# Вихретоковый датчик зазора над проводящей пластиной



Вихретоковый датчик определяет положение проводящей поверхности по изменению электрического импеданса катушки. Токи в мишени создают встречное поле, изменяют реактивную составляющую и потребляют активную мощность. В работе влияние зазора изучается при неизменных катушке, частоте и материале, поэтому отклик можно использовать как основу калибровочной характеристики.

Катушка имеет средний радиус 20 мм, сечение 4×6 мм, 100 витков и ток амплитудой 1 А. Под ней расположен немагнитный проводящий диск радиусом 60 мм и толщиной 8 мм, проводимостью 35 МСм/м. Частота равна 1000 Гц. Расстояние от нижней поверхности катушки до диска принимает значения 2, 5 и 10 мм.



## Импеданс как измеряемая величина



Для гармонического опыта комплексный импеданс определяется как отношение амплитуд напряжения и тока одной цепи. Его действительная часть характеризует активную мощность, а мнимая — реактивную. Кажущаяся индуктивность X/ω удобна для описания отклика, но в присутствии проводника она зависит от частоты и не обязана совпадать с чисто магнитостатической энергетической индуктивностью.

Обмотка представлена идеальным многовитковым источником без собственной проводимости. Поэтому вся активная мощность поля рассеивается в мишени. Это упрощает независимый контроль: действительная часть входной мощности должна совпасть с объёмными джоулевыми потерями диска.



$$Z=U/I,\qquad P_{\mathrm{ср}}=\tfrac12\Re(UI^*),\qquad L_{\mathrm{каж}}=\Im Z/\omega$$



## Калибровка и неоднозначность



Для каждого зазора рассчитываются три сетки. Проверяются баланс активной мощности, пассивность мишени и сходимость потерь. В выбранном диапазоне увеличение зазора уменьшает магнитную связь и потери в диске; этот ожидаемый порядок также включён в контроль результатов.

Полученные три точки являются учебной характеристикой конкретной геометрии. Они не обеспечивают универсальное измерение расстояния: изменение проводимости или толщины мишени тоже меняет импеданс. Для практического калибровочного исследования нужны дополнительные зазоры, оценка чувствительности dZ/dh и проверка независимой вариации материала. В отчёте разделите два вопроса: устойчиво ли вычисляется поле и можно ли однозначно восстановить расстояние из выбранного электрического показания.



## Порядок работы



1. До запуска запишите уравнение контрольной величины и ожидаемое направление изменения при вариации параметра. Согласуйте миллиметры геометрии с единицами СИ в формулах. Создайте отдельную папку и откройте reproduce.py во встроенном редакторе Python FEMM 5. Команды mi_* и mo_* в этой среде уже доступны глобально.

2. Выполните программу целиком. Она создаёт новый calculated-NN, строит каждую модель с русскими именами материалов и цепей, сохраняет файл FEM, закрывает его и повторно открывает перед решением. Поэтому проверка относится к точному записанному варианту модели и охватывает сохранение кириллицы.

3. Изучите result.json: records хранит численные результаты всех режимов и трёх сеток, checks — названия проверок, измеренные отклонения, допуски и итог. Откройте модель и решение финальной сетки; сопоставьте материалы, направление токов и характерные размеры с таблицей параметров.

4. Составьте отчёт с физическим объяснением, таблицей сходимости и независимым контрольным расчётом. Затем измените один параметр и выполните новую серию. Сохраняйте предыдущую серию для сравнения; успешное завершение решателя само по себе не заменяет проверки физического масштаба и сеточной устойчивости.



## Границы применимости



- Не учитываются собственное сопротивление и ёмкость обмотки, кабель датчика, измерительная схема и температурный дрейф.

- Полевые модели и программа являются самостоятельными учебными материалами курса. Численная проверка охватывает указанные критерии; физических измерений и нативных снимков интерфейса в этом проходе нет.