• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1991013324A1
    申请号:PCT/JP1991/000270
    申请日:1991-02-28
    公开日:1991-09-05
    发明作者:Dong Zhi Jin
    申请人:The Furukawa Electric Corporation；
    IPC主号:G01F23-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 液面検出装置およびその方法 技術分野
    [0002] 本発明は容器内に充塡された液体の液位を検出する液面検 出装置に関するものであり、 より特定的には、 金属溶解炉の ボッ ト， タ ンディ ッ シュ内などに充塡された高温度の金属溶 湯の液位を検出するのに適した検出装置に関する。 背景技術
    [0003] 非鉄金属の精練、 溶解铸造などの分野では金属溶湯が取扱 われている。 特に、 溶解铸造の分野では作業の効率化を図る ために連続铸湯プロセスをコ ンビュータ制御化することが進 められている。 そのためには連続铸湯プロセス全体の情報を 正確に把握することが重要である。 この情報把握の一つとし て、 金属溶湯の液位を検出する。
    [0004] そのような液位を検出する従来のセ ンサーとしては、 第 1 図， 第 2図に示されるものが知られている。
    [0005] 第 1図のセ ンサーは、 金属溶湯内に挿入される検出器 Aと 、 信号処理回路部 B とから構成される。 検出器 Aは、 一次コ ィ ル D 1 , 二次コ イ ル D 2 と、 それら両コ イ ルの周囲を囲む ようにして配置された案内管 Cとから構成される。 一次コィ ル D 1 と二次コ イ ル D 2 は、 耐熱性の高い M I ケーブルで形 成される。 検出器 Aは金属溶湯 E内に挿入されている。 信号処理回路部 Bは、 一次コ イ ル D 1 に高周波電流を供給 し、 その高周波電流によって発生する一次コイル D 1 の逆起 電力並びに二次コィ ル D 2に生じる誘導起電力を検出し、 両 者を混合し、 出力する。
    [0006] 一次コイル D 1 により生じる誘導起電力は、 案内管 Cの周 囲にある金属溶湯 Eにも発生し、 検出器 Aの金属溶湯 E内へ の挿入深度が深いほど、 金属溶湯 E側に発生する誘導起電力 も大き く なり、 二次コ イ ル D 2 に生じる誘導起電力が小さ く なる。 したがって、 信号処理回路 Bの出力信号の大小により 、 金属溶湯 Eの液面 Gの高低レベルを検出する。
    [0007] 第 2図に示されるセ ンサ一は、 一対のコ イ ル F 1 , F 2を 金属溶湯 Eの液面 Gの上方に配置し、 一次コ イ ル F 1 に 1 0 0 k H z の高周波電流を流し、 二次コ イ ル F 2に発生する誘 導起電力を増幅し， リ ニアライ ズした結果を出力する。
    [0008] コ イ ル F l , F 2が液面 Gに近付く にしたがって、 金属溶 湯 Eに発生する誘導起電力が増加するので、 上記出力からコ ィ ル F l , F 2 の下端と液面 G との距離 Lを検出し、 液位を 検出する。
    [0009] しかし、 第 1図に示された液面センサーでは、 次のような 問題があった。
    [0010] 正確な測定を行うには、 金属溶湯 E内に検出器 Aを 2 0 0 〜 5 0 0 m m揷入しなければならない。 したがって、 金属溶 湯 Eが少な く なり、 液面 Gが下がると、 正確な測定ができな く なる。
    [0011] 金属溶湯 Eの温度は非常に高温であるため、 一次コ イ ル D 1 ， 二次コ イル D 2のう ち、 金属溶湯 E内に挿入されている 部分の温度が上昇し、 そのコ イ ルのイ ンダクタ ンスが大き く 変動する。 したがって、 煩雑なセ ンサ一の温度補償が必要と なる。
    [0012] 最高使用温度が 8 0 0て程度であるため、 例えば金属溶湯 の温度が約 1 1 5 0ての銅に対しては使用できず、 使用範囲 が限定されてしまう。
    [0013] また、 第 2図に示された液面セ ンサ一では、 次のような問 題がある。
    [0014] コ イ ル F l , F 2 は、 金属溶湯 Eと接触はしていないが、 コ イルの耐熱温度が 1 2 0 て と低いため、 コ イ ルを冷却する 必要がある。 したがって、 冷却装置を要し、 液面検出装置が 大型化し、 コス ト高となる。 この問題を解決するため、 金属 溶湯 Eの液面上に硼素などの薬剤を撒き、 金属溶湯 Eからの 輻射熱を抑え、 コ イ ル F 1 , F 2 の温度上昇を防止する手段 もあるが、 この薬剤は金属溶湯 E内に不純物として侵入し、 溶湯の品質を低下させる。 さ らに、 煩雑な薬剤を撒く 作業が 必要となる。
    [0015] コ イ ル F l , F 2 と、 金属溶湯 Eの液面 Gとの距離 が、 2 0〜 1 2 0 m mの範囲でしか測定できないため、 金属溶湯 Eの液位が大き く変化すると、 正確な測定ができな く なる。
    [0016] 2 つのコ イ ル F l > F 2 の温度ドリ フ トが大きい。
    [0017] 以上の従来の液面検出セ ンサの他に、 例えば特開平 1 一 5 8 6 0 3号に開示された金属溶湯以外の液体の液面検出装置 が知られている。 この液面検出装置は、 溶液中にフロー トを 浮かせ、 フロー トの上部に上下移動可能なロ ッ ドを接続し、 π ッ ドは軸受けにて支持し、 起立され、 そのロ ッ ドの上端を 圧力セ ンサーに接触させ、 フロー トに加わる浮力を圧力セン サ一にて測定する こ とにより液面を検出するものもある。
    [0018] しかし、 この従来の装置は、 金属溶湯の液面検出ができな いという問題を有している。 さらにこの装置は、 フロー トが 受ける浮力に加え、 フロー ト， ロ ッ ドの重量が圧力セ ンサー に加わるため、 圧力セ ンサ一のレンジを大き く しなければな らず、 分解能が低下する。 さらに、 軸受け等から口 ッ ドが受 ける摩擦力により、 浮力の一部が消失し、 浮力を圧力センサ 一で正確に検出できず、 測定誤差が大き く なるという問題を 有する。 発明の開示
    [0019] 本発明は、 検出精度が高く、 しかも構造が簡潔な液面検出 装置並びにその方法を提供することを第 1 の目的とする。
    [0020] さ らに、 本発明は、 検出対象がたとえ金属溶湯などのよう に高温度の液体であつても、 温度ドリ フ トが小さ く、 検出精 度の高い検出装置並びにその方法を提供することを第 2の目 的とする。
    [0021] 本発明によれば、 一端が液体内に挿入され他端が液体外に あり、 液体の液位に応じた浮力を Sけるプローブと、 このプ ローブの他端を固定し、 前記プローブの浮力に応じて前記固 定端と対向する自由端が支点を挟んで力を受けるアームと、 このアームの自由端に当接して設けられ、 アームの自由端に かかる押圧力を検出する力検出手段とを有する液面検出装置 が提供される。
    [0022] かかる構成としたことにより、 略水平方向に配置されたァ ームの一端に固定されたプローブを液体内に挿入させると、 プローブがその液体から浮力を受けてアームの自由端側がそ の浮力に応じた押圧力を受ける。 そのときアームの自由端側 に生じる力を力検出手段で検出する。 その検出した力に対し て、 所定の演算処理することにより、 プローブの液体内への 挿入深度が算出され、 液位が検出される。
    [0023] すなわち、 アルキメ デスの原理に従い液体中にある物体が 受ける浮力は、 物体の体積と液体の比重との積に等しいので 、 液体の比重が一定であるとすると、 溶液中のプローブの体 積の変化、 つまり、 侵入深度の変化が、 浮力の変化に比例す ることを利用して、 所定の演算処理を行い、 液位を正確に検 出する。
    [0024] 好適には、 アームをク ラ ンク状に形成し、 前記支点の高さ と、 前記液体の液位の高さとを略一致させる。
    [0025] これにより、 プローブの受ける浮力とは関係のない水平方 向の力が力検出手段側に加わることが防止でき、 液位検出の 精度が向上する。
    [0026] また好適には、 少な く とも前記プローブ， アーム， 浮力検 出器が、 昇降移動可能な架台に載置され、 水平に昇降される とともに、 その架台に昇降距離を測定するための検出手段を 設けるようにするこ とができる。
    [0027] すると、 液面の上下に応じてプローブも昇降させることが でき、 常にプローブの揷入深度を一定に保つことができる。 さらには好適には、 前記アームより熱膨張係数の大きな捕 償体を、 アームに沿って密着させ、 プローブ側端部でアーム と補償体とを固定するとともに、 補償体の反対側端を自由端 とする。
    [0028] 本発明の液面検出装置を例えば金属溶湯の液位の検出に用 いる と、 金属溶湯は 1 0 0 0 'C以上と高温であるため、 その 熱によってアームが熱膨張する。 その熱膨張の影響は、 支持 具から金属溶湯側が大き く、 支持具から力検出手段側ではほ とんどない。 したがって、 そのままでは支持具を基準にした アームの両端までの距離の比が常温の時と異なり、 浮力に基 づく液位の算出に誤差を生じる。
    [0029] しかしながら上記の構成によれば、 アームは支持具により 支持されているため、 金属溶湯の熱により加熱されたアーム は、 支持具を起点とし、 プローブの接続された一方の端部に 向けて延びる。 一方、 補償体は、 アームの一方端部で固定さ れ、 支持具側では固定されていないため、 金属溶湯の熱で加 熱された補償体は、 アームとの固定側を起点として自由端側 に向けて延びる。 すなわち、 アームと補償体の延びる方向は 逆であるため、 両者の延びが相殺され、 アームの熱膨脹収縮 が自動的に補償され、 金属溶湯の液面測定に対しての温度の 影響が大幅に抑えられる。
    [0030] また、 上記の装置を用いて液位を検出するに際し、 まず、 プローブを昇降させてプローブを溶液内に挿入させ、 このと きのプローブの移動距離と、 プローブが受けた浮力に基づい て演箕処理して得られたプローブの移動距離とを比較し、 そ の両者の差により得られる校正係数に基づいて自動的に校正 するようにしてもよい。 このようにすることにより、 演算処 理に必要なプローブの断面積や液体の比重などの各種パラメ ータが自動的に校正され、 測定精度が向上する。 図面の簡単な説明
    [0031] 第 1図， 第 2図は従来例を示す構成図であり，
    [0032] 第 3図は本発明の第 1実施例の液面検出装置の構成図であ ¾ ,
    [0033] 第 4図は第 3図に示したプローブとアームの取付構造を示 す拡大断面図であり，
    [0034] 第 5図は第 3図に示した力検出器に加わる力の説明図であ
    [0035] ¾ ,
    [0036] 第 6図は第 3図に示した力検出器の付近を示す拡大図であ ，
    [0037] 第 7図は第 1実施例の基本構成図であり，
    [0038] 第 8図は外来ノ イズの影響を示す図であり，
    [0039] 第 9図は第 2実施例の液体検出装置の要部を示す構成図で あり，
    [0040] 第 1 0図は第 2実施例の基本構成図であり，
    [0041] 第 1 1図は本発明の第 3実施例を示す基本構成図であり， 第 1 2図は第 3実施例のノ ィ ズの影響を示す図であり， 第 1 3図は第 3実施例の実験結果を示すグラフであり， 第 1 4図は本発明の第 4実施例を示す構成図であり， 第 1 5図〜第 1 7図は第 4実施例が適用される半連続铸造 設備の説明図であり，
    [0042] 第 1 8図は本発明の第 5実施例を示すプロ ック図であり， 第 1 9図は第 5実施例を示すフローチャー ト図であり， 第 2 0図は第 5実施例の実験に用いた装置を示す構成図で あり，
    [0043] 第 2 1図〜第 2 3図は第 5実施例の実験結果を示す図であ 第 2 4図， 第 2 5図は本発明の第 6実施例を示す構成図で あり，
    [0044] 第 2 6図， 第 2 7図は本発明の第 7実施例を示す構成図で ある。 発明を実施するための最良の形態 第 3図は本発明の第 1実施例を示し、 高温度の金属溶湯の 液位検出に用いられる液面検出装置を示している。
    [0045] 溶湯槽 1内には、 金属溶湯 2が充填されており、 金属溶湯 2内に丸棒状のプローブ 3 の下部 3 aが挿入されている。 ブ ローブ 3 は、 耐熱性に優れ、 熱膨張率が比較的小さいセラ ミ ックスから形成されている。 ブローブ 3の上部 3 b は、 ァー ム の一端 4 に接続されている。 具体的には、 第 3図， 第 4図に示すように、 アーム 4の先端に取り付けられた 2枚の 挟着具 5 , 5間にプローブ 3を挟み、 両挟着具 5 : 5をビス 6 にて締付けるこ とにより固定する。 プローブ 3を交換する には、 ビス 6を緩めてプローブ 3を取外すことにより行う。 このよう に、 本実施例では、 ビス 6 に対する簡単な作業でプ ローブ 3 の取付位置の調節， 交換作業等のメ ンテナンスが簡 易となる。
    [0046] アーム 4 は、 その重心位置で支持具 7 によりほぼ水平に保 持され、 アーム 4 の荷重が、 アーム 4 の他端 4 b に連繋した 力検出器 8にできるだけ加わらないようにしてある。 また、 アーム 4 は、 クラ ンク状に形成し、 支持具 7によるアーム 4 の支点を金属溶湯 2 の液位とほぼ同じ高さにし、 金属溶湯 2 の流れがプローブ 3に与えるモーメ ン トをできるだけ小さ く なるようにしている。 さ らに、 アーム 4 は、 剛性に優れた材 料で形成し、 或いは剛性に優れた形状に形成し、 湾曲したり 、 歪んだりせず、 アーム 4 の一端部 4 a で受けた浮力が、 力 検出器 8 にできるだけ正確に伝達されるようにしてある。
    [0047] 力検出器 8 は、 ロー ドセルで構成している。 第 5図に示す ように、 ロー ドセルに加わる力 Fは、 垂直分力 F 1 と水平分 力 F 2 に分解できる。 このう ち、 プローブ 3の浮力の影響は 、 垂直分力 F 1 にのみ与えられるため、 水平分力 F 2 の口一 ドセルに加わる力を最小限に抑える必要がある。 このため、 本例では、 通常市販されているロードセルの荷重当金 1 0 の 上方の作用点に第 3図， 第 6図に示すようにべァリ ング 1 2 を配設し、 水平分力 F 2 を逆がすようにしている。 これによ り、 測定精度が向上する。
    [0048] 力検出器 8 は、 信号処理器 1 3 に接続されており、 力検出 器 8からの電気信号出力を演算処理して、 金属溶湯 1 内にお ける金属溶湯 2 の液位を求めると共に、 検出した液位を表示 できるようになつている。 その動作は以下のようになる。 第 3図に示す装置の基本構成を、 第 7図に示す。 アーム 4 の支点 7から一端 4 aに設けられたブローブ 3が受ける浮力 の中心までの距離を L1 , 他端 4 bの力検出器 8への作用点 までの距離を L2 とし、 プローブ 3の外径を D, 金属溶湯 2 の比重を P とする。 図示する状態から液面が上昇し、 プロ一 ブ 3の侵入深度が Δ Sだけ変化した場合の力検出器 8の受け る力の変化厶 Fは、 式 （ 1 ) で求められる。
    [0049] △ F = ( Ll ZL2 ) ( r 4 ) D2 p A S ·'· ( 1 ) ここで、 LI , L2 , D, ρが一定であると仮定すると、 厶 Fは厶 Sに比例する。 したがって、 信号処理回路 1 3に予 め LI , L2 , D, ρを入力しておき、 厶 Fを正確に測定す ることにより、 式 （ 2 ) からプローブ 3の侵入深度の変化、 すなわち、 金属溶湯 2の増減による液位変化 Δ Sが求められ る。 厶 S = A FZk - ( 2 ) ただし、 k = ( LI /L2 ) ( 7Γ / 4 ) Dz pである。 さ らに本例では、 力検出器 8 と、 信号処理回路 1 3 との間 に、 ローパスフィルタ一 1 5を配設している e すなわち、 金 属溶解铸造等の工場の環境はかなり厳しいので、 機械的振動 の影響を受ける。 このような機械的振動が金属溶湯検出装置 に伝達されて液位検出信号に大きなノ ィズが生じる。
    [0050] このノ イ ズとして液面検出装置に人為的にボイ ン ト Xの時 に振動を与えてロー ドセルの出力波形を調べると、 第 8図の 信号 aのようになった。 この図から明らかなように、 機械的 振動によるノ ィズは非常に大きいだけでなく、 その振動周波 数は不規則である。 これを除去するには、 検出装置の下に防 振ゴムを敷く などしてもよいが、 防振ゴムは耐熱性が悪いた め、 本例の如く金属溶湯用の検出装置には不適当である。 そこで本例では、 口一バスフ ィ ルター 1 5 で、 そのノ イ ズ を電気的に除去するようにしたのである。 その結果、 第 8図 の信号 bのように、 ノ イ ズがほとんど除去された。
    [0051] 上記アーム 4 , 支持具 7 , 力検出器 8 , 信号処理回路 1
    [0052] 3並びにローバスフ ィ ルタ一 1 5 は、 シールドケース 1 6内 に内蔵されている。
    [0053] なお、 上記実施例では、 アーム 4 の形状をク ラ ンク状とし たが、 例えば第 7図のように直線状にしても良く、 形状は任 意にすることができる。
    [0054] また、 力検出器 8をアーム 4 の他端 4 bの下方に設けたが 、 設置位置はこれに限らず、 例えば、 極方向、 上方等に設置 しても良い。
    [0055] 上記のように、 本実施例ではセラ ミ ックス製のプローブが 使用されているので、 耐高温度特性に優れ、 コ イルを使用し ていないため、 温度ドリ フ ト も小さ く、 検出精度が高く なる また、 プローブ 3 は耐高温度特性に優れているので、 プロ ーブの交換間隔が長く なる。 さ らに、 プローブの交換が容易 であるためメ ンテナ ンスも容易である。 さらに、 金属溶湯 2内にプローブ 3を深めに侵入させてお けば、 金属溶湯 2 の液位が多少減少してもプローブ 3が金属 溶湯 2 の浮力を受ける限り、 液位を検出することができる。 したがって、 従来例のように金属溶湯の液位の増減に応じて 測定可能距離を調節する必要がなく、 測定が容易になる。
    [0056] 第 9図に、 本発明の第 2実施例を示す。 本実施例では、 ァ ーム 4 の上に、 そのアーム 4 より熱膨張率の大きい材質で棒 状に成形された補償体 2 0が密着状態で取付けられている。 この補償体 2 0 は、 アーム 4に密着するように取付けられて いるので、 両者の温度分布は同じとなっている。 アーム 4の 熱膨張率を え 1 とし、 捕償体 2 0 の熱膨張率をス 2 とすると 、 ス 2 > ス 1 となっている。
    [0057] 補償体 2 0 は、 アーム 4のプローブ 3側の端部 2 0 aでァ —ム 4 に固定されており、 他方の端部 2 0 bは、 自由状態と なっている。 補償体 2 0の他方の端部 2 0 bには、 重り 2 1 が取付けられている。 その重り 2 1 の重量は、 アーム 4 の長 さ、 補償体 2 0の長さ、 並びにそれらの熱膨張率などとの関 係で求められ、 具体的には、 以下の方法にしたがって決定さ れる。
    [0058] ぐ重量の決定 >
    [0059] 上記した侵入深度の変化 Δ S と、 力検出器 8に加わる力の 変化 Δ Fとの関係を示した式 （ 1 ) の内、 約 1 2 0 0 とい う金属溶湯 2 の温度の影響により、 D , p : L 1 , L 2 が熱 膨張収縮によって変化する。 このう ち、 プローブ 3の外径 D は、 温度が上がると大き く なり、 金属溶湯 2 の比重 p は温度 が上がると小さ く なる。 したがって、 温度変化によるプロ一 ブ 3の外径 Dの変動と金属溶湯の比重 pの変動は、 互いに打 ち消し合い、 厶 Fへ与える影響は無視できるほど小さ く なる また、 アーム 4の支点 0からアームの他端 4 bの力検出器 8への作用点までの長さ L2 の部分は、 金属镕湯 2からかな り離れているので、 温度変化が小さ く、 その変動による厶 F への影響は無視できる。
    [0060] 温度の影響の最も大きいのは、 アーム 4の一方の端部 4 a に設けられたプローブ 3が受ける浮力の中心から支点 0まで の長さ L1 の変動である。 この変動による影響を第 1 0図に 簡略して示した系に基づいて考える。 ここでアーム 4の温度 変化は、 その長手方向どの箇所においても同じであると仮定 すると、 室温の場合は支点 0に対して系の重力によるモーメ ン ト Mは、 式 （ 3 ) によって求められる。
    [0061] M= ( 1 /2 ) L0 W2 + L0 W1
    [0062] = L0 ( Wl + W2 / 2 ) …… （ 3 ) ただし、 L0 は室温でのアーム 4の支点 0から一方端部
    [0063] 4 aまでの長さである。
    [0064] LI = L0 ( 1 +ΔΤ ΐ ) であるため （ スは熱膨張率） 、 温度が ΔΤだけ上昇した後のモーメ ン ト Μ 1 は、 式 （ 4 ) に よつて求められる。
    [0065] Μ 1 = L0 ( 1 十厶 T l ) ( Wl + W2 / 2 )
    [0066] ··· ( 4 ) 生じたモーメ ン トの差厶 Mは、 式 （ 3 ) と式 （ 4 ) との差 から式 （ 5 ) により求められる。
    [0067] △ M = L 0 厶 T え （W1 + W2 / 2 ) - ( 5 ) 一方、 金属溶湯 2 の液位が Δ Sだけ変動した場合、 支点 0 に対するモーメ ン トの変動厶 Mは、 式 （ 6 ) で求められる。
    [0068] △ M - A S f Tr Z A D Z p L O ." ( 6 ) 式 （ 6 ) を式 （ 5 ) に代入し、 熱膨張によるモーメ ン ト変 動厶 Mを液位.変動厶 ε に換算すると、 式 （ 7 ) が得られる。
    [0069] L 0 A T A ( Wl +W2 / 2 ) =
    [0070] e ( π / 4 ) D 2 p L 0 ε = Δ T A ( 2 Wl + W2 ) / ( π D 2 p ) - ( T ) 上記式 （ 7 ) より、 以下のことがわかる。
    [0071] 材料の熱膨脹率スはかなり小さいが、 プローブ 3 とアーム 4 の重量 （ 2 W1 + W2 ) は浮力と比べて非常に大きい。 し かも温度変動 Δ Τも非常に大きいので、 熱膨張による検出誤 差となる液位変動 ε はかなり大き く、 無視できない。
    [0072] 前記液位変動 ε は、 プローブ 3 の外径 Dが大きいほど小さ く なるが、 外径 Dが大き く なると、 重量 W1 も重く なるので その兼合を考慮しなければならない。
    [0073] 前記液位変動 eを小さ くするためには、 重量 Wl , W2 を なるべく軽く すべきである。 ここで、 垂直方向の力のモーメ ン トだけを考え、 プローブ 3 とそれを支持している挟着具 5 の重心位置を a , その重心 位置の重量を W1 として、 次のような幾つかの仮定をする。 アーム 4 と補償体 2 0 とは、 充分細く、 かつ充分長いので 、 縦方向の温度分布はすべて均一である。
    [0074] アーム 4 と補償体 2 0の熱伝導率は非常に良いので、 環境 の温度変化に対応してそれらの温度が変化するが、 横方向の 温度分布は全長に亙って均一である。
    [0075] プローブ 3 , アーム 4などの各部材の材料の熱伝導率は温 度の変化範囲内では変化しないものとする。 第 9図， 第 1 0図において、 bは補償体 2 0の重心位置、 W2 はその重心位置における補償体 2 0の重量、 c はアーム 4 の重心位置、 W3 はその重心位置におけるアーム 4 の重量 、 d は重り 2 1 の重心位置、 W4 はその重心位置における重 量を示す。
    [0076] ここである一定の温度 TO での系の重心を J とすると、 第 7図の S I , S 2 , S3 , S 4 は、 それぞれ、 a , b , c , dの位置から系の重心 Jまでの水平方向の距離を示す。 これ らの関係で式 （ 8 ) が成り立つ。
    [0077] Wl S 1 十 W2 S 2 十 W3 S 3 = W4 S 4 … （ 8 ) ここで周囲の温度の変化によって系の温度が TO から T1 まで上舁する場合を考える。 このときのアーム 4 と補償体 2 0 との長さの変化をそれぞれ厶 L 1 , 厶 L3 とする。 系の重 心 Jの位置が変化しないようになるためには、 式 （ 9 ) が成 り立たなければならない。
    [0078] Wl ( S 1 十 厶 L l ) +W2 ( S2 + A L l / 2 — Δ L3 / 2 ) + W3 ( S3 + Δ L 1 / 2 )
    [0079] = W4 ( S 4 + A L3 — 厶 L )
    [0080] … ( 9 ) こ こで、 厶 L I と A L3 の関係は、
    [0081]
    [0082] であるため、 この式 （ 1 0 ) 並びに式 （ 8 ) を式 （ 9 ) に 代入すると、 式 （11) が得られる。
    [0083] W4 = [ λ 1 / ( λ 2 - λ 1 ) ] X [Wl -W2 ( ス 2
    [0084] — ス 1 ) 2 ス 1 十 W3 / 2 ]
    [0085] … （11) したがって、 重り 2 1 の重量 W4 は、 上記式 （ 1 1 ) を満 足する値にすることにより、 系の重心位置 Jが周囲の温度に 影響されないことになる。
    [0086] 具体的には、 例えばアーム 4 の材質としては、 S U S 4 3 0、 熱膨張係数ス 1 = 1 3. 1 X 1 0 -6を用い、 補償体 2 0 の材質として S U S 3 0 4、 熱膨張係数ス 2 = 2 0. 1 X 1 0 を用い、 重り 2 1 として炭素鐧を用いることができる。 また、 上記式 （ 1 1 ) から次の式が導き出される。
    [0087] W4 十 W2 ノ 2 = ス 1 ノス 2 — ス 1 ( Wl + W3 / 2 ) こ こで、 W 4 = 0 とすると、
    [0088] W 2 / 2 = λ ϊ / λ 2 - λ ΐ ( W l + W 3 / 2 )
    [0089] … （12 ) すなわち、 重り 2 1 がない場合には、 補償体 2 0 の長さや 、 重量分布などを変えるなどして各数値が式 （12 ) を満たす ようにすることにより、 温度補償を行える。
    [0090] なお、 実際には、 系の温度分布は均一ではないので、 温度 の不均一によって系の重心 Jの位置が若干変動するが、 金属 溶湯 2の液位測定に対しての影響は大幅に抑えられる。 ， また、 本発明では、 上記実施例のように補償体 2 0 の他方 の端部 2 0 bに重り 2 1 を設けるのではなく、 その他方の端 部 2 0 bを補償体 2 0 の一方の端部 2 0 a より太く して重り 2 1 の代用とし、 その他方の端部 2 0 bが前記式 （11 ) を満 足するよう にしても良い。
    [0091] 本発明の第 3実施例は、 信号処理器 1 3 での具体的な演算 処理に関し、 力検出器 8 の出力信号を信号処理装置 1 3 にて 演算処理する際に、 一定周期で細かく サンプリ ングして共振 周波数の数周期分のデータを平均化し、 共振ノ イ ズを抑える よう にしている。
    [0092] このよう にしたのは以下の理由よる。
    [0093] 液面検出装置の各構成部材は、 それぞれの長さ、 重量、 材 質等に応じて固有の振動周波数を有する。 この固有の振動周 波数は、 液面検出装置が設置されている環境からの外来振動 により振動し共振する。 この共振ついて考察する。 説明を簡 単にするため第 1 1図に示した測定系の運動方程式について 考える。
    [0094] 第 1 1図の測定系に置いて、 力検出器 8 として用いている ロー ドセルの変位は非常に小さいので、 回転角 0の非常に小 さい範囲の微小振動だけを考えてよい。 そこで s i n S = 6 とおく と、 運動方程式は次式のようになる。
    [0095] Δ h L p A = I ( d 2 θ / d t z ) 十い θ Κ
    [0096] … （13) ただし、
    [0097] I ： 系の慣性モ一メ ン ト
    [0098] K ： π - ドセルの弾性係数
    [0099] Δ h ： レベルの変化量
    [0100] A ： プローブの断面積 前記式 （ 1 3 ) から次式が導き出される。
    [0101] Δ = ( I / p L A ) . ( d 2 6 / d t 2 )
    [0102] + L Θ K / p A
    [0103] これをラプラス変換して整理すると、
    [0104] H = ( I / o L A ) © s 2 ÷ ( L K/ p A ) Θ
    [0105] Θ / H = p L A/ ( L 2 K/ I ) (14) センサ一の感度は p、 A及び Lに比例し、 また系の共振角 周波数 ωは次式のようになる。
    [0106] ω = ( L 2 Κ/ I ) 1 /2 … （15) 次に、 力検出器 8に与えられる力 Fについて考える。
    [0107] θ = Θ m s i n <y t
    [0108] d 2 θ / ά t z = - Θ m ω ζ s i n ά> t
    [0109] I ( d 2 5 / d t z ) = - I Θ a ω ζ s i n ω t
    [0110] = - Θ m L z K s i n <y t また、 F = L 2 βより、
    [0111] F = A h L p A + 5m L 2 K s i n ω t - (16) 式 （ 1 6 ) より力検出器 8に与えられる力 Fは、 プローブ 3 の浮力と共振による力との合成力になる。 その共振による 力は最も大きな誤差原因である。 この共振を機械的な方法で 抑えると、 セ ンサーの感度に悪影響を与えるため、 できるだ け避けるべきである。 また電気的なローバスフィルター 1 5 でその共振ノ イ ズを除去することもできるが、 通常、 系の共 振周波数は非常に低く （約 1 0 H Z ) 、 しかもその振幅はレ ベル信号より大きいので、 共振ノ イズを完全にカ ツ 卜するた めにカ ツ トオフ周波数の非常に低いローバスフ ィ ルタ一を使 わなければならない。 そうすると、 レベル信号も同時にカ ツ トされるおそがある。 すなわち、 レベル系のレスポンスと S /N比を共に考慮する必要がある。 そこで、 上記のように力 検出器 8 の出力信号をサンプリ ングなどして共振ノ イ ズを抑 えるようにした。
    [0112] <実験結果 >
    [0113] 実際に実験室内で検出装置に共振による誤差の大きさを測 定した。 つまり、 力検出器 8の出力波形をス ト レージオシ口 スコープで測定し、 その波形を第 1 2図に示す。 銅の溶湯の レベル 1 mmの変化による出力の変化は約 3 6 mVに相当す るもので、 第 1 2図に示した波形の最大誤差は約 1 3 mmに 相当する。 現場の環境はとても厳しいので、 誤差はもつと大 きいと考えられる。
    [0114] 本発明では前記共振による誤差を小さ くするため、 次の二 つのことを考慮して、 力検出器 8の出力をデジタル信号処理 するようにした。
    [0115] 前記式 （ 1 5 ) に示したように系の共振周波数 ωに影響す るパラメータ L、 K、 I は比較的に安定である。
    [0116] 溶湯の液面検出装 Sにおいてはレスボンスに対する要求は あまり厳し く ない。
    [0117] 具体的な実験として、 コ ンピュータを利用して力検出器 8 からの出力信号を約 0. 1 7 m s e cの一定時間で細かく サ ンプルし、 それを AZD変換してメ モ リ に書き込み、 コ ンビ ュ一タにより共振周波数の数周期分のデータを平均化し、 レ ベルに換算し、 ディ スプレーに表示した。
    [0118] このデジタル信号処理方法の効果を確認するために次の実 験を行った。
    [0119] プローブ 3を水の中に挿入し、 その挿入レベルが変化しな いようにする。 また、 コ ンピュータを利用して上述の方法で データの平均値を計算する。 この場合、 平均化するデータの 数を Nとし、 その Nを 3から 9 0ずつ増加する。 その平均値 AVを次の式で計箕する。 A V =∑ R i /N
    [0120] = I
    [0121] Nが同じ場合で、 3 m s e c ごとに一つ平均値を取り、 3 0 0個の平均値の中から最大値と最小値を探し出し、 その差 を計算して最大偏差とした。 第 1 3図にその実験結果を示す 。 同図の横軸は平均化するデータ数 Nを示し、 縦軸は最大偏 差を示す。
    [0122] 実験結果から本方法の効果は非常に大きいことが確認され た、 また次のことも解った。
    [0123] 実験に用いた検出装置の共振周期は約 7 6. 5 m s e cで ある。
    [0124] 最大偏差が最も小さいのは、 N個のデータのサンプル時間 ( N X 0. 1 7 m s e c ) がほぼ共振周期の整数倍の場合で ある。 つまり、 N = 4 5 0 , 9 0 0 , 1 3 5 0 , 1 8 0 0 , 2 2 5 0 …の場合である。
    [0125] Nの絶対値が大きいほど、 最大偏差の変動は小さ く なる。 言い換えれば、 Nをある程度大き くすれば、 測定系の共振周 波数がやや変動しても大きな誤差を生じない。 その代わりに 液面検出装置のレスポンスはやや遅く なる。
    [0126] 実験に用いた装置の Nは 1 8 0 0にした。 つまり、 一つの レベルデータを計算するには約 0. 3 s e c必要となる。 第 1 4図は本発明の第 4実施例を示している。 同図に示す ように、 本例では、 上記した各実施例におけるアーム 4 , 力 検出器 8 , 信号処理回路 1 3並びにローパスフ ィ ルター 1 5 を収納するシールドケース 1 6の底部に上下移動させる架合 2 2を連結している。 この架台 2 2を昇降させることにより 、 少な く ともプローブ 3、 支持具 5 に支持されたアーム 4、 力検出器 8が水平にに保って上下移動するようになる。 さら に、 架台 2 2 には、 その上下移動距離を計測するための変位 センサ一 2 4を設けてある。 具体的には、 架台 2 2 としては 、 Zステージを用い、 変位センサー 2 4 としては、 リ ニアス ケールを用いている。 そして、 金属溶湯 2の液面の上下移動 に合わせて、 架台 2 2を作動させ、 プローブ 3を上下に移動 できるようにしている。
    [0127] 本例のように構成したのは、 以下の理由からなる。
    [0128] 本例は、 第 1 5図に示すような、 半連続铸造設備における 湯面制御方法の液位検出に使用するのに適している。
    [0129] 図示する制御方法は、 铸型 3 0の間に配置された受台 3 1 にスパゥ ト 3 2から金属溶湯 2を注湯し、 注湯された金属溶 湯 2が固まったら受台 3 1を第 1 6図の矢印方向に降下させ て、 その金属溶湯 2 の上にさ らにスパゥ ト 3 2から金属溶湯 2を注湯し、 これを操り返して第 1 7図にように铸造型 3 0 内に所望量だけ注湯するようにしている。
    [0130] この半連繞铸造設備における湯面制御方法では、 金属溶湯 2 の正しい液位を検出するためには、 铸造型 3 0内の金属溶 湯 2 の量にかかわらず金属溶湯 2へのプローブ 3 の揷入深度 は常に一定でなければならない。 すなわち、 この半連続铸造 設備では、 第 1 7図のように、 铸造型 3 0 の内部に冷却水を 流している。 それゆえに、 金属溶湯 2 は、 铸造型 3 0 の近辺 から徐々に固まる。 結果として、 第 1 7図に示すように、 金 属溶湯 2内部に固体と液体の境界面 3 3が存在し、 しかも、 金属溶湯 2 の液位が徐々に上昇するにつれてその境界面 3 3 も 3 4の位置まで上昇する。 この場合プローブ 3が固定され て上昇しないと、 プローブ 3が金属溶湯 2 に固められるおそ れがある。 そういう状況になったら液面検出装置は測定不能 になってしまい、 しかも、 铸塊も廃品になるおそれもある。 それゆえにプローブ 3 の挿入深度は正確に制御しなければな らない。 しかし、 铸造型 3 0内の金属溶湯 2の液位が上昇し てもプローブ 3 の位置が固定されていると、 金属溶湯 2への プローブ 3の挿入深度が変わってしまい、 正確に液位検出が できない。
    [0131] そこで、 本例では上述のごと く架台 2 2を上下させ、 液位 の変化に応じてブローブ 3 , アーム 4 などを水平位置を保つ て上下に移動させるようにし、 プローブ 3 の挿入深度を常に 一定に保持するようにしたのである。
    [0132] さ らに、 本例では、 架台 1 4にその上下移動距離を計測で きる変位セ ンサー 2 4を設けたため、 架台 2 2の上下移動距 離、 ひいては、 プローブ 3 の昇降距離を正確に制御すること ができる。
    [0133] 次に、 上記第 4実施例に示す昇降可能な架合 2 2を有する 検出装置を用い、 本装置の各種パラメ ータの校正方法につい て説明する。 金属溶湯の液面検出装置において、 検出精度を高めるには 、 プローブ 3を垂直に金属溶湯に挿入することが重要である 。 プローブ 3 は、 金属溶湯内に斜めに挿入されると、 同じプ ローブ 3では垂直に挿入されている場合と断面積が異なる。 このため、 金属溶湯の液位が同じてもプローブ 3の受ける浮 力が異なり測定誤差が生じるからである。
    [0134] しかし、 高温の金属溶湯 2 と直接接触するプローブ 3の寿 命は限られているので、 使用後一定の期間が経過したら交換 しなければならない。 プローブ 3を交換するとそのためにプ ローブ 3の取付状態が変り、 プローブ 3が同じ状態で金属溶 湯 2内に垂 eに揷入されるようにすることは難しい。
    [0135] また、 金属溶湯 2の液面検出装置の設置環境は高温である ため、 他の作業に邪魔にならないように取り外したり、 取付 けたりすることが要求される。 このため、 同検出装置自体を 水平に保持するのが困難である。
    [0136] このため、 精度の高い液面検出を行うためには、 プローブ 3を交換するたびに、 液面検出に直接関係のある各種パラメ —タを校正しなければならない。 この場合の重要なパラメ一 タとしては次のようなものがある。
    [0137] プ口一ブの外径
    [0138] セラ ミ ックでは、 寸法精度を高くするのが困難であるため 、 プローブ 3 の外径 Dのばらつきが大きい。 また、 プローブ 3 の外径は、 プローブ 3 の表面に金属溶湯 2中に淳いている 酸化物が不均一に付着することによってもばらつく。
    [0139] プローブの中心鼬と鉛直方向との角度 β この角度^は、 ^9 = 0度であることが理想である力、 実際 には ± 5度以上の誤差がある。 ^の影響を考慮にいれると、 式 （ 1 ) は、 次のようになる。
    [0140] A F = ( 1 / c 0 s ) X ( L 1 / L 2 )
    [0141] X ( π / 4 ) D 2 X p X A S 〜 （17 ) 金属溶湯 2の液面検出装置の水平度
    [0142] この水平度によって系の重量によるモーメ ン トが変化し、 力検出器 8の荷重角度も変化する。
    [0143] 金属溶湯の比重 0
    [0144] 高温の金属溶湯の比重に関する標準データは不十分であり 、 正確な値は不明である。 また、 金属溶湯には各種目的で不 純物が混入されることがあるため、 高温溶融金属の比重があ る程度わかっていても、 その不純物の種類、 その混入量など によって正確な比重を把握することができない。
    [0145] ロー ドセルの ¾置位置
    [0146] 設置位置の変動につてロー ドセルの反発力のモーメ ン トが 変化する。
    [0147] これら各種のパラメータは一つの共通点がある。 つまり、 金属溶湯の液位の測定に対して線形的な影響を与えるこ とで ある。 本例では、 この共通点に着目している。
    [0148] 上下移動できる架台 2 2を作動させて、 プローブ 3を金属 溶湯 2内に挿入させると共に、 変位センサー 2 4 により架台 2 2 の昇降距離を計測してプローブ 3 の挿入深度を読み取る 。 この読み取られた挿入深度と、 プローブ 3が受けた金属溶 湯 2 の浮力に基づいて前記信号処理器 1 3 より出力される揷 入深度とを比較し、 その両者の差の校正係数に基づいてコ ン ピュータにより自動的に校正する。
    [0149] 具体的には、 第 1 8図のブロ ック図， 第 1 9図のフローチ ャ一 トに示すようになる。
    [0150] ステップ 0 1〜ステップ 0 3
    [0151] プローブ 3を金属溶湯に挿入するように金属溶湯の液面検 出装置をセッ トする。
    [0152] このセ ッ 卜の方法としては、 目視をして実際にプローブ 3 が溶湯内に入るのを確認したり、 ブローブ 3が浮力を受ける のを検出するなどにより行われる。
    [0153] ステ ップ 0 4
    [0154] パソコ ンはまず A/D変換ボー ドの出力を読み込んで浮力 に基づいて演算処理されたレベルを初期値 SO として記録す る。 これと同時にエンコーダのカウ ンター結果を読み込んで 、 リ ニアスケールにて実測されたレベルを初期値 AO として 記憶する。
    [0155] ステップ 0 5
    [0156] 金属溶湯の液位の変動の最も小さいタイ ミ ングでバソコ ン がステージコ ン ト ロ一ラを通して Zステージをある位置に下 げる。
    [0157] ステップ 0 6〜ステップ 0 7
    [0158] パソコ ンは前記 Bと同じように A Z D変換ボー ドの出力 S 1 とエンコーダーの出力 A1 をそれぞれ読み込んで、 次の式 から校正係数 Kを計算する。
    [0159] K= ( Al - AO ) / ( SI - SO ) … （18) これにより ' 正が終了する。
    [0160] 以後、 通常の金属溶湯の液位を検出する作業になる。 パソ コ ンは、 前記 B と同じように AZD変換ボー ドの出力 S x を それぞれ読み込んで次式のように相対レベルを計算する。
    [0161] S = K ( S X - R0 ) 十 AO … （19) 本発明の効果を確認するため、 電気炉を利用して現場テス トを行った。 この実験装置の構成は、 第 2 0図の通りであり 、 これは第 1 4図の装置とほぼ同じであるが、 この実験装置 では架台 4 0 して、 ジャ ッキを使用して、 人力により架台 4 0 の上の金属溶湯の液面検出装置を上下移動させ、 その垂 直方向の昇降量をリ ニアスケールで測定した。 このジャ ッキ 4 0を高さ調整用ハン ドル 4 2 の回転操作により昇降移動さ せてプローブ 3を昇降移動させた。 このときのプローブ 3 の 昇降量は、 実際の金属溶湯の液位の変動に相当するが、 電気 炉の炉蓋 4 3 に形成されているプローブ差込孔 4 4 の内径が 1 1 0 m mしかないので、 プローブ 3 の挿入深度の変化によ つて炉蓋 4 3 の溶湯の液面が一定の比率で変化するブローブ 3 の体積効果を考慮しなければならない。 この体積効果の修 正をパソコ ンで行う。
    [0162] また、 このテス トでは、 ローパスフ ィ ルター 1 5 の時定数 -をそれぞれ 0 , 3 5 s e c , I s e c , 3 s e c に設定し た。
    [0163] この状態において、 前記の校正手順でデータをとつた。 リ ニァスケールの出力 （計測値） は標準データとし、 ロー ドセ ルの出力に基づいて検出装置の実測値とした。
    [0164] このテス ト結果をローパスフ ィ ルターの時定数別に第 2 1 図〜第 2 3図に示す。 各図とも、 横軸がリニァスケールの計 測値、 縦軸が浮力に基づいて算出された深度を示す。
    [0165] このテス トで次のことが確認された。
    [0166] 金属溶湯の液面検出装置を架台 4 0 に取付けるときにその 水平度をまつたく校正しなかったが、 本発明のパラメータの 校正方法によって校正するだけで大きな検出誤差は生じない 。 ローパスフ ィ ルターを使用する ことの有用性が確認された 。 測定誤差は最大で 1 . 8 m mであった。 木製のハンマーで 人為的な振動を与えた場合に生じた最大誤差は約 1 . 5 m m である。 電気炉周囲の振動は大き く ないので、 ローパスフィ ルターの時定数てを 0 ， 3 s e c に設定しても大きな誤差は 生じない。
    [0167] 第 2 4図は本発明の第 5実施例を示している。 同図に示す ように、 本例では、 金属溶湯 2内に挿入されるプローブ 3の 下部 3 aの周囲を覆うようにして、 円筒状のシールド管 4 5 を配設している。 このシールド管 4 5 はセラ ミ ツク等の耐高 温材料により製作されており、 シールド管 4 5 の内径はプロ ーブ 3の外径より も大きい。 またシールド管 4 5 は、 上下が 開口されており、 シール ド管 4 5内に、 金属溶湯 2が流入可 能としている。 シール ド管 4 5 は、 連結部材 4 6 にてシール ドケース 1 6 に取付けられており、 架台 2 2の作動によりプ ローブ 3を上下移動させると、 それにともなってシール ド管 4 δ も上下移動するようになつている。 このように、 シール ド管 4 5を配設したのは、 以下の理由 による。
    [0168] 第 2 7図に示すように、 金属溶湯 2 は、 溶湯槽 1内で流動 しており、 その流動中の溶湯の液位を測定する場合、 プロ一 ブ 3 の下方部 3 a は、 流れの障害物になり、 流体から F 6 の ような力を受ける。 また、 流れの状態によってプローブ 3 の 近辺に渦流が発生する可能性もある。 また金属溶湯 2中に浮 いている酸化物がプローブ 3 にぶつかると、 大きな力がプロ ーブ 3に加わる。 説明を簡単にするために、 このような水平 方向のすべての力を F6 とする。 この F6 が存在する場合、 式 （ 1 ) は次のようになる。
    [0169] A F = ( L1 Z L2 ) ( ιノ 4 ) D 2 p厶 S
    [0170] + Δ F 6 ( L4 /L2 ) … （20) この式 （20) 中の A F 6 ( L4 ノ L2 ) は、 ノ イズだと言 う ことが明らかである。 しかも厶 F6 は非常に不安定であり 、 それを信号処理方法で正確に補償するのは困難である。 場 合によつて液位が測定不可能となることも充分考えられる。
    [0171] そこで本例では、 上述のごと く シール ド管 4 5を設け、 プ ローブ 3に水平方向の力 F 6 が加わらないようにしている。 第 2 6図， 第 2 7図は本発明の第 7実施例を示している。 本実施例では、 アーム 4の支持に、 磁気軸受装置 5 0を用い ている。 この磁気軸受装置 5 0 は、 支持軸 5 1 を磁性体で形 成し、 その支持軸 5 1 の上下 2箇所の外周に電磁石 5 2を配 置すると共に、 変位センサ一 5 3を配設する。 そして、 変位 セ ンサ一 5 3 にて支持軸 5 1 との距離を検出し、 支持軸 5 1 が電磁石 5 2 に接触しないように、 コ ン ト ローラーで電磁石 5 2への通電量を制御するようになっている。 これにより、 支持軸 5 1 は、 非接触状態で起立される。
    [0172] このような磁気軸受装置 5 0を液面検出装置に利用すると 、 金属溶湯 2の流れ等によりプローブ 3に加わる水平方向の 力 F 6 は、 磁気軸受装置 5 0のガイ ド機能、 すなわち、 支持 軸 5 1 を非接触状態に保たせるように各電磁石 5 2から磁力 を受ける機能により、 力検出器 8 に影響しない。 また、 非接 触式のため、 損失が少なく、 プローブ 3に加わる浮力を効率 良く力検出器 8 に伝えられる。
    [0173] 本発明の実施に際しては、 上述した実施例を適宜組合せる ことができる。 また、 本発明は上述した実施例に限定されず 、 上述した実施例に対する種々の変形形態をとることができ る。
    [0174] 以上、 液体として金属溶湯について例示したが、 本発明の 液体検出装置は、 他の高温液体はもとより、 通常の液体の液 位検出に利用できることはいうまでもない。
    [0175] さ らに本発明の他の実施例について述べる。
    [0176] 上記した各実施例はいずれも液面検出装置に関するもので あるが、 上記構成の装置を用い、 比重測定装置を提供するこ ともできる。
    [0177] 上記式 (1)を変形すると以下のようになる。
    [0178] P -厶 F / A S ' k · · · ( 21 ) ここで kは （ L1 Z L2 ) ( πノ 4 ) D2 であり、 定数で ある。
    [0179] 従って、 この原理を用い、 プローブ 3を液体内に所定量 Δ Sだけ挿入したとき力検出器 8へ加わる力 Δ Fを検出するこ とにより液体の比重 Pが算出される。 挿入深度 A Sの測定と しては、 例えば第 4実施例等に用いた変位センサ— 2 4等で 行な る。 産業上の利用可能性
    [0180] 本発明の液面検出装置は、 種々の液体の液位検出に用いる ことができ、 特に高温液体の液位測定に好適に利用できる。 また、 本発明によれば液体の比重検出測定も行なう ことが できる。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    1 . 一端が液体 （ 2 ) 内に挿入され他端が液体外にあり、 液体の液位に応じた浮力を受けるプローブ （ 3 ) と、
    該プローブの他端を固定し、 前記プローブの浮力に応じて 前記固定端と対向する自由端が支点 （ 7 ) を挟んで力を受け るアーム （ 4 ) と、
    該アームの自由端に当接して設けられ、 アームの自由端に かかる力を検出する力検出手段 （ 8 ) とを具備する液面検出
    2 . 前記力検出手段からの検出信号を入力し、 その検出信 号を用いて前記プローブの前記液体内への挿入深度を算出し て前記液体の液位を検出する信号処理手段 （ 1 3 ) をさらに 具備する請求の範囲第 1項記載の液面検出装置。
    3 . 前記信号処理手段は少なく とも、 前記検出信号に舍ま れる機械的振動成分を除去するフィルター手段を具備する請 求の範囲第 2項記載の液面検出装置。
    4 . 前記フィルタ一手段がローバスフィルターであること を特徴とする請求の範囲第 3項記載の液面検出装置。
    5 . 前記信号処理手段は、 前記力検出手段の出力信号を一 定周期でサンプリ ングして共振周波数の数周期分のデータを 平均化し、 共振ノ イ ズを除去するようにしたことを特徴とす る請求の範囲第 2項〜第 4項のいずれかに記載の液面検出装 置。
    6 . 前記プローブが、 セラ ミ ックなどの耐高温性の材料で 形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 5項 のいずれかに記載の液面検出装置。
    7 . 前記アームはク ラ ンク状に形成され、 前記支点の高さ と、 前記'液体の液位の高さとを略一致させたことを特徴とす る請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれかに記載の液面検出装 置。
    8 . 少な く とも前記プローブ， アーム， 力検出手段が、 上 下移動可能な架台 （ 2 2 ) に載置され、 水平に上下されると ともに、 その架台に上下距離を測定するための検出手段 （ 2 4 ) を設けてなることを特徴とする請求の範囲第 1 項〜第 7 項のいずれかに記載の液面検出装置。
    9 . 前記プローブの上部を 2枚の挟着具 （ 5 ) で挟み、 両 挟着具をビス （ 6 ) により締付けることによりプローブをァ ームに着脱自在に固定するようにしたことを特徴とする請求 の範囲第 1項〜第 8項のいずれかに記載の液面検出装置。
    1 0 . 前記力検出手段としてロードセルを用い、 ロー ドセ ルの作用点にベア リ ング （ 1 2 ) を設け、 そのベア リ ングを アームの自由端に接触させるようにしたことを特徴とする請 求の範囲第 1項〜第 9項のいずれかに記載の液面検出装置。
    1 1， 前記アームより熱膨張係数の大きな補償体 （ 2 0 ) を、 アームに沿って密着させ、 プローブ側端部でアームと補 償体とを固定するとともに、 捕償体の反対側端を自由端とす るようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 1 0項 のいずれかに記載の液面検出装置。
    1 2 . 前記捕償体の自由端側に、 重り （ 2 1 ) を装着した こ とを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の液面検出装置-
    1 3 . 前記プローブの下部外周に、 シールド管 （ 4 5 ) を 配設したことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 1 2項のい ずれかに記載の液面検出装置。
    1 4 . 前記アームの支持を、 アームに垂設された支持軸 （ 5 1 ) と、 その支持軸の外周位所定位置に配置された電磁石 からなる磁気軸受装置 （ 5 0 ) で行うようにしたことを特徴 とする請求の範囲第 1項〜第 1 3項のいずれかに記載の液面 検出装置。
    1 5 . 略水平方向に配置されたアームの一端に固定された プローブを液体内に挿入し、 その液体からプローブが受ける 浮力に応じた力を前記アームの他端倒で検出し、 その検出し た力から、 前記プローブの液体内への挿入深度を算出する液 面検出方法。
    1 6 . プローブを上下させてプローブを溶液内に挿入させ 、 このときのプローブの移動距離と、 プローブが受けた浮力 に基づいて演算処理して得られたプローブの移動距離とを比 較し、 その両者の差により得られる校正係数に基づいて液面 検出用パラメータを自動的に校正する請求の範囲第 1 5項記 載の液面検出方法。
    1 7， 液体に所定の深さだけ挿入される、 プローブと、 該 プローブの浮力に対応した力を検出する力検出手段と、 該カ 検出手段が検出した力と前記プローブの挿入量に基づいて前 記液体の比重を算出する手段とを有する比重測定装置。
    1 8 . プローブを液体内に所定深さだけ挿入し、 そのとき のプローブがその液体より受ける浮力に対応した力を検出し 、 その検出した力をプローブの挿入深度からその液体の比重 を算出する比重測定方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    Kolesnikov et al.2011|Lorentz force flowmeter for liquid aluminum: laboratory experiments and plant tests
    US4989992A|1991-02-05|Device for measuring the temperature of the material contained in a closed apparatus
    EP0198910B1|1989-10-11|Verfahren und vorrichtung zum detektieren von schlacke
    USRE35703E|1997-12-30|Combination coating thickness gauge using a magnetic flux density sensor and an eddy current search coil
    US4602505A|1986-07-29|Apparatus for measuring viscosity
    DE10047793B4|2005-09-01|Rotationsrheometer
    US4333803A|1982-06-08|Method and apparatus for controlling the heat balance in aluminum reduction cells
    US6139180A|2000-10-31|Method and system for testing the accuracy of a thermocouple probe used to measure the temperature of molten steel
    US4602501A|1986-07-29|Rheometer
    US9829385B2|2017-11-28|Container for molten metal, use of the container and method for determining an interface
    EP0233408B1|1991-04-03|Viscosity measuring apparatus
    US5826983A|1998-10-27|Thermomechanical analyzer equipped with a thermogravimetry function
    KR20060034275A|2006-04-21|광섬유에 의한 용융물 온도의 조정 및 측정
    US2053938A|1936-09-08|Glass level indicator
    CA1120235A|1982-03-23|Method and apparatus for regulating the bath levelin a continuous casting mould by means ofalternating electro-magnetic fields
    RU2383874C2|2010-03-10|Устройство для непрерывного измерения температуры расплавленной стали в промежуточном разливочном приспособлении, использующее оптическое волокно и пирометр инфракрасного излучения
    JP2002202244A|2002-07-19|微細摩擦摩滅実験装置
    RU2323423C2|2008-04-27|Зонд для ванны с расплавом криолита
    DE2722214C2|1990-08-09|
    US8661891B2|2014-03-04|Apparatus and method for measuring the liquid level of molten metal
    US5146784A|1992-09-15|Sensor for measuring liquid-level changes in storage tanks
    US5781008A|1998-07-14|Instantaneous slag thickness measuring device
    US6065867A|2000-05-23|Method and device for measuring the temperature and the level of the molten electrolysis bath in cells for aluminum production
    JP5878166B2|2016-03-08|冶金容器内での測定
    DE2624357C2|1988-08-11|
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0470269A1|1992-02-12|
    EP0470269A4|1993-11-03|
    CA2053925A1|1991-08-29|
    EP0689039A2|1995-12-27|
    EP0689039A3|1997-11-26|
    US5315873A|1994-05-31|
    KR920701793A|1992-08-12|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-09-05| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1991-09-05| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA KR US |
    1991-10-10| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991905330 Country of ref document: EP |
    1991-10-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 2053925 Country of ref document: CA |
    1992-02-12| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991905330 Country of ref document: EP |
    1998-01-17| WWR| Wipo information: refused in national office|Ref document number: 1991905330 Country of ref document: EP |
    1998-04-09| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1991905330 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2/48344||1990-02-28||
    JP4834490A|JPH03251723A|1990-02-28|1990-02-28|Liquid level detector for molten metal|
    JP5577890A|JP2795516B2|1990-03-07|1990-03-07|金属溶湯の液面位置検知装置|
    JP2/55778||1990-03-07||
    JP7721690A|JPH03276025A|1990-03-27|1990-03-27|Liquid level position detector for molten metal|
    JP2/77218||1990-03-27||
    JP2/77216||1990-03-27||
    JP2/77217||1990-03-27||
    JP7721890A|JPH03276027A|1990-03-27|1990-03-27|Liquid level position detector for molten metal|
    JP7721790A|JPH03276026A|1990-03-27|1990-03-27|Liquid level position detector for molten metal|
    JP8346290A|JPH03282330A|1990-03-30|1990-03-30|Liquid level position detecting device for molten metal|
    JP2/83462||1990-03-30||US07/772,352| US5315873A|1990-02-28|1990-02-28|Liquid level detection apparatus and method thereof|
    KR1019910701468A| KR920701793A|1990-02-28|1991-10-28|액면검출장치 및 그 방법|
    [返回顶部]