绝对式双参数感应涡流传感器测量圆柱导体温度

　　目前对单机涡流检测技术要求不断提高,一机多参数同时测量技术越来越受到人们的关注^[1]。而现今市场上的涡流检测仪器大多是采用单参数(磁导率或电导率参数)测量理论为基础,因此测量能力有待开发。

　　多参数涡流检测技术方面的文献资料较少,笔者曾研究了有关双参数(相对磁导率μr和有效电导率σ)涡流检测技术,设计了绝对式双参数感应涡流传感器,建立了双参数测量的数学模型^[2]。

　　因试件温度的变化直接影响了其参数的变化,测量过程中对温度信号的监控是信号提取技术的关键。为提高传感器测量精度,改善工作性能,避免多机测量的误差,笔者就圆柱导体试件的温度测量进行了研究,提出了原机测量方法和相应数学模型。

　　1　仪器设备

　　设计的绝对式涡流传感器电路图见图1。其包括正弦信号发生器、频率计、安培计A、阻抗R_⁰、伏特表V_¹~V_³,工作线圈A_¹,调零线圈A_²、补偿线圈A_³和相位计^[2]。

　　2　工作原理

　　2. 1　检测理论

　　根据欧姆定理和圆柱形导体的磁场渗入公式利用文献[3]可推导出如下公式:

　　式中　λ———形状因子^[2];

　　I0,I1———第一类虚宗量贝塞尔函数0,1阶特性函数;

　　x———总参数;

　　a———传感器线圈的半径;

　　μ^₀———真空磁导率,4π×10^-7H/m;

　　f———磁场频率。

　　引入综合参数m,通过贝塞尔公式可以推导出m和相位角φ分别为:

　　式中　

　　由此推导出公式:

　　式中

　　M———m的振幅^[2]。

　　为了计算的准确方便,建立了M,φ与x的关系(图2和3)[3]。

　　设ρ=1/σ,利用文献[4]中ρ与温度的关系,结合以上公式可推导出:

　　式中　ρ,ρ^₁———t, t^₁下有效电导率的倒数;

　　β———电阻温度系数,反映材料电阻与温度变化关系的系数;

　　t———测量物体温度;

　　t^₁———常温下温度。

　　式(5)可转化为:

　　利用式(6)可以通过求总参数的方法推导出物体的实际温度。

　　2. 2　检测过程设计

　　工作线圈、调零线圈和补偿线圈是三个完全相同的线圈。在测量的时候,从补偿线圈的次级线圈上所获得的电动势E_⁰等于在其空载时候的工作线圈次级线圈末端的电动势。伏特表V_²测量电动势E_²,相位计被用来测量电动势E_⁰和E_²之间的相位角φ^[2]。