JPH03257330A - Apparatus for detecting position of liquid surface of molten metal - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To detect a liquid surface level of molten metal with high accuracy irrespective of either the amount of molten metal or the thermal expansion and contraction thereof by detecting the liquid surface of the molten metal as the buoyancy thereof, fixing one end of an arm compensation body, and making the other end thereof free. CONSTITUTION:A compensation body 20 formed into a rod shape from material quality having the coefficient of thermal expansion larger than that of an arm 14 is mounted on the arm 14 in a closely bonded state and only the end part 20a on the side of a probe 3 is fixed to the arm and the end part 20b thereof on the side opposite to the probe 3 is not fixed. A wt. 21 is provided to the end part 20b and the wt. thereof is calculated on the basis of the relation between the length of the arm 4, that of the compensation body 20 and the coefficients of thermal expansion of both of them but formula [wherein W4 is the wt. of the wt. 21 at a center-of-gravity position (d), W2 is the wt. of the compensation body 20 at a center-of-gravity position (a), W3 is the wt. of the compensation body 20 at a center-of- gravity position (c) lambda1 is the coefficient of thermal expansion of the arm 4 and lambda2 is the coefficient of thermal expansion of the compensation body ] is satisfied. The buoyancy of the probe 3 is detected by a buoyancy detector 6 and operated by a signal processor 7 to obtain a liquid surface level.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属溶湯の液面位を検知する液面位置検知装置
に関するものであり、金属溶解炉のポット、タンデイツ
シュ等における金属溶湯の液面位を検知、監視等に利用
できるものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a liquid level detection device for detecting the liquid level of molten metal, and is used to detect the liquid level of molten metal in pots, tundishes, etc. of metal melting furnaces. It can be used for detecting, monitoring, etc.

（従来の技術） 非鉄金属の製錬、溶解鋳造等の分野では金属溶湯が取り
扱われている。特に、溶解鋳造の分野では作業の効率化
を図るために連続鋳造プロセスをコンピュータ制御化す
ることが進められている。(Prior Art) Molten metals are handled in fields such as smelting and melting and casting of nonferrous metals. In particular, in the field of melting and casting, computer control of the continuous casting process is being promoted in order to improve work efficiency.

そのためには連続鋳造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
溶湯の液面位を検知することがある。従来の金属溶湯用
のセンサとしては第９図、第１０図のようなものがある
。To this end, it is important to accurately grasp information about the entire continuous casting process. One way to grasp this information is to detect the liquid level of molten metal. Conventional sensors for molten metal include those shown in FIGS. 9 and 10.

第９図のセンサは検出器Ａと回路部Ｂとから構成され、
検出器Ａには案内管Ｃ内に耐熱性の高いＭｌケーブルを
巻いた一次コイルＤ、と二次コイルＤ２とが収容され、
−次コイルＤ１に電流を流すと二次コイルＤ２に誘導電
圧が発生し、検出器Ａのまわりに溶融金属Ｅがあると同
金属溶湯Ｅにも誘導電流が流れ、溶湯Ｅの上面Ｇの高低
変動に応じて二次コイルＤ２の出力が変化するようにし
たものである。The sensor in FIG. 9 is composed of a detector A and a circuit section B,
The detector A houses a primary coil D and a secondary coil D2 in which a highly heat-resistant Ml cable is wound in a guide tube C.
- When a current flows through the secondary coil D1, an induced voltage is generated in the secondary coil D2, and when there is molten metal E around the detector A, an induced current also flows through the molten metal E, and the height of the upper surface G of the molten metal E. The output of the secondary coil D2 is changed according to the fluctuation.

第１０図のセンサは一対のコイルＦ１、Ｆ２を金属溶湯
Ｅの上面Ｇの上方に配置し、−次コイルＦ１に１００　
Ｋ　Ｈｚの高周波電流を流すと金属溶湯Ｅの上面Ｇの位
置（液面位の増減）に応じて一次コイルＦ２に誘起され
る電圧が変化し、この変化量から金属溶湯Ｅの上面Ｇの
位置を検出するようにしたものである。The sensor in FIG. 10 has a pair of coils F1 and F2 arranged above the upper surface G of the molten metal E, and
When a KHz high-frequency current is passed, the voltage induced in the primary coil F2 changes depending on the position of the upper surface G of the molten metal E (increase or decrease in the liquid level), and the position of the upper surface G of the molten metal E is determined based on the amount of change. It is designed to detect.

（発明が解決しようとする課題） 前記した従来技術のうち第９図の金属溶湯用のセンサは
次のような問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) Among the prior art techniques described above, the sensor for molten metal shown in FIG. 9 has the following problems.

■、金金属溶湯円内プローブＨを２００〜５００ｍｍも
深く挿入させないと金属溶湯Ｅの上面Ｇの位置を測定す
ることができないため、金属溶湯Ｅが少なくなって同溶
湯Ｅの上面Ｇの位置が下ると正確な測定ができなかった
。■The position of the top surface G of the molten metal E cannot be measured unless the gold metal molten metal circular probe H is inserted 200 to 500 mm deep. When I went down, I couldn't get accurate measurements.

■、コイルＤ１．Ｄ２が案内管Ｃ内に収容されているが
、コイルＤ、、Ｄ２のうち金属溶湯Ｅ内に挿入されてい
る部分は昇温することになり、かかるコイルのインダク
タンスが温度により大きく変動するので、センサ自体の
温度による零点の変動が大きい。■, Coil D1. D2 is housed in the guide tube C, but the portion of the coils D and D2 that are inserted into the molten metal E will rise in temperature, and the inductance of this coil will vary greatly depending on the temperature. There is a large fluctuation in the zero point due to the temperature of the sensor itself.

■、最高使用温度が８００℃であるため、耐高温度特性
が悪い。(2) The maximum operating temperature is 800°C, so the high temperature resistance is poor.

第１０図のセンサは次のような問題があった。The sensor shown in FIG. 10 had the following problems.

■、コイルＦ、、Ｆ２が金属溶湯Ｅの」二面Ｇから離れ
ている非接触型ではあるが、耐熱温度が１２０℃と低い
ため常時或は必要に応じてコイルＦ３、Ｆ２を冷却しな
ければならず、そのための冷却装置が必要になり、液面
検知装置全体が大掛かりになり、コスト高にもなる。■ Although it is a non-contact type in which the coils F and F2 are separated from the two sides G of the molten metal E, the heat resistance temperature is as low as 120°C, so the coils F3 and F2 must be cooled constantly or as needed. In addition, a cooling device is required for this purpose, making the entire liquid level detection device large-scale and expensive.

また、場合によっては金属溶湯Ｅの上面に薬剤を撒いて
金属溶湯Ｅからの輻射熱を抑えて、コイルＦ、、Ｆ２の
温度上昇を防止していたが、このように薬剤を撒くと、
これが金属溶湯Ｅ内に不純物として混入して溶湯の品質
に悪影響が及ぶ外、薬剤を撒く作業が面倒で手間がかか
り、作業が煩雑となる。In addition, in some cases, a chemical was sprinkled on the top surface of the molten metal E to suppress the radiant heat from the molten metal E and prevent the temperature of the coils F, F2 from rising.
This mixes into the molten metal E as impurities, which adversely affects the quality of the molten metal, and the work of spreading the chemical is troublesome and time-consuming, making the work complicated.

■、コイルＦ１、Ｆ２と金属溶湯Ｅの上面Ｆとの測定可
能な離間距離りが２０−１２０ｍｍと狭いため、金属溶
湯Ｅの量が変化してその離間距離りが長くなると正確な
測定が難しくなる。■Since the measurable distance between the coils F1 and F2 and the upper surface F of the molten metal E is narrow at 20-120 mm, accurate measurement becomes difficult when the amount of the molten metal E changes and the distance increases. Become.

■、二つのコイルＦ、、Ｆ２が昇温することにより、そ
れらコイルのインダクタンスが温度により大きく変動し
、センサ自体の温度による零点の変動が大きい。(2) As the temperature of the two coils F, , F2 increases, the inductance of these coils changes greatly depending on the temperature, and the zero point of the sensor itself changes greatly depending on the temperature.

このように、従来は前記要求に応え得るセンサが実現さ
れておらず、それ故、従来の高温溶融金属プロセスの制
御は作業者の経験に頼っているのが実情である。しかし
、それでは多くの作業者が必要になり、作業者が多くな
ると作業者によって制御にばらつきが生し、しかも熟練
者が必要となるので人件費もかさみ、コスト高になると
いう問題もあった。As described above, no sensor has hitherto been realized that can meet the above requirements, and therefore, the reality is that control of conventional high-temperature molten metal processes relies on the experience of operators. However, this requires a large number of workers, and when there are many workers, there will be variations in control depending on the worker, and since skilled workers are also required, labor costs will increase, leading to higher costs.

（発明の目的） 本発明の目的は金属溶湯の液面を同溶湯の浮力として検
出することにより、耐高温度特性に優れ、温度ドリフト
が少なく、構成が簡潔で、しかも金属溶湯の熱による影
響（熱膨張収縮）が少なく、検知精度の高い金属溶湯の
液面位置検知装置を提供することにある。(Objective of the Invention) The purpose of the present invention is to detect the liquid level of molten metal as the buoyancy of the molten metal, thereby achieving excellent high temperature resistance, little temperature drift, simple structure, and being influenced by the heat of the molten metal. It is an object of the present invention to provide a liquid level position detection device for molten metal that has little (thermal expansion and contraction) and high detection accuracy.

（課題を解決するための手段） 本発明の金属溶湯の液面位置検知装置はアルキメデスの
原理、即ち、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という原理に基づいて開
発されたものである。(Means for Solving the Problems) The liquid level position detection device for molten metal of the present invention follows Archimedes' principle, that is, the principle that the buoyancy force exerted on an object in a liquid is equal to the product of the volume of the object and the specific gravity of the liquid. It was developed based on.

本件発明の金属溶湯の液面位置検知装置は、第３図、第
４図のように溶湯槽１内の金属溶湯２内に挿入されて同
金属溶湯２の液面位に応じた浮力を受けるプローブ３と
、同プローブ３を支持するアーム４と、同アーム４を回
転自在なるように支持する支点５と、同アーム４の一方
の端部４ａの下方に配置されて前記プローブ３が受けた
浮力を前記アーム４を介して検出する浮力検出器６と、
同浮力検出器６の電気出力信号を演算処理して、同出力
に対応する金属溶湯２の液面位を求める信号処理器７と
が備えられている金属溶湯の液面検知装置において、第
１図のように前記アーム４に沿って同アーム４と熱膨張
率の異なる補償体２０が配置され、同補償体２０はプロ
ーブ３側の固定端部２０ａがアーム４に固定され、その
反対側の自由端部２０ｂに重り２１が取付けられてなる
ものである。The molten metal liquid level position detection device of the present invention is inserted into the molten metal 2 in the molten metal tank 1 as shown in FIGS. 3 and 4, and receives a buoyant force according to the liquid level of the molten metal 2. A probe 3, an arm 4 that supports the probe 3, a fulcrum 5 that rotatably supports the arm 4, and a fulcrum 5 that is arranged below one end 4a of the arm 4 and that the probe 3 is supported on. a buoyancy detector 6 that detects buoyancy via the arm 4;
A first molten metal liquid level detection device comprising a signal processor 7 which calculates the liquid level of the molten metal 2 corresponding to the output by calculating the electrical output signal of the buoyancy detector 6; As shown in the figure, a compensator 20 having a different coefficient of thermal expansion from the arm 4 is arranged along the arm 4, and the fixed end 20a of the compensator 20 on the probe 3 side is fixed to the arm 4, and the A weight 21 is attached to the free end 20b.

第２図の金属溶湯の液面位置検知装置において静止の状
態だけを考えると、プローブ３の下部（溶渇内に挿入さ
れている部分）３ａの外径をＤ、溶湯の比重をρ、プロ
ーブ３の金属溶湯２内への挿入深度の変化をΔＳとした
場合、浮力検出器６の受けた力の変化ΔＦは次の式で求
められる。Considering only the stationary state of the molten metal liquid level position detection device shown in Fig. 2, the outer diameter of the lower part 3a of the probe 3 (the part inserted into the molten metal) is D, the specific gravity of the molten metal is ρ, and the probe If the change in the insertion depth of No. 3 into the molten metal 2 is ΔS, then the change ΔF in the force received by the buoyancy detector 6 is determined by the following equation.

ΔＦ＝　（Ｌｌ／Ｌ２）　　（−ｒＬ／４）　　Ｄ”ｐ
ΔＳ・　−・　（１） ここで、前記Ｄ、ρ、Ｌｌ、Ｌ２は常に一定であると仮
定すれば、ΔＦはΔＳに比例することが明らかである。ΔF= (Ll/L2) (-rL/4) D"p
ΔS·-· (1) Here, assuming that D, ρ, Ll, and L2 are always constant, it is clear that ΔF is proportional to ΔS.

従ってΔＦを正確に測定できればΔＳ（挿入深度の変化
＝金属溶湯の増減による液面位変化）を計算することが
できる。Therefore, if ΔF can be measured accurately, ΔS (change in insertion depth = change in liquid level due to increase or decrease in molten metal) can be calculated.

この場合、溶湯の温度は安定はしているが約１２００℃
と非常に高いため、実際は前記Ｄ、ρ、Ｌ＋、Ｌ２は熱
膨張収縮によって変化する。このうちプローブ３の外径
りは温度が上がると大きくなり、溶湯の比重ρは温度が
上がると小さくなる。従って温度変化によるプローブ３
の外径りの変動と溶湯の比重ρの変動は、前記式（１）
のΔＦに対する影響はお互いに打ち消し合うようになる
。このためそれらの温度変動による影響は無視できる程
小さいと考えられる。In this case, the temperature of the molten metal is stable, but about 1200℃.
In reality, D, ρ, L+, and L2 change due to thermal expansion and contraction. Among these, the outer diameter of the probe 3 increases as the temperature increases, and the specific gravity ρ of the molten metal decreases as the temperature increases. Therefore, probe 3 due to temperature change
The variation in the outer diameter and the variation in the specific gravity ρ of the molten metal are expressed by the above formula (1).
The effects of ΔF on ΔF cancel each other out. Therefore, the influence of these temperature fluctuations is considered to be negligible.

また、第３図のアーム４の支点Ｏからアーム４の端部４
ｂまでの長さＬ２の部分は、金属溶湯からかなり離れて
いるので温度変化が小さく、その変動による影響を無視
できると考えられる。Also, from the fulcrum O of the arm 4 in FIG. 3 to the end 4 of the arm 4
The portion of length L2 up to b is quite far from the molten metal, so the temperature change is small, and it is considered that the influence of the change can be ignored.

影響の最も大きいのはアーム４の端部４ａから支点Ｏま
での長さり、の温度による変動である。The biggest influence is the temperature-induced variation in the length from the end 4a of the arm 4 to the fulcrum O.

この変動を、説明を簡便化するために第２図に示した系
に基づいて考えてみる。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。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は次式（２）によって求められる。To simplify the explanation, consider this variation based on the system shown in FIG. 2. Here, it is assumed that the temperature change of the arm 4 is the same at any point in its longitudinal direction. In the case of room temperature, the moment M due to gravity of the system with respect to the fulcrum 0 is obtained by the following equation (2).

Ｍ＝１／２Ｌ−Ｗ２＋ＬＷ。M=1/2L-W2+LW.

＝　Ｌ　（Ｗ　＋　＋　Ｗ　２　／　２　）　　　・・
・　（２）Ｌ　ｒ　＝Ｌ　（１＋ΔＴ丸）であるため（
，１は熱膨張率）、温度がΔＴだけ上昇した後のモーメ
ントＭ１は次式（３）によって求められる。= L (W + + W 2 / 2)...
・ (2) Since L r = L (1+ΔT circle), (
, 1 is the coefficient of thermal expansion), and the moment M1 after the temperature rises by ΔT is determined by the following equation (3).

ＭＩ＝Ｌ（１＋ΔＴ１．）（Ｗ、＋１／２−Ｗ２）・・
・　（３） （３）−（２）にすると、生じたモーメントの差ΔＭは
次式（４）によって求められる。MI=L(1+ΔT1.)(W,+1/2-W2)...
- (3) When (3)-(2) is established, the difference ΔM of the generated moment can be obtained by the following equation (4).

ΔＭ＝ＬＡＴ元（ＷＩ＋１／２・Ｗ２）（４） になる。ΔM=LAT original (WI+1/2・W2) (4) become.

溶湯の液面位がΔＳだけ変動した場合、支点に対するモ
ーメントの変動ΔＭは次式で計算される。When the level of the molten metal fluctuates by ΔS, the fluctuation ΔM of the moment with respect to the fulcrum is calculated by the following equation.

ΔＭ＝ΔＳ・　（瓦／４）Ｄ２・ρ・Ｌ・　・　・　（
４−１） 〔４）と（４−１）を利用して、熱膨張によるモーメン
ト変動ΔＭを液面位変動ΔＳに換算するには次式により
算出することができる。ΔM=ΔS・ (tile/4) D2・ρ・L・ ・ ・ (
4-1) Using [4) and (4-1), moment fluctuation ΔM due to thermal expansion can be converted into liquid level fluctuation ΔS using the following formula.

ＬΔＴ丸（Ｗ、＋１／２・Ｗ、） ＝ΔＳ・　（π／４）Ｄ”・ρ・Ｌ ・　（４−２） ΔＳ＝Δ丁−几（２Ｗｌ＋Ｗ２）　　・２／（πＤ２ρ
）・・　（５） この式（５）より次のことが解った。LΔT circle (W, +1/2・W,) =ΔS・(π/4)D”・ρ・L・(4-2) ΔS=ΔD−几(2Wl+W2)・2/(πD2ρ
)... (5) From this equation (5), we found out the following.

■、材料の熱膨張率先は通常はかなり小さいが、プロー
ブ３とアーム４の重さ（２Ｗｌ＋Ｗ２）は浮力と比べれ
ば非常に大きい。しかも温度変動ΔＴも非常に大きいの
で、金属溶湯の液面位変化に伴う検出誤差ΔＳはかなり
大きく、無視できない。(2) The coefficient of thermal expansion of the material is usually quite small, but the weight of the probe 3 and arm 4 (2Wl+W2) is very large compared to the buoyancy. Moreover, since the temperature fluctuation ΔT is also very large, the detection error ΔS accompanying the change in the liquid level of the molten metal is quite large and cannot be ignored.

■、前記検出誤差ΔＳはプローブ３の外径りが大きいほ
ど小さくなるが、Ｗ、も重くなるのでその兼合を考慮し
なければならない。(2) The detection error ΔS becomes smaller as the outer diameter of the probe 3 becomes larger, but W also becomes heavier, so this must be taken into consideration.

■、前記検出誤差ΔＳを小さくするためにはＷ＋、Ｗ　
２をなるべく軽くすべきである。(2) In order to reduce the detection error ΔS, W+, W
2 should be made as light as possible.

本発明は前記のような検出誤差を補償するために、第１
図のような温度自動補償手段を施したものである。即ち
、第１図に示したようにアーム４に沿って同アーム４よ
り熱膨張率の大きい棒状の補償体２０が配置され、同補
償体２０の固定端部２０ａをアーム４に固定し、同端部
２０ａと反対側の自由端部２０ｂを非固定としたちので
る。In order to compensate for the above-mentioned detection error, the present invention
It is equipped with automatic temperature compensation means as shown in the figure. That is, as shown in FIG. 1, a rod-shaped compensator 20 having a larger coefficient of thermal expansion than the arm 4 is arranged along the arm 4, and the fixed end 20a of the compensator 20 is fixed to the arm 4. The free end 20b opposite to the end 20a is left unfixed and extends.

この場合、棒状の補償体２０がアーム４と密着するよう
に取付けたので、両者の温度分布は同じであると考えて
よい。補償体２０の熱膨張率をん。とじ、アーム４の熱
膨張率を丸、とすると、温度補償できる条件は丸２〉λ
１である。In this case, since the rod-shaped compensator 20 is attached in close contact with the arm 4, it can be considered that the temperature distributions of both are the same. The thermal expansion coefficient of the compensator 20. Assuming that the coefficient of thermal expansion of arm 4 is round, the conditions for temperature compensation are round 2〉λ
It is 1.

ここで、垂直方向の力のモーメントだけを考えて、プロ
ーブ３とそれを支持している挟着具９の重心位置をａ、
その重心位置の重量をＷｌとして、次のような幾つかの
仮定をする。Here, considering only the moment of force in the vertical direction, the center of gravity of the probe 3 and the clamping tool 9 supporting it is determined as a,
Assuming that the weight at the center of gravity is Wl, the following assumptions are made.

■、アーム４と補償体２０とは十分細く且つ十分長いの
で、縦方向の温度分布はすべて均一である。(2) Since the arm 4 and the compensator 20 are sufficiently thin and long, the temperature distribution in the longitudinal direction is uniform.

■、アーム４と補償体２０の熱伝導率は非常に１ よいので、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（左右方向）の温度分布は全長に亙っ
て均一である。■The thermal conductivity of the arm 4 and the compensator 20 is very good at 1, so their temperature changes in response to changes in the environmental temperature, but the temperature distribution in the lateral direction (left and right direction) is Uniform.

■、プローブ３、アーム４等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。(2) It is assumed that the thermal conductivity of the materials of each member such as the probe 3 and arm 4 does not change within the range of temperature change.

第１図においてｂは補償体２０の重心位置、Ｗ２はその
重心位置における補償体２０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２１の重心位置、Ｗ４はその重心位置における
重量である。In FIG. 1, b is the gravity center position of the compensator 20, W2 is the weight of the compensator 20 at the gravity center position, C is the gravity center position of the arm 4, W3 is the weight of the arm 4 at the gravity center position,
d is the center of gravity of the weight 21, and W4 is the weight at the center of gravity.

ここで、ある一定の温度Ｔ。での系の重心をＪとすると
、第１図のＳ、、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は夫々、ａ、ｂ、ｃ
、ｄの位置から系の重心Ｊまでの水平方向の距離である
。これらの関係で次の式が成り立つ。Here, a certain temperature T. If the center of gravity of the system is J, then S, , S2, S3, and S4 in Fig. 1 are a, b, and c, respectively.
, d to the center of gravity J of the system. The following formula holds true with these relationships.

ＷＩＳＩ＋Ｗ２Ｓ２＋Ｗ３Ｓ３＝Ｗ４Ｓ４・・・　（６
） ここで、環境の温度変化によって系の温度がＴ、からＴ
、まで上昇する場合を考える。このと　２ きのアーム４と補償体２０との長さの変化を夫々ΔＬ、
ΔＬ１とする。系の重心Ｊ（第　図）から基準面Ｘまで
の距離が変化しないようになるためには次式（７）が成
り立たなければならない。WISI+W2S2+W3S3=W4S4... (6
) Here, the temperature of the system changes from T to T due to a change in the temperature of the environment.
Consider the case where the value increases to . In this case, the change in length of arm 4 and compensator 20 is ΔL, respectively.
Let it be ΔL1. In order for the distance from the center of gravity J (Figure 1) of the system to the reference plane X to remain unchanged, the following equation (7) must hold true.

Ｗ、（Ｓ、十△Ｌ）＋Ｗｚ　（Ｓ　２＋１／２ΔＬ−１
／２ΔＬ＋　）　＋Ｗ　３（Ｓ　２　＋ｌ　／　２△Ｌ
）＝Ｗ４　（Ｓ４＋△Ｌ１−△Ｌ） ・・・　（７） △ＬとΔＬ１の関係は ΔＬ、＝（元２／尤、）ΔＬ・・・　（８）であるため
、 （６）（８）式を（７）式に代入するとＷ４＝［丸、／
（尤２−λ＋　）］　×［Ｗ＋　　Ｗ２（元。−九、）
／２九＋　＋　１／２・Ｗ、］（９） が成り立つ。W, (S, 10△L)+Wz (S 2+1/2ΔL-1
/2ΔL+ ) +W 3(S 2 +l / 2ΔL
)=W4 (S4+△L1-△L)... (7) Since the relationship between △L and ΔL1 is ∆L, = (element 2/y,) △L... (8), (6) (8 ) into equation (7), W4=[circle,/
(Yen 2-λ+)] × [W+ W2 (Yuan.-9,)
/29+ + 1/2・W, ](9) holds true.

つまり補償用の重り２１の重量Ｗ４は（９）（９−２）
式を満足すれば、系の重心位置Ｊは環境温度に影響され
ないことになる。In other words, the weight W4 of the compensation weight 21 is (9) (9-2)
If the formula is satisfied, the center of gravity position J of the system will not be affected by the environmental temperature.

また（９）式から次の式を導出できる。Furthermore, the following equation can be derived from equation (9).

Ｗ、＋１／２　・Ｗ２＝元、／λ２−え＋［Ｗ＋＋１／
２・Ｗ３］　　　　　　　　　　・　・　・　（９−１
）（９−１）式によって Ｗ、＝Ｏの場合でも １／２・Ｗ２＝丸、／λ、２−んｌ　　［Ｗ＋＋１／２
・Ｗ３　　　　　　　　　　　・・・　（９−２）が成
立すれば、同じ補償効果がある。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
の位置は若干変化するが、金属溶湯の液面位測定に対し
ての影響は大幅に抑えられると考えられる。W, +1/2 ・W2=element, /λ2−e+[W++1/
2・W3] ・ ・ ・ (9-1
) According to formula (9-1), even in the case of W, = O, 1/2・W2=circle, /λ, 2−nl [W++1/2
・W3... If (9-2) holds true, the same compensation effect will occur. In reality, the temperature distribution of the system is not uniform, so the center of gravity of the system J
Although the position of will change slightly, it is thought that the influence on the measurement of the liquid level of the molten metal will be greatly suppressed.

なお、この場合、補償体２０の自由端部２０ｂに重り２
１を使用するのではなく、同自由端部２０ｂ側を固定端
部２Ｏａ側より太くして重り２１の代用とし、その自由
端部２０ｂが前記（９）式を満足するようにしてもよい
。In this case, a weight 2 is attached to the free end 20b of the compensator 20.
1, the free end 20b side may be made thicker than the fixed end 2Oa side and used as a substitute for the weight 21, so that the free end 20b satisfies the above formula (9).

（作用） 本発明の液面検知装置では、溶湯槽１内に挿入している
プローブ３が同溶湯槽１内の金属溶湯２の浮力を受け、
その浮力がアーム４に伝達され、同アーム４の他方の端
部４ｂから浮力検出器６に伝達される。この場合、アー
ム４の他方の端部４ｂが浮力検出器（例えばロードセル
）６に接触しているので、同アーム４は浮力を受けても
目視出来ない程度の微小角度しか回動せず、その浮力が
浮力検出器６に伝達され、同浮力検出器６により浮力が
検出される。検出された浮力は電気信号として出力され
、その信号に含まれている外来ノイズ（溶湯槽１が設定
されている箇所の機械的振動によるノイズ）がフィルタ
ー８により除去され、更に第４図の演算処理器７により
演算処理されて、浮力検出器６により検出された浮力に
対応した金属溶湯の液面位が算出される。(Function) In the liquid level detection device of the present invention, the probe 3 inserted into the molten metal tank 1 receives the buoyancy of the molten metal 2 in the molten metal tank 1,
The buoyancy is transmitted to the arm 4, and from the other end 4b of the arm 4 to the buoyancy detector 6. In this case, the other end 4b of the arm 4 is in contact with the buoyancy detector (for example, a load cell) 6, so even if the arm 4 receives buoyancy, it only rotates by a minute angle that is invisible to the naked eye. The buoyant force is transmitted to the buoyant force detector 6, and the buoyant force is detected by the buoyant force detector 6. The detected buoyant force is output as an electrical signal, and the external noise included in the signal (noise caused by mechanical vibration at the location where the molten metal tank 1 is set) is removed by the filter 8, and then the calculation shown in FIG. 4 is performed. The processor 7 performs arithmetic processing to calculate the liquid level of the molten metal corresponding to the buoyancy detected by the buoyancy detector 6.

しかも本発明では第１図のようにアーム４が支持具５に
より支持されているため、同アーム４は金属溶湯の熱に
より昇温すると熱膨張により第１図の左側（支点５より
も左側）に延びるが、補償体２０は固定端部２０ａがア
ーム４に固定され、自由端部２０ｂが非固定であるため
熱膨張すると第１図の右側（アーム４の膨張方向と反対
側）に　５ 延びる。このため両者の延びが相殺されてアーム４の熱
膨張収縮が自動的に補償され、金属溶湯の液面位測定に
対しての影響が大幅に抑えられる。Moreover, in the present invention, since the arm 4 is supported by the support 5 as shown in FIG. 1, when the temperature of the arm 4 rises due to the heat of the molten metal, the arm 4 thermally expands to the left in FIG. 1 (left side of the fulcrum 5). However, since the fixed end 20a of the compensator 20 is fixed to the arm 4 and the free end 20b is not fixed, when it thermally expands, it extends to the right side in FIG. 1 (opposite to the expansion direction of the arm 4). . Therefore, the extensions of both are offset, and the thermal expansion and contraction of the arm 4 is automatically compensated, and the influence on the measurement of the liquid level of the molten metal is greatly suppressed.

更に、補償体２０の熱膨張率尤。がアーム４の熱膨張収
縮光、よりも大きくしである（′Ａ、２〉λ１）ため、
アーム４の熱膨張による延びの変化が補償体２０の熱膨
張による延びの変化で確実に補償される。Furthermore, the coefficient of thermal expansion of the compensator 20. is larger than the thermal expansion and contraction light of arm 4 ('A, 2>λ1), so
A change in the elongation of the arm 4 due to thermal expansion is reliably compensated for by a change in elongation of the compensator 20 due to thermal expansion.

（実施例） 第１図〜第４図は本発明の金属溶湯の液面位置検知装置
の一実施例である。(Embodiment) FIGS. 1 to 4 show an embodiment of the molten metal liquid level position detection device of the present invention.

これらの図においてｌは溶湯槽、２は同溶湯槽内の金属
溶湯、３は金属溶湯内に下部３ａが挿入されているプロ
ーブ、４はアーム、５はアームを矢印方向に回動可能な
るように支持する支持具、６は浮力検知器である。In these figures, l is the molten metal tank, 2 is the molten metal in the molten metal tank, 3 is the probe whose lower part 3a is inserted into the molten metal, 4 is the arm, and 5 is the arm that can be rotated in the direction of the arrow. 6 is a buoyancy detector.

前記プローブ３は耐熱性に優れ、熱膨張率が比較的小さ
いセラミックスにより成形されている６その形状は丸棒
状であり、第３図、第４図のよう６ に下部３ａが金属溶湯２内に挿入され、上部３ｂがアー
ム４に支持されている。The probe 3 is made of ceramic with excellent heat resistance and a relatively small coefficient of thermal expansion.The probe 3 is shaped like a round bar, and the lower part 3a is inserted into the molten metal 2 as shown in FIGS. 3 and 4. The upper part 3b is supported by the arm 4.

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、一定の期間が経過したら交換しなけれ
ばならない。そこでプローブ３はアーム４にできるだけ
交換し易いように取付けるのが望ましい。そのためには
例えば第４図、第７図のように、アーム４の先端に取付
けられている二枚の挟着具９間にプローブ３を挟み、両
挟着具９をビス１０で締付けるとプローブ３が固定され
、同ビス１０を緩めると固定が解除されてプローブ３を
取外しできるようにしである。又、液面位置検知装置の
測定レンジを大きく調整することができる。The probe 3, which comes into direct contact with the high-temperature molten metal 2, has a limited lifespan and must be replaced after a certain period of time. Therefore, it is desirable to attach the probe 3 to the arm 4 in such a way that it can be replaced as easily as possible. To do this, for example, as shown in FIGS. 4 and 7, the probe 3 is sandwiched between two clamping tools 9 attached to the tip of the arm 4, and both clamping tools 9 are tightened with screws 10. 3 is fixed, and when the same screw 10 is loosened, the fixation is released and the probe 3 can be removed. Furthermore, the measurement range of the liquid level position detection device can be adjusted to a large extent.

前記アーム４はその重心位置が支点５によりほぼ水平に
保持されて、アーム４の荷重が浮力検出器６にできるだ
け加わらないようにしである。また、アーム４の支点５
をできるだけ金属溶湯２の液面位と同じ高さにして、金
属溶湯２の流れがプローブ３に与える力によるモーメン
トができるだけ小さくなるようにするのが望ましい。更
にアーム４は長くても湾曲したり歪んだりすることがな
いように、剛性に優れた材料で形成したり、剛性に優れ
た形状にしたりして、アーム４の端部４ａで受けた浮力
が他方の端部４ｂから浮力検出器６にできるだけ正確に
伝達されるようにするのがよい。The center of gravity of the arm 4 is held substantially horizontally by the fulcrum 5, so that the load of the arm 4 is not applied to the buoyancy detector 6 as much as possible. Also, the fulcrum 5 of the arm 4
It is desirable to make the height as high as possible to the same level as the liquid level of the molten metal 2 so that the moment due to the force exerted on the probe 3 by the flow of the molten metal 2 is made as small as possible. Furthermore, the arm 4 is made of a material with excellent rigidity or has a shape with excellent rigidity so that it will not bend or distort even if it is long, so that the buoyant force received at the end 4a of the arm 4 is reduced. It is preferable that the signal be transmitted from the other end 4b to the buoyancy detector 6 as accurately as possible.

更に、本発明では第１図に示されているように、アーム
４の上に同アーム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２０が取付けられている。しかもこの
補償体２０はアーム４に密着するように取付けられ、し
かも補償体２０のうちプローブ３側の固定端部２０ａだ
けがアーム４に固定され、反対側の自由端部２０ｂはア
ーム４に固定されずに非固定としである。Furthermore, in the present invention, as shown in FIG. 1, a compensator 20 formed into a rod shape and made of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the arm 4 is mounted on the arm 4. Moreover, this compensator 20 is attached to the arm 4 in close contact with it, and only the fixed end 20a on the probe 3 side of the compensator 20 is fixed to the arm 4, and the free end 20b on the opposite side is fixed to the arm 4. It is not fixed and is not fixed.

また、前記自由端部２０ｂには重り２１が取付けられて
いる。重り２１の重量はアーム４の長さ、補償体２０の
長さ、それらの熱膨張率等との関係で求められるが、い
ずれにしても重り２１はその重心位置ｄの重量Ｗ４が前
記（９）式を満足するように形成する。Further, a weight 21 is attached to the free end portion 20b. The weight of the weight 21 is determined by the relationship between the length of the arm 4, the length of the compensator 20, their coefficient of thermal expansion, etc. In any case, the weight W4 of the weight 21 at its center of gravity position d is ) is formed to satisfy the equation.

本発明では前記重り２１を使用せずに、補償体２０の自
由端部２Ｏｂ側を重くして重り２１の代用としてもよい
。In the present invention, instead of using the weight 21, the free end 2Ob side of the compensator 20 may be made heavier instead of the weight 21.

前記アーム４の材質としては例えば５ＵＳ４３０、熱膨
張係数１１＝１３．ｌＸｌ０−６が、補償体２０の材質
としては例えば５ＵＳ３０４、熱膨張係数光２＝２０．
１ｘｉＯ−６が、重り２１としては例えば炭素鋼が適当
である。The material of the arm 4 is, for example, 5US430, with a coefficient of thermal expansion of 11=13. lXl0-6, the material of the compensator 20 is, for example, 5US304, and the coefficient of thermal expansion light 2=20.
For example, carbon steel is suitable for the weight 21.

前記浮力検出器６にはロードセルが使用されている。第
５図に示したように、ロードセルに加わる力Ｆは垂直分
力Ｆ、と水平分力Ｆ２に分解できる。このうちの垂直分
力Ｆ１を正確に測定できればレベルの変化を計算できる
。水平分力Ｆ２はプローブ３の浮力と全く関係がなく、
ロードセルに悪影響を与えるだけであるため、適当な対
策を採らないと、場合によっては金属溶湯の液面位の測
定誤差が生ずる。この水平分力Ｆ２の影響を受けないよ
うにするためには、通常市販されているロードセルの荷
重当金１３（第５図）の上方の受力　９ 点に第４図、第６図のようにベアリング１４を回転自在
に設けるのがよい。このようにすれば水平分力Ｆ２が極
めて微小になり、それによって生じる誤差が無視できる
ほど小さくなる。A load cell is used as the buoyancy detector 6. As shown in FIG. 5, the force F applied to the load cell can be decomposed into a vertical component F and a horizontal component F2. If the vertical component F1 of these forces can be accurately measured, the change in level can be calculated. The horizontal component force F2 has no relation to the buoyancy of the probe 3,
Since this will only have an adverse effect on the load cell, if appropriate measures are not taken, errors in measuring the level of the molten metal may occur in some cases. In order to avoid being affected by this horizontal component force F2, the 9 points above the load support 13 (Fig. 5) of a commercially available load cell should be placed as shown in Figs. 4 and 6. It is preferable that the bearing 14 be rotatably provided in the bearing 14. In this way, the horizontal component force F2 becomes extremely small, and the error caused thereby becomes negligibly small.

前記信号処理器７は浮力検出器６からの電気信号出力を
演算処理して、溶湯槽１内における金属溶湯２の液面位
を求めると共に、検知した液面位を表示できるようにし
である。The signal processor 7 processes the electrical signal output from the buoyancy detector 6 to determine the liquid level of the molten metal 2 in the molten metal tank 1, and is capable of displaying the detected liquid level.

金属溶解鋳造等の工場の環境はかなり厳しいので、機械
的振動を完全に抑えることは不可能に近い。このような
機械的振動（外米振動）が金属溶湯検出装置に伝達され
て大きなノイズが生ずる。The environment in metal melting and casting factories is quite harsh, so it is nearly impossible to completely suppress mechanical vibrations. Such mechanical vibrations (outside vibrations) are transmitted to the molten metal detection device and generate large noise.

金属溶湯検出装置に人為的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
の図から明らがなように外来振動によるノイズは非常に
大きいだけでなくその周波数はランダムで不規則である
。When the molten metal detection device was artificially vibrated and the output waveform of the load cell was examined, the signal a in FIG. 8 was obtained. As is clear from this figure, the noise caused by external vibrations is not only very large, but also has random and irregular frequencies.

これを防止するには金属溶湯検出装置の下に防振ゴムを
敷く等してもよいが、防振ゴムは耐熱性が悪く、こげつ
く等の問題がある。そこで本発明　０ では防振ゴムを使用せず、第４図のように浮力検出器６
と信号処理器７との間にローパスフィルター８を設けて
、浮力検出器６の電気信号出力に含まれる外来ノイズを
電気的に除去するようにした。その結果、第８図の信号
すのように外来ノイズが殆ど除去された。To prevent this, a vibration-proof rubber may be placed under the molten metal detection device, but vibration-proof rubber has poor heat resistance and has problems such as burning. Therefore, in the present invention, the vibration isolating rubber is not used, and the buoyancy detector 6 is used as shown in FIG.
A low-pass filter 8 is provided between the buoyancy detector 6 and the signal processor 7 to electrically remove external noise contained in the electrical signal output of the buoyancy detector 6. As a result, almost all external noise was removed, as shown in the signal diagram of FIG.

第４図において１４は矢印ａ−ｂ方向に上下動自在とし
て高さ調整できるようにしであるＺステージ、１５は２
ステージの上下動の距離を正確に測定するリニアスケー
ル、１６はシールドケースである。In Fig. 4, 14 is a Z stage that can be moved up and down in the direction of arrow a-b, and its height can be adjusted;
A linear scale 16 is a shield case that accurately measures the vertical movement distance of the stage.

（発明の効果） 本発明の金属溶湯の液面検知装置は次のような効果があ
る。(Effects of the Invention) The molten metal liquid level detection device of the present invention has the following effects.

■、金属溶溶湯液面位を浮力として検知するものである
ため、金属溶湯の量が多くても少なくても金属溶湯の液
面位を正確に検知でき、また、従来のコイルを使用して
誘導電流を検知するセンサより精度の高いものとなる。■Since the liquid level of the molten metal is detected as buoyancy, the liquid level of the molten metal can be accurately detected regardless of whether the amount of molten metal is large or small. This is more accurate than a sensor that detects induced current.

■、金属溶湯の液面位を浮力として検知するものである
ため、同溶湯内にプローブ３を深めに挿入させておけば
、同溶湯の量が多少減少しても同溶湯の浮力を受ける限
り金属溶湯の液面位を検知することかでさるので、第７
図のセンサのように金属溶湯の量の増減に応じて測定可
能離間距離りを調節する必要が無く、測定が容易になる
。■Since the liquid level of the molten metal is detected as buoyancy, if the probe 3 is inserted deeply into the molten metal, even if the amount of the molten metal decreases a little, it will still be able to receive the buoyancy of the molten metal. Since it depends on detecting the liquid level of molten metal, the seventh
Unlike the sensor shown in the figure, there is no need to adjust the measurable separation distance in response to increases or decreases in the amount of molten metal, making measurement easier.

■、補償体２０の固定端部２０ａがアーム４に固定され
、自由端部２０ｂが非固定としてアーム４に取付けられ
ているので、金属溶湯の熱によるアーム４の熱膨張収縮
が同補償体２０により自動的に補償され、アーム４の熱
膨張収縮による影響を殆ど受けず、金属溶湯の液面位の
検知精度も殆ど低下しない。(2) The fixed end 20a of the compensator 20 is fixed to the arm 4, and the free end 20b is attached to the arm 4 in a non-fixed manner. This is automatically compensated for by the thermal expansion and contraction of the arm 4, and the accuracy of detecting the level of the molten metal hardly decreases.

■、補償体２０の自由端部２０ｂを太くするか、重り２
１を取付けて重くすれば、より一層熱膨張収縮による影
響を受けにくくなる。(2) Either make the free end 20b of the compensator 20 thicker or
If 1 is attached to make it heavier, it becomes even less susceptible to thermal expansion and contraction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の金属溶湯の液面位置検知装置における
アームの熱膨張収縮の説明図、第２図は同アームの熱膨
張収縮の原理図、第３図は本発明の金属溶湯の液面位置
検知装置の原理図、第４図は同液面検知装置の一実施例
を示す説明図、第５図はロードセルに加わる力の説明図
、第６図はロードセルの改良説明図、第７図はプローブ
の取付は構造の説明図、第８図は外来ノイズの説明図、
第９図、第１０図は従来の液面位置検知センサの異なる
例の説明図である。 １は溶湯槽 ２は金属溶湯 ３はプローブ ３ａはプローブの下部 ３ｂはプローブの上部 ４はアーム ４ａはアームの一方の端部 ４ｂはアームの他方の端部 ５は支点 ６は浮力検出器 ７は信号処理器 ８はフィルター ９は両挟着具 　３ ゝ′　） １０はビス １４はベアリング ２０は補償体 ２０ａは補償体の固定端部 ２０ｂは補償体の自由端部 ２１は重り 　４FIG. 1 is an explanatory diagram of the thermal expansion and contraction of the arm in the liquid level position detection device for molten metal of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram showing one embodiment of the liquid level detecting device, FIG. 5 is an explanatory diagram of the force applied to the load cell, FIG. 6 is an explanatory diagram of improved load cell, and FIG. The figure is an explanatory diagram of the structure of the probe installation, and Figure 8 is an explanatory diagram of external noise.
FIGS. 9 and 10 are explanatory diagrams of different examples of conventional liquid level position detection sensors. 1 is the molten metal tank 2 is the molten metal 3 is the probe 3a is the lower part of the probe 3b is the upper part of the probe 4 is the arm 4a is one end of the arm 4b is the other end of the arm 5 is the fulcrum 6 is the buoyancy detector 7 The signal processor 8, the filter 9, both clamping tools 3') 10, the screw 14, the bearing 20, the compensator 20a, the fixed end 20b of the compensator, the free end 21 of the compensator 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 溶湯槽１内の金属溶湯２内に差込まれて同金属溶湯２の
液面位に応じた浮力を受けるプローブ３と、同プローブ
３を支持するアーム４と、同アーム４を回転自在なるよ
うに支持する支点５と、同アーム４の一方の端部４ａの
下方に配置されて前記プローブ３が受けた浮力を前記ア
ーム４を介して検出する浮力検出器６と、同浮力検出器
６の電気出力信号を演算処理してその出力に対応する金
属溶湯２の液面位を求める信号処理器７とが備えられて
なる金属溶湯の液面検知装置において、前記アーム４に
沿って同アーム４より熱膨張率の大きい補償体２０が配
置され、同補償体２０はアーム４のうち支点よりプロー
ブ３側の固定端部２０ａがアーム４に固定され、同端部
２０ａと反対側の自由端部２０ｂが非固定であることを
特徴とする金属溶湯の液面位置検知装置。A probe 3 that is inserted into the molten metal 2 in the molten metal tank 1 and receives buoyancy according to the liquid level of the molten metal 2, an arm 4 that supports the probe 3, and an arm 4 that is rotatable. a fulcrum 5 supported by the arm 4; a buoyancy detector 6 disposed below one end 4a of the arm 4 to detect the buoyancy received by the probe 3 via the arm 4; In the molten metal liquid level detection device, which is equipped with a signal processor 7 that calculates the liquid level of the molten metal 2 by processing an electrical output signal and determines the liquid level of the molten metal 2 corresponding to the output, the arm 4 A compensator 20 having a larger coefficient of thermal expansion is disposed, and a fixed end 20a of the arm 4 on the probe 3 side from the fulcrum is fixed to the arm 4, and a free end on the opposite side to the end 20a is fixed to the arm 4. A liquid level position detection device for molten metal, characterized in that 20b is not fixed.