JPS62225903A - ライナ被覆管の厚み測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、核燃料被覆用などに用いられるライナ被覆
管のライナ層厚やその他の管厚の測定に使用されるライ
ナ被覆管の厚み測定装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 例えば原子力発電所において原子炉を負荷追従運転して
高効率化をはかるためには、急激な出力１胃や下降を行
なうことが可能でなければならない。ところが核燃料を
封入づ−る被覆管として、従来のようなシルカ〔１イ管
を用いたのでは、上記のような急激な出力変動に耐えら
れず、被覆管に応力腐蝕割れが発生するおそれがある。

そこで近年、このような応力腐蝕割れを防ぐものとして
、第１３図に示すようにジルカロイ管１の内周面に極薄
の純ジルコニウムライナ層２を形成した被覆管が開発さ
れており、このライナ被覆管は数年後には従来の被覆管
に取って替わり全面使用されることが予想されている。

上記ライナ被覆管のライナ層厚は、原子炉の出力急上昇
時の被覆管内面に発生する局部応力歪みを緩和し、応力
腐蝕割れに対する抵抗を高める目的上ある程度厚く形成
する必要がある一方、母材部であるジルカロイ層の層厚
を確保して一定以上の強度を維持する必要上からの制限
も受りるので、このライナ層厚を一定に管理することが
重要な問題となる。

このような２種類の金属類からなる管の厚さを測定する
方法として、破壊的検査と非破壊的検査の２つの方法が
考えられるが、破壊的検査では実際に測定の行なわれる
管の両端部についてしか保証されず、管内部の測定が不
可欠である上記ライナ被覆管にはこの破壊的検査法は有
効でない。一方、非破壊的検査では、超音波法と渦流法
とが考えられるが、超音波法の場合、これをライナ被覆
管の厚み測定に採用しても、ライナ層表面でのエコーと
、母材層とライナ層の境界面でのエコーの識別が不可能
で適用できない。これに対し、交流電流を流したコイル
を金属被検体表面に近接配置して、被検体表面に渦電流
を流し、その描電流により誘起される誘導磁場により被
検体の状況に応じて変化するコイルのインピーダンス変
化量から被検体表面の情報を得る渦流法の場合、上記渦
電流が被検体の厚さ、固有抵抗ρ、透磁率μｍなどに影
響され、一方、上記ライナ被覆管のライナ層ではμ、−
１．ρ−４０μΩ・ｃｍ　Ｓ母材層ではμｒ−１．ρ−
７０μΩ・ｃｍであることから両者の導電率σ（σ＝１
／ρ）に差があり、この差を利用すれば上記ライナ層厚
の測定が可能である。また同時に全肉厚の測定も可能で
あり、この全肉厚からライナ層厚を引けばジルカロイ厚
が求まる。

一般にライナ被覆管のように２種の金属層から成る管の
場合、その上部層厚変動によってインピーダンス変化量
が変わるのは周知のことであり、またこのような金属管
の全肉厚変動によってもインピーダンス変化量が変わる
のも周知のことである。

そこでこの渦流法を用いて、上記ライナ被覆管の厚み測
定を行う方法として、第１３図に示すようにプローブ３
を管内に挿入し、基準ライナ層厚と渦電流浸透深さとに
関連づ【ノた周波数により上記プローブ３のコイル４を
動磁し、リフトオフ変動（コイルと管内面との空隙変動
）に起因するコイルインピーダンス変化方向のインピー
ダンス成分■８とそれに直交するインピーダンス成分Ｖ
。

を求め、■　からあるいは■８を■、で補正して× ライナ層厚を求めるものく特開昭５９−６７４０５号公
報）が提案されている。

ところが上記方法では、リフトオフ変動に起因するコイ
ルインピーダンス変化方向を決める際にリフトオフを機
械的に一定量変化させる必要がある点に問題がある。

すなわち、第１４図はリフトオフの変動量を１００μと
２００μｍとしたときのリフトオフ変動によるインピー
ダンス変化方向を正規化インピーダンス平面で示したも
のであるが、リフトオフ変動量が１００μｍのときには
ＡＢ力方向２００μｍのときにはＡＣ方向がリフトオフ
変動によるインピーダンス変化方向となり、リフトオフ
変動量によってコイルインピーダンス変化方向が変化し
ている。このことは前記Ｖ、、Ｖｘの方向決定を困難に
する。なお第９図中、Ａは基準リフトオフ、Ｂは基準リ
フトオフ＋１００μｍ、Ｃは基準リフトオフ＋２００μ
ｍ、Ｒｏは被検体から無限遠でのコイル比抵抗、Ｌｏは
被検体から無限遠でのコイルインダクタンス、Ｒは被検
体上でのコイルの純抵抗、Ｌは被検体上でのコイルのイ
ンダクタンス、ωは角周波数を表わしている。また第１
５図はリフトオフ変動量によりインピーダンス変化量が
非線形に変化することを示しており、これからもインピ
ーダンス変化方向がリフトオフ変動量に応じて変化する
ことが察知される。つまり前記方法では、リフトオフ変
動ににるインピーダンス変化方向を決める際にリフ］・
オフ変動を厳格に一定にしなければライナ層厚を正確に
求めることができないものである。ところが実施上の問
題として、リフトオフ変動量を機械的に厳格に一定量変
化させることは極めて困難である。

また上記方法では、ライナ層厚に相当するインピーダン
ス成分Ｖ８を、リフトオフ変動量に相当するものとして
求められるインピーダンス成分Ｖ、で補正して、ライナ
層厚の測定精度を上げるようにしているが、ライナ層厚
に限らず母材層厚、全肉厚を測定しようとする場合には
、リフトオフ変動が測定に与える影響と同時に、ライナ
被覆管において当然発生するライナ層や母材層の導電率
の変動が測定に与える影響を十分に除去しなければ、正
確な測定結果は期待できない。しかしながら上記方向で
は導電率の変動につい（考慮されておらず、この点から
も正確な測定結果を得ることは困難である。

そこで、本願出願人はこのような従来の方法による問題
を解決するものとして、この発明の実施例において後述
するような多重周波数を用いた渦流法により上記ライナ
被覆管の厚み測定を行なう方法を開発した。

ところが、この新たな測定方法を従来の測定装置にその
まま適用してライナ管の厚み測定の精度を上げようとし
ても、測定装置全体から見た場合、上記の新たな測定方
法がもたらす測定精度に見合うだけの精度が各機構部に
おいて確立されておらず、このままでは必ずしも測定精
度の向上は期待できない。また十分な精度を長時間にわ
たって確保しようとすれば、１０−ブおＪ：びその支持
法や校正法等の各種の改良が必要である。

例えば、このような管厚測定に使用する装置として、本
願出願人が本願とは別に提案した、第１６図および第１
７図にそれぞれ正面図および平面図で示す構成の装置は
、搬入準備位置Ａから搬入される被検査管であるライナ
管５をターニングロ一う６，６・・・上に載せ、その上
からピンチローラ７．７・・・で押圧して拘束した状態
のもとにターニングローラ６．６・・・を回転駆動して
ライナ管５に軸回転を与える一方、ライナ管５の一方の
管端側にこのライナ管５と同軸に配置した調整管８をガ
イドとして、調整管８内を経てプローブ９を上記ライナ
管５内に挿入することによりライナ層厚の測定を行なう
ように構成されている。上記プローブ９の挿脱は、プロ
ーブ支持棒１０によりプローブ９を連結した測定器１１
を車輪１２．１２・・・を介してレール１３上に載架し
、この測定器１１を制御器１４で上記ライナ管５の軸方
向に進退制御することにより行い、測定を終えてライナ
管５からプローブ９が抜去された後、ターニングローラ
６．６・・・上からライナ管５を搬出位置Ｂへ搬出する
ように構成されている。ところが、前記した核燃料被覆
用ライナ管のような被検査管は薄肉細径管である一方、
上記した本願出願人の提案にかかる第１６．１７図の管
体厚測定装置では、被検査管５の管端部が片持支持の状
態になるため、その管端部に曲りが生じやすく、被検査
管５と調整管８の間の管端対面部では管軸が容易に一致
せず、プローブ９の挿入、抽出時にプローブ９のガイド
部に異常に大きな力が加わり、管端部によりプローブ９
のガイド部が摩耗し、場合によってはガイド部が削られ
るという問題を有する。

また、内挿型プローブとして、渦流測定において要請さ
れるリフトオフ量（検知コイルと被検査管内周面との距
１１ｔ）を一定に保つために、第１８図１１３よび第１
９図に示ずようにコイル１５の配設部の前後に、管体１
６の内周面に摺接する拡径摺動部１７ａ、１７ａ・・・
から成るガイドを形成したプローブ１７が、従来より開
発されている。このガイドはナイロン等のプラスチック
で製作され、拡径摺動部１７ａ、１７ａ・・・の間には
軸径方向への弾性変形を許容するための複数（一般に４
〜８本）のスリット１７ｂ、１７ｂ・・・が形成されて
いる。そしてこのガイド部の弾性変形により、コイル１
５を管体１６の内周面から一定の距離に保ち、リフトオ
フの変動を抑える構造となっている。

ところで、内周面にライナ層を形成したライナ被覆管の
ライナ層厚の測定に上記渦流法を適用しようとする場合
には、ライナ層厚の数μｍ程度の微小な変化をコイルの
インピーダンス変化としてとらえる必要があるので、リ
フトオフの変動を更に厳しく抑えることが要請される。

また上記ライナ層厚の測定の場合、被検体内に誘起され
た渦電流の広がりに相当する領域の平均的な厚さが計測
されることになるので、厚さ分布を管体の全周に亘って
微細に測定しようとすれば、渦電流の広がりをできるだ
け小さくしなければならず、そのためコイルとして一般
的に直径１＃ＩＩＩ＋φ程度の小さなものが選定される
。ところがコイル径が小さくなると、上述したり７１〜
オ”フ変化によるコイルのインピーダンス変化が相対的
に大きくなり、測定中のリフトオフの変動を十分に低減
させなければ測定精度が上らないという問題が生じる。

このような精密測定の用途に第１８図、第１９図に示す
プローブ１７を用いたのでは、その拡径摺動部１７ａの
摩耗に伴う支持圧低下によるリフトオフ変動や、軟質プ
ラスチックを材料とする場合の塑性変形に伴うリフトオ
フ変動が無視できず、十分な測定精度が得られない。

さらに従来のプローブでは第２０図に示すように被検体
１８に近接してこれに直接電磁作用を及ぼすアクティブ
コイルＬ１と外乱要因による出力変動分を拾うためのリ
ファレンスコイルＬ２とを内蔵し、第２１図に示すよう
に上記アクティブコイルＬ１とリファレンスコイルＬ２
と伯の直流抵抗Ｒ，Ｒ２とでブリッジ回路を組み、ヌル
メソラド測定によりＳ／Ｎの改善をはかるように構成さ
れたものがある。ところが、このようなプローブ１９を
用いて本願出願人の提案する多重周波数測定法によりラ
イナ被覆管のライナ層厚を測定すると、アクティブコイ
ルＬ１とリファレンスコイルＬ２のインピーダンスが、
各種の外乱要因により変化するだけでなく、周波数をパ
ラメータとして大きく変化してしまい、特に後者の変化
により両コイルのインピーダンス比が大きく変化してブ
リッジバランスをくずしてしまうので、このままではブ
リッジ回路によるヌルメソッド測定方法を用いても精度
の高い測定は期待できない。

（発明の目的） この発明は、上記問題を解決するためになされたもので
、本願出願人の開発した多重周波数を用いて渦流法によ
りライナ被覆管の厚み測定を行なう方法を適用する場合
にも、各構成部において上記の新たな測定方法による測
定精度に見合う精度を上げることができるとともに、長
時間にわたって十分な測定精度を確保することができる
ライナ被覆管の厚み測定装置を提供することを目的とす
る。

（目的を達成するための手段） この発明のライナ被覆管の厚み測定装置は、被検査管を
支持してこれに軸回転を与える管回転手段と、上記被検
査管内に挿入されて渦流法により被検査管の厚みに相当
する検知信号を得るプローブと、このプローブを被検査
管の軸方向に進退駆動するプローブ駆動手段と、上記プ
ローブによる検知信号と上記管回転手段およびプローブ
駆動手−１２一 段より得られる位置信号とを受【プこれらの信号を基に
して被検査管の各位置における厚みデータを出力する信
号処理手段とを備えたものであって、上記目的を達成す
るために、上記管回転手段には被検査管の管端部とこれ
に対向するプローブガイド用調整管の管端部とを共に載
せる位置規制ローラと、この位置規制ローラ上の管端対
面部を押えて拘束するピンチローラとを備え、また上記
プローブの本体にはその外周部に設けられプローブ本体
の軸径方向に拡縮変形可能な管圧接体とプローブ本体の
軸方向に進退可能に設【ノられ進出して上記管圧接体を
拡径変形させるアクチュエータと、このアクチュエータ
に対しその進出動作側に付勢力を調整可能に及ぼす付勢
手段とを備え、更に上記プローブには被検査管に対し電
磁作用を及ぼすアクティブコイルと、このアクティブコ
イルと共にブリッジ回路を組み外乱要因による検知信号
を得るリファレンスコイルとを内蔵し、しかも上記アク
ティブコイルのリフトオフ量だけりフ乙しンスコイルか
ら離れた位置に被検査管と等価な材料を配置したことを
特徴とするものである。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例であるライナ管の厚み測定
装置のブロック図を示す。同図において、管回転装置２
０は管搬入装置１Ｗ２１により搬入されてくるライナ管
を戦けて管厚測定時にこのライナ管に軸回転を与えるた
めのもので、測定を終えたライナ管は管搬出装＠２２に
にり管回転装置２０から搬出されるように構成されてい
る。ライナ管の管厚情報を直接検知するプローブ２３は
プローブ駆動装置２４に連結され、このプローブ駆動装
置２４により上記管回転装置２０上のライナ管内にプロ
ーブ２３が挿入され、また管厚測定時には管回転装置２
０によるライナ管の軸回転と並行してプローブ駆動装置
２４がプローブ２３を進出または後退させ、これにより
ライナ管の内周面全域をプローブ２３が螺旋状に走査す
るように構成されている。機構部制御装置２５は、管回
転装置２０からライナ管の回転位置Ｊなわち周方向位置
に関する信号ａおにびライナ管の概形寸法その他の材料
情報すを受け、またプローブ駆動装置２４からライナ管
に対するプローブ２３の軸方向位置に関する信号Ｃを受
ける一方、管回転装置２０およびプローブ駆動装＠２４
に対して始動、停止１回転速痕、進退速度などについて
の各種の指令ｄ。

ｅをそれぞれ与えるように構成されている。測定器２６
には、第２図に示すようにプローブ２３に内蔵されたア
クティブコイルし１およびリファレンスコイルＬ２を構
成要素として含むブリッジ回路が設けられており、これ
によりアクティブコイルＬ、のインピーダンス変化をラ
イナ管の測定信号ｆとして取り出すように構成されてい
る。信号処理装置２７は、上記測定器２６から与えられ
る測定信号ｆと上記機構部制御装置２５から与えられる
位置信号ｑとにより、後述する信号処理を行ってライナ
管の各位置におりる厚み情報りを得、これを記録装置２
８に送信する一方、上記機構部制御装置２５に対しては
その動作に関する指令ｉを与えるように構成されている
。

第３図および第４図はそれぞれ前記した管回転装置２０
の要部の正面図および側面図を、また第５図はその一部
を拡大して示したものである。この管回転装置２０は、
調整管２９の管端部とこれに対面する被検査管３０の管
端部とを共に載せる左右一対のターニングローラ３１，
３１　（第３図では装置の左端側より見て右側に配置さ
れるターニングローラ３１のみを示す）と、これら一対
のターニングローラ３１．３１の上方から上記両管端部
にまたがってこれらを押え拘束する１つのピンチローラ
３２とが設【ノられている。第３図において基台３３の
左方に立設される架台３４上には、被検査管３０の上記
管端部よりやや後部を載せる別の左右一対のターニング
ローラ３５．３５が設けられ、これらのターニングロー
ラ３５．３５は、上記管端部を載せるターニングローラ
３１，３１とそれぞれ同じ軸３６．３６で連結されてい
る。

また、この一対のターニングローラ３５．３５の上方に
は、被検査管３０を押えてこれをターニングローラ３５
．３５１に拘束する別のピンチローラ３７が設けられ、
このピンチローラ３７と先の管端部側のピンチローラ３
２とは同じ軸３８で連結されている。そして、上記ター
ニングローラ３５．３５の右側の１つは、歯車３９．４
０．４１からなる伝達機構を介して駆動源４２の回転軸
４３に連係されている。

ターニングローラ３１のボス部にはセットスクリュー５
８が設けてあり、このセットスクリュー５８をゆるめて
ターニングローラ３１を軸３６に沿ってスライドさせる
ことににす、所望位置にターニングローラ３１を位置決
め可能なように構成されている。またピンチローラ３２
は軸３８の軸心回りに回転自在な軸受内蔵のフリーロー
ラであり、ターニングローラ３１の移動にしたがって移
動自在である。

一方、基台３３の中間部および左方に立設される各架台
４４．４５には調節管２９を載せる左右一対のターニン
グローラ４６，４６，４７．４７（第３図では装置の左
端側より見て右側に配置されるターニングローラ４６．
４７のみを示す）がそれぞれ設【ノられ、これらの前後
の位置対応をなすターニングローラ４６−４７．４６−
４７間もそれぞれ同じ軸４８．４８で連結されている。

また、上記調整管２９用のターニングローラ４６゜４７
．４６．４７の左右の各軸４８．４８はそれぞれ、前記
被検査管３０川のターニングローラ３１．３１の左右の
各軸３６，３６に連結されて、それぞれ１本の軸をなし
ている。そして、上記ターニングローラ４６．４６の右
側の１つは、歯車４９．５０．５１からなる伝達機構を
介して先の駆動源４２の回転軸４３に連係されている。

すなわち、１つの駆動源４２により、被検査管３０用と
調整管２９用の左右の各ターニングローラ３１゜３５．
４６．４７が同期して回転するように構成されている。

上記調整管２９０前後部にはそれぞれプーリ５２．５３
が設けられる一方、架台４４．４５にもこれらに対応さ
せたプーリ５４．５５が設けられ、プーリ５２．５４問
およびプーリ５３．５５間にゴムベルト５６．５７を掛
は渡すことにより、調整管２９の回転を許容しながらこ
れをターニングローラ４６．４７上に押えて拘束するよ
うに構成されている。

なお、被検査管３０はその管軸と直交する方向に搬入準
備位置からターニングローラ３１．３１゜３５．３５上
へ搬入されるため、このとき被検査管３０の管端が調整
管２９にかからないように、第５図に示す両管端間の隙
間ｄは、３１ＩＩＩＩＩ（最小Ｏ麿、最大６　ｍＭ）程
度に設定される。そのため、両管端部を共に載せるター
ニングｌコーラ３１０幅寸法は上記隙間ｄより十分大き
く設定しである。

上記のような構成において、ターニングローラ軸３６は
両端支持となり歪が抑制それ、その軸上にターニングロ
ーラ３１が所要位置にセットスクリュー５８により固定
されて、そこに調整管２９および被検査管３０の対面管
端部が段差なく支持される。ピンチローラ３２も対応位
置に位置調節され対面管端部を拘束する。測定時、ター
ニングローラ３１は他のターニングローラ３５，４６゜
４７と等速で回転し、これにより調節管２９および被検
査管３０の対面管端部での管半径方向の振れが十分に抑
制され、内挿型渦流プローグを滑らかに挿入、抽出する
ことができる。被検査管３０の長さが変わったときには
、調節管２９の長さを変更して取り付１ノ、ターニング
ローラ３１およびピンチローラ３２を所要位置に位置決
めするだけでよく、対応が容易である。

なお、ターニングローラ３１および両管端部を押えるピ
ンチローラ３２としては、各管端部ごとに別々のものを
設【プ、それぞれの管端を分担して拘束しかつ回転させ
るようにしてもよい。またターニングローラ３１の代り
に、ターニングローラ軸３６の軸心回りに回転自在な軸
受内蔵のフリーローラ（すなわちピンチローラ３２と同
一構造）を設け、このフリーローラ上で調整管２９およ
び被検査管３０の対面管端部を受けるようにしてもよい
。この場合に−ｂ対面管端部は段差をなく支持され、回
転時には管半径方向の振れが十分に抑制される。要は管
端対面部が段差なく支持される位置規制ローラであれば
、上記ターニングローラ３１に代えて使用することがで
きる。

第６図は前記したプローブ２３の半部を破断した正面図
を示す。

このプローブ２３は、ロッド形状をなすプローブ本体５
９の前後の軸部にそれぞれ管圧接体６０゜６０が螺着さ
れ、また各管圧接体６０の先端側相当位置のプローブ本
体５９軸部には、それぞれ対向する管圧接体６０．６０
に作用するリング状のアクチュエータ６１．６１が、プ
ローブ本体５９の軸方向に進退可能に嵌挿されている。

さらに、上記各アクチュエータ６１．６１の後端側相当
位置のプローブ本体５９軸部には、それぞれバネ受は用
ナツト６２．６２が螺着され、アクチュエータ６１とバ
ネ受は用ナツト６２との間にはアクチュエータ６１を管
圧接体６０側に付勢する圧縮コイルバネ６３．６３がそ
れぞれ介装されている。

また、プローブ本体５９の中間部には、コイル装着用の
凹陥部６４が形成され、コイル６５の取り付けられた台
座６６が上記凹陥部６４に着脱可能にネジ止めされてい
る。

前記管圧接体６０は、摩擦係数が小さく硬度の低い高密
度ポリエチレン樹脂からなり、コイル６５の装着される
部分を含むプローブ本体５９の他部より少し外径の大き
い拡径摺動部６０ａを有するリング状をなし、前記アク
チュエータ６１に対向する先端部内周には、先端側に向
は拡径変化するテーパ面６０ｂが形成される一方、−ヒ
記拡径摺動部６０ａを含む先端部には軸方向に向けて複
数のスリット６０ｃ・・・が形成され、これにより弾性
的な拡縮変形が可能となるように構成されている。

また上記管圧接体６０に対向する前記アクチュエータ６
１の先端部外周には、管圧接体６０の上記テーパ面６０
ｂに当接づ゛るデーパ面６１ａが形成され、これらテー
パ面６０１）、６１ａ相互のすべり作用により、アクチ
ュエータ６１の管圧接体６０への押動に伴い管圧接体６
０が拡径変形するように構成されている。

一方、前記バネ受り用ナラ１へ６２と圧縮コイルバネ６
３とは上記アクチュエータ６１を管圧接体６０側に付勢
する伺勢手段を構成しており、その付勢力はバネ受り用
ナツト６２を廻してその螺着位置を前後に変位さけるこ
とににり調整できるように構成されている。

プローブ本体５９の後軸部は管状に形成され、その中空
部５９ａには前記したコイル６５と第２図のブリッジ回
路とを結ぶリード線６７が配線されている。そして、管
体測定時には、プローブ本体５９の上記後軸部が測定器
側より延設されるプローブ支持棒に連結される。

つぎに、このプローブの動作を説明する。第６図に示す
ように圧縮コイルバネ６３の付勢力によりアクチュエー
タ６１が管圧接体６０を押動した状態で、管圧接体６０
は拡径変形するので、このプローブ２３が管回転装置２
０により回転されている被検査管３０内に挿入される測
定時には、前後の管圧接体６０．６０の各拡径摺動部６
０ａ。

６０ａが被検査管３０内周面に圧接する。したがって、
被検査管３０の内周面とコイル６５との距離を一定に維
持したまま、プローブ２３を進退させて内周部の渦流測
定を行なうことができ、これによりリフトオフの変動が
大幅に小さく抑えられるものである。

摩耗により管圧接体６０の被検査管３０に対する支持圧
が低下した場合には、前記したバネ受は用ナツト６２を
廻してアクチュエータ６１に対する圧縮コイルバネ６３
の付勢力を強めることにとより、適正な支持圧に調整す
ることができる。

なお、プローブ本体５９の軸部の、アクチュエータ６１
の進出動作側には、その進出を制限するストッパ５９ｂ
、５９ｂが形成されており、これより管圧接体６０が過
度に拡径変形を強いられて、例えば被検査管３０への挿
入の障害になることがないように配慮されている。

上記圧縮コイルバネ６３を適正な付勢力に調整するには
、バネ圧設定用の標準管体を用意しておいて、この標準
管体内に上記プローブ挿入した状態で例えば同管体を前
後に移動させ、この時の摩擦抵抗力を測定することによ
り調整することができる。

上記プローブ２３をプローブ支持棒に連結して行なう管
体の厚み測定において、プローブ支持棒を進退させた時
のリフトオフの変化量を測定した結果では、数μｍ程痕
の非常に良好な値を得ている。一方、前記管圧接体６０
を取り除いた状態で同じようにプローブ支持棒を変化さ
ゼた時のリフトオフ変化量は５００μｍ程度という結果
が得られ、このプローブ２３によるリフトオフ変動の抑
制効果が大きいことが確認された。

また、管圧接体６０は摩擦係数が小さく硬度の低い高密
度ポリエチレン樹脂が使用されているので、ライチ被覆
管のように内周面のライナ層への疵発生が懸念される測
定の場合にも、疵発生を確実に防止できるものである。

第７図は前記したプローブ２３内のコイル配置構成を模
式図で示したものである。同図においてアクティブコイ
ルＬ１は、被検査管３０に内挿された測定時のセット状
態において、ライナ層３０ｂの表面との距離すなわちリ
フトオフｆＲ１が一定になるＪ：うに設定されている。

一方、リファレンスコイルＬ２に対しては、上記リフト
オフ量１と等しい厚みのスペーサ６８を介して被検査管
３０の母材層３０ａと同−材質の板６９（ジルカロイ板
）が配置され、上記スペーサ６８としてはその電気的特
性がアクティブコイルＬ１と被検査管３０との間に介在
する空気に近い材質のものが選定されている。すなわち
、リファレンスコイルＬ２から上記したリフＩ−オフｍ
Ａだ（）離して被検査管３０と等価な材料が配置されて
いる。なお、正確な測定を期するためには、ジルカロイ
の母材層に純ジルコニウムのライナ層の形成された、被
検査管３０（ライナ被覆管）と同じ層構成の板６９を用
いるのが望ましい。

以上の構成のプローブ３３を用いて、次の条件下で２重
周波数を用いた渦流法によりライナ被覆管のライナ層厚
を測定したときの、上記アクティブコイルＬ１とリファ
レンスコイルＬ２のインピーダンスを、各周波数ごとに
従来のプローブの場合と比較して表１に示している。

（１）　　ライナ被覆管 母材層（ジルカロイ）の内径：　１０．５５　ｍφ母材
層厚：　　０．８７間 ライナ層（純ジルコニウム）厚：約９０μ而（２）　　
プローブ アクティブコイル： 径０．８５　ｓφ、長さ３＃ＩＩＩＩのフェライトコア
に０．０７　＃φの細銅 線を８５回巻いたもの。

リファレンスコイル： アクティブコイルと同等。

ジルカロイ板： 面積３．５ｍ平方、厚み０．８７ａ＊。

リフトオフ量ｊ！：約２５０μｍ （３）　　周波数 低周波数（ｆ１＝１／ω１）：２ＭＨ２高周波数（ｆ２
−１／ω２　）：４ＭＨｚ（以下余白） この測定結果から明らかなように、実施例のプローブで
はアクティブコイルとリファレンスコイルのインピーダ
ンスの絶対値は周波数にかかわらずほとんど等しくなり
、その差は周波数２ＭＨｚの場合で１０．４　Ｍ　ｌ−
ｌ　ｚの場合で３０とわずかである。したがって両コイ
ルのインピーダンス比は周波数によりほとんど変化する
ことがなく、はぼ１に近い値を維持し続【ノる。これに
対し従来例のプローブでは、２　Ｍ　Ｈｚで１５０．４
ＭＨｚで１８０のインピーダンス差があり、またそのイ
ンピーダンス比も周波数により大きく変化していること
が認められる。このことは、従来例では広い周波数範囲
にわたってブリッジバランスをとることは不可能である
が、本実施例ではこれが十分に可能となることを意味し
ている。具体的にはこのプロー１２３を使用することに
より、ブリッジ回路の平衡のズレを３％以内に抑えるこ
とが可能となり、これによりＳ／Ｎの大幅改善を達成で
きた。

従来例のプローブでは、ブリッジバランスのズレを５以
内に抑えることは困難である。

また（Ｌ　のインピ−ダンス）／（Ｌ２のインピーダン
ス）−Ｒ／Ｒ２＝１のとき最大感度となることが知られ
ており、本発明によれば上記のようにインピーダンス比
が周波数にかかわらずばぼ１となるので、最大感度が得
られる。このような理由から、本発明によれば高い測定
精度が達成できる。ちなみに上記の場合のライナ層厚の
測定精度は、実施例のプローブでは±２．８μｍで、従
来例のプローブの場合の±１０．５μｍと比べて格段に
向上していることも確認された。

一方、前記した測定器２６と信号処理装置２７における
信号処理は以下のようにして行われる。

上記測定器２６に設けられた第２図に示すブリッジ回路
は、プローブ２３側に内蔵されるアクティブコイルＬ　
およびこのコイルＬ１と平衡を保つためのリファレンス
コイルＬ２と、これらコイルと互いに対をなす１組の純
抵抗Ｒ１，Ｒ２との４つのインピーダンス素子を備えて
構成されており、アクティブコイル１のインピーダンス
変化はブリッジバランスのくずれによる接点ａ、ｂ間の
不平衡電圧として検出される。また、スイッチ７０によ
り上記アクティブコイルＬ１と切替えられるインピーダ
ンス素子Ｚ１と、スイッチ７１により上記リファレンス
コイルＬ２と切り替えられるインピーダンス素子Ｚ２と
の組合せからなる第１ダミー回路７２が構成され、さら
にスイッチ７３によって上記インピーダンス素子Ｚ２に
並列に接続可能なインピーダンス素子Ｚ３を上記第１ダ
ミー回路７２に付加して第２ダミー回路７４が構成され
ている。上記各インピーダンス素子７１〜Ｚ３は、抵抗
、コンデンサなどの各素子の組合せにより構成され、イ
ンピーダンス素子Ｚ１およびＺ２はそれぞれアクティブ
コイルＬ１およびリファレンスコイルＬ２と等価になる
ように選定されている。またインピーダンス素子Ｚ３に
ついては、インピーダンス素子Ｚ１の約１００倍程度の
値に選定されている。すなわち第２ダミー回路７４は、
第１ダミー回路７２のインピーダンス値ＩＺ２＋を１％
変化させたものとなっている。

一方、上記アクティブコイル［１に流す交流電流の周波
数として３種類のものが与えられる。この周波数の選定
は次のようにして決められる。

■　主にライナ被覆管８の全肉厚の測定に用いられる周
波数ｆ１として、渦電流の浸透深さδただし　　ω：角
周波数（−２πｆ１）μ：μ　×μＯ μ、：比透磁率 μ０＝真空中の透磁率 （＝　４　ｙｃ　Ｘ　１０−７）−１／ｍ）σ：導電率
（−１／ρ） ρ：固有抵抗（Ω・ＴｒＬ） が全肉厚に近い値となるように決める。

■　主にライナ層厚の測定に用いられる周波数ｆ　　、
ｆ　　として、渦電流の浸透深さδがライナ部属近傍の
値となるように決める。

このような構成において、ライナ被覆管の厚み測定は次
のようにして行われる。まず実際の測定に先立ち、次の
ようにして基準方向を決定する。

すなわち、第２図のブリッジ回路のアクティブコイルＬ
１およびリファレンスコイルＬ２をスイッチ７０．７１
で第１ダミー回路７２のインピーダンス素子Ｚ１．Ｚ２
と切り替えて接続し、ブリッジ回路の出力を測定する。

次に、スイッチ７３によって上記第１ダミー回路７２に
インピーダンス素子Ｚ３を接続し、つまり第２ダミー回
路７４を接続して、ブリッジ回路の出力を測定する。そ
して、上記２つの操作に伴うブリッジ回路出力の変化方
向を、前記した３種類の周波数ｆ１〜ｆ３ごとにそれぞ
れ求め、これらを各周波数ｆ１〜ｆ３に対応する基準方
向として定める。

次に、上記各周波数ｆ　−ｆ３に対応する基準−３２一 方向が前記した測定器２６の表示部のインピーダンス平
面の水平方向に一致するように、各周波数ごとに位相角
を調整する。そしてこのような条件で測定されたインピ
ーダンスの水平成分、垂直成分をそれぞれ１−１１．Ｖ
ｌ、Ｒ２，Ｖ２　、Ｒ３，Ｖ３としたとき、ライナ層厚
、全肉厚、ジルカロイ厚は以下に述べるようにして算出
される。なお上記水平、垂直成分の各添字は、３重周派
における周波数の違いを表わすものである。

算出にあたっては、まず予め以下の作業が必要である。

（１）ライナ層厚算出式の仮定 ライナ層厚は周波数ｆ２．ｆ３を用いて算出すと仮定す
る。ただしく：、　１ｊｋｌは係数である。

（２）全肉厚算出式の仮定 全肉厚は周波数ｆ　、ｆ２．ｆ３を用いて算出する。算
出式は例えば。全肉厚を王ｔ。ｔａｌとしてと仮定する
。ただしＣ１は係数である。

＋ｊｋｌｎ＋ｎ （３）ジルカロイ厚算出式の仮定 ジルカロイ厚は全肉厚と同様にして算出することができ
るが、簡単にはジルカロイ厚をＴ　　とｒｙ して ”　　　””ｔｏｔａｌ　　”ｚｒ　　　　　　　　・
・・（３）ｒｙ としても算出することができる。

（４）係数の決定 標準的なライナ被覆管の破壊検査によりライナ層厚、全
肉厚、ジルカロイ厚を実測しておき、上記（１）〜（３
）の算出仮定式を用いて重回帰分析により最適な項を選
択し、各項の係数を最小２乗法により求める。これにに
リライナ層厚、全肉厚、ジルカロイ厚の算出のＴＣめの
実際式を得る。

このようにして得られた実際式の演算プログラムを第１
図に示す信号処理装置２７に入力しておき、前記ブリッ
ジ回路のアクティブコイルＬ１およびリファレンス」イ
ルＬ２を元の接続状態に戻して、３重周波数による渦流
測定を行う。これにより、測定器２６において各周波数
に対応して求められる水平および垂直成分１−１１．Ｖ
ｌ、Ｒ２。

Ｖ２．Ｒ３，Ｖ３は信号処理装置２７に順次入力され、
この入力データに基づき上記３つの実際式の演算が行わ
れ、ライナ層厚、全肉厚およびジルカロイ厚が算出され
る。これらの算出結果は第１図に示す記録装置２８に入
力され、各算出値が記録表示される。

以上の方法をプローブ２３内のアクティブコイルＬ１の
コイル径が約１　ｍｍ中、試験周波数５００ｋＨｚ　、
２ＭＨｚ　、４Ｍ１−（ｚの場合に適用シタ測定（算出
）結果を第８図、第９図および第１０図に示している。

第８図はライナ層厚について、この方法により得られた
算出値（縦軸）と破壊的検査により得られた実測値（横
軸）の関係を示しており、この方法による測定結果が実
際の値によく一致していることが確認される。第９図お
よび第１０図はそれぞれ全肉厚および母材Ｂ（ジルカロ
イ）厚について同様の関係を示したもので、いずれも高
精度の測定結果が得られていることが確認される。

以上の実施例では、測定された全肉厚とライナ層厚の差
分から母材層厚を求めるにうにしているが、母材層厚に
ついても全肉厚算出の場合と同様にして求めることがで
きる。上記方法によりライナ層厚のみを測定する場合に
は、全肉厚の未知数を減らすことができるため３種類の
周波数は不要で、２種類の周波数で足りる。

また、前述したブリッジ回路における第２ダミー回路７
４では、第１ダミー回路７２のインピーダンス素子Ｒ２
側にインピーダンス素子Ｚ３が接続される構成であるが
、他方のインピーダンス素子Ｒ１側にインピーダンス素
子Ｚ３が接続される構成でもよく、いずれにしても第１
ダミー回路７２側のインピーダンス素子Ｚ１．Ｚ２のい
ずれかがインピーダンス素子Ｚ３の付加により１％程度
変化し得るものであればよい。なお、上記インピーダン
ス素子Ｚ　、Ｚ　をアクティブコイルＬ１およびリファ
レンスコイルＬ２と等価になるように調整をする手順は
、次のように行うのが望ましい。

先ず、ライナ層厚、全肉厚が標準的な試供管を用意し、
この試供管内にプローブ２３を挿入し、アクティブコイ
ルＬ１、リファレンスコイルＬ２が接続された状態での
ブリッジ回路の出力を測定する。次いで、第１ダミー回
路７２のインピーダンス素子Ｚ　、Ｒ２として、先ず第
２図の純抵抗Ｒ１，Ｒ２と等価な純抵抗Ｒ３，Ｒ４をそ
れぞれ接続し、スイッチ７０．７１を第１ダミー回路７
２側に切替え接続してブリッジ回路の出力を測定する。

このあと、更に上記純抵抗Ｒ３，Ｒ４に付加的な抵抗、
コンデンサなどを順次接続し、ブリッジ回路の出力がコ
イル系接続時と等しくなるように調整することによって
、インピーダンス素子Ｚ　、Ｒ２の値を決定する。イン
ピーダンス素子２．２２の一方に付加されるインピーダ
ンス素子Ｚ　　（Ｚ　　またはＲ２の約１００倍）は、
このインピーダンス素子Ｚ３を接続した時のブリッジ回
路の出力変化が、試供管にプローブ２３を挿入してリフ
トオフを変化させた時に生じるブリッジ回路の出力変化
とほぼ等価となるような値に調整し決定する。

コイルインピーダンスの変化の基準方向を決定する上記
第１．第２ダミー回路７２．７４の各インピーダンス素
子７１〜Ｚ３は、上記した抵抗、コンデンサなどの電気
素子を適当に選択することにより、温度、湿疫なとの外
乱要因の影響を受けることなく上記基準方向を正しく決
定できる。以上の手順により各インピーダンス素子７１
〜Ｚ３を決定することにより、実際にライナ被覆管を測
定する時と同一の測定器の感度条件下で基準方向の設定
ができ、測定器のダイナミックレンジを広く取ることが
できる。

また、上記基準方向を決定する第１ダミー回路７２から
第２ダミー回路７４への切替え時のブリッジ回路の出力
差（基準電圧と称す）の絶対値は、測定器系の感度の指
標となる。すなわち、経時的に測定器系の感度が変化す
ると、それに応じて上記基準電圧に変化が生じる。そこ
で、上記基準電圧を定期的にヂエックし、その・変化分
に見合う分だけ前述した方法によるライナ被覆管の測定
値を補正することにより、測定器系の感度変化に伴う測
定のずれを校正することができ、測定精度を上げること
ができる。

第１１図は、第８図、第９図および第１０図に示す測定
結果を得た先の実施例と同じ条件で４ケ月後にライナ被
覆管のライナ層厚について測定した測定結果を示してい
る。縦軸はこの渦流法による測定算出値、横軸は破壊的
検査により得られた実測値を示す。

一方、先の実施例と４ケ月後の実施例における上記基準
電圧の変化は表１に示す通りである。

表　　１ 第１１図に示す測定結果から明らかなように、上記基準
電圧変化分を補正しない場合には、破壊的検査による実
測値（横軸）と渦流法による測定値との間に偏差と多少
のバラツキの増加が認められる。そこで、この基準電圧
の変化割合分だけ、渦流法により得られるコイルインピ
ーダンス変化の各成分Ｈ、Ｖｌ、Ｈ２，Ｖ２の測定値に
補正を加えて、ライナ層厚を算出した結果が第１２図（
縦軸は渦流法による補正後の算出値、横軸は破壊的検査
による実測値）である。同図を先の第８図と比較して明
らかなように、上記補正が極めて有効であることがＩＩ
される。

（発明の効果） 以上のように、この発明のライナ管の厚み測定装置によ
れば、ライナ管を支持してこれに軸回転を与える管回転
装置おＪ：びプローブについて、以下に挙げる効果が得
られるので、本願出願人の開発した多重周波数を用いて
渦流法によりライナ被覆管の厚み測定を行なう方法を実
施Ｊ−る場合にも、各構成部において上記の新たな測定
方法による測定精度に見合う精度の向上がはかられ、ラ
イチ被覆管のライナ層厚その伯の管厚を高精度に測定で
きるという効果が得られる。

（１）管回転装置は、被検査管の管端部とこれに対面す
る調整管の管端部とを位置規制ローラ上に載せて支持す
るものであるから、管端対面部における段差を管製作誤
差に起因する実用上無視しうる芯ぶれの範囲内に収める
ことができ、そのためプローブ挿脱時に上記段差による
プローブ摺動部の異常摩耗が生じるのを確実に防止でき
る。

（２）　　プローブは、摩耗や塑性変形によるリフトオ
フ変動も簡単な調整により解消できるので、リフトオフ
変動の大幅な抑制の要請されるライナ被覆管のライナ層
厚測定にも十分対応できる。

（３）　　プローブ内のコイルについては、そのアクテ
ィブコイルとリファレンスコイルの間のインピーダンス
比が周波数によって変動することがないので、ライナ被
覆管のライナ層厚の測定などに適用した場合、高い測定
精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるライナ管の厚み測定
装置の概略を示すブロック図、第２図はその測定器にお
けるブリッジ回路の結線図、第３図、第４図おにび第５
図はそれぞれ管回転装置の要部を示す正面図、側面図お
よび部分拡大図、第６図はブＤ−ブの半部を破断して示
す正面図、第７図はプローブのコイル配置構成を示す模
式図、第８図、第９図、第１０図はイれぞれ実施例の装
置により測定されたライナ被覆管のライナ層厚、全肉厚
および母材層厚の値と破壊検査により実測された値との
関係を示す図、第１１図は上記実施例より４ケ月経過後
の測定におけるライナ層厚の測定値と破壊検査による実
測値との関係を示す図、第１２図はライナ層厚の測定値
を基準電圧変化分補正したものと破壊検査による実測値
との関係を示す図、第１３図はライナ被覆管の管厚測定
を内挿型プローブを用いて渦流法により行う場合の説明
図、第１４図はリフトオフ変動によるインピーダンス変
化方向を示す図、第１５図はリフトオフ変動量とインピ
ーダンス変化量の関係を示す図、第１６図、第１７図は
それぞれ従来の管回転装置の概略正面図および概略平面
図、第１８図、第１９図はそれぞれ従来のプローブの正
面図および側面図、第２０図は従来の他のプローブの概
略図、第２１図はヌルメソッド測定に用いられるブリッ
ジ回路結線図である。 ２０・・・管回転装置、２３・・・プローブ、２４・・
・プローブ駆動装置、２６・・・測定器、２７・・・信
号処理装置、２９・・・調整管、３１・・・ターニング
ローラ、２７・・・ピンチローラ、５９・・・プローブ
本体、６０・・・管圧接体、６０ａ・・・拡径摺動部、
６０ｂ・・・テーバ面、６０Ｃ・・・スリット、６１・
・・アクヂコエータ、６１ａ・・・テーバ面、６２・・
・バネ受は用ナツト、６３・・・圧縮コイルバネ、Ｌｌ
・・・アクティブコイル、Ｌ２・・・リファレンスコイ
ル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査管を支持してこれに軸回転を与える管回転
   手段と、上記被検査管内に挿入されて渦流法により被検
   査管の厚みに相当する検知信号を得るプローブと、この
   プローブを被検査管の軸方向に進退駆動するプローブ駆
   動手段と、上記プローブによる検知信号と上記管回転手
   段およびプローブ駆動手段より得られる位置信号とを受
   けこれらの信号を基にして被検査管の各位置における厚
   みデータを出力する信号処理手段とを備えたライナ管の
   厚み測定装置において、上記管回転手段は、被検査管の
   管端部とこれに対向するプローブガイド用調整管の管端
   部とを共に載せる位置規制ローラと、この位置規制ロー
   ラ上の管端対面部を押えて拘束するピンチローラとを有
   し、上記プローブの本体はその外周部に設けられプロー
   ブ本体の軸径方向に拡縮変形可能な管圧接体と、プロー
   ブ本体の軸方向に進退可能に設けられ進出して上記管圧
   接体を拡径変形させるアクチュエータと、このアクチュ
   エータに対しその進出動作側に付勢力を調整可能に及ぼ
   す付勢手段とを有し、また上記プローブは被検査管に対
   し電磁作用を及ぼすアクティブコイルと、このアクティ
   ブコイルと共にブリッジ回路を組み外乱要因による検知
   信号を得るリファレンスコイルとを内蔵し、かつ上記ア
   クティブコイルのリフトオフ量だけリファレンスコイル
   から離れた位置に被検査管と等価な材料を配置したこと
   を特徴とするライナ管の厚み測定装置。