JPH09101321A - 流速測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気センサヘッドの周辺の金属体の影響を排
除して高精度に流速を測定することを可能にした流速測
定方法及びその測定装置を提供する。 【解決手段】 移動する導電性の測定対象物に対して交
流磁場を励磁し、その磁場成分を検出して、その検出し
た磁場信号に基づいて、測定対象物の流速を測定する装
置において、励磁巻線１０２ａ，１０２ｂ及び垂直方向
に異なった位置の磁場を検出する検出巻線１０３，１０
４／１０５，１０６を備えた磁気センサヘッド１００
と、１対の検出巻線１０３，１０４の差信号を求める減
算回路１１５と、１対の検出巻線１０５，１０６の差信
号を求める減算回路１１６と、減算回路１１５の出力と
減算回路１１６の出力とを加算する加算回路１１７と、
加算回路１１７の出力に基づいて測定対象物の流速を求
める検出回路１２０とを有する。

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流
速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９に示さ
れるように溶鋼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中に注ぎ込まれて鋳造される。鋳型４
中に注ぎ込まれた溶鋼３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，９
ｂ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。このよ
うな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１０に示される
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１４にセラミックス
製の棒１２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流体の
速度を計測できることも知られている。例えば図１１に
示されるような磁気センサヘッド２００を用いて測定対
象物の流速を測定する方法がある。同図において、磁気
センサヘッド２００は左右対称形のコ字型の磁心２０２
に対し、２つの脚の間の対象面と平行になっている中心
部分に励磁巻線２０３ｂを巻き、両端の対象面に垂直に
なっている脚の部分に検出巻線２０３ａ，２０３ｃをそ
れぞれを同じ向きに巻いて構成されている。そして、コ
字型の磁心２０２を移動する導電性の測定対象物２０１
の上に、脚の開いた面が対象面に向き、且つ２つの脚が
対象面の移動方向に対し平行に並ぶように配置する。な
お、流速の方向は予め分かっている場合が多いので、こ
の流速方向に平行に、コ字型の磁心２０２の２つの脚を
配置するようになっている。

【０００６】ここで、中心の励磁巻線２０３ｂに交流電
流を供給し、導体面に垂直に磁場を励磁する。この時、
導体２０１が停止していれば、コ字型の磁心２０２が左
右対称の形状をしているため、励磁磁場は左右の検出巻
線２０３ａ，２０３の位置では、大きさは等しく向きは
逆となり、各検出巻線２０３ａ，２０３ｃの出力の和を
とると０となる。また、導体が動くと、その流速に対応
して導体中に発生する渦電流により磁場が歪み、コ字型
の磁心２０２両端の各検出巻線２０３ａ，２０３ｃの位
置での磁束の垂直成分に差が出て、各検出巻線２０３
ａ，２０３ｃの和信号が変化する。この変化量は対象の
流速に対応しており、この変化量から、対象の流速を測
定することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の流
速測定においては、磁気センサヘッド２００を鋳型中に
配置して測定する。図１２に示されるように、磁気セン
サヘッド２００を鋳型中に配置すると、その近傍には銅
製の鋳型４等の金属体が存在する。このため、その金属
体の影響により磁場がゆがみ、磁気センサヘッド２００
の出力にその影響がでる。なお、図１２は銅製の鋳型の
短辺方向からみた断面図である。

【０００８】図１３（ａ）に示されるように、磁気セン
サヘッド２００と金属体２１０とが平行に配置された場
合には、検出巻線２０３ａ，２０３ｃに対して金属体２
１０が対称となっており、検出巻線２０３ａ，２０３ｃ
の出力は一致しその差分に基づいて信号処理を施した場
合には、金属体２１０の影響を受けない。ところが、図
１３（ｂ）に示されるように、磁気センサヘッド２００
が傾くなどして、磁気センサヘッド２００と金属体２１
０とが平行でなくなると、検出巻線２０３ａ，２０３ｃ
に対して金属体２１０は非対称となり、検出巻線２０３
ａ，２０３ｃの出力に差が生じ、磁気センサヘッド２０
０の零点がずれてしまい正確な測定ができなくなる。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、磁気センサヘッドの周辺の金
属体の影響を排除して高精度に流速を測定することを可
能にした流速測定方法及びその測定装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に係
る流速測定方法は、移動する導電性の測定対象物に対し
て交流磁場を励磁し、その磁場成分を検出して、その検
出した磁場信号に基づいて、測定対象物の流速を測定す
る方法において、対象面に対して垂直方向の異なった２
カ所の磁場成分を検出し、その垂直方向の２つの磁場信
号の差分信号をそれぞれ求め、その差信号に基づいて測
定対象物の流速を求める。本発明の他の態様に係る流速
測定方法は、移動する導電性の測定対象物に対して交流
磁場を励磁し、その磁場成分を検出して、その検出した
磁場信号に基づいて、測定対象物の流速を測定する方法
において、対象面上の２カ所において、対象面に対して
垂直方向の異なった２カ所の磁場成分をそれぞれ検出
し、その垂直方向の２つの磁場信号の差分信号をそれぞ
れ求め、その差信号を加算することにより測定対象物の
流速を求める。

【００１１】本発明の他の態様に係る流速測定装置は、
移動する導電性の測定対象物に対して交流磁場を励磁
し、その磁場成分を検出して、その検出した磁場信号に
基づいて、測定対象物の流速を測定する装置において、
励磁装置、垂直方向に異なった位置の磁場を検出する第
１の１対の検出装置及び第１の１対の検出装置とは異な
った位置に配置され、垂直方向に異なった位置の磁場を
検出する第２の１対の検出装置を備えた磁気センサヘッ
ドと、第１の１対の検出装置の差信号を求める第１の減
算回路と、第２の１対の検出装置の差信号を求める第２
の減算回路と、第１の減算回路の出力と第２の減算回路
の出力とを加算する加算回路と、加算回路の出力に基づ
いて測定対象物の流速を求める検出回路とを有する。

【００１２】例えば鋳型中における測定においては、影
響が大きいのは銅製の鋳型であり、これは対象面の垂直
方向には対称である。そこで、上記のように、磁気セン
サヘッドが銅製の鋳型に対して傾いても、上下の検出点
に対して銅製の鋳型は対称となり、検出時において上下
の検出装置の差分をとればその影響はなくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の測定原理を、基本
構成、流速検出原理、及び周囲金属体の影響の項に分け
て説明する。 （ａ）基本構成 本発明において、磁気センサヘッド１００は図２又は図
３の構成をとっている。図２においては、磁気センサヘ
ッド１００は左右対称形のコ字型のセラミックスボビン
１０１に対し、両端の対象面に垂直になっている脚の部
分に検出巻線１０３，１０５をそれぞれを同じ向きに巻
き、更に、これらの検出巻線１０３，１０５の上部に検
出巻線１０４，１０６を巻き、その上に励磁巻線１０２
ａ，１０２ｂを巻いて構成されている。また、図２にお
いては、励磁巻線１０２ａ，１０２ｂを検出巻線１０４
と１０３との間及び検出巻線１０６と１０５との間にそ
れぞれ巻いている点が異なるだけであり、検出巻線の構
成は図１と同じである。本発明においては、検出巻線１
０３と１０４との差分、検出巻線１０５と１０６との差
分を求める点に特徴がある。

【００１４】本発明においては、励磁巻線１０２ａ，１
０２ｂに交流電流を供給して対称な垂直磁場を生成し、
そして、図４に示される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１５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することができ
る。即ち、本発明においては、この誘導磁場を検出巻線
１０３〜１０６により検出し、位相検波器等により励磁
磁場と同じ周波数成分の信号を取り出して流速を求め
る。その際、検出巻線は図２又は図３に示されるように
上下左右に４個施されており、左右２対それぞれの上下
の差分を求めて（１０３−１０４，１０５−１０６）、
周囲の金属体の影響をなくし、更に、左右の検出巻線の
和を求めることにより流速を検出する。

【００１５】（ｂ）流速検出原理 誘導磁場はＢｖは、ｊｖ＝σｖ×Ｂで表される誘導電流
により派生しており、この誘導電流からの距離、即ち対
象面からの距離が大きくなると、図５に示されるように
誘導磁場は小さくなる。従って、上下の検出巻線の差分
をとると、速度に対する起電力は測定対象物に近い方の
検出巻線の方が大きくなり、差をとっても速度に対する
信号は残る。また、左右では励磁磁場は逆向きであり、
速度に対する磁場は同じ向きなので、左右の和を取れば
励磁磁場の成分はなくなり、速度に対する信号のみを精
度よく検出することができる。

【００１６】（ｃ）周囲金属体の影響 磁気センサヘッド１００が傾いて左右のいずれか一方の
検出巻線が金属体に近くなっても、上下の検出巻線の差
を求めると、金属体に近接した効果は上下の検出巻線で
等しくなるので、その影響は無くなる。図６はその時の
状態を示した図であり、同図（ａ）は横から見た状態の
図であり、同図（ｂ）は上から見た状態の図である。左
側の検出巻線１０３，１０４と右側の検出巻線１０５，
１０６とは金属体２１０に対して異なった距離となって
も、検出巻線１０３，１０４の差分をとることにより距
離ｌ１（＝ｌ２）に対する影響が排除され、また、検出
巻線１０５，１０６の差分をとることにより距離ｌ３
（＝ｌ４）に対する影響が排除される。即ち、検出巻線
１０３，１０４の差分及び検出巻線１０５，１０６の差
分はそれぞれ金属体からの距離の因子を排除した情報と
なっている。

【００１７】本発明の測定原理が明らかになったところ
で、次に、本発明の実施の形態の一例を説明する。図１
は本発明の実施の形態の一例に係る流速測定装置の構成
を示すブロック図である。この流速測定装置は、磁気セ
ンサヘッド１００、励磁回路１１０、減算器１１５，１
１６、加算器１１７及び検出回路１２０から構成され
る。励磁回路１１０は、発振器１１１及び定電流アンプ
１１２から構成されており、励磁巻線１０２ａ，１０２
ｂに励磁電流を供給し、測定対象物に磁場を励磁する。
ここでは、発振器１１１により１〜１００Ｈｚの正弦波
を発生させて、定電流アンプ１１２を介して励磁巻線１
０２ａ，１０２ｂに励磁電流を供給するようになってい
る。

【００１８】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）測定対象物に生じる渦電流が
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）、検出巻線１０３〜１０６に生じる起電力が弱くな
り検出感度が落ちる。従って、励磁周波数としてはここ
では１４Ｈｚとした。

【００１９】検出巻線１０３の出力及び検出巻線１０４
の出力は減算器１１５においてその差分が求められ、ま
た、検出巻線１０５の出力及び検出巻線１０６の出力も
減算器１１６においてその差分が求められ、そして、左
右の検出巻線のそれぞれの差分は加算器１１７において
加算され、その加算結果は検出回路１２０に入力する。
検出回路１２０において、入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１２１を通して不要な
ノイズ信号が除去され、位相検波器１２２によって励磁
電流と−９０度ずれた位相の成分が検波される。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。

【００２０】図７は低融点合金の流速測定結果を示す特
性図である。出力信号（速度信号）は、同図（ａ）の実
際の流速に対して、同図（ｂ）に示されるように、高精
度に検出されていることが分かる。なお、同図（ｂ）の
特性は磁気センサヘッド１００の周囲に金属体がない状
態の特性である。

【００２１】図８（ａ）は磁気センサヘッド１００を銅
板１３０に対して傾斜角θ傾けたときの状態を示してお
り、同図（ｂ）はそのときの傾斜角θと出力信号の変化
との関係を示した特性図である。なお、この特性図にお
いて、従来型と本方式とでは流速に対する感度が異なる
ため、それぞれ出力電圧ではなく、低融点合金に対する
流速に換算した値を示している。同図（ｂ）から明らか
なように、本方式によれば傾斜角θが大きく変化しても
出力信号の変化が少ないことが分かる。

【００２２】なお、上述の説明においては磁気センサヘ
ッドに空心Ｕ型（コ字型）のものを使用した例について
説明したが、本発明においては空心Ｅ型であってもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、対象面に
対して垂直方向の異なった２カ所の磁場成分をそれぞれ
検出し、その垂直方向の２つの磁場信号の差分信号をそ
れぞれ求め、その差信号に基づいて測定対象物の流速を
求めるようにしたので、周囲の金属体に対する相対位置
が変化しても、その影響を受けずに精度良く流速を測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る流速測定装置
の回路構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の磁気センサヘッドの一例の構成を示し
た説明図である。

【図３】本発明の磁気センサヘッドの他の構成を示した
説明図である。

【図４】本発明における磁場の速度効果を説明するため
の説明図である。

【図５】誘導磁場と垂直方向の検出位置との関係を示し
た説明図である。

【図６】本発明の磁気センサヘッドと周辺の金属体との
相対位置についての説明図である。

【図７】低融点合金の流速測定結果を示す特性図であ
る。

【図８】磁気センサヘッドを銅板に対して傾けたときの
状態及びそのときの傾斜角θと出力信号の変化との関係
を示した特性図である。

【図９】連続鋳造を説明するための説明図である。

【図１０】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１１】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１２】磁気センサヘッドを銅製の鋳型内に配置した
状態を示した説明ずである。

【図１３】従来の磁気センサヘッドと周辺の金属体との
相対位置についての説明図である。

Claims (3)

【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に対して交
   流磁場を励磁し、その磁場成分を検出して、その検出し
   た磁場信号に基づいて、測定対象物の流速を測定する方
   法において、 対象面に対して垂直方向の異なった２カ所の磁場成分を
   それぞれ検出し、その垂直方向の２つの磁場信号の差分
   信号を求め、その差信号に基づいて測定対象物の流速を
   求めることを特徴とする流速測定方法。
2. 【請求項２】 移動する導電性の測定対象物に対して交
   流磁場を励磁し、その磁場成分を検出して、その検出し
   た磁場信号に基づいて、測定対象物の流速を測定する方
   法において、 対象面上の２カ所において、対象面に対して垂直方向の
   異なった２カ所の磁場成分をそれぞれ検出し、その垂直
   方向の２つの磁場信号の差分信号をそれぞれ求め、その
   差信号を加算することにより測定対象物の流速を求める
   ことを特徴とする流速測定方法。
3. 【請求項３】 移動する導電性の測定対象物に対して交
   流磁場を励磁し、その磁場成分を検出して、その検出し
   た磁場信号に基づいて、測定対象物の流速を測定する装
   置において、 励磁装置、垂直方向に異なった位置の磁場を検出する第
   １の１対の検出装置及び前記第１の１の対の検出装置と
   は異なった位置に配置され、垂直方向に異なった位置の
   磁場を検出する第２の１対の検出装置を備えた磁気セン
   サヘッドと、 前記第１の１対の検出装置の差信号を求める第１の減算
   回路と、 前記第２の１対の検出装置の差信号を求める第２の減算
   回路と、 前記第１の減算回路の出力と前記第２の減算回路の出力
   とを加算する加算回路と、 前記加算回路の出力に基づいて測定対象物の流速を求め
   る検出回路とを有することを特徴とする流速測定装置。