KR20010060792A - 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고체 및 용융금속의 거동을 확인하기 위해 전자석을 이용한 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치에 관한 것으로,
전도물질의 비접촉식 속도 측정장치는, 고체 또는 용융금속 등의 전도물질의 이동속도를 측정하는 장치에 있어서, 전도물질의 이동방향에 대하여 수직상향 또는 하향의 자장을 각각 형성하여 상기 전도물질에 서로 반대방향의 와전류를 발생시키는 자장발생수단과, 상기 자장발생수단의 중앙부에 위치하여 상기 서로 반대 방향의 와전류의 상쇄보강에 의해 발생되는 상기 전도물질의 표면에 수직한 유도자장의 성분을 측정하는 자기센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하여,
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치를 사용하면, 전도물질의 유속을 비접촉식으로 간단하고 정확하게 측정할 수 있으므로 제품 생산설비의 운용, 진단 등에 사용할 수 있고, 특히 고온의 용융금속의 거동을 관측하여 이를 제어하기 위한 기초자료로 사용하여 용융금속 취급 공정의 정량적인 분석 및 개선을 가능하게 하며 전도물질의 품질을 탁월히 향상시키는 효과가 있게된다.
Description
본 발명은 고체 및 용융금속의 거동을 확인하기 위한 전자석을 이용한 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 고체상태의 전도물질에 대해서 그 속도를 측정하기 위해 접촉 또는 비접촉에 의한 엔코드, 압력차, 초음파, 와전류, 레이저 등 여러 가지 방법들이 사용되고 있으나, 이러한 방법들은 대상체의 미끄러짐, 먼지, 습도, 온도, 주위의 광원 등에 민감하게 영향을 받아 그 속도를 정확히 측정하는 것이 어렵다. 특히 액체상태의 전도물질 즉, 용융금속의 유동은 알루미늄 제조산업과 철강 제조산업에서 턴디쉬, 교반레들, 유도로, 연속주조 등 많은 공정에서 관찰되며 이를 제어하여 생산품의 품질을 향상시키게 되므로 상기 용융금속의 유속측정은 반드시 필요한 기술임에도 불구하고 온도, 분진, 파우더 등의 여러 가지 제약조건 때문에 적절한 방법의 개발이 미흡한 상태이다.
상기 용융금속의 유속을 측정하기 위하여 종래에 사용하던 장치는 아래의 몇 가지 경우와 같다. 그 첫번째로 용융금속에 막대(probe)를 담구어 막대의 근처에서 발생하는 용융금속의 와류(vortex)를 이용하는 장치(Material transaction, JIM, Vol.35, No.10,716(1994))로 와류의 주기를 막대에 부착한 스트레인 게이지로 측정하여 유속으로 환산하는 것이 있다.
두번째 방법은 용융금속과 동일 조성의 구형막대를 담구어 상기 구형막대가 녹는 시간과 유속을 환산하여 유속을 측정하는 방법(Mteall. Trans. B, Vol.24B,1009(1993))이 있다.
세번째 방법은 영구자석과 전극막대를 이용하는 방법(Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.25, 1579(1982))으로 영구자석 근처에 두 전극을 두어 용융금속의 유속에 의해 발생하는 유도기전력을 측정하여 유속을 환산하는 방법이다.
마지막으로 영구자석을 몰드(mold)의 벽 사이에 삽입하여 고정된 위치에서 용융금속에 직류 자장을 인가하고, 용융금속 내에 유도되는 와전류에 의한 자장을 측정하는 방식(Proceedings of the Int. Symp. on Electromagnetic Processing of Materials, 1994, Nagoya, ISIJ, 344(1994))이 있다.
기존의 방법들 중, 용융금속에 유속측정장치를 담구어야 하는 경우에는 유동장을 교란 내지 변화시키는 문제가 발생하고, 영구자석을 사용하는 경우에는 영구자석이 놓인 위치의 온도변화와 측정센서의 온도변화에 민감하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 전도물질 주위에 자성코어(magnetic core) 또는 비자성코어(non-magnetic core)를 이용한 전자석을 두어 자기장을 전도물질에 인가하므로 인하여 상기 전도물질에 생성된 유도자장을 자기센서로 측정하므로써, 주위의 습도, 온도, 광원, 먼지 등의 외부 요인의 환경에 무관하게 안정적이고, 정확하게 전도물질의 유속을 측정할 수 있는 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a는 본 발명에 의한 속도 측정장치의 개념도,
도 1b는 도 1a을 위에서 내려다 본 평면도,
도 2는 본 발명에 의한 속도 측정장치의 구성도,
도 3은 도 2의 속도 측정장치의 출력신호를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 의한 속도 측정장치의 다른 실시예의 구성도,
도 5는 도 4의 속도 측정장치의 출력신호를 나타낸 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 전자석 2 : 자기센서
3 : 자장 4 : 와전류
5 : 유도자장 6 : 전도물질
7 : 코일 8 : 센서조절부
9 : 신호처리부 10 : 자화전원장치
11 : 코어(core)
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치는, 고체 또는 용융금속 등의 전도물질의 이동속도를 측정하는 장치에 있어서, 전도물질의 이동방향에 대하여 수직상향 또는 하향의 자장을 각각 형성하여 상기 전도물질에 서로 반대방향의 와전류를 발생시키는 자장발생수단과, 상기 자장발생수단의 중앙부에 위치하여 상기 서로 반대 방향의 와전류의 상쇄보강에 의해 발생되는 상기 전도물질의 표면에 수직한 유도자장의 성분을 측정하는 자기센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 자장발생수단은 상기 전도물질을 향하여 병렬로 배치된 한쌍의 자성 또는 비자성 코어를 포함하는 전자석인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 자장발생수단은 상기 전도물질을 향하여 개구부가 형성된 ㄷ자형 자성또는 비자성코어를 포함하는 전자석인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
전도물질(6)의 속도 또는 유동을 비접촉식으로 측정하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이, 전도물질(6)을 향하여 병렬로 배치된 두개의 전자석(1)에 감긴 코일(7)에 직류 또는 교류의 일정전류(constant current)를 인가할 수 있는 자화전원장치(10)를 설치하여, 주위의 환경이 변할 경우에도 일정한 자기장(3)을 각각 반대방향으로 발생시킬 수 있게 한다. 또한 상기 두개의 전자석(1)의 중앙에 전도물질(6)의 이동방향에 수직한 방향의 유도자장(5)을 측정할 수 있는 자기센서(2)를 위치시킨다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 자장을 발생시키는 수단으로 자성코어(11,magnetic core)의 모양을 ㄷ자로 하여 그 주위에 코일(7)을 감아 사용할 수도 있다.
상기의 자기센서(2)는 흔히 홀센서(Hall Sensor)나, 서치코일(Search Coil) 등이 사용되는데, 상기 홀센서의 경우는 온도에 따른 편차가 있으므로 냉각장치를 필요로 하며, 상기 서치코일의 경우는 냉각장치가 따로 필요치 않으나 신호처리부(9)의 증폭을 크게 하여야 한다.
한편 자기센서(2)는 센서조절부(8)에서 필요시 전원을 인가하기도 하며, 상기 센서조절부(8)는 미세한 자장의 신호를 증폭해 주는 전 증폭기와 주위의 전원에 의한 잡음을 제거하기 위한 로우패스 필터(low pass filter)로 구성되어 있으며, 신호의 안정화를 위하여 차동적으로 출력하게 구성하였다. 상기 센서조절부(8)의 출력은 신호처리부(9)에서 상기 전도물질(6)의 속도 값으로 바로 환산하게 구성하였으며, 또한 신호의 저장을 가능하게 하였다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 물리적 작용에 대하여 상세히 설명한다.
도 1a와 도 1b에서 보이는 바와 같이, 두개의 전자석(1) 중, 한 전자석에 의한 자장(3)은 전도물질(6) 내에 그 전자석의 전후에 각각 한 쌍의 와전류 환을 만들게 되며, 상기 두개의 전자석(1)의 사이에 각각 형성되는 와전류(4)의 쌍들은 서로 상쇄보강을 일으켜 하나의 큰 와전류 환을 형성하게 된다. 그 큰 와전류 환에 의하여 상기 두개의 전자석(1)의 중간 하단부분에 전도물질(6)의 이동방향에 대하여 수직상향으로의 유도자장(5)이 발생하게 되므로, 그 위치에 자기센서(2)를 위치시켜 상기 유도자장(5)의 전도물질(6) 표면에 수직한 자장성분을 측정하고, 이를 센서조절부(8) 및 신호처리부(9)를 통하여 전도물질(6)의 유속으로 환산하게 된다.
이와 같이 환산된 유속과 단위화된 출력 즉, 신호처리부(9)의 처리결과를 도 3의 그래프에 예시하였다.
상기의 그래프에서 볼 수 있듯이, 한쌍의 전자석(1)에 일정한 전류를 인가하여 전도물질(6)에 인가되는 자장이 항상 일정하게 되고, 상기 전도물질(6)의 표면과 전자석(1)과의 거리를 일정하게 유지시키는 상기의 구성을 갖는 경우, 와전류에 의한 유도자장(5)은 전도물질(6)의 운동속도와 선형적으로 비례하게 된다.
또한 도 5에서 알 수 있듯이, 한쌍의 전자석(1) 대신에 ㄷ자형의 자성코어(11)를 사용한 경우에 있어서도 상기와 동일한 원리에 의해 유동속도와 선형적으로 비례하는 유도자장을 측정함으로써 전도물질(6)의 유속을 측정할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치를 사용하면, 전도물질의 유속을 비접촉식으로 간단하고 정확하게 측정할 수 있으므로 제품 생산설비의 운용, 진단 등에 사용할 수 있고, 특히 고온의 용융금속의 거동을 관측하여 이를 제어하기 위한 기초자료로 사용하여 용융금속 취급 공정의 정량적인 분석 및 개선을 가능하게 하며 전도물질의 품질을 탁월히 향상시키는 효과가 있게된다.
Claims (3)
- 고체 또는 용융금속 등의 전도물질의 이동속도를 측정하는 장치에 있어서,전도물질의 이동방향에 대하여 수직상향 또는 하향의 자장을 각각 형성하여 상기 전도물질에 서로 반대방향의 와전류를 발생시키는 자장발생수단과,상기 자장발생수단의 중앙부에 위치하여 상기 서로 반대 방향의 와전류의 상쇄보강에 의해 발생되는 상기 전도물질의 표면에 수직한 유도자장의 성분을 측정하는 자기센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 자장발생수단은 상기 전도물질을 향하여 병렬로 배치된 한쌍의 자성 또는 비자성 코어를 포함하는 전자석인 것을 특징으로 하는 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 자장발생수단은 상기 전도물질을 향하여 개구부가 형성된 ㄷ자형 자성또는 비자성코어를 포함하는 전자석인 것을 특징으로 하는 전도물질의 비접촉식 속도 측정장치.
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