Импеданс вихретокового датчика: частота, проводимость и зазор

Цель и задачи

Цель. Выделить комплексный отклик вихретокового датчика.

Задачи

• Вычислить глубину проникновения и компоненты разностного импеданса.
• Получить Z из свойств цепи при одинаковом соглашении об амплитудах.

Место занятия в инженерной методике

Расчётная лабораторная работа · Согласование комплексного отклика и средней мощности

Инженерный вопрос. Как изменение зазора влияет на комплексный импеданс и отличие от дефекта?

Разностный сигнал и его зависимость от дефекта и зазора датчика позволяют оценить чувствительность схемы контроля и выбрать признак для проверенного диапазона геометрии.

Теория и вывод формул

Отклик катушки над проводящей пластиной характеризуется комплексным сопротивлением. Его зависимость от частоты и зазора рассматривается совместно с глубиной проникновения и балансом мощности на проверенном расчётном примере.

Разобранный численный пример

Разбор измерительной модели и чисел

Дано. Немагнитный проводник: \sigma = 35\cdot 10^{6} См/м, \mu = \mu _{0}, f = 1000 Гц.

1. Вычислите \omega = 2\pi \cdot 1000 рад/с.

2. Подставьте \mu _{0} = 4\pi \cdot 10^{-7} Гн/м и \sigma в формулу \delta.

3. \delta \approx 0{,}00269021 м = 2,69021 мм. Толщина исходного диска 8 мм составляет около 2{,}97\delta.

Практикум в FEMM 5

Короткий опыт: Почему высокая частота может скрыть глубокий дефект? · 3 минуты

Исследуйте влияние зазора на комплексный импеданс проверенного вихретокового датчика

1. Откройте модели работы eddy-current-sensor; проверьте тип Axisymmetric, \sigma в МСм/м и связь обмотки с цепью.
2. На финальной сетке каждого зазора получите ток и напряжение цепи; вычислите R, X и кажущуюся L = X/\omega.
3. Сопоставьте среднюю входную активную мощность 0,5 Re(UI*) с объёмными потерями мишени.
4. Постройте точки Z на комплексной плоскости и отдельно графики R(h), X(h); не соединяйте три точки как доказанную точную калибровочную кривую.
5. Сформулируйте отдельный новый опыт по частоте или \sigma; изменяйте один параметр за серию и заново контролируйте сетку.

Сохранённое магнитное решение: model-10-01.ansМагнитная модель: model-10-01.femСохранённое магнитное решение: model-10-02.ansМагнитная модель: model-10-02.femСохранённое магнитное решение: model-10-03.ansМагнитная модель: model-10-03.femСохранённое магнитное решение: model-2-01.ansМагнитная модель: model-2-01.femСохранённое магнитное решение: model-2-02.ansМагнитная модель: model-2-02.femСохранённое магнитное решение: model-2-03.ansМагнитная модель: model-2-03.femСохранённое магнитное решение: model-5-01.ansМагнитная модель: model-5-01.femСохранённое магнитное решение: model-5-02.ansМагнитная модель: model-5-02.femСохранённое магнитное решение: model-5-03.ansМагнитная модель: model-5-03.femИнструкция: README.mdПрограмма встроенного Python: reproduce.pyИмпедансы и баланс мощности датчика

Программа с русскими пояснениями: Вихретоковый импеданс · Порядок запуска

Обработка во встроенном Python FEMM 5

Сохраните программу и выполните встроенным Python FEMM 5. Этот фрагмент обрабатывает явно заданные данные; полевые модели рассчитываются отдельной программой со страницы работы.

"""Масштаб проникновения для немагнитного полупространства."""
import math
# Единицы СИ: частота в Гц, проводимость в См/м, проницаемость в Гн/м.
frequency_Hz = 1000.0
conductivity_S_m = 35e6
mu_H_m = 4 * math.pi * 1e-7
# В миллиметры переводим только итоговую длину.
delta_mm = math.sqrt(2 / (2 * math.pi * frequency_Hz * mu_H_m * conductivity_S_m)) * 1000
print("Глубина проникновения, мм:", delta_mm)

Расчётные исследования по теме

Изучите физическую постановку, выполните программу во встроенном Python FEMM 5 и проверьте результаты по сохранённым моделям и независимым критериям.

• 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.

  Решений FEMM: 9 · Численных проверок: 32

Все темы учебного практикума

Самостоятельная работа

Исследуйте влияние зазора на комплексный импеданс проверенного вихретокового датчика. Сохраните файлы и таблицу; отделите модельный вывод от экспериментального.