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主要由一個安置在框架上的扁平圓形線圈構成。此線圈可以粘貼于框架上,或在框架上開一條槽溝,將導線繞在槽內(nèi)。下圖為CZF1型渦流傳感器的結構原理,它采取將導線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi),形成線圈的結構方式。
1 線圈 2 框架 3 襯套
4 支架 5 電纜 6 插頭
電渦流傳感器的線圈與被測金屬導體間是磁性耦合,電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進行測量的。因此,被測物體的物理性質(zhì),以及它的尺寸和開關都與總的測量裝置特性有關。一般來說,被測物的電導率越高,傳感器的靈敏度也越高。
為了充分有效地利用電渦流效應,對于平板型的被測體則要求被測體的半徑應大于線圈半徑的1.8倍,否則靈敏度要降低。當被測物體是圓柱體時,被測導體直徑必須為線圈直徑的3.5倍以上,靈敏度才不受影響。
電渦流檢測的工作原理是檢測激勵線圈磁場和感應渦流磁場之間的交互作用。當敏感線圈通入交流電流時,線圈周圍就會產(chǎn)生交變磁場,如圖1(a),如果此時將金屬導體耙材移入此交變磁場中,耙材表面就會感應出電渦流,而此電渦流又會產(chǎn)生一個磁場,該磁場的方向與原線圈磁場的方向正好相反,而減弱了原磁場。
圖1 電渦流檢測的原理
電渦流傳感器通常有兩種檢測方法。一種是單線圈檢測的方法,通過檢測敏感線圈阻抗的變化來反映磁場的變化情況。線圈的等效阻抗z一般可表示為函數(shù):
Z=F(σ,μ,f,x,r)
式中:σ,μ分別是被測金屬導體的電導率和磁導率;f是激勵信號的頻率;x是線圈與金屬導體的距離;r是線圈的尺寸因子,與線圈的結構、形狀以及尺寸相關。
可見,線圈阻抗的變化完整而且唯一地反映了被測金屬導體的電渦流效應。實際檢測時,對不需要的影響因素加以控制,就可以實現(xiàn)對上式中某個相關量的檢測。作為接近式傳感器,線圈到金屬耙材之間的距離與線圈的阻抗直接相關,而檢測金屬表面或近表面的缺陷時,缺陷的存在將引起被測導體電導率和磁導率的變化,進而使線圈的阻抗參數(shù)發(fā)生改變。
另一種方法是雙線圈檢測,如圖1(b),通過使用另外一個線圈作為檢測線圈,檢測這兩個磁場的疊加效果。根據(jù)法拉第電磁感應定律,檢測線圈中將會產(chǎn)生一個感應電動勢:
式中:ψ是通過線圈的交變磁場的磁通量;n是線圈的繞線圈數(shù)。
通過測量檢測線圈中產(chǎn)生的電壓即可非常容易地得到磁場的變化情況。