SE520648C2 - Förfarande och anordning för att mäta en parameter hos en metallbana - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 520 648 flödets rörelseriktning inte kan bestämmas med anord- ningen utan andra hjälpmedel.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med uppfinningen är att undanröja prob- lemen med den kända tekniken genom att åstadkomma ett förfarande för att mäta åtminstone en parameter, såsom hastigheten eller rörelseriktningen, hos en metallbana, vilket förfarande är enkelt och pålitligt.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för att mäta åtminstone en parameter hos en metallbana, vilken anordning är enkel, liten och lätt- hanterlig.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som är tålig och som är lätt att anpassa till olika applikationer och miljöbetingelser därav.

Ovan nämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen med ett förfarande och en anordning som har de särdrag som definieras i de bifogade kraven.

Enligt en första aspekt på föreliggande uppfinning åstadkommes en anordning för att mäta åtminstone en para- meter hos en metallbana, vilken anordning innefattar första organ, för att generera ett magnetfält så att det alstras virvelströmmar i metallbanan, då metallbanan och nämnda första organ rör sig relativt varandra; andra organ, som samverkar med virvelströmmarna och är så anordnade att de påverkas av en kraft som är rela- terad till virvelströmmarna; samt tredje organ anordnade att detektera kraftpåverkan på nämnda andra organ, varvid den detekterade kraften är en funktion av den sökta parametern hos metallbanan.

Enligt en andra aspekt på föreliggande uppfinning åstadkommes ett förfarande för att mäta åtminstone en parameter hos en metallbana, vilket förfarande innefattar stegen att: 10 15 20 25 30 35 520 648 generera ett magnetfält så att det alstras virvel- strömmar i metallbanan, då metallbanan rör sig relativt magnetfältet; bringa metallbanan och magnetfältet att röra sig relativt varandra; anordna ett organ i anslutning till metallbanan så att det utsätts för kraftpåverkan som är relaterad till virvelströmmarna; detektera den av virvelströmmarna inducerade kraft- påverkan på nämnda organ; och bestämma parametern hos metallbanan utifrån den detekterade kraften, vilken är en funktion av parametern.

Den sökta parametern kan vara vilken parameter som helst som kan påverka de alstrade virvelströmmarna och därmed kraften. Några exempel på parametrar är hastig- heten hos metallbanan, vad gäller storlek eller riktning, ett avstånd till metallbanans yta, metallbanans tjocklek eller konduktivitet, eller en kombination därav.

Enligt föreliggande uppfinning angrips alltså prob- lemet med att mäta en parameter hos en metallbana på ett helt nytt sätt. Till skillnad från den kända elektro- magnetiska detekteringen utnyttjas istället ”mekanisk” detektering. Det är således inte ett magnetfält som skall detekteras utan en kraft som vill upphäva relativför- flyttningen mellan anordningen och metallbanan. Denna kraft är mätbar till storlek och riktning medelst organ innefattade i anordningen.

Anordningen för att mäta en parameter hos en metall- bana enligt föreliggande uppfinning innefattar första organ för att generera ett magnetfält så att det alstras parameterberoende virvelströmmar i metallbanan, då metallbanan rör sig relativt nämnda första organ. Nämnda första organ kan innefatta en eller flera permanent- magnet(er), en eller flera elektromagnet(er) med järn- och/eller pulverkärna, eller en kombination av permanent- magnet(er) och elektromagnet(er). 10 15 20 25 30 35 520 648 Vidare innefattar anordningen andra organ som sam- verkar med virvelströmmarna och är så anordnade att de påverkas av en kraft som är relaterad till virvelström- marna. Nämnda andra organ innefattar exempelvis en på en pendel anordnad eller i en pendel ingående magnet, på ett hjul anordnade eller i ett hjul ingående magneter, eller ett fast infäst element, i vilket spänningar uppstår vid kraftpåverkan.

Anordningen innefattar även tredje organ anordnade att detektera kraftpåverkan på nämnda andra organ, varvid den detekterade kraften är en funktion av den sökta para- metern hos metallbanan. Nämnda tredje organ innefattar exempelvis Hallsensorer, dubbelpulslasrar, töjnings- givare, tryckmätare, hydrauliska eller pneumatiska don, magnetoresistiva pulskännare, optiska pulsräknare eller ultraljudsanordningar.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda andra organ en i anordningen fast in- fäst kropp. Nämnda tredje organ är anordnade att detek- tera av kraften orsakade mekaniska spänningar i kroppen, vilka organ är anordnade att mäta spänningarna som är en funktion av den inducerade kraften. Nämnda tredje organ kan vara på kroppen anordnade töjningsgivare, vilkas resistans ändras till följd av böjningarna (spänningarna) på kroppen. Genom att exempelvis anordna två eller flera givare runt omkring kroppen kan, förutom hastigheten hos metallbanan, även rörelseriktningen bestämmas. Naturligt- vis kan även andra slags givare användas, såsom exempel- vis tryckmätare, piezoelektriska givare, hydrauliska eller pneumatiska don.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen innefattar nämnda andra organ en i anordningen rörligt infäst kropp som är så anordnad att den rör sig till följd av påverkan av den inducerade kraften. En sådan rörligt infäst kropp kan exempelvis vara en upp- hängd pendel innefattande en magnet, varvid nämnda tredje organ är anordnade att mäta pendelutslag som är en funk- 10 15 20 25 30 35 520 648 tion av den inducerade kraften. För att minimera mot- ståndet mot pendelrörelsen, kan pendelns arm vara punkt- upphängd, såsom på en spets. Den av virvelströmmarna inducerad kraften strävar att bringa pendelarmen att följa med i metallbanans rörelseriktning, varför exempel- En annan Ytter- vis både hastigheten och riktningen kan mätas. variant är att upphänga pendelarmen kardanskt. ligare en variant är att upphänga pendelarmen i en egg.

Detta begränsar således riktningsvisandet till ett plan.

En sådan upphängningen är därför företrädesvis vridbar för att det skall vara möjligt att finna maximalt utslag och därmed både hastigheten och rörelseriktningen.

I en annan utföringsform enligt uppfinningen är nämnda andra organ direkt eller indirekt anordnad att flyta i ett medium med högre densitet en luft, exempelvis en lågviskös vätska. Fördelen med denna utföringsform är att nämnda andra organs tyngd är mindre i ett sådant Således ett större utslag vid medium, varför även rörelsetrögheten är mindre. erhålles, för samma kraftpàverkan, utnyttjande av ett sådant medium än utan, varvid utslaget också lättare detekteras av nämnda tredje organ. Nämnda andra organ kan exempelvis innefatta en flottör som inne- sluter en magnet.

Enligt ytterligare en annan utformning kan kroppen vara försedd med kraftpàverkade magneter och vara roter- bart anordnad så att den roterar till följd av påverkan på magneterna till följd av inducerade strömmar, varvid nämnda tredje organ, exempelvis pulsräknare, är anordnade att mäta rotationshastigheten som är en funktion av den inducerade kraften. Den roterbart anordnade kroppen kan exempelvis ha formen av ett hjul med ett hjulnav som är fäst vid en upphängd länkarm. Hjulet är företrädesvis anordnat att rotera i plan vinkelräta mot metallbanans plan. För att finna maximal rotationshastighet (och där- med både hastigheten och riktningen hos metallbanan) är hjulet företrädesvis vridbart och självinställande upp- hängt. Även andra tänkbara utformningar av roterbara 10 15 20 25 30 35 520 648 kroppar är tänkbara, mer eller mindre symmetriska, exem- pelvis i formen av ett klot eller en månghörning.

Nämnda första och andra organ kan vara åtskiljt anordnade från varandra eller vara förbundet anordnade med varandra. De kan även ingå i en gemensam enhet, såsom exempelvis en permanentmagnet i form av en upphängd pen- del. inducerande magnetfält och påverkas dessutom av den av I detta fall genererar pendeln ett virvelströms- virvelströmmarna inducerade kraften. Fördelen med att konstruera nämnda första och andra organ förbundna med varandra eller i en gemensam enhet är att anordningen blir mindre skrymmande och mer lätthanterlig. Det skall förstås att uttrycket ”en gemensam enhet” även innefattar varianten där nämnda första och andra organ är ett och samma organ.

Det har visat sig vara fördelaktigt att använda Hallsensorer som nämnda tredje organ i samband med att nämnda andra organ innefattar en rörligt infäst kropp. En Hallsensor är i princip en ledare eller en halvledare i vilken en elektrisk ström flyter. När sensorn utsätts för ett mot strömriktningen vinkelrätt magnetfält uppstår en potentialskillnad över sensorn i en mot både strömrikt- ningen och magnetfältet vinkelrät riktning. Denna så kallade Hallspänning är direkt proportionell mot den magnetiska flödestätheten. När således den rörligt in- fästa kroppen ändrar läge, exempelvis en pendel inne- fattande en magnet (d.v.s. magnetens läge ändras), då ändras även Hallspänningen över sensorn, varigenom ut- slaget och därmed den önskade parametern kan mätas.

Det har även visat sig vara fördelaktigt att använda en eller flera lasrar som nämnda tredje organ. En fördel med att utnyttja lasrar är att detekteringen av kraft- påverkan på nämnda andra organ sker beröringsfritt. En annan fördel är att de kan användas i samband med såväl en fast infäst kropp som en rörligt infäst kropp. Man kan exempelvis använda sig av holografisk interferometri med dubbelpulslaser som ljuskälla. Detta innebär att man 10 15 20 25 30 35 520 648 dubbelexponerar nämnda andra organ vid olika tidpunkter.

Mellan exponeringarna genomgår nämnda andra organ en för- ändring, såsom ett pendelutslag eller en töjning. När bilden av det dubbelexponerade organet rekonstrueras och det holografiska interferogrammet betraktas, syns ett mönster av interferensfransar. Ur detta mönster kan orga- nets förändring mellan de två exponeringarna beräknas.

Avläsningen av mönstret kan exempelvis göras av en CCD- kamera.

Anordningen enligt föreliggande uppfinning kan ut- Särskilt fördel- vilket kan innefatta tillämpningsområden såsom mätning av hastighet nyttjas inom flera olika teknikområden. aktig är dess användning inom metallurgin, och/eller riktning på: en metallytas rörelse i en kokill under gjutning; kärl, metall som strömmar i en ränna, en metallytas rörelse i olika process- t.ex. gjutlådan inom stål- och metalltillverkning; rör eller dylikt; ett medium som har elektriska egenskaper, t.ex. en slurry av järnmalm, en suspension av en metall; rörelsen av en metall i ytan av ett annat material; eller rörelsen av ett fast material vilket är föremål för behandling, såsom exempelvis ett band, en stång eller liknande.

Enligt uppfinningen erhållen mätsignal kan användas till system som används för att styra enheter som på- verkar hastigheten hos metallbanan, såsom exempelvis styrning av: magnetbromsar i kokill vid gjutning, om- rörare vid gjutning, hastighet på band i processlinjer, roterande axlar, flöde vid gjutning, eller börnivå i kokill vid gjutning för att optimera metallströmningen i kokillen.

En fördel med anordningen enligt föreliggande upp- finning är dess ”inbyggda” vibrationsdämpning. Då even- tuella vibrationer uppkommer, något som i tidigare känd teknik utgjorde ett stort störmoment, kommer dessa att generera en motkraft i anordningen som motverkar vibra- tionerna, varigenom anordningen blir självdämpande. lO l5 20 25 30 35 520 648 En annan fördel med uppfinningen är att mätningen sker beröringsfritt. Metallbanan påverkas därför inte av anordningen på annat sätt än av det i mätsyfte genererade magnetfältet och den därav bildade motkraften i metall- banan.

Om ett konstant magnetfält är genererat med anord- ningen enligt uppfinningen, varierar den detekterade kraften med anordningens avstånd till ytan. Det kan där- för vara fördelaktigt att reglera avståndet till ytan för att kunna uppmäta riktiga värden på metallbanans hastig- het och rörelseriktning. Omvänt gäller därför att, när metallbanans rörelse är känd, avståndet kan bestämmas istället.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen innefattar anordningen medel för att mäta både rörelsen hos metallbanan och avståndet till denna.

Uppfinningen har hittills beskrivits i samband med en metallbana i rörelse. Fackmannen inom området inser att den naturligtvis även kan utnyttjas på en stilla- stående metallbana om man istället vill mäta på anord- ningen i rörelse, då man exempelvis ”scannar” anordningen över metallbanan. Den uppfinningsenliga anordningen kan således utnyttjas vid relativrörelse mellan metallbanan och anordningen.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Figur 1 illustrerar schematiskt den fysikaliska princip som ligger till grund för föreliggande uppfin- ning.

Figur 2 illustrerar schematiskt principen för före- liggande uppfinning.

Figurerna 3a-b visar schematiskt en anordning enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figurerna 4a-d visar schematiskt en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen anbringad i en kokill- vägg. 10 15 20 25 30 35 520 648 Figurerna 5a-b visar en detalj av anordningen enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Figur 6 visar schematiskt principen för att minska en magnets tyngd i en anordning enligt uppfinningen.

Figurerna 7a-b visar en tillämpning av en anordning enligt föreliggande uppfinning i form av en förenklad skiss.

Figur 8 visar en annan tillämpning av en anordning enligt föreliggande uppfinning i form av en förenklad skiss.

Figur 9 visar ett exemplifierande blockschema över mätning av en metallbanas hastighet och rörelseriktning, samt konstanthållning av avståndet mellan metallbanan och anordningen enligt en utföringsform av föreliggande upp- finning Figur 10 visar schematiskt en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen anbringad i en kokillvägg.

Figur ll visar ett schematiskt diagram av två Hall- sensorer, varvid diagrammet utnyttjas för kalibrerings- beräkning av en anordning enligt uppfinningen.

Figur 12 visar ett schematiskt diagram av fyra Hall- sensorer, varvid diagrammet utnyttjas för kalibrerings- beräkning av en anordning enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Med hänvisning till figur 1 visas den fysikaliska princip som ligger till grund för föreliggande uppfin- ning. En enkel anordning 1 innefattar en permanentmagnet 3. Permanentmagneten 3 har två långsidor 4 och två kort- sidor 6. Den ena kortsidan 6a är fäst vid en hållare 8 så att en vertikal infästning erhålles med kortsidan 6a belägen vertikalt ovanför kortsidan 6b. Permanentmagneten i exemplet har en nordpol N vid kortsidan 6b och en syd- pol S vid kortsidan 6a. Anordningen 1 är placerad ovanför en metallbana 10 som rör sig med en hastighet v i pilens 9 riktning. Då metallbanan 10 utsätts för ett magnetfält 10 15 20 25 30 35 520 648 10 som genereras av magneten 3, kommer laddningarna i metallbanan 10 att uppleva en Lorentzkraft, vilken ger upphov till virvelströmmar j i ytan. Virvelströmmarna j ger i sin tur upphov till en motkraft F som påverkar magneten 3 och som strävar efter att ”dra med” magneten 3 i metallbanans 10 rörelseriktning.

Figur 2 illustrerar schematiskt en grundläggande anordning 20 enligt föreliggande uppfinning. Anordningen 20 innefattar ett långsträckt, cylindrisk yttre hölje 22 och ett med detta koncentriskt, likformigt inre hölje 24.

Dessa höljen 22, 24 består av omagnetiskt material, såsom glas eller rostfri plåt. Det yttre höljet 22 är anslutet till en hållare 26 så att nämnda höljes 22 mantelyta är vertikalt anordnad. Det ett keramiskt material, inre höljet 24 innesluter en upptill fast eller rörligt infäst kropp 28, i form av en pinne eller en pendelarm, vars nedre ände är försedd med en magnet 30. Anordningen 20 är placerad ovanför en metallbana 10 i rörelse. Då metallbanan 10 utsätts för ett magnetfält som genereras av magneten 30, induceras virvelströmmar j i metallbanan, varvid magneten 30 kommer att påverkas av en kraft F som strävar efter att ”dra med” magneten 30 i metallbanans 10 För att kunna mäta denna kraftpåverkan F på magneten 30 kan olika rörelseriktning enligt principexemplet i figur 1. typer av kraftdetekteringsorgan anordnas. I figuren illustreras principiellt tre exempel på sådana organ. I fallet med en upptill rörligt infäst kropp 28, såsom en pendelarm, är det fördelaktig att använda Hallsensorer 32 i närheten av magneten 30, vilka sensorers funktionssätt tidigare har beskrivits. Är kroppen 28 istället fast in- fäst kan kraftdetekteringen exempelvis ske med på kroppen 28 anordnade töjningsgivare 34, vilka känner av de meka- niska spänningar som uppstår i kroppen 28 till följd av kraftpåverkan F på magneten 30. Töjningsgivarna 34 är lämpligtvis placerade högt upp på kroppen 28 (på stort avstånd från magneten) där böjningen och spänningarna är som störst. I båda fallen är det även möjligt att någon- 10 15 20 25 30 35 520 648 ll stans vid sidan om kroppen 28 eller magneten 30 utnyttja optiska detekteringsorgan 36, såsom lasrar, exempelvis I detta fall är höljena försedda med fönster 38 genom vilka Oavsett vilket kraftdetekte- 36 används, dubbelpulslasrar som tidigare har beskrivits. laserljuset 39 kan färdas. ringsorgan 32, 34, skickas en utsignal från kraftdetekteringsorganet via en signalledning 64 till en signalbehandlande utvärderingsenhet (ej visad). När an- ordningen används i en högtemperatursmiljö, exempelvis i samband med mätning på smält metall, behöver utrustningen kylas för bibehållande av god mätnoggrannhet. Mellan det yttre 22 och det inre 24 höljet finns därför en passage 40 med ett inlopp 42 och ett utlopp 44, till vilken passage 40 kylmedia kan tillföras för åstadkommande av önskad kylning.

Figur 3a visar närmare en anordning 31 enligt en utföringsform av uppfinningen. Anordningen 31 innefattar Höljet 24 har ett långsträckt, cylindriskt inre hölje 24. en cylindervägg 24a och två ändväggar 24b,c. Den ena änd- väggen 24b är fäst vid en hållare 26 så att en vertikal infästning erhålles med ändväggen 24b belägen vertikalt ovanför den andra ändväggen 24c. Höljet 24 innesluter en pendel 50 med en pendelarm 52 och en pendelkropp i form av en magnet 30. Pendelarmens 52 ena ände är rörligt in- fäst i närheten av höljets 24 övre ändvägg 24b i en kul- lagrad kardanupphängning 54, vars funktion kommer att tydliggöras nedan, och på pendelarmens 52 andra ände är magneten 30 monterad i närheten av höljets 24 nedre änd- vägg 24c. Dämpningsorgan 56 för att dämpa och bromsa pendelrörelserna, vilka organ i detta exempel innefattar elastiska element, är i en ände fästa vid ett fästelement 58 som är flyttbart anordnat på pendelarmen 52 på något avstånd från armens ändar. Dämpningsorganen 56 är dess- utom i sin andra ände flyttbart fästa på med höljets 24 cylindervägg 24a parallella stänger 60, varigenom dämp- ningen är varierbar genom dämpningsorganens 56 vertikala flyttbarhet. Ovanför magneten 30 är detekteringsorgan 32a 10 l5 20 25 30 35 520 648 12 och 32b anordnade på ett kretskort 62 som är fäst i cylinderväggen 24a. Detekteringsorganens 32a,b respektive placering i horisontalplanet illustreras i figur 3b som visar ett tvärsnitt längs linjen A-A i figur 3a. Syftet med detekteringsorganen 32a,b är att detektera pendel- utslag, vilket kommer att beskrivas nedan tillsammans med kretskortets 62 uppgift. Anordningen 31 är vid mätning placerad ovanför en metallbana lO som rör sig med en hastighet v i pilens 9 riktning, dvs. horisontellt. Dà metallbanan 10 utsätts för ett magnetfält som genereras av magneten 30, induceras virvelströmmar j i metallbanan, varvid magneten 30 kommer att påverkas av en kraft som strävar efter att ”dra med” magneten 30 i metallbanans 10 rörelseriktning enligt principexemplet i figur 1. Vad gäller anordningen 31 i figur 3a resulterar detta i ett pendelutslag, där pendeln i pendlat läge illustreras med streckade linjer. Vid utslaget i detta exempel befinner sig pendelarmen 52 på kortare avstånd än tidigare från I detta exempel innefattar detekteringsorganen 32a,b magnetfälts- cylinderväggen 24a och detekteringsorganen 32a. detekterande organ i form av Hallsensorer, vilka har visat sig vara särskilt fördelaktiga i sammanhanget och Kretskortet 62 har som uppgift att hålla sensorerna på plats, men kan vilkas funktionssätt har beskrivits tidigare. även ha som uppgift att leda ström till och från senso- rerna. Den magnetiska flödestätheten som påverkar senso- rerna kommer att förändras när magnetens 30 läge ändras i förhållande till dessa, (Hall- över sensorerna ändras. Ändringen i Hallspän- varvid potentialskillnaden spänningen) ningen är en utsignal som skickas via en signalledning 64 från kretskortet 62 för behandling, så att värden på sökta parametrar erhålls. I utföringsexemplet har en kul- vilket innebär att Således kommer pendelns 50 utslagsriktning sammanfalla med lagrad kardanupphängningen 54 visats, den medger pendelrörelser i alla vertikalplan. metallbanans l0 rörelseriktning. Tack vare Hallsensorer- nas 32a,b placering som åskådliggörs i tvärsnittsvyn i l0 l5 20 25 30 35 520 648 13 figur 3b kan pendelrörelser i alla vertikalplan detekte- ras. Kalibreringsberäkningar för denna detektering utförs med hjälp av figurerna ll och 12.

En Hallsensor mäter avståndet mellan magneten och Hallsensorn. När man kalibrerar anordningen enligt före- liggande uppfinning i en horisontalriktning, exempelvis erhålls ett förhållande mellan metallbanans medelhastighet, mot en kraft FX som verkar i x-riktningen, avståndet mellan magneten och metallbanans yta, samt Hallspän- ningen. Hallspänningen är proportionell mot avståndet x mellan magneten och Hallsensorn (se figur ll). Avståndet x ökar när metallbanans hastighet minskar och/eller av- ståndet mellan magneten och metallbanansyta ökar.

I figur ll åskådliggörs schematiskt det tillåtna, fyrkantiga rörelseområdet för magneten 30 i figur 3, var- vid L är avståndet mellan magneten i vila (ingen kraft- påverkan) och vilken som helst av Hallsensorerna, x är avståndet mellan den i x-riktningen placerade Hallsensorn och magneten, när endast en kraft Eg verkar på magneten, y är avståndet mellan den i y-riktningen placerade Hallsensorn och magneten, när endast en kraft EQ verkar på magneten, X är avståndet mellan den i x-riktningen placerade Hallsensorn och magneten, när krafterna FX och Fy verkar samtidigt på magneten, och Y är avståndet mellan den i y-riktningen placerade Hallsensorn och magneten, när krafterna E; och Fy verkar samtidigt på magneten.

Mätning av båda hastigheterna i horisontalplanet innebär således en förflyttning av magneten i både x- och y-riktningen till en position P. De följande beräkningar- na sker under antagandet att magneten endast kan röra sig inom det tillåtna området. Hallsensorerna mäter avstånden X och Y. Det finns inget direkt samband mellan X, Y, metallbanans medelhastighet och avståndet mellan magneten 10 15 20 25 520 648 14 och metallbanans yta. Användande Pytagoras sats erhålles emellertid följande förhållande mellan x, y, X och Y: {¥2=x2+(L-yy Y2=y2+(L-xf Om man löser ut x och y som funktioner av X och Y kan kalibreringen för en dimension användas. Efter några beräkningssteg erhålles: 2 (zß -Y2 nä) xl=x= ----- + 4L Y_2 2L2 +Y2 -Xl 2 4L 4 4L L _ _ 2L2+Y2-X2 + y1"y“ 4L X2 2L2+Yk Yz 2L2+YRXZ y2=L-X= i* 3" :___ zL2-YHX2 YZ zLHfyz-X* 2 2 2 2L2 + Y2 -Xz 4L Xi 2 4L Tack vare symmetrin ovan är kalibrering av anord- ningen endast nödvändig i en riktning.

Det är naturligtvis även möjligt att använda sig av flera Hallsensorer, exempelvis 4 stycken, såsom visas i figur 12. I detta fall är Hallspänningen proportionell (X2 - xl)/2, Observera att x i figur 12 motsvarar L-x mot avståndet x = om anordningen kalibreras i x-riktningen. i figur 11. I figur 12 minskar det absoluta värdet av avståndet x när metallbanans hastighet minskar och/eller avståndet mellan magneten och metallbanans yta ökar.

I figuren åskådliggörs schematiskt rörelseomràdet för magneten, varvid L är avståndet mellan magneten i vila (ingen kraft- påverkan) och vilken som helst av Hallsensorerna, 10 l5 20 25 30 35 520 648 15 xl är avståndet mellan den i x-riktningen placerade Hallsensorn xl och magneten, när endast en kraft FX verkar på magneten, x2 är avståndet mellan den i x-riktningen placerade Hallsensorn x2 och magneten, när endast en kraft FX verkar på magneten, yl är avståndet mellan den i y-riktningen placerade Hallsensorn yl och magneten, när endast en kraft Fy verkar på magneten, y2 är avståndet mellan den i y-riktningen placerade Hallsensorn y2 och magneten, när endast en kraft Fy verkar på magneten, X1 är avståndet mellan den i X-riktningen placerade Hallsensorn xl och magneten, när krafterna FX och Fy verkar samtidigt på magneten, X2 är avståndet mellan den i x-riktningen placerade Hallsensorn X2 och magneten, när krafterna Fx och Fy verkar samtidigt på magneten, Yl är avståndet mellan den i y-riktningen placerade Hallsensorn yl och magneten, när krafterna Fx och Fy verkar samtidigt på magneten, Y2 är avståndet mellan den i y~riktningen placerade Hallsensorn y2 och magneten, när krafterna Fx och Fy verkar samtidigt på magneten, x är avståndet i x-riktningen mellan magnetens vilo- läge (ingen kraftpåverkan) och dess läge i position P (kraftpåverkan), och y är avståndet i y-riktningen mellan magnetens vilo- läge (ingen kraftpåverkan) och dess läge i position P (kraftpåverkan).

Följande förhållande fås mellan xl, X2, yl, y2, X1, X2, Yl och Y2: x1+x2=2L x2~x1=2x {y1+y2=2L {y2-y1=2y 5 l0 l5 20 25 30 520 648 16 XP =(L-xï +y2 X22=(L+x)*+y2 X2-X1=X Y12=x2+(L._yY 1/22 =x2+(L+y)? Om man löser ut x och y som funktioner av X och Y kan kalibreringen för en dimension användas. Efter några beräkningssteg erhålles: X22 X12 =X(X+2X1) x = 4L 41: _ Y22 1/12 _ Y(Y+2Y1) y 4L 4L Tack vare symmetrin ovan är kalibrering av anord- ningen även i detta fallet endast nödvändig i en rikt- ning.

För att återgå till anordningen 31 i figur 3 är även denna även försedd med ett yttre hölje 22 för kylning av Det yttre höljet 22 och det inre höljet 24 bildar en passage 40 dem emellan med ett inlopp 42 och ett utlopp 44, anordningen. i vilken passage 40 kylmedia kan strömma igenom.

I det ovan visade exemplet har en kullagrad kardan- upphängning använts för pendelupphängningen. Det är naturligtvis även möjligt med annat slags upphängning, såsom en spets eller en egg. En spets har fördelen att den reducerar friktionen ytterligare. En egg begränsar riktningsvisandet till ett plan, varför pendelarmen före- trädesvis är vridbart upphängd för att man (vridbar egg), skall finna maximalt utslag.

Figur 4a visar en anordning 41 enligt en annan ut- föringsform av uppfinningen. Anordningen 41 innefattar ett långsträckt, cylindriskt inre hölje 24. Höljet 24 har en cylindervägg 24a och två ändväggar 24b,c. Den ena änd- väggen 24b är infäst i en kokillvägg 70 så att en hori- sontell infästning erhålles. Den andra ändväggen 24c är 10 15 20 25 30 35 520 648 17 fritt belägen utanför kokillväggen 70. Höljet 24 inne- sluter en balansstång (balanserad pendel) 72 vars längd sträcker sig från höljets 24 infästa ände 24b till % av höljets 24 längd. Balansstángen 72 är vid sitt mittparti omgiven av och rörligt infäst i ett multiaxiellt lager 74 som medför att balansstångens ändar är rörliga i samtliga Lagret 74 är i sin plan. (visas i tvärsnitt i figur 4d) tur fast infäst i höljets 24 cylindervägg 24a. På balans- stångens 72 ände som är belägen vid höljets 24 infästa ände 24b är en permanentmagnet 30 anordnad. På balans- stångens 72 andra ände är en balansvikt 76 anordnad, vilken har till uppgift att motverka magnetens 30 tyngd, varigenom balansstången 72 hålls i horisontellt läge då inga andra krafter påverkar den. På balansstångens 72 ände, där balansvikten 76 är anordnad, är dessutom en magnetisk pinne 78 som sträcker sig horisontellt mot höljets 24 fria ändvägg 24c fäst. I närheten av den fria ändväggen 24c är detekteringsorgan 32, i detta exempel i form av Hallsensorer, anordnade runt pinnen 78 för detek- tering av pinnens 78 rörelser, vilka följer balans- stångens 72 rörelser. Mellan detekteringsorganen 32, som visas i figur 4b i tvärsnitt, och balansvikten 76 är dämpningsorgan 80, i detta exempel i form av i cylinder- väggen 24a inspända fjädrar, anordnade runt pinnen 78, vilket visas i figur 4c i tvärsnitt. Dämpningsorganen 80 är avsedda att dämpa och bromsa pinnens 78 utslag.

Anordningen 30 är i figur 4a placerad med ena änden 24b i en kokillvägg 70. återfinns flytande metall 10 som rör sig med en hastighet Då den flytande metallen 10 ut- På andra sidan kokillväggen 70 v i pilens 9 riktning. sätts för ett magnetfält som genereras av magneten 30, kommer magneten 30 att påverkas av en kraft som strävar mot att ”dra med” magneten 30 i metallens 10 rörelserikt- ning enligt principexemplet i figur 1. Beträffande anord- ningen 41 i figur 4a resulterar detta i att balansstången 72 rör sig från sitt ursprungsläge och därmed sker också motsvarande med den till balansstången 72 fästade magne- 10 15 20 25 30 35 520 648 18 tiska pinnen 78. Vid utslag befinner sig således den magnetiska pinnen 78 på annat avstånd än tidigare från detekteringsorganen 32 (Hallsensorerna). Magnetfältet som genomlöper dessa sensorer kommer att förändras när pin- nens 78 läge ändras. Denna signalförändring skickas via en signalledning 64 för behandling, så att värden på sökta parametrar erhålls. Även i denna utföringsform finns ett yttre hölje 22 anordnat för kylningsändamål.

Fackmannen inom teknikområdet inser att man istället för Hallsensorer, kan använda andra kraftdetekterande organ såsom optiska avkännare, exempelvis laser. I sådana fall är pinnen omagnetisk. En fördelaktig variant av detta visas närmare i figur 10.

Figur 10 visar mycket schematiskt en anordning 101 enligt uppfinningen. Liksom anordningen 41 i figur 4a, är föreliggande anordning 101 infäst i en kokillvägg 70.

Anordningen innefattar ett långsträckt, cylindriskt yttre hölje 160a och ett inre hölje 160b. Det yttre höljet 160a är med sin ena ände infäst i kokillväggen 70. Höljena 160a, är rörligt upphängd i en upphängning 164. På stångens 162 (vid höljets 160a infästa ände) 30 anordnad. 160b innesluter en stång 162, vilken i sin ena ände andra ände är en magnet På stångens 162 upphängda ände är en lång pinne 166 anordnad, vilken sträcker sig bort från kokill- väggen 70, ut ur höljena 160a, 160b och in i en box med dubbla väggar 168a l68b.

Enligt tidigare exempel bildar således boxens dubbla 168b tillsammans med höljena 160a, 160b en vilken passage i stångens 162 förlängning, väggar l68a, passage för kylning av anordningen 101, har ett inlopp 42 för kylmedia och ett utlopp 44. Liksom i exemplet i figur 4a, finns på andra sidan kokillväggen 70 flytande metall 10 som rör sig med en hastighet v i pilens 9 riktning, vilket resulterar i att magneten 30 kommer att ”dras med” i metallens 10 rörelseriktning enligt principexemplet i figur 1. Stången 162 rör sig således från sitt ursprungsläge och därmed sker också motsvarande med den långa pinnen 166. Tack vare att 10 15 20 25 30 35 520 648 19 pinnen är lång erhålls en utväxling vilken medför att utslagen blir tydligare och således enklare att detek- tera. Ett utslaget läge visas i figur 10 med streckade linjer. Följaktligen är detekteringsorgan 170 anordnade, från kokillväggen 70 sett, vid pinnens bortre ände där utslaget detekteras lättast. Lämpliga detekteringsorgan 170 är optiska anordningar för avståndsmätning som kan anordnas på boxens vägg 168b. I figuren finns även en yttervägg 172 anordnad runt kokillen. I mellanrummet mellan denna yttervägg 172 och kokillväggen 70 hålls en kylvätska 174 för kylning av kokillen. Liksom i anord- ningen i figur 4 kan en balansvikt (visas inte) anordnas, vilken har till uppgift att motverka magnetens 30 tyngd, varigenom stången 162 och den långa pinnen 166 hålls i horisontellt läge då inga andra krafter påverkar dessa.

Figurerna 5a och 5b visar framifrån, respektive från en detalj sidan, av en anordning 51 enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen, vilken detalj är anordnad 24 i I detta exempel motsvaras pendelarmen och på liknande sätt som pendeln i dubbelhöljet 22, figur 3. pendelkroppen av en fast infäst arm 90-respektive ett länkhjul 92. Armens 90 ena ände är fast infäst (visas inte) i närheten av höljets 22, 24 övre ändvägg och vid armens 90 andra ände, i närheten av höljets nedre ändvägg är ett länkhjul 92 anordnat i en bygel 94 med två delar 96 och 98, enligt känd teknik. Bygelns 94 nedre del 96 ingriper på båda sidor om hjulet 92 i dettas nav 93, kring vilket hjulet 92 är roterbart. Vidare är bygelns 94 undre del 96 svängbart ledad till den övre delen 98 (visas inte). Runt hjulets 92 periferi är magneter 30 anordnade. Exempelvis har samtliga magneter 30 sin sydpol riktad mot hjulets 92 centrum. Det är emellertid uppen- bart för fackmannen att polerna lika väl kan anordnas omvänt; det vill säga med samtliga nordpoler riktade mot centrum. Vid mätning är anordningen liksom i figur 3 placerad ovanför en (här ej visad) metallbana i rörelse.

I föreliggande exempel är det magneterna 30 som genererar 10 15 20 25 30 35 520 648 20 magnetfältet och också kommer att påverkas av kraften som strävar mot att ”dra med” magneterna 30 i metallbanans rörelseriktning. Detta medför att hjulet 92 bringas att rotera och dessutom ställer in sig i metallbanans rörel- eftersom bygelns 94 under del 96 är svängbart Vid hjulet 92 är detekte- seriktning, ledad till den övre delen 98. ringsorgan 100 för detektering av hjulets hastighet (figur Sb). fördelaktigt att använda optiska pulsräknare som detekte- anordnade Det har visat sig vara särskilt ringsorgan 100. Från dessa organ skickas en signal via en signalledning 64 för behandling, så att värden på sökta parametrar erhålls.

Figur 6 visar schematiskt principen för att minska 30 tyngd i en anordning 61 enligt uppfin- i dubbelhöljet 22, är vid sin nedre ände försedd med en flot- en magnets ningen. En 24 infäst kropp 28, såsom en pendelarm, tör 110 som åtminstone delvis befinner sig i ett medium 112 med högre densitet än luft, exempelvis en vätska.

Inuti flottören 110 är en magnet 30 anordnad. Magnetens 30 (och flottörens 110) flottören 110 flyter i mediet 112, trögheten är mindre. Således erhålles, för samma kraftpå- tyngd är mindre tack vare att varför även rörelse- verkan, ett större utslag vid utnyttjande av ett sådant medium 112 än utan, vilket utslag också lättare detekte- ras av detekteringsorgan 32, såsom Hallsensorer.

Figur 7a visar schematiskt i tvärsnitt en kokill 120 Metallen tillförs kokillen 120 från ett i kokillens 120 mitt vertikalt inrättat i vilken smält metall flyter. gjutrör 122, vars nedre ände är försedd med utloppshål, genom vilka metallen flyter in i kokillen 120, varvid metallströmmar uppstår så som pilarna 124 schematiskt illustrerar i figuren. Ovanför kokillen 120 är en anord- ning 71 enligt föreliggande uppfinning placerad. Figur 7b visar en utskuren förstorad bild av anordningen 71, vilken i denna mycket förenklade, illustrativa form inne- fattar ett långsträckt, cylindriskt hölje 126 av omagne- 10 15 20 25 30 35 520 648 21 tiskt material. Höljets 126 övre ände är fäst vid en hållare 128 så att en vertikal infästning erhålles Höljet 126 innesluter liksom i exemplena ovan något slags magnet som genererar ett magnetfält och givare 130 för att detektera den uppkomna motkraften. 130, tighet och rörelseriktning, är även en avståndsgivare 132 Förutom givaren som i detta fall är avsedd att mäta metallens has- anordnad. Eftersom motkraftens storlek är beroende av av- ståndet mellan anordningen 71 och den flytande metallen, är avståndsgivaren 132 anordnad att mäta detta avstånd och hålla det konstant medelst en regulatorstyrd positio- neringsutrustning kopplad till hållaren. Härigenom säker- ställs korrekta mätvärden på hastigheten och rörelserikt- ningen. Avståndsgivaren 132 är i sig förut känd och inne- fattar företrädesvis en eller flera elektromagnetspolar vars induktanser är relaterade till avståndet. Ett block- schema som inbegriper en avståndsmätare kommer att beskrivas i samband med figur 9.

Figur 8 visar mycket schematiskt en annan tillämp- ning av föreliggande uppfinning. Vid behandlingslinjer, såsom exempelvis valsverk, kan det vara betydelsefullt att med god noggrannhet bestämma en hastigheten hos en metallbana. I det här fallet rör det sig således inte om en flytande metall, utan i stället om fast sådan, i form av ett metallband 142 som löper över en brytrulle 140. En anordning 81 enligt uppfinningen, som är placerad ovanför metallbandet 142 och brytrullen 140, formad enligt någon av de ovan beskrivna utföringsformer- är lämpligtvis ut- na.

Figur 9 visar ett exemplifierande blockschema över ett exempel på mätning av en metallbanas hastighet och rörelseriktning, samt konstanthållning av avståndet Detta blockschema representerar framför allt utföringsformen som visats i mellan metallbanan och anordningen. samband med figurerna 3a-b. Anordningens höljen 22, 24 innesluter den pendelupphängda magneten 30 och två givare i form av Hallsensorer 32a,b, för mätning i två mot var- 10 15 20 25 30 35 520 648 22 andra vinkelräta riktningar i horisontalplanet, här kallade X-led respektive Y-led. När magnetens 30 läge ändras kommer magnetfältet genom Hallsensorerna 32a,b att ändras, och därmed även potentialskillnaden (Hallspän- ningen) över dessa. Spänningen översätts till hastighet med hjälp av tidigare kalibrerade värden eller en kali- breringsutrustning. Därefter kan eventuell linjärisering förekomma.

Signalbehandlingen utgör i sig inte någon del av uppfinningen, utan är av sådan art att en fackman inom området kan genomföra de åtgärder som är lämpliga i sam- manhanget. Av denna anledning har inte heller någon större tonvikt lagts på beskrivningen av signalbehand- lingen, varför denna endast har illustrerats schematiskt i exemplet ovan.

Magneten 30 är omsluten av en induktansspole 150 som är kopplad till en induktiv mätvärdesomvandlare 152. Om- vandlaren 152 ger en utsignal som är relaterad till av- ståndet mellan anordningen och metallbanan, varvid ut- signalen jämförs med ett avståndsbörvärde d, varefter en återkoppling åstadkommes med en PI-regulator PI, som styr en positioneringsutrustning medelst en motor M. Positio- neringsutrustningen höjer eller sänker således anord- ningen så att avståndet till metallbanan överensstämmer med det förbestämda avståndsbörvärdet.

Ett alternativ till ovanstående är att inte inne- fatta magneten 30 i anordningen, utan endast använda induktansspolen 150. Spolen 150 matas då med en växel- ström för mätning av avståndet till metallbanan enligt känd teknik. Dessutom matas spolen 150 med en likström för alstring av virvelströmmar i metallbanan då denna rör sig relativt spolen 150, varvid kraftpåverkan på spolen 150 erhålls på samma sätt som på magneten 30 enligt ovan.

Det är naturligtvis inte nödvändigt att använda just lik- ström för virvelalstringen. Det fungerar exempelvis också med en växelström vars frekvens avviker från den för av- ståndsmätningen matade växelströmmens frekvens.

Claims (18)

10 15 20 25 30 (ha LT! 520 648 23 PATENTKRAV

1. Anordning för att mäta ätminstone en parameter hos en metallbana, innefattande första organ, för att generera ett magnetfält så att det alstras virvelströmmar i metallbanan, dä metallbanan och nämnda första organ rör sig relativt varandra; andra organ, som samverkar med virvelströmmarna och är så anordnade att de påverkas av en kraft som är rela- terad till virvelströmmarna; samt tredje organ anordnade att detektera kraftpàverkan pà nämnda andra organ, varvid den detekterade kraften är en funktion av den sökta parametern hos metallbanan, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda andra organ innefattar en rörligt fäst kropp som är sä anordnad att den rör sig till följd av pàverkan av kraften och att nämnda tredje organ, företrädesvis Hallsensorer eller optiska givare, är anordnade att detektera de av kraften orsakade rörelserna hos kroppen.

2. Anordning enligt krav 1, varvid kroppen är en upphängd pendel och nämnda tredje organ är anordnade att mäta pendelutslag som är en funktion av kraften.

3. Anordning enligt krav 1, varvid kroppen är roter- bart anordnad sä att den roterar till följd av pàverkan av kraften och nämnda tredje organ är anordnade att mäta rotationen som är en funktion av kraften.

4. Anordning enligt krav 3, varvid den roterbart anordnade kroppen är ett hjul, vilket hjul även är vrid- bart anordnat för att ställa in sig sä att det roterar i metallbanans rörelseriktning.

5. Anordning för att mäta åtminstone en parameter hos en metallbana, innefattande första organ, för att generera ett magnetfält sä att det alstras virvelströmmar i metallbanan, då metallbanan och nämnda första organ rör sig relativt varandra; lO 15 20 25 30 35 520 648 24 andra organ, som samverkar med virvelströmmarna och är så anordnade att de påverkas av en kraft som är rela- terad till virvelströmmarna; samt tredje organ anordnade att detektera kraftpåverkan på nämnda andra organ, varvid den detekterade kraften är en funktion av den sökta parametern hos metallbanan, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda andra organ innefattar en kropp som är anordnad att kraftpåverkas till utböjning eller utvinkling av eller hos kroppen.

6. Anordning enligt krav 5, varvid nämnda andra organ innefattar en fast fäst kropp som är anordnad att kraftpåverkas och nämnda tredje organ, företrädesvis töjningsgivare eller optiska givare, är anordnade att detektera av kraften orsakade mekaniska spänningar i kroppen, varvid de mekaniska spänningarna är en funktion av kraften.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, varvid den sökta parametern är en virvelströmspåverkande parameter såsom metallbanans rörelsehastighet, metallbanans metallbanans rörelseriktning, avstånd till metallbanan, tjocklek eller konduktivitet, eller en kombination därav.

8. Anordning enligt något av kraven 1-7, varvid nämnda första och andra organ är en enhet.

9. Anordning enligt något av kraven 1-8, i vilken nämnda andra organ är direkt eller indirekt anordnad att flyta i ett medium med högre densitet än luft, varvid nämnda andra organs tyngd och rörelsetröghet är mindre i ett sådant medium än i luft.

10. Anordning enligt något av kraven 1-9, vilken vidare innefattar avståndsreglerande organ för reglering av avståndet mellan anordningen och metallbanan.

11. Förfarande för att mäta åtminstone en parameter hos en metallbana, innefattande stegen att: generera ett magnetfält så att det alstras virvel- strömmar i metallbanan, då metallbanan rör sig relativt magnetfältet; lO 15 20 25 30 bJ UI 520 648 25 bringa metallbanan och magnetfältet att röra sig relativt varandra; anordna ett organ i anslutning till metallbanan sä att det utsätts för kraftpäverkan som är relaterad till virvelströmmarna; detektera den av virvelströmmarna inducerade kraft- påverkan pä nämnda organ; och bestämma parametern hos metallbanan utifràn den detekterade kraften, vilken är en funktion av parametern, k ä n n e t e c k n a t a v att den inducerade kraften detekteras genom att man detekterar av kraften orsakad rörelse, till storlek och/eller riktning, hos nämnda organ, varvid den detekterade rörelsen är en funktion av kraften.

12. Förfarande enligt krav 11, vid vilket den detek- terade rörelsen är en pendelrörelse, varvid pendelut- slaget, som är en funktion av den inducerade kraften, mäts.

13. Förfarande enligt krav 11, vid vilket den detek- terade rörelsen är en rotationsrörelse, varvid rotations- hastigheten och -riktningen i metallbanans plan, vilka är en funktion av den inducerade kraften, mäts.

14. Förfarande för att mäta åtminstone en parameter hos en metallbana, innefattande stegen att: generera ett magnetfält sä att det alstras virvel- strömmar i metallbanan, dä metallbanan rör sig relativt magnetfältet; bringa metallbanan och magnetfältet att röra sig relativt varandra; anordna ett organ i anslutning till metallbanan sä att det utsätts för kraftpàverkan som är relaterad till virvelströmmarna; detektera den av virvelströmmarna inducerade kraft- påverkan pà nämnda organ; och bestämma parametern hos metallbanan utifrån den detekterade kraften, vilken är en funktion av parametern, att den inducerade kraften k ä n n e t e c k n a t a v l0 15 20 520 648 26 detekteras genom att man detekterar av kraften orsakad utböjning eller utvinkling av eller hos nämnda organ.

15. Förfarande enligt krav 14, vid vilket den inducerade kraften detekteras genom att detektera av kraften orsakade materialspänningar i nämnda organ, var- vid de detekterade spänningarna är en funktion av kraften.

16. Förfarande enligt något av kraven 11-15, vid vilket den sökta parametern är en virvelpåverkande parameter, såsom rörelsehastighet, rörelseriktning, avstånd, metallbanans tjocklek eller konduktivitet, eller en kombination därav.

17. Förfarande enligt något av kraven 11-16, vid vilket nämnda organ anordnas att direkt eller indirekt flyta i ett medium med högre densitet än luft, varvid nämnda organs tyngd och rörelsetröghet är mindre i ett sådant medium än i luft.

18. Förfarande enligt något av kraven 11-17, vid vilket avståndet mellan nämnda organ och metallbanan regleras så att nämnda avstånd överensstämmer med för- bestämda avståndsbörvärden.