JPS61102504A - 導電性素地上に析出した金属薄層の厚さを測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、別の金属の薄層を析出することにより保持さ
れて、化学的強度や物理的外観などの特別な性質を有す
る金属帯の製造に関する。

金属帯の上に薄層として析出されている溶加材の価格は
、大抵の場合素地となっている金属帯の金属の値段より
も遥かに高価なので、正確に、また製造中に、析出され
た厚さを管理することが肝要である。この必要条件は、
特に大容量の設備において、とりわけ連続操業設備にお
いて起ってくる。

様々な技法がこれまでに開発され応用されて、金属素地
上に析出された金属薄層の厚さ測定用に提供されてきた
。

該技法の多くのものは、析出されて薄層中での電離放射
線（β線またはＸ線）の吸収または回折を利用して、そ
の厚さを測定している。別の技法は、磁性素地上の被覆
金属による磁界の変形または弱化に基づいて行われてい
る。

公知該技法は、一般には満足されるものであるが、それ
にも拘らずそれらの技法には欠点があって、その応用条
件は限定されたものとなっている。それで特に、それら
の技法では、素地の幾何学的特徴（表面の平担さと位置
）が精密に規定され、また不変であることが要求される
。一方、頻繁に校正操作を行うことが必要である。

電離放射線源を使用する技法では、該線源のコストと大
きさとのために、それらを増設して被膜の厚さ分布を測
定するようにすることができない、そのような困難さを
除くために、線源を機械的に移動させることが通常行わ
れるが、そのために設備が複雑になると共にこわれ易く
なり、されにその上素地が連続的に動いている場合には
、測定不爺な領域がでてくる。

本発明の目的は、上記の欠点を避けることのできる方法
を提供することである０本発明は、金属析出層の厚さを
測定する方法を導入するものであって、その方法は管理
する対象物の位置の変動に順応し、頻繁に校正操作を行
う必要がなく、さらに安価に行える方法であって、それ
によって限られた空間内に多数の測定点を設けて使用で
きるようにする方法である。

本発明の方法の出発点は、認知された次の事実である。

導電性の金属表面を交番電圧によって励磁されている磁
気回路に近づけると、うず電流によって、交番磁界が導
電性の金属表面に浸透するのが妨げられる。金属表面が
存在するために、磁気回路の磁気抵抗に変化が生ずる。

　　　　　　。

この磁気抵抗の変化は、磁気回路と導電性金属表面との
間の距離によって決まるので、それを金属表面からの距
離を測定するのに使用することができる。この応用は、
特にフランス特許第２．５０７　。

３！０号および第８．３０５．３２３号に開示されてい
る。

高周波磁界の場合に、磁気抵抗の変動は、金属表面の導
電率には実際上無関係である。これに反して、この性質
は、うず電流に基づくジュール効果から生ずる損失では
、決定的な役割を果す、認められたこの事実こそが、本
発明の基礎となっているものである、それ故に本発明が
本質的に特徴としていることは、導電性の素地の上に析
出された金属薄層の厚さが、交番電圧によって励磁され
た磁気回路を、金属表面に近づけた時に現われるうず電
流によって生ずる、ジュール効果に対応する損失の測定
から決められることである。

均質な金属の場合には、うず電流による損失は、次式に
従って抵抗率と共に増大する。

ここに、 Ｐ：　　ジュール効果による損失 ２　。

Ｈ７、導電性の金属表面上の平均の磁界ω：　　励磁の
脈動 ル：　　透磁率 ρ：　　抵抗率 に：　　定数 とする。

特性路とρとを有する素地上に析出した、厚さＡで特性
路、とρ４とを示す金属層益について、損失は次式によ
って表される。

（１＋ｎ）２ｅ　”　＋　（１−ｎ）２ｅ　”　＋　２
　（１−ｎ２）　ｃｏｓ　２Ｅジユール効果による損失
を表す式（１）中の定数には、ある与えられた磁気回路
に対して、厚さ既知の一連の試料から実験によって規定
される。

添付図面の第１図に、様々な厚さの亜鉛および亜鉛−ア
ルミニウム合金で被覆した鋼板に試料について行った測
定結果の、限定するのもではないいくつかの実施例を示
した。注目されることは、試料の起源が違い、また組成
が異なっているにも拘らず、対応する曲線が類似した形
をしていることである。

このようにして得た実験曲線は、検出系と金属表面との
間の距離を一定に保って測定された。さらにまた経験に
よってわかったことは、そのような距離を変動させても
、測定される信号は変化するけれども、得られた曲線の
形には何の影響もないことであって、そのことは様々な
距離における損失ρの測定値と、標準化した理論曲線Ｃ
との間を比較している第２図に示されている通りである
。その結果は、交番電圧で励磁される磁気回路より成る
検出系に対して、金属表面の位置がどうあろうとも、薄
い金属被覆の厚さを測定できるということである。

本発明に従って、上記に論証した方法によって被膜の厚
さを測定するには、Ｕ形、Ｅ形、またはＨ形のセンサ（
好適にはＨ形をした）を使用するが、そのセンサには、
作用磁束φと対照磁束φ。

とに配分される磁束を発生する励磁巻線があって、その
信号は（φ−φ　）を感知する差ｉｈ巻線の端子で集め
られ、励磁と直角位相にある信号成分は損失に対応し、
同期検出後に該成分を測定することによって、薄い被覆
の厚さについての情報が与えられ、一方磁気抵抗に比例
する励磁と同位相にある信号成分は、金属表面からの距
離についての情報を提供する。

本発明によって、センサの磁気回路の周囲には重厚なシ
ールドが設けられ、小さなエアギャップだけが残されて
いて、磁束に一定の方向を与えまたセンサを干渉から絶
縁するようになっている。

本発明のその他の特長や利点は、回答限定するのもでな
く様々な実施態様を図示している添付図面を引用して行
う以下の説明によって、−ｅ明らかになる筈である。

第３．第４図を参照すると、本発明によるセンサは、好
適にはＨ形（第３図）またはＨ形（第４図）をしている
ことがわかる、センサー０は、帯Ｂからある距離をおい
て置かれており、共通巻線１２を含んでいて交番電圧で
励磁される磁気回路を包含し、測定用磁束φと対照磁束
φ　とを発生する、信号はφ−φ　を感知する差動巻線
１４の端子で集められる。該センサについて、稍磁と直
角位相にある信号成分はジュール効果による損失Ｐに対
応し、その測定によって帯Ｂの上に析出した薄い被覆の
厚さを測定することができ、また同位相にある信号成分
は磁気抵抗に対応し、それを測定することによって、公
知のように、センサと帯Ｂの金属表面との間の距離を決
定するのに使うことができる。

第５図は、本発明によるセンサをさらに詳細に示してい
るが、そのセンサはフェライト製のＨ構造１０に巻線を
包含し、例えば”ジュラルミン”製でシールドを形成す
る重厚な構造１６，１６゜の中に置かれており、シール
ドは磁束を一定の方向に向けまたセンサを混信から絶縁
するようにしている０例えばセラミック材料製の２つの
外殻１８１，１８”は熱絶縁の役目をし、また空げき２
０．２０”を形成して冷却用空気が循環できるようにし
ている。

第６図の略図では、本発明によるセンサＣ１とＣ２とを
、溶融亜鉛メッキ浴から出でくる帯Ｂの両側に置く方法
を示している。勿論、これは限定するものではない応用
実施例の１つでしかない。

第７図は、センサによって伝送された。ジュール効果に
よる損失に対応する信号を処理して、帯Ｂの上に析出さ
れた薄い被覆の厚さを測定できるようにする電子回路の
１実施態様を示している（センサの帯Ｂからの距離は固
定されている。）センサからの励磁信号は、低インピー
ダンスの下で発振器とそれに統〈電力増幅器によって送
られる。振幅は安定化され、また位相は同期検出に必要
な方形信号を供給する基準クロ７りによって制御されて
いる。

それ故に、第７図の略ブロック図で、処理用電子回路に
は、センサ励磁信号Ｃｔ　、Ｃ２、Ｃ３を供給する電源
、センサ信号に作用し、その出力にインピーダンス補正
増幅器を包含している多重化モジュール、同期センサ、
ろ過と利得の補正およびアナログ−デジタル変換のため
のモジュール、および線形化記憶装置が包含されている
ことがわかる。出力で、測定される厚さに比例するデジ
タル信号が入手できる。

この処理回路は、薄い被覆の厚さの測定を、ある固定し
た距離で行うことができるだけである。

距離と厚さとの測定を同時に行うには、Ｏｏとπ／２の
位置で損失と磁気抵抗とを測定するための、２つの検出
ルートが一般には必要である。もしセンサによって与え
られる指示を、金属への磁界の浸透の関数とし補正しよ
うとするならば、２つの検出ルートを使用することは、
距離の測定に対してもまた有用である。センサを固定し
た距離に正確に位置決めすることができないならば、厚
さの測定に対して、距離の影響を補正するためにそれを
使用することもできる。

一般の場合に、距離と厚さとは、校正後に２つの可変ア
ルゴリズムによって、損失と磁気抵抗との測定値Ｓπ／
２とＳ　とから再計算することができる。

さらに、測定結果（第８図）は、ある一定の厚さとある
一定の距離とに対する磁気抵抗と損失との曲線が、対数
目盛で実質的に群をなした平行直線を形成していること
を示しているが、このことは理論的には、磁気抵抗はＨ
Ｔに比例して変化し、また損失はＨｌに比例して変化す
ることによるものである。それ故に、２つの線形結合を
作ることができる。

Ｄ＝ｃｘｌｏｇＳ　　＋βｌｏｇｓπ／２Ｆ＝ａｕｏｇ
Ｓ　　＋ｂｌｏｇＳｔｃ／２ここで両式はそれぞれ距離
だけ、または厚さだけの関数である。従って距離と厚さ
とは、ＤとＥとから出発して、簡単な１つのロー変線形
化によって復元することができる。注目すべきことは、
１個の検出ルートを使用して、センサの制御位相を０か
らπ／２へ変化できることである。線形化記憶装置は、
Ｓ　をＳπ／２に対数変換するのに使用することができ
る、第９図は、本操作方式に従って、本発明のセンサか
らの信号を処理する回路を図解的に示している。

勿論、本発明は上記に示して説明した様々な実施態様に
限定されるものではなくて、これらに代るあるゆる実施
態様をも包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１種々の起源の帯に対して、損失を被膜の重量
の関数として示す曲線の数個の例を示し、 第２図は、第１図の曲線と同じ曲線を示すが、センサと
金属表面との間の距離が様々である場合に相当するもの
であり。 第３図は１本発明によるセンサの１つの好適な実施態様
を略斜視図により示したものであり、第４図は、本発明
によるセンサの１つの変形を示しており。 第５図は、シールドを伴った、本発明にょるセンサの相
互関係を示す図であり、 第６図は、溶融亜鉛メッキ浴の出口における、本発明に
よるセンサの配とを示す略図であり、第７図は、距離を
固定して薄い被膜の厚さを測定するために、本発明によ
るセンサによって伝送される信号を処理する電子回路の
１つの実施態様を示し、 第８図は、ある一定の厚さおよびある一定の距離に対す
る磁気抵抗と損失との一群の曲線を示し、さらに 第９図は、薄い被膜の厚さとセンサに対するその距離と
を同時に測定するために、本発明によるセンサによって
伝送される信号を処理する電子回路の１つの実施態様を
示す、　　− １０・・番センサ、　　１２・・φ共通巻線、１４・―
・差動巻線、１６．１６’・Ｏ・シールド、１８．１８
’−争・外殻、 ２０．２０’・拳・空げき。 φ１・測定用磁束、　　　φ。・・・対照磁束。 Ｃ、Ｃ−・争本発明によるセンサ（第６図）Ｂ−φ帯 ＆、ＩＬｉ士（ル情す く

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性の素地の上に析出された金属薄層の厚さを測
   定する方法であって、該厚さが、交番電圧によって励磁
   された磁気回路を、金属表面に近づけた時に現われるう
   ず電流による、ジュール効果に対応する損失を測定する
   ことから決定される方法。 ２、金属表面からの距離が、磁気回路の磁気抵抗の測定
   から決定される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、センサがＵ、Ｅ、またはＨの形、好適にはＨの形を
   していて、作用磁束φと対照磁束φ＿０とに分割される
   磁束を発生する励磁巻線を備え、信号は（φ−φ＿０）
   を感知する差動巻線の端子で集められ、励磁と直角位相
   にある信号成分はジュール効果による損失に対応し、同
   期検出の後に該成分を測定することによって金属薄層の
   厚さの情報が与えられ、一方励磁と同位相にあって、磁
   気回路の磁気抵抗に比例する信号成分は、金属表面から
   の距離についての測定情報を与えることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の方法を実施するためのセンサ
   。 ４、重厚なシールドが磁気回路の周囲に設けられ、小さ
   なエアギャップだけが残されていて、磁束に一定の方向
   を与え、またセンサを干渉から絶縁するようになってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のセンサ
   。 ５、センサに信号処理用の電子回路が結合されていて、
   その電子回路は、センサを励磁する信号を低いインピー
   ダンスで送る電源、センサ信号に作用し、またその出力
   にインピーダンス補正増幅器を包含している多重化モジ
   ュール、振幅を安定化し、位相を制御し、さらに同期検
   出に必要な方形信号を与える基準クロック、ろ過用およ
   び利得補正用ならびにアナログ−デジタル変換用のモジ
   ュール、および測定される厚さに比例したデジタル信号
   をその出力で送り出す直線化記憶装置を包含することを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載のセンサ。 ８、センサには信号処理用の電子回路が結合されていて
   、センサと金属表面との間の距離および該薄膜の厚さを
   同時に測定することができ、その回路にはジュール効果
   による損失と磁気抵抗とを測定するための、０°および
   π／２での２つの検出ルートが含まれていて、距離と厚
   さとは、校正操作の後に２つの可変アルゴリズムによっ
   て損失と磁気抵抗との測定から再計算されることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載のセンサ。 ７、センサには信号処理用の電子回路が結合されていて
   、センサから金属表面までの距離と、金属表面上の薄い
   被膜の厚さとを同時に測定することができ、その回路は
   １つの検出ルートを包含していてセンサの制御位相は０
   からπ／２ままで変化することを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載のセンサ。