなどのように、保磁力の小さ
い磁性体を選ぶ必要がある。また、ここではシールドボ
ックス３２としては、図５のように測定対象と向かい合
った底面以外全ての面を囲ったが、外乱の原因が、セン
サヘッド２００に対し２つの検出装置の並びと垂直な側
面方向にあれば、図６のようにその側面２面と上面のみ
からなるコの字型のシールドを施す。外乱の原因が、セ
ンサヘッド２００に対し２つの検出装置の並びと平行な
側面方向にあれば、図７のようにその側面２面と上面の
みからなるコの字型のシールドを施せば十分である。こ
のようにセンサヘッド２００をシールドボックス３２で
囲むことによって、多々の外乱のある場所においても正
確に流速の測定が可能となる。 （ｄ）冷却能力の向上方法 高温の導体の流速を検出しようとするときには、装置の
温度が変化する。この時たとえセンサヘッドを冷却して
いたとしても、空冷シャーシ内のセンサヘッドの温度は
僅かに変化してしまう。すると図８（ａ）のようにセン
サヘッド２００の磁場発生装置２８として磁心を用いた
場合には、磁心が熱膨張あるいは熱収縮（４８）する。
また空心コイルを用いた場合でも、温度変化があれば巻
線が熱膨張・熱収縮する。

【００２９】この熱膨張・熱収縮により各磁極の位置が
変わると、磁気センサの位置が変わらなければ磁気セン
サ位置の磁場が変化する。これにより片側の磁気センサ
２６ｂの出力が変化し、導体が動いていなくても擬似信
号を生じてしまう。この擬似信号は温度の上昇・下降に
従って増加もしくは下降するドリフト状のものである。

【００３０】このような温度ドリフトを抑えるために
は、装置の温度が変化した時の熱変形による励磁・検出
装置間の位置変化を極力抑えられる構造とする必要があ
る。そのために、図８の（ｂ）に示すように、磁気セン
サ２６ａ，２６ｂを両端の磁極２５ａ，２５ｂに固定す
る。このようにすれば、熱膨張により磁極が大きく膨張
したとしても、磁気センサも磁極と共に移動するので、
磁気センサの位置の磁場は膨張前と比べて大きくは変化
しない。このように、両端の磁極に磁気センサを固定す
れば、磁気センサを磁場発生装置と別に固定するより、
温度ドリフトを抑えることができる。なお、温度変化の
小さい時には、磁気センサは固定せずとも中心磁極と両
端磁極との中心から、両端磁極の間におけばよい。しか
し、磁気センサを固定してもセンサヘッド内で温度差が
ある場合、例えば左右の脚で温度が異なる時には、図８
（ｃ）のように熱変形が左右で均等にならず（４８ａ≠
４８ｂ）、温度ドリフトが残ってしまう。そのため、本
発明においては、周囲の温度が変化してもセンサヘッド
の温度を均等に保てるように、冷却手段に以下に挙げる
ような特徴を与えた。

【００３１】まず第１に、図９のように冷却シャーシ４
９の底面及び側壁を二重とし、その二重の壁の間に冷却
空気を流し込む。こうすることによって、センサヘッド
と周囲との間に空気の対流層ができ、周囲の温度変化を
ここを流れる空気によって吸収することが出来る。ま
た、センサヘッドと近い冷却シャーシの内壁が、この空
気の流れにより均一に冷却され、内壁が局部的に温度変
化し、それがまた局部的にセンサヘッドに伝達するのを
防止できる。

【００３２】第２に、図１０（ｂ）のようにセンサヘッ
ドを冷却シャーシ４９の底面・側面に直接触れないよう
に設置する。図１０（ａ）のように直接冷却シャーシ４
９に触れさせると、その接触面を通して、熱が冷却シャ
ーシ４９からセンサヘッド２００に伝わり、センサヘッ
ド２００の温度がその接触面で局部的に不均一となって
しまう。

【００３３】第３に、図１１（ｂ）のように冷却用の空
気をセンサヘッド２００に直接あてずに、シャーシ内を
対流させることで、センサヘッド２００を冷却する。冷
却空気を直接センサヘッドに当てて冷却すると、空気が
当たった面が局部的に冷却され、センサヘッドの温度が
不均一になってしまう。また、冷却シャーシ４９の材質
が導電性の場合、周囲の温度変化によりシャーシの導電
率が大きく変化し、装置の出力信号に影響を与える。そ
こで、シャーシは、全てあるいは少なくともセンサヘッ
ドからの磁場が通る対象と面した底面を不導体により作
成する。

【００３４】冷却能力を強化して、センサヘッド２００
の温度を一定に保っても、室温が変化するなどして、冷
却シャーシに供給する冷却空気の温度が変化すると、セ
ンサヘッドの温度も変化し、センサヘッド内の温度が不
均一になってしまう。そこで、本発明においては、後述
する実施例の図１２のように、冷却空気をその温度を一
定に保つ制御装置３０１に通してから冷却シャーシ内に
吹き込むことにより、気温の変化などによる冷却空気の
温度変化の影響を抑えるようにした。

【００３５】更に、本発明においては温度変化を抑える
方法として、予め冷却空気をまったく流さずに、高温の
測定温度環境内に、冷却シャーシを設置し、シャーシ内
の温度上昇を測定しておき、冷却温度をその温度に設定
する方法を用いる。このようにすれば温度は当初から周
囲環境と同じになるため、冷却シャーシ内のセンサヘッ
ドの温度変化はなくなり、温度ドリフトを抑制すること
が出来る。この方法は周囲によるセンサヘッドの温度上
昇が、１００℃以下程度と比較的低いときには有効であ
る。また、周囲によるセンサヘッドの温度上昇が、１０
０℃以上でも冷却空気の温度としては比較的高めに設定
すれば、周囲温度との差が少なくて済み、センサヘッド
の温度不均一を低く抑えることが出来る。

【００３６】（ｅ）温度ドリフトの補正 冷却能力向上や冷却空気の制御を施しても、やはり周囲
温度の変化に伴い、センサヘッドの温度は僅かに不均衡
が生じわずかに温度ドリフトは残ってしまう。そこで、
本発明の第１の方法では、この温度の不均一性を計測
し、残りのドリフトを演算処理によって補正する。ここ
では例として図１２のような構成の速度測定装置につい
て説明する。図１２のように磁心２５の両端の脚の対象
の位置の温度を熱電対３１５，３１６などを用いて計測
する。その２点の温度差と流速計の出力信号の様子を図
１３に示す。この図からわかるように両脚の温度差（図
１３（ｃ））と信号の温度ドリフト（図１３（ａ））に
は相関があり、温度差の情報から温度ドリフトを補正で
きることがわかる。

【００３７】図１２にそのための補正回路３０４の例を
示す。磁心２５の両端の熱電対３１５，３１６からの温
度信号は差分をとった後、アンプ３１３を通して補正の
ための係数をかけ、流速の信号から引き算する。ここで
アンプの倍率、すなわち補正係数は、磁場発生装置と冷
却シャーシを含んだ全体の装置について、オフラインに
て加熱テストを行って決定する。

【００３８】次に、本発明の第２の方法による温度ドリ
フト補正方法について説明する。これは、２つの周波数
からなる電流により磁場発生装置を励磁し、磁場発生装
置と測定対象物体の間にシールド板を入れ、磁場歪み信
号の２つの周波数成分を検出して演算することによっ
て、残った温度ドリフトを除外するものである（図２８
参照）。この原理を図２９及び図３０を用いて説明す
る。

【００３９】図２９は励磁周波数を変化させたときの速
度計測装置の速度感度の変化を測定したものであり、１
０［Ｈｚ］の速度感度を１とした比出力で表している。
ここで、速度感度とは、１ｍ／ｓｅｃの速度に対する磁
場歪み信号の大きさである。この速度感度は、図２９に
示すように、シールド板に生じる渦流のため減衰し、周
波数を上げていくと、大きく減少するようになる。

【００４０】また、図３０は磁場発生装置の温度を１℃
変化させたときの、１つの磁気センサの出力信号の変化
量を、励磁周波数を変えて測定したものであり、１０
［Ｈｚ］の出力信号を１とした比出力で表している。図
３０に示すように、温度変化による信号の変化は励磁周
波数によらず一定である。また実際の温度ドリフトは、
両端の磁極の熱変形による両端に配置した２つの磁気セ
ンサ位置の磁場の変化の差であるが、図３０から明らか
なように片方の磁極位置の温度変化による磁場変化量は
周波数によらないため、２つの磁気センサ出力の差分を
とっても周波数によらず一定と考えられる。

【００４１】そこで、１〜１０００Ｈｚ程度の低周波
と、１〜１０００Ｈｚの範囲で、低周波より高い高周波
との２つの周波数の正弦波を重畳させた波形の励磁電流
により、磁場発生装置を励磁する。また、磁場発生装置
と測定対象物体の間にシールド板を入れ、さらに、磁気
センサの出力信号を検波して、２つの周波数成分に分け
その差を取る。この２周波数の差分信号は、２つの周波
数成分での速度効果による磁場の歪み分の差と、２つの
周波数成分での温度ドリフトの差を足したものとなる。
ここで、速度効果による磁場の歪みは、低周波と高周波
では大きく異なる。これに対し、温度ドリフトは２つの
周波数で同じなので、２つの周波数成分の差を取ると消
える。こうして２つの周波数で励磁を行い速度効果によ
る磁場歪みのそれぞれの周波数の成分を検波し演算する
ことにより、温度ドリフトのみを除外し、速度に対応し
た磁場歪み信号のみを得ることができる。なお、ここで
検波する際の位相は、シールド板に生じる渦電流によ
り、高周波はもちろん低周波でも、測定対象中での磁場
の位相が変化するので、周波数ごとに速度による磁場歪
み信号が最大となる位相を選択しなけばならない。

【００４２】（ｆ）リフトオフ補正 また、センサヘッドと測定対象物体との距離が変化する
と、速度感度も変化してしまうが、本発明においては、
高精度な帰還増幅型の渦流距離計により対象面との距離
を測定し、磁気センサ出力の磁場の歪み信号から温度ド
リフトを除外した後の出力信号を、この距離信号により
演算し、速度感度を補正する。

【００４３】ここで、図１４、図１５及び図１６を用い
て、リフトオフ補正の原理を説明する。図１４にセンサ
セッドと対象面との距離を変えたときの速度計の速度感
度の変化を示す。図１４に示すように、対象面との距離
ｌと速度感度Ｇとは次式のような関係にある。 Ｇ＝Ａ・ｅ^−Ｂ・ｌ したがって、距離がｌの時の本発明による磁場歪み信号
をＳ（ｌ）とすると、そのときの対象の速度ｖは次式で
計算できる。 ｖ＝Ｓ（ｌ）／（Ａ・ｅ^−Ｂ・ｌ）＝Ａ’・Ｓ（ｌ）・
ｅ^Ｂ・ｌ （ここでＡ，Ｂは定数、Ａ’＝１／Ａ）

【００４４】この式は、例えば、図１５に示すように、
励磁・検出回路５０と、渦流距離計の駆動・検出回路５
１、指数特性を持ったアンプ５２、乗算器５４及びリニ
アアンプ５３とからなる補正回路とによって実現でき
る。図１６に示すように、渦流距離計５６を磁場発生装
置２８の中心の磁極２５ｃの前面に併設する。そして、
渦流距離計５６及び駆動・検出回路５１により対象面と
の距離ｌを検出する。その検出された距離信号５８を指
数アンプ５２にかけ指数ｅ^Ｂ・ｌを計算する。

【００４５】更に、乗算器５４により、速度計の励磁・
検出回路５０の出力の速度検出信号５７と掛け合わせた
後、利得が可変のリニアアンプ５３で定数倍する。これ
により距離が変化しても常に一定の速度感度で速度を計
測することができる。またここでは回路により補正式を
実現したが、速度計の出力及び渦流距離計の出力信号を
それぞれＡ／Ｄ変換し、その後ソフトウェア的に補正式
の計算を行うこともできる。

【００４６】なお、ここで指数関数の係数Ｂは磁場発生
装置の形状により異なるため、あらかじ図１４のような
対象面との距離−速度感度曲線を計測して求めておく必
要がある。また比例定数Ａすなわちリニアアンプ７３の
ゲインは、例えば特開平５−６０７７４号公報に記載さ
れている棒を浸漬する方法のような、他の方法で計測し
た速度信号を用いてあらかじめ調整しておけばよい。

【００４７】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例に係る速度測定装置
のセンサヘッドの外観を示す正面図、図１６は渦流距離
計が取り付けられたセンサヘッドの外観を示す斜視図、
図９はセンサヘッドを空冷ボックス内に配置したときの
説明図、図１２はこの実施例の速度測定装置の測定回路
の構成を示したブロック図である。ここで速度測定装置
としては、図１に示すような速度測定の基本となる磁場
発生装置２８及び磁気センサ２６ａ，２６ｂ、図１６に
示すような測定対象面との距離が変化する場合のリフト
オフ補正に用いる渦流距離計５６、図９に示すような高
温環境下で計測する際の空冷ボックス４９、及び空冷シ
ャーシに供給する冷却空気を温度を制御する温度制御装
置３０１から構成されている。

【００４８】この実施例の磁場発生装置２８は磁性材を
用いた磁心型励磁コイルを有し、図１に示すように磁性
材からなるＥ型の磁心２５と、巻線２７ａ，２７ｂ，２
７ｃから構成されている。ここで、磁心としては通常の
環境下で速度を測定する際には、ある程度大きな磁場を
励磁できるものなら何でも良く、例えば３％珪素鋼板を
積層したものを用いることができる。しかし、高温の測
定環境下では、温度変化による磁心の熱変形を抑えるた
め、積層した磁心を用いるよりも、例えばフェライトコ
アのように一体型のコアを用いた方が良い。

【００４９】また、磁気センサとしては、図１に示すよ
うに、磁場発生装置２８の両端の磁極２５ａ，２５ｂの
内側に、磁心を用いた２つの磁気センサ２６ａ，２６ｂ
を、導体面と垂直な方向の磁場の成分を検出するように
配置している。ここで、磁気センサは、温度ドリフトを
抑えるために磁場発生装置の両端の磁極に固定する。な
お、温度変化の小さい時には、磁気センサは固定せずと
も中心磁極を両端磁極との中心から、両端磁極の間にお
けばよい。また、ここでは磁気センサとしては、特開平
１−３０８９８２号公報に示したような磁心を応用した
磁気測定装置を用いた。センサヘッドのＥ型の磁心の両
端の脚には、図１２のように熱電対３１５，３１６がつ
けられ、検出巻き線付近の温度を監視し、以下で述べる
温度ドリフト補正に用いられる。更に、リフトオフ補正
用として、図１６に示すように渦流距離計５６を磁場発
生装置２８の中心の磁極２５ｃの前面に配置する。ここ
では渦流距離計５６として、特公昭６２−３０５６２号
公報に示したような差動帰還型渦流距離計を用いた。こ
れによれば、高精度の距離計測が、距離が大きくなって
も可能となる。

【００５０】また、高温の環境下で速度を測定する際に
は、磁場発生装置、磁気センサ、渦流計測計を図９に示
すような空冷ボックス４９中に配置し、センサヘッド２
００全体を均等に冷却する。この空冷ボックス４９は、
セラミクス製の外箱と内箱とからなるセンサヘッド２０
０は、図１０（ｂ）のように冷却シャーシの上蓋から部
材３２１によりつるされ、内箱の底面には接していな
い。これは連続鋳造プロセスにおいて溶鋼を鋳込む鋳型
内溶鋼流の表面の流速を測定する場合には、装置の下面
からの熱放射が支配的であり、外箱、内箱ともに底面の
温度が一番変化するので、内箱底面にセンサセッド２０
０が接すると、接触面から熱がセンサヘッド２００に直
接伝わるためである。外箱５９ａと内箱５９ｂとの間に
は図９のように空間があり、冷却空気を片側から吹き込
み、反対側から出すことによって、外箱と内箱との間に
空気層をつくり、ここで外の環境の温度変化を吸収し、
内箱５９ｂへ通らないようにする。

【００５１】内箱５９ｂには図９のように側面両側に、
空気吹き込み口５５ａ，ｂ，ｃ，ｄがある。図９では正
面側の吹き込み口しか示していないが、実際には反対面
にも同様の位置にも４つの吹き込み口がある。各空気孔
はＥ型のセンサヘッドに対し、直接冷却空気が当たらな
いように配置されている。この吹き込み口から空気を内
箱内に吹き込み、センサヘッドの周囲に空気の流れをつ
くり、センサヘッドを冷却する。

【００５２】また内箱外箱間及び内箱に吹き込む冷却空
気は、図１２のように、まず温度制御装置３０１に通し
て、その温度を一定に制御する。温度制御装置として
は、例えば電気ヒーター３０６などを空気配管に施し、
冷却シャーシ４９内の空気吹き込み口付近に付けた温度
計３１４の値を参照し、その値が設定値より低ければ、
ヒーターを動かし、高ければヒーターを止めるような制
御装置を用いれば実現できる。

【００５３】測定回路は図１２のように、図３１の１周
波数分の回路を用いる。これは、ここでは２周波数を用
いたドリフト較正を行なわないためである。この測定回
路は、励磁回路３０２、検出回路３０３、温度ドリフト
補正回路３０４及びリフトオフ補正回路９７から構成さ
れる。まず、励磁回路３０２は、励磁巻線２７ａ，２７
ｂ，２７ｃに電流を流し、測定対象に磁場を励磁する。
これは発振器３０９と、定電流アンプ３１０からなる。
発振器により１〜１０００Ｈｚの正弦波を発生させ、定
電流アンプ３１０を介して励磁コイルに励磁電流を送
る。なお、励磁コイル２７ａ，２７ｂ，２７ｃには、そ
れぞれ隣り合う励磁同士が１８０°の位相差を持ち、各
瞬間の時間には隣あう磁極同士が反対向きとなるよう
に、励磁電流が流れるようになっている。ここで励磁周
波数としては、あまり高すぎると（１ｋＨｚ程度以上）
測定対象に生じる渦電流が大きくなり、流速計としてよ
りも渦流距離計としての性質が強くなり、対象表面の波
立ちによるノイズが強くなる。また周波数があまり低す
ぎると（１Ｈｚ程度以下）、検出コイルに生じる起電力
が弱くなり検出感度が落ちる。よって励磁周波数として
はここでは１４Ｈｚとした。

【００５４】また、磁気センサ２６ａ，２６ｂからの出
力信号は、検出回路３０３に入る。ここで、検出回路３
０３の動作を説明する。磁気センサ２６ａ，２６ｂはそ
れぞれ反対向きの磁場成分を検出するように配置され、
直列に信号線を結線して、磁気センサの検出回路８１に
つながれている。このように結線して１つの検出回路で
磁場を検出することにより、２点の磁場成分の差を直接
検出することができ、２点の位置で支配的な励磁磁場か
らの直接の磁場をキャンセルし、精度良く速度効果によ
る磁場歪みのみを検出することができる。

【００５５】これに対し、１対の磁気センサをそれぞれ
別々に検出回路につないで、一度磁場を検出して電圧信
号とした後に差をとると、２点の位置では励磁磁場から
の直接の磁場が大きく、それに比べ磁場歪みが小さいた
め、検出回路の精度が不十分だと、速度効果による磁場
歪み分を精度良く検出できない。また、ここでは特開平
１−３０８９８２号公報に示された過飽和型磁気センサ
を用いた場合の回路を示したが、この代わりに、単に磁
心に巻線を施しただけのピックアップコイルでもよく、
この場合には検出回路８１は必要なく、巻線からの信号
を直接差分をとった後、位相検波器に入力すればよい。

【００５６】また、装置製造上の精度が不十分で、２つ
の磁気センサ位置での励磁磁場の対称性が悪く、単に差
分をとっただけでは励磁磁場をキャンセルできない時に
は、磁気センサの後にブリッジ回路をいれて差分をとっ
てもよい。更に、磁気センサの検出回路８１の出力信号
は、励磁周波数を中心周波数に持つバンドパスフィルタ
ー３１２を通して、不要なノイズ信号を除去し、同期検
波器３１１（若しくは位相検波器）によって、励磁電流
と同相の成分が検波される（ここでは低周波なので同相
で良い）。この検波後の信号の大きさが、流速に対応し
た磁場歪み信号となる。

【００５７】更に、この磁場歪み信号は、温度ドリフト
補正回路３０４により温度ドリフト分が除外される。温
度ドリフト補正回路３０４では、Ｅ型の磁場発生装置２
８の両端にとりつけた熱電対３１５，３１６の出力の差
分をとり、磁場発生装置の両端の検出巻き線付近の温度
差信号を出し、適当な倍率に設定したアンプ３１３を通
して、温度ドリフト分を含んだ磁場歪み信号から減算す
る。ここでアンプの倍率、すなわち補正係数は、磁場発
生装置と冷却シャーシを含んだ全体の装置について、オ
フラインにて加熱テストを行って決定する。その後、温
度ドリフトを除外した磁場歪み信号は、渦流距離計５６
からの対象面との距離信号と共に、リフトオフ補正回路
９７によりリフトオフ補正される。リフトオフ補正回路
９７の中で、渦流距離計の出力信号は、距離計の駆動・
検出回路８５により距離信号に変換された後、指数特性
アンプ８６を通して、温度ドリフトを除外した磁場歪み
信号と除算器８７により掛け合わされ、利得が可変のリ
ニアアンプ８８を通して、最終的な速度出力信号とな
る。ここで指数特性アンプは、例えば、折れ線回路によ
り組み立てることができる。また上述のように、指数関
数の係数は対象面との距離−速度感度曲線をあらかじめ
計測して求めておき、また、リニアアンプ８８のゲイン
は、他の方法で計測した速度信号を用いてあらかじめ調
整しておくようにする。

【００５８】次に、この実施例の測定結果例を図１７、
図１８、図１９、図２０及び図２１により説明する。図
１７はこの実施例の速度測定装置により低融点合金金属
の流速を測定した出力例を示す図である。図１７の
（ａ）は測定対象の速度を他の方法により検出した値で
あり、図１７の（ｂ）はこの実施例の速度測定装置によ
り検出した速度信号である。これは温度ドリフト補正、
リフトオフ補正前の生の速度効果による磁場歪み信号で
ある。図１７の（ｂ）に示すように室温の環境下で、対
象面との距離が大きく変化しなければ、特に何の補正も
なく測定対象の速度に追従した信号が得ることができ
る。

【００５９】図１８に空冷シャーシの構造の違いによ
る、磁場発生装置の温度変化の比較を示す。図１８
（ａ），（ｂ），（ｃ）は先の図９の空冷シャーシによ
る結果、図１８（ｄ），（ｅ）は図１１（ａ）のように
単純にシャーシ両側面から空気を吹き込むのみのタイプ
による結果である。ここは、空冷シャーシの底面から熱
を加え装置全体の温度を上昇させている。なお、図１８
（ａ），（ｂ），（ｃ）ではセンサヘッドは内箱底から
離れており、図１８（ｄ），（ｅ）では接している。ま
た図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）は２重の空冷ボック
ス、図１８（ｄ），（ｅ）は１重の空冷ボックスによる
結果である。なお、図１８（ａ）は空冷シャーシの外箱
外壁面の温度、図１８（ｂ）は空冷シャーシの内箱外壁
面の温度、図１８（ｃ）は磁場発生装置の温度で、４０
２は中心脚の温度、４０３は磁場発生装置の片側端の脚
の温度である。また、図１８（ｄ）は空冷シャーシの外
壁面の温度、図１８（ｅ）は磁場発生装置の温度で、４
０４は中心脚の温度、４０５は磁場発生装置の片側端の
脚の温度である。

【００６０】ここで図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）で内
箱に吹き込む冷却空気流量と、図１８（ｄ），（ｅ）で
シャーシ内に吹き込む冷却空気流量とは、同じにしてい
る。図１８（ｂ）から分かるように、冷却シャーシの底
面及び側壁を二重とし、その二重の壁の間に冷却空気を
流し込むような構造にすることによって、内箱の壁の温
度上昇を抑えられ、シャーシ内のセンサヘッドへ伝わる
熱量を減らすことができる。

【００６１】また図１８（ｅ）から分かるように、冷却
空気をセンサヘッドに直接当てた場合、空気を当てたＥ
型磁心の両端の温度は、温度上昇の傾きが抑えられ、温
度が変化している間、当たっていない中心の温度より低
くなる。それに対し、冷却用の空気をセンサヘッドに直
接あてずに、シャーシ内を対流させることで、図１８
（ｃ）のようにＥ型磁心の両端の温度と、中心の脚の温
度上昇の傾きは近くなる。よって温度が変化している間
の温度差も小さくなり、センサヘッドの温度をより均一
に保てることが分かる。

【００６２】次に冷却空気の温度が変化したときの、流
速測定装置の出力信号の様子を図１９（ａ），（ｂ）に
示す。ここでは流速測定装置の下には何もなく、単に冷
却空気の温度が変化した際の、信号の変化のみを表して
いる。図１９（ａ）が冷却空気の温度、（ｂ）が流速測
定装置の温度ドリフト補正前の出力信号である。このよ
うに冷却空気の温度変化により、流速信号が大きく変化
することがわかる。これに対し、図１９（ｃ），（ｄ）
は冷却空気の温度制御を施した後の出力信号である。こ
こでも、図１９（ｃ）が冷却空気の温度、（ｄ）が流速
測定装置の温度ドリフト補正前の出力信号である。この
ように冷却空気の温度を一定に保てば、流速信号は安定
することがわかる。

【００６３】次に高温の環境下での測定結果例を示す。
図２０は高温の溶鋼の流速を、本測定装置により計測し
た例である。ここでは本測定装置の下に溶鋼を流すた
め、装置下からの熱放射を受けて周囲温度が大きく変化
する。図２０（ａ）が測定対象の流速をその流れた重量
と流れの断面積とから算出した値である。また、図２０
（ｂ）が本流速測定装置により検出した温度ドリフト補
正前の磁場歪み信号である。図２０（ｃ）は磁場発生装
置の両端の２つの脚の温度で、図２０（ｄ）は２つの脚
の温度差である。図２０（ｅ）は温度ドリフト補正後の
流速測定信号である。このように先に述べた温度ドリフ
ト補正方法により、周囲の温度変化による温度ドリフト
の影響を低減し、溶鋼のような高温の液体金属に対し、
環境の温度変化の元でも安定して流速を計測できること
が分かる。

【００６４】さらに図２１では冷却空気の温度設定値を
６０℃に設定した場合の同様の測定結果を示す。ここ
で、図２１（ａ）は測定対象の流速、図２１（ｂ）は磁
場発生装置の両端の２つの脚の温度、図２１（ｃ）が本
流速測定装置により検出した温度ドリフト補正前の磁場
歪み信号である。このように当初から冷却シャーシ内の
温度を高く設定することによって、センサヘッドの温度
が不均一となるのを抑えることができ、補正をしなくと
も、温度ドリフトも大きく減少することが分かる。

【００６５】次に、対象面との距離が変動する場合につ
いて説明する。図２２は対象面との距離が変動する場合
の測定結果例を示す図である。図２２の（ａ）は渦流距
離計により計測した距離信号、図２２の（ｂ）はリフト
オフ補正前の速度計の出力信号である。図２３の（ｂ）
の信号を図２３の（ａ）の信号により図２０の補正回路
９７で補正した結果が図２３の（ｃ）に示す信号であ
る。このようなリフトオフ補正方式により対象面との距
離が変化しても、安定して速度を計測することができ
る。

【００６６】図２３は本実施例の流速測定装置を連続鋳
造ラインに適用した第１の例を示す。タンディッシュ１
０２の下面より空却ボックス（図示せず）に入れた本実
施例のセンサヘッド２００を吊り下げ、湯面上に配置す
る。これにより鋳型１０４内の溶鋼の流速１０５を監視
し、流速を制御して流れを安定化させ、連続鋳造中の表
面流の変動による品質欠陥の発生を未然に防ぐことがで
きる。また、このセンサヘッドを２つ、長辺方向に、ノ
ズルを中心として対称の位置に配置すれば、表面流れの
左右非対称性を監視できる。

【００６７】また、図２４は、本実施例の流速測定装置
を連続鋳造ラインに適用した第２の例である。ここで
は、溶鋼に対し水冷鋳型２０６を挟んで、長辺側２１５
のモールド中に、湯面直下の高さ付近で、ノズル２１３
と鋳型短辺２１４との間に本実施例のセンサヘッド２０
０を設置する。センサヘッド２００の向きは、図２４の
ように２つの検出巻線（図示せず）が湯面に対し平行に
並ぶようにする。このように配置すれば、モールド表面
の流速２０９を測定できる。また、図２４のようにセン
サヘッド２００を２つ、長辺２１５方向にノズルを中心
として左右対称の位置に配置すれば、表面流れの左右非
対称性を監視できる。この他にも、センサを設置する位
置や、向きを変えれば、表面流速のみでなく、モールド
中の様々な流速を、測定することができる。

【００６８】例えば、図２５に示されるように、センサ
ヘッド２００を、ノズル２１３の吐出口近辺の高さで、
ノズルと鋳型短辺２１４との間に、２つの検出巻線がノ
ズル２１３からの吐出流と平行に並ぶように設置すれば
（ノズルの吐出口の角度から推定できる）、ノズル２１
３からの吐出流速２１２を計測できる。更に、ノズル２
１３を挟んで左右対称に、センサヘッド２００を２つ配
置すれば、ノズル吐出流の左右の不均衡を監視でき、溶
鋼表面で左右の流速バランスを推定できる。

【００６９】また、図２６に示されるように、センサヘ
ッド２００を鋳型２０６内の下側の位置で、ノズル２１
３と鋳型短辺２１４との間に、２つの検出巻線がノズル
２１３から吐出し下降する流れと平行に並ぶように設置
すれば、下降流２１１を計測することもできる。下降流
が強すぎれば、溶鋼中に含まれる介在物が浮上できず
に、溶鋼層のより深い位置まで運ばれ、そのまま鋳片に
補足されて、成品欠陥となってしまう。そこでこの下降
流が監視できれば、欠陥の発生を予測でき、防止措置を
講じることができる。

【００７０】このようにモールド中にセンサヘッド２０
０を設置すれば、モールドは水冷されているので、セン
サヘッド２００を特に空冷シャーシに入れて、冷却する
必要がなくなる。但し、この場合には、厚さ５０ｍｍ程
度の銅製の鋳型を挟んで励磁するので、励磁周波数を低
くとる必要がある。

【００７１】また、図２７は本実施例の流速測定装置を
連続鋳造ラインに適用した第３の例である。ここでは、
長辺側のモールドの直下にセンサヘッド２００を設置す
る。センサヘッド２００の向きは、図２７に示されるよ
うに、２つの検出巻線が鋳片の引き抜き方向と平行に並
ぶようにする。このように設置すれば、溶鋼の下降流２
１１の流速の計測が可能となる。先に述べた第２の例で
も、下降流は計測できるが、先の場合は銅製鋳型を挟ん
でいるので、磁場を励磁するには、周波数をかなり低く
とらねばならず、検出巻線の起電力が低くなってしま
う。この例のように配置すれば、センサヘッド２００と
溶鋼流との間には、凝固シェルがあるのみで、一般に溶
鋼の連続鋳造の場合には、凝固シェルの導電率は銅の１
／８０とかなり小さく、また、厚みは３０〜４０ｍｍ程
度と銅製鋳型より薄いため、周波数は第２の例より高く
てもかまわず、検出巻線の起電力が比較的高くでき検出
精度が良くなる。なおこの場合は、センサヘッド２００
と溶鋼流との間のシェルも、下方向に引き抜かれ、速度
を持っており、センサヘッド２００の出力はこの速度と
溶鋼下降流の和を検出する。しかし、シェルの速度は数
ｍ／ｍｉｎと非常に遅いため、下降流流速に大きな影響
はない。

【００７２】実施例２．図３１はこの実施例の速度測定
装置の測定回路の構成を示したブロック図である。本実
施例においても実施例１と同様に、図１６の様に渦流距
離計５６、図９の様に空冷ボックス４９を用いる。ここ
で速度測定装置としては、実施例１と同様に、図２８に
示すような速度測定の基本となる磁場発生装置２８及び
磁気センサ２６ａ，２６ｂ、図１６に示すような測定対
象面との距離が変化する場合のリフトオフ補正に用いる
渦流距離計５６、図９に示すような高温環境下で計測す
る際の空冷ボックス４９から構成されており、磁場発生
装置２８と測定対象面２９との間に、シールド板３０が
設けられている。

【００７３】この実施例の磁場発生装置２８も磁性材を
用いた磁心型励磁コイルを有し、図１に示すように磁性
材からなるＥ型の磁心２５と、巻線２７ａ，２７ｂ，２
７ｃから構成されている。ここで、磁心としては通常の
環境下で速度を測定する際には、ある程度大きな磁場を
励磁できるものなら何でも良く、例えば３％珪素鋼板を
積層したものを用いることができる。しかし、高温の測
定環境下では、温度変化による磁心の熱変形を抑えるた
め、積層した磁心を用いるよりも、例えばフェライトコ
アのように一体型のコアを用いた方が良い。

【００７４】また、磁気センサとしては、図２８に示す
ように、磁場発生装置２８の両端の磁極２５ａ，２５ｂ
の内側に、磁心を用いた２つの磁気センサ２６ａ，２６
ｂを、導体面と垂直な方向の磁場の成分を検出するよう
に配置している。ここで、磁気センサは、温度ドリフト
を抑えるために磁場発生装置の両端の磁極に固定する。
また、ここでは磁気センサとしては、特開平１−３０８
９８２号公報に示したような磁心を応用した磁気測定装
置を用い、シールド板３０としては、ここでは銅板を５
ｍｍ分積層したものを用いた。なお、シールド板３０は
導電性で非磁性のシールド板であればどのような材質の
ものであってもよい。

【００７５】更に、リフトオフ補正用として、図１６に
示すように渦流距離計５６を磁場発生装置２８の中心の
磁極２５ｃの前面に配置する。ここでは渦流距離計５６
として、特公昭６２−３０５６２号公報に示したような
差動帰還型渦流距離計を用いた。また、高温の環境下で
速度を測定する際には、磁場発生装置、磁気センサ、渦
流計測計を図９に示すような空冷ボックス４９中に配置
し、センサヘッド２００を均等に冷却する。

【００７６】また、測定回路は図３１に示すように、励
磁回路９４、検出回路９６、温度ドリフト補正回路９５
及びリフトオフ補正回路９７から構成されている。次に
この実施例の測定回路の動作について説明する。まず、
励磁回路９４は、磁場発生装置２８に電流を流し、測定
対象に磁場を励磁するものであり、これは１〜１０００
Ｈｚの低周波ｆ₁ の発振器７７と１〜１０００Ｈｚの範
囲で低周波ｆ₁ より高い高周波ｆ₂ の発振器７８、加算
器７９、定電流アンプ８０から構成されている。２つの
周波数を用いているのは後述する温度ドリフト補正のた
めである。励磁回路９４の動作は、まず、発振器７７，
７８により２つの周波数の正弦波を発生させ、加算器７
９により２つの波形を重畳させ、定電流アンプ８０を介
して励磁コイルに送る。なお、励磁コイル２７ａ，２７
ｂ，２７ｃには、それぞれ隣り合う励磁同士が１８０°
の位相差を持ち、各瞬間の時間には隣あう磁極同士が反
対向きとなるように、励磁電流が流れるようになってい
る。

【００７７】また、磁気センサ２６ａ，２６ｂからの出
力信号は、検出回路９６に入る。ここで、検出回路９６
の動作を説明する。磁気センサ２６ａ，２６ｂはそれぞ
れ反対向きの磁場成分を検出するように配置され、直列
に信号線を結線して、磁気センサの検出回路８１につな
がれている。このように結線して１つの検出回路で磁場
を検出することにより、２点の磁場成分の差を直接検出
することができ、２点の位置で支配的な励磁磁場からの
直接の磁場をキャンセルし、精度良く速度効果による磁
場歪みのみを検出することができる。更に、磁気センサ
の検出回路８１の出力信号は、２つに分けられ、まず励
磁周波数の低周波のｆ₁ 、高周波のｆ₂ それぞれに対応
した中心周波数のバンドパスフィルター７５，７６に通
した後、２つの同期検波器８３，８４（又は位相検波
器）によって、それぞれ低周波のｆ₁ 、高周波のｆ₂ に
対応した励磁電流と特定の位相の成分を検波する。そし
て、この検波後の信号の大きさが、それぞれの周波数に
おける速度に対応した磁場歪み信号となる。

【００７８】更に、その磁場歪み信号は、温度ドリフト
補正回路９５において、検波した２つの周波数成分同士
の差を取り、温度ドリフトが除外される。その後、温度
ドリフトを除外した磁場歪み信号は、渦流距離計５６か
らの対象面との距離信号と共に、リフトオフ補正回路９
７によりリフトオフ補正される。リフトオフ補正回路９
７の中で、渦流距離計の出力信号は、距離計の駆動・検
出回路８５により距離信号に変換された後、指数特性ア
ンプ８６を通して、温度ドリフトを除外した磁場歪み信
号と除算器８７により掛け合わされ、利得が可変のリニ
アアンプ８８を通して、最終的な速度出力信号となる。

【００７９】次に、この実施例の測定結果例を図３２に
より説明する。図３２はこの実施例の速度測定装置によ
り高温の溶鋼の流速を計測した測定結果を示す図であ
る。ここでは、測定装置の下に溶鋼を流すため、装置下
からの熱放射を受けて装置温度が大きく変化し、温度ド
リフトが生じる。

【００８０】図３２の（ａ）は測定対象の流速をその流
れた重量と流れの断面積とから算出した値である。ま
た、図３２の（ｂ）は磁場発生装置の両端の磁極の温度
を熱電対により測定した結果（１００，１０１）、図３
２の（ｃ）は速度測定装置により検出した低周波に対す
る温度ドリフト補正前の磁場歪み信号、図３２の（ｄ）
は高周波に対する磁場歪み信号である。図３２に示すよ
うに、磁場発生装置全体を空冷ボックスにより均等に冷
却し、磁気センサを磁場発生装置の鉄心に固定しても、
まだ鉄心の温度変化による温度ドリフトが残っており、
また、低周波に対する温度ドリフトと、高周波に対する
温度ドリフトとは等しく、低周波に対する速度信号は、
高周波に対する速度信号よりも大きいことがわかる。そ
こで、高周波の信号から低周波の信号を引いて温度ドリ
フトを補正すると、図３２の（ｅ）に示すような信号が
得られる。このような温度ドリフト補正方式により、温
度ドリフトを除外し、溶鋼のような高温の液体金属に対
し、環境の温度変化のもとでも安定して流速を計測する
ことができる。

【００８１】実施例３．図３３は本発明の他の実施例に
係る速度測定装置のセンサヘッドの外観を示す正面図、
図３４はこの実施例の速度測定装置の測定回路の構成を
示したブロック図であり、この実施例は空心型励磁コイ
ルと空心型検出コイルを用いたものである。なお、この
実施例の速度測定装置は主に、電磁撹拌装置のような大
きな磁場を発生させる装置をもった連続鋳造設備の溶鋼
流速を計測する場合などのように、大きな外乱磁場の元
で速度を計測する目的のために使用されるものである。

【００８２】ここで図３３に示すような速度測定の基本
となるセンサヘッド２００は、磁場発生装置１１０及び
磁気センサ１１１ａ，１１１ｂ、測定対象面との距離が
変化する場合のリフトオフ補正に用いる渦流距離計（図
示せず）、高温環境下で計測する際の空冷ボックス（図
９）から構成され、実施例２と同様に磁場発生装置１１
０と測定対象面２９との間に、シールド板（図２８参
照）が設けられている。磁場発生装置１１０は巻線のみ
からなる空心型励磁コイルで、図３３に示すようにＥ型
のセラミックス製のボビン１１２の３つの脚にそれぞれ
巻線２７ａ，２７ｂ，２７ｃを備えたものである。ま
た、高温測定環境下では、熱膨張により巻線間の相対位
置がずれないように、接着剤により巻き線を固定する必
要もある。

【００８３】また、磁気センサは巻線のみからなる空心
検出コイルで、図３３に示すように磁場発生装置の両端
の脚１１４ａ，１１４ｂの内側に、セラミックス製のボ
ビン１１５ａ，１１５ｂに巻線１１６ａ，１１６ｂを備
えたものを、導体面と垂直な方向の磁場の成分を検出す
るように配置する。ここで、磁気センサ１１１ａ，１１
１ｂのボビン１１５ａ，１１５ｂは、温度ドリフトを抑
えるために磁場発生装置１１０のボビン１１２の両側に
接着するか、磁場発生装置１１０のボビン１１２と一体
として加工する。更に、リフトオフ補正用として、実施
例１と同様に渦流距離計を磁場発生装置１１０の中心の
磁極の前面に配置するようになっている。また、高温の
環境下で速度を測定する際には、実施例２と同様に磁場
発生装置、磁気センサ及び渦流距離計からなるセンサヘ
ッドを図９に示すような空冷ボックス４９中に配置し、
磁場発生装置の両端を均等に冷却し、温度ドリフトを小
さく抑えるようになっている。

【００８４】また、この実施例の測定回路は図３４に示
すように、励磁回路１１８、温度ドリフト補正回路１１
９、検出回路１２０、及びリフトオフ補正回路１２１か
ら構成されている。次にこの実施例の測定回路の動作に
ついて説明する。まず、励磁回路１１８は、磁場発生装
置１１０に電流を流し、測定対象に磁場を励磁するもの
であり、これは１〜１０００Ｈｚの低周波ｆ₁ の発振器
１２３と１〜１０００Ｈｚの範囲で低周波ｆ₁ より高い
高周波ｆ₂ の発振器１２４、加算器１２５、定電流アン
プ１２６から構成されている。２つの周波数を用いるの
は後述する温度ドリフト補正のためである。

【００８５】また、ここで励磁周波数はいずれも、外乱
磁場の大きな周波数帯から充分に離れた値に設定する必
要がある。例えば、電磁撹拌の場合、その周波数は１〜
２Ｈｚ程度の非常に低い周波数であるので、励磁周波数
を数十Ｈｚ以上とすればその周波数では大きな外乱磁場
は存在しない。発振器１２３，１２４により２つの周波
数の正弦波を発生させ、加算器１２５により重畳させ、
定電流アンプ１２６を介して励磁コイルに送る。なお、
励磁コイル２７ａ，２７ｂ，２７ｃに、それぞれ隣り合
う磁極同士が１８０°の位相差をもち、各瞬間の時間に
は隣合う磁極同士が反対向きとなるように、励磁電流を
流すようになっている。

【００８６】また、検出コイル１１６ａ，１１６ｂから
の出力信号は検出回路１２０に入り、検出コイル１１６
ａ，１１６ｂからの信号の差分を取った後、２つに分け
られ、まず励磁周波数の低周波のｆ₁ 、高周波のｆ₂ そ
れぞれに対応した中心周波数のバンドパスフィルター１
２９，１３０に通し、大きな外乱磁場による信号を予め
除外する。さらに２つの同期検波器１３１，１３２（又
は位相検波器）によって、それぞれ低周波のｆ₁ 、高周
波のｆ₂ に対応した励磁電流と特定の位相の成分を検波
する。ここでは、２つの検出コイルからの信号を単に差
分をとったが、装置製造上の精度が不十分で、２つの空
心検出コイル位置での励磁磁場の対称性が悪く、単に差
分をとっただけでは励磁磁場をキャンセルできないとき
には、空心検出コイルの後にブリッジ回路をいれて差分
をとってもよい。この検波後の信号の大きさが、それぞ
れの周波数における速度に対応した磁場歪み信号とな
る。

【００８７】更に、その磁場歪み信号は、実施例２同様
に温度ドリフト補正回路１１９において、温度ドリフト
が除外される。ここで、磁気センサ１１１ａ，１１１ｂ
の磁場の検出感度は、周波数に比例して増すため、温度
ドリフト補正前に周波数補正を加える必要がある。ここ
では、高周波成分を低周波の周波数をｆ₁ 、高周波の周
波数をｆ₂ とすると、図３４に示すように低周波成分は
そのままにして、高周波成分をアンプ１３３によりｆ₁
／ｆ₂ 倍すればよい。その後、２つの周波数成分同士の
差を取り、温度ドリフトを除外する。

【００８８】温度ドリフトを除外した磁場歪み信号は、
渦流距離計５６からの対象面との距離信号と共に、実施
例２と同様に、渦流距離計駆動・検出回路１３５、指数
特性アンプ１３６、乗算器１３７及びリニアアンプ１３
８から構成されるリフトオフ補正回路１２１によりリフ
トオフ補正される。次にこの実施例の測定結果例を図３
５により説明する。図３５は、本速度測定装置に、外よ
り低周波で数百Ｇの磁場をかけ、その下で低融点合金金
属の流速を測定した出力例である。図３５（ａ）が測定
対象の速度を他の方法により検出した値で、図３５
（ｂ）が本速度測定装置により検出した速度信号であ
り、これは温度ドリフト補正、リフトオフ補正前の生の
速度効果による磁場歪み信号である。このように空心型
励磁コイルと空心型検出コイルを用い、さらにバンドパ
スフィルターで外乱磁場をキャンセルすれば、測定対象
の速度に追従した信号を得ることができる。この実施例
の速度測定装置の連続鋳造ラインに適用するには、実施
例２と同様の配置で実現することができる。

【００８９】また、ここでは実施例２と同じ温度ドリフ
ト補正方法について説明したが、実施例１と同様に、速
度検出装置の温度分布から温度ドリフトを補正してもか
まわない。その時には、温度差検出用の熱電対は、例え
ば両端の励磁巻線２７ａ，２７ｃにとりつければ良い。

【００９０】実施例４．図３６は本発明の他の実施例に
係る速度測定装置のセンサヘッドの外観を示す正面図で
ある。これは、磁場発生装置として実施例１と同様の鉄
心型励磁コイルを用い、磁気センサとして実施例３と同
様の空心型検出コイルを用いたものである。この装置
は、外乱磁場の大きさが、実施例３よりも比較的小さ
く、磁場発生装置の磁心が磁気飽和しない程度の場合
に、その外乱磁場の下で速度を計測する目的のために使
用される。本実施例も実施例３と同様に、速度測定の基
本となる磁場発生装置２８及び磁気センサ１１１ａ，
ｂ、測定対象面との距離が変化する場合のリフトオフ補
正に用いる渦流距離計（図示せず）、高温環境下で計測
する際の空冷ボックス（図９）、測定回路（図３４と同
様のため省略）からなる。また図３６では示していない
が、実施例１と同様に磁場発生装置２８と測定対象面２
９との間に、シールド板（図２８参照）が設けられてい
る。磁場発生装置は磁性材を用いた磁心型励磁コイル
で、図３６のように磁性材からなるＥ型の磁心２５と、
巻線２７ａ，２７ｂ，２７ｃからなる。ここで磁心とし
ては、３％珪素鋼板を積層したものを用いた。また、磁
気センサとしては、図３６のように磁場発生装置の両端
の磁極２５ａ，２５ｂの内側に、セラミックス製のボビ
ン１１５ａ，ｂに巻線１１６ａ，ｂを施した２つの空心
型検出コイル１１１ａ，ｂを、導体面と垂直な方向の磁
場の成分を検出するように配置する。ここで空心型検出
コイルのボビンは、温度ドリフトを抑えるために磁場発
生装置の両端の脚に接着した。また、リフトオフ補正用
の渦流距離計、高温環境下での速度測定用の空冷ボック
ス、測定回路は、全て実施例３と同様のものを用いたた
めここでは説明を省略する。

【００９１】次にこの実施例の測定結果を図３７により
説明する。図３７は、本速度測定装置に、外より低周波
で数十Ｇの磁場をかけ、その下で低融点合金金属の流速
を測定した出力例である。図３７（ａ）が測定対象の速
度を他の方法により検出した値で、図３７（ｂ）が本速
度測定装置により検出した速度信号であり、これは温度
ドリフト補正、リフトオフ補正前の生の速度効果による
磁場歪み信号である。この程度の外乱磁場の下では、磁
場発生装置の磁心は磁気飽和しなかったが、磁気センサ
として、実施例１で用いた磁心を応用した磁気測定装置
を用いると、精度の良い磁場検出が出来なかった。この
ように、外乱磁場が小さく、磁心が飽和しなければ、磁
心型励磁コイルと空心型検出コイルを用いても、測定対
象の速度に追従した信号を得ることができる。またここ
では、磁気センサとしては実施例３と同様の諸元の検出
コイルを用い、また磁場発生装置としては、磁場発生装
置からの出力磁場が実施例３と同じとなるように磁心へ
の巻数・励磁電流を決定した。そのため本実施例と実施
例３とでは流速に対する感度がほぼ同じとなっている。
これに対し、磁場発生装置の大きさとしては、図３６で
は磁心を用いている分だけ、実施例３に比べ、励磁巻き
線の巻き数を大幅に小さくでき、その結果磁場発生装置
の大きさを実施例３に比べてより小さく抑えることが出
来た。 実施例５．図３８は本発明の他の実施例に係る速度測定
装置のセンサヘッドの外観を示す正面図である。ここで
磁場発生装置２８は実施例１と同様に磁性材を用いた磁
心型励磁コイルを有し、図１に示すように磁性材からな
るＥ型の磁心２５と、巻線２７ａ，２７ｂ，２７ｃから
構成されている。ここで、磁心としては３％珪素鋼板を
積層したものを用いた。

【００９２】また、磁気センサとしては、図３８に示す
ように、磁場発生装置２８の両端の磁極２５ａ，２５ｂ
の内側に、磁心を用いた２つの磁気センサ２６ａ，２６
ｂを、導体面と垂直な方向の磁場の成分を検出するよう
に配置している。ここで、磁気センサは、温度ドリフト
を抑えるために磁場発生装置の両端の磁極に固定する。
また、磁場発生装置としては、磁心を用いずに図３３の
ようにセラミックス製のボビンに巻き線を巻いたもので
もかまわない。ここではセンサヘッド２００を磁気シー
ルドボックス３２で囲んだ。磁気シールドボックス３２
としては、ここでは図５のような４側面と上面を囲むタ
イプのものを用いた。材質は純鉄を用い板圧は１０ｍｍ
である。

【００９３】この他、本実施例の流速測定装置では、実
施例１と同様の図３９の様な測定回路を用いた。その回
路の動作は、温度ドリフト補正回路、及びリフトオフ補
正回路がないだけで、実施例１と同様のため、ここでは
省略する。なお、この他、実施例１，２と同様に距離変
動がある時や高温の時には、リフトオフ補正回路や、距
離計、温度ドリフト補正回路や、空冷ボックスを付加す
る。この実施例では、特に、距離変動や温度上昇がない
ため、付加していない。

【００９４】次にこの実施例の測定結果例を図４０〜図
４３により説明する。図４１に外乱の信号への影響を測
定した結果を示す。ここでは、磁場発生装置２８に対し
片側の検出面に、図４０のように平行に磁性体板３１を
近づけたときの、流速計測装置の出力信号の変化の様子
を示す。図４１（ａ）はシールドがない場合、図４１
（ｂ）はシールドがある場合である。図４１（ａ）のよ
うにシールドがない場合には磁性体の接近により、信号
は大きく変化してしまうが、シールドがある場合には信
号への影響は大きく減少する。

【００９５】さらに図４３に、磁場発生装置２８に対し
外から磁場を掛けた場合の流速計測装置の出力信号の変
化の様子を示す。ここでは、図４２のような２つのコイ
ル２０７を用いて、片側の磁極を中心に、検出装置の並
びと垂直な方向に励磁した。図４３（ａ）はシールドが
ない場合、図４３（ｂ）はシールドがある場合である。
外より掛けた磁場の周波数は励磁電流と同じ１４Ｈｚ
で、大きさは空の場合で２つのコイル２０７の中心位置
に１Ｇの磁場が生じるように励磁電流を決めた。これか
ら図４３（ａ）のようにシールドがない場合には磁場が
あると、信号は大きく変化してしまうが、シールドがあ
る場合には信号への影響は大きく減少することが分か
る。以上の結果から、シールドがあれば、外乱があって
も安定した信号が得られることが分かる。

【００９６】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、移
動する導電性の測定対象物体に対して垂直に磁場を発生
させ、測定対象物体と垂直な少なくとも２つの磁場成分
を、測定対象物体の移動方向において異なった位置、か
つ磁場が対称となる位置で検出し、磁場が対称となる位
置で検出された、少なくとも２か所の磁場の差分信号に
基づいて、測定対象物体の流速を演算するようにしたの
で、測定対象物体から離れた位置での測定ができ、ま
た、非常に感度のよい流速の測定ができるという効果を
有する。第２の発明によれば、励磁磁場として交流磁場
を用い、さらに検出した磁場の差分信号のうち、励磁磁
場と同じ周波数で特定の位相の成分のみを検出し、その
検出した信号に基づいて、前記測定対象物体の流速を演
算するようにしたので、外乱磁場の影響を小さくし、正
確な流速測定が可能となるという効果を有する。

【００９７】第３の発明によれば、移動する導電性の測
定対象物体に対して、導電性で非磁性のシールド板を介
して、垂直に２つの周波数成分を有する磁場を発生さ
せ、測定対象物体と垂直な少なくとも２つの磁場成分
を、測定対象物体の移動方向において異なった位置、か
つ磁場が対称となる位置で、２つの周波数成分ごとに検
出し、磁場が対称となる位置で２つの周波数成分ごとに
検出された、少なくとも２か所の磁場の差分信号に基づ
いて、測定対象物体の流速を演算するようにしたので、
温度変化の影響が少なくなり、安定した流速の測定がで
きるという効果を有する。第４の発明によれば、磁場成
分の検出位置と測定対象物体との間の距離を検出し、そ
の距離に基づいて、検出した磁場成分を補正するように
したので、磁場成分の検出位置と測定対象物体との間の
距離が変化しても、正確な流速の測定ができるという効
果を有する。

【００９８】第５の発明によれば、磁場発生手段によ
り、励磁電流で移動する導電性の測定対象物体に対して
垂直に磁場を発生させ、少なくとも２つの検出手段によ
り、測定対象物体と垂直な磁場成分を測定対象物体の移
動方向において異なった位置、かつ磁場が対称となる位
置で検出し、測定手段により、磁場発生手段に励磁電流
を供給し、検出手段で磁場が対称となる位置で検出され
た、少なくとも２か所の磁場の差分信号に基づいて、測
定対象物体の流速を演算するようにしたので、測定対象
物体から離れた位置での測定ができ、また、非常に感度
のよい流速の測定ができるという効果を有する。第６の
発明によれば、磁場発生手段に交流の励磁電流を供給し
て、交流磁場を発生させ、さらに検出した磁場の差分信
号のうち、励磁磁場と同じ周波数で特定の位相の成分の
みを検出し、その検出した信号に基づいて、前記測定対
象物体の流速を演算するようにしたので、外乱磁場の影
響を小さくし、正確な流速測定が可能となるという効果
を有する。第７の発明によれば、磁場発生手段及び装置
の温度分布を測定し、その分布から検出した流速信号を
演算する温度分布補正手段を備えるようにしたので、高
温の測定対象物体に対しても安定して流速を測定できる
という効果を有する。第８の発明によれば、磁場発生手
段及び検出手段を、少なくとも底面が非磁性不導体から
なる冷却手段の中に設置するようにしたので、高温の測
定対象物体の流速を安定して測定できるという効果を有
する。

【００９９】第９の発明によれば、磁場発生手段は、少
なくとも３つの磁極を有し、検出手段は、少なくとも中
心の磁極と両端の磁極との間の位置に設置されるように
したので、高感度に流速の測定が可能となる。第１０の
発明によれば、少なくとも３つの磁極を有した磁場発生
手段の磁極の、少なくとも両端の磁極に検出手段を固定
するようにしたので、温度変化により、磁極が変形して
もその影響を抑えることが出来、安定した流速の測定が
出来るという効果を有する。第１１の発明によれば磁場
発生手段及び検出手段を磁気シールドしたので、磁性体
や導電体の接近や、外乱磁場の存在など、多々の外乱の
ある場所においても正確に流速の測定が可能となる。第
１２の発明によれば、磁場発生手段及び検出手段と測定
対象物体の間に導電性で非磁性のシールド板が挿入さ
れ、測定手段により、更に、磁場発生手段に２つの周波
数から成る励磁電流を供給し、検出手段で検出された磁
場成分を前記２つの周波数成分ごとに分け、その２つの
周波数成分ごとに分けられた磁場成分に基づいて、測定
対象物体の流速を演算するようにしたので、温度変化に
よる磁場成分の変化を補正でき、安定した流速の測定が
できるという効果を有する。

【０１００】第１３の発明によれば、距離検出手段によ
り、検出手段と測定対象物体との間の距離を検出し、そ
して、測定手段により、更に、距離検出手段で検出され
た距離に基づいて、磁場成分を補正するようにしたの
で、検出手段と測定対象物体との間の距離が変化して
も、正確な流速の測定ができるという効果を有する。第
１４の発明によれば、測定対象物体と平行に並んだ少な
くとも２つの磁極を有した磁場発生手段により、励磁電
流により測定対象物体に対して垂直で、かつ隣り合う磁
極から逆向きの磁場を発生させるようにしたので、磁場
の広がりを抑えることができ、測定対象物体の流速を感
度よく測定できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例（実施例１）に係る速度測定
装置のセンサヘッドの外観を示す正面図である。

【図２】本発明の速度測定装置の原理を説明するための
説明図である。

【図３】本発明の速度測定装置の原理を説明するための
説明図である。

【図４】磁場発生装置に磁性体が近づいた場合の励磁磁
場のゆがみ及び磁気シールドした場合の励磁磁場を示し
た図である。

【図５】本発明の磁気シールドボックスの斜視図であ
る。

【図６】本発明の磁気シールドボックスの他の例の斜視
図である。

【図７】本発明の磁気シールドボックスの更に他の例の
斜視図である。

【図８】センサヘッドの熱膨張又は熱収縮の状態を示す
図である。

【図９】本発明の冷却手段の構成を示す斜視図である。

【図１０】冷却手段内のセンサヘッドの配置例を示す図
である。

【図１１】冷却手段における冷却空気の流路例を示す図
である。

【図１２】実施例１の流速測定装置の測定回路の一例を
示すブロック図である。

【図１３】図１の実施例の磁場発生装置（センサヘッ
ド）の各部の温度特定を示す図である。

【図１４】リフトオフ変動の補正方法を説明するための
説明図である。

【図１５】リフトオフ変動の補正方法を説明するための
説明図である。

【図１６】実施例１の渦流距離計が取り付けられたセン
サヘッドの外観を示す斜視図である。

【図１７】実施例１の速度測定装置により低融点合金金
属の流速を測定した出力例を示す図である。

【図１８】空冷シャーシの構造の違いによる、センサヘ
ッドの温度変化の比較を示す図である。

【図１９】冷却空気の温度が変化したときの流速測定装
置の出力信号を示す図である。

【図２０】高速の溶鋼の流速を、実施例１の流速測定装
置により計測した例を示す図である。

【図２１】冷気や空気の温度設定を６０℃に設定した場
合の計測例を示す図である。

【図２２】実施例１において対象面との距離が変動する
場合の測定結果例を示す図である。

【図２３】実施例１の速度測定装置を連続鋳造ラインに
適用した例を示す図である。

【図２４】本発明の他の応用例を示す図である。

【図２５】本発明の他の応用例を示す図である。

【図２６】本発明の他の応用例を示す図である。

【図２７】本発明の更に他の応用例を示す図である。

【図２８】本発明の他の実施例（実施例２）に係る速度
測定装置のセンサヘッドの外観を示す正面図である。

【図２９】温度ドリフトの補正方法を説明するための説
明図である。

【図３０】温度ドリフトの補正方法を説明するための説
明図である。

【図３１】実施例２の速度測定装置の測定回路の構成を
示したブロック図である。

【図３２】実施例２の速度測定装置により高温の溶鋼の
流速を計測した測定結果を示す図である。

【図３３】本発明の他の実施例（実施例３）に係る速度
測定装置のセンサヘッドの外観を示す正面図である。

【図３４】実施例３の速度測定装置の測定回路の構成を
示したブロック図である。

【図３５】実施例３の測定結果例を示した図である。

【図３６】本発明の他の実施例（実施例４）に係る速度
測定装置のセンサヘッドの外観を示す正面図である。

【図３７】実施例４の測定結果例を示した図である。

【図３８】本発明の他の実施例（実施例５）に係る速度
測定装置のセンサヘッドの外観を示す正面図である。

【図３９】実施例４の速度測定装置の測定回路の構成を
示したブロック図である。

【図４０】磁場発生装置の近傍に磁性体板を配置した状
態を示す図である。

【図４１】図４０の状態における外乱の信号への影響を
測定した図である。

【図４２】磁場発生装置に対して２つのコイルにより励
磁した状態を示す図である。

【図４３】図４２のようにして磁界が印加された状態に
おける出力特性を示す図である。

【図４４】連続鋳造を説明するための説明図である。

【図４５】従来の接触式による高温液体金属の流速測定
法を説明するための説明図である。

【図４６】磁場の速度効果を説明するための説明図であ
る。

【図４７】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定法を説明するための説明図である。

【図４８】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定法を説明するための説明図である。

【図４９】従来の磁気による非接触式高温液体金属の流
速測定法を説明するための説明図である。

【符号の説明】 ２５ 鉄心コア ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 磁極 ２６ａ，２６ｂ 磁気センサ ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ 巻線 ２８，１１０ 磁場発生装置 ２９ 導電性測定対象物 ３０ シールド板 ５６ 渦流距離計 ７７，７８ 発振器 ７９ 加算器 ８０ 定電流アンプ ８１，８２ 磁気センサ検出器 ８３，８４ 同期検波器又は位相検波器 ８５ 渦流距離計駆動・検出回路 ８６ 指数特性アンプ ８７ 加算器 ８８ リニアアンプ ９４ 励磁回路 ９５ 温度ドフリフト補正回路 ９６ 検出回路 ９７ リフトオフ補正回路 １１２ セラミックス製ボビン １１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ 巻線 １１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ 磁極 １１５ａ，１１５ｂ セラミックス製ボビン １１６ａ，１１６ｂ 巻線 １１７ 導電性測定対象物 １２３，１２４ 発振器 １２５ 加算器 １２６ 定電流アンプ １３１，１３２ 同期検波器又は位相検波器 １３３ 周波数補正用アンプ １３８ リニアアンプ １３５ 渦流距離計駆動・検出回路 １３６ 指数特性アンプ １１８ 励磁回路 １１９ 温度ドリフト補正回路 １２０ 検出回路 １２１ リフトオフ補正回路 １２９，１３０ バンドパスフィルター １３７ 乗算器 ２００ センサヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西岡 信一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 加藤 宏晴 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する導電性の測定対象物体に対して
   垂直に磁場を発生させ、前記測定対象物体と垂直な少な
   くとも２つの磁場成分を、前記測定対象物体の移動方向
   において異なった位置、かつ前記磁場が対称となる位置
   で検出し、前記磁場が対称となる位置で検出された、少
   なくとも２か所の磁場の差分信号に基づいて、前記測定
   対象物体の流速を演算することを特徴とする流速測定方
   法。
2. 【請求項２】 励磁磁場として交流磁場を用い、さらに
   検出した磁場の差分信号のうち、励磁磁場と同じ周波数
   で特定の位相の成分のみを検出し、その検出した信号に
   基づいて、前記測定対象物体の流速を演算することを特
   徴とする請求項１記載の流速測定方法。
3. 【請求項３】 移動する導電性の測定対象物体に対し
   て、導電性で非磁性のシールド板を介して、垂直に２つ
   の周波数成分を有する磁場を発生させ、 前記測定対象物体と垂直な少なくとも２つの磁場成分
   を、前記測定対象物体の移動方向において異なった位置
   で、かつ前記磁場が対称となる位置で、２つの周波数成
   分ごとに検出し、前記磁場が対称となる位置で２つの周
   波数成分ごとに検出された、少なくとも２か所の磁場の
   差分信号に基づいて、前記測定対象物体の流速を演算す
   ることを特徴とする流速測定方法。
4. 【請求項４】 前記磁場成分の検出位置と前記測定対象
   物体との間の距離を検出し、その距離に基づいて、前記
   検出した磁場成分を補正することを特徴とする請求項
   １、２又は３記載の流速測定方法。
5. 【請求項５】 移動する導電性の測定対象物体に対して
   垂直に磁場を発生させる磁場発生手段と、 前記測定対象物体と垂直な磁場成分を、前記測定対象物
   体の移動方向において異なった位置で、かつ前記磁場が
   対称となる位置で検出する少なくとも２つの検出手段
   と、 前記磁場発生手段に前記励磁電流を供給し、前記検出手
   段により検出された、少なくとも２か所の磁場の差分信
   号に基づいて、前記測定対象物体の流速を演算する測定
   手段とを備えることを特徴とする流速測定装置。
6. 【請求項６】 磁場発生手段に交流の励磁電流を供給し
   て、交流磁場を発生させ、さらに検出した磁場の差分信
   号のうち、励磁磁場と同じ周波数で特定の位相の成分の
   みを検出し、その検出した信号に基づいて、前記測定対
   象物体の流速を演算することを特徴とする請求項５記載
   の流速測定装置。
7. 【請求項７】 前記磁場発生手段の温度分布を計測し、
   それにより前記測定対象物体の流速値を補正する補正手
   段を備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の流速
   測定装置。
8. 【請求項８】 前記磁場発生手段及び前記検出手段は、
   少なくとも底面が非磁性不導体からなる冷却手段の中に
   設置されることを特徴とする請求項５、６又は７記載の
   流速測定装置。
9. 【請求項９】 前記磁場発生手段は、少なくとも３つの
   磁極を有し、前記検出手段は、少なくとも前記磁極のう
   ち、中心の磁極と両端の磁極との間の位置に設置される
   ものであることを特徴とする請求項５、６、７又は８記
   載の流速測定装置。
10. 【請求項１０】 前記検出手段は、少なくとも前記磁極
    の両端に固定されるものであることを特徴とする請求項
    ９記載の流速測定装置。
11. 【請求項１１】 前記磁場発生手段及び前記検出手段を
    その前記測定対象物体に対向した部分を除いて覆う磁気
    シールドボックスを備えたことを特徴とする請求項５、
    ６、７、８、９又は１０記載の流速測定装置。
12. 【請求項１２】 前記磁場発生手段及び前記検出手段と
    前記測定対象物体との間に挿入された導電性で非磁性の
    シールド板を有し、そして、前記測定手段は、更に、前
    記磁場発生手段に２つの周波数から成る励磁電流を供給
    し、前記検出手段で検出された磁場成分を前記２つの周
    波数成分ごとに分け、その２つの周波数成分ごとに分け
    られた磁場成分に基づいて、前記測定対象物体の流速を
    演算するものであることを特徴とする請求項５、６、
    ７、８、９、１０又は１１記載の流速測定装置。
13. 【請求項１３】 前記検出手段と前記測定対象物体との
    間の距離を検出する距離検出手段を有し、そして、前記
    測定手段は、更に、前記距離検出手段で検出された距離
    に基づいて、前記磁場成分を補正するものであることを
    特徴とする請求項５、６、７、８、９、１０、１１又は
    １２記載の流速測定装置。
14. 【請求項１４】 前記磁場発生手段は、前記測定対象物
    体と平行に並んだ少なくとも２つの磁極を有し、励磁電
    流により前記測定対象物体に対して垂直で、かつ隣り合
    う前記磁極から逆向きの磁場を発生させるものであるこ
    とを特徴とする請求項５、６、７、８、９、１０、１
    １、１２又は１３記載の流速測定装置。