Индуктивность, скин-эффект, вынос мозга, вихретоковый толщиномер стального листа Опции

[yrbis]

Доброе время суток. Принцип измерения толщины следующий. Генератор в течении 1 секунды держит постоянный ток в обмотке, 10мА. За это время успевает полностью промагнититься сталь под сердечником. Далее ток источника импульсно уходит в "0". Ток в катушке начинает течь через резисторы 500 Ом, энергия магнитного поля плавно переходит в тепло, на выходе усилителя можно наблюдать экспоненциальное уменьшение напряжения. Собственно время падения до, например половины максимального значения пропорционально индуктивности системы феррит-металл, а индуктивность пропорциональна толщине стального листа. Есть нюанс, индуктивность зависит не только от толщины стали, но и от проницаемости. Для того чтобы оценить проницаемость стали, измеряю индуктивность на частоте 1кГц. В этом случаи независимо от толщины стального листа, толщина эквивалентного магнитопровода в стале будет определяться толщиной скин слоя. Проводимость у сталей почти не меняется. Значит толщина скин слоя ~1/sqrt(u) u - проницаемость. Кроме толщины эквивалентного магнитопровода индуктивность пропорциональна проницаемости т.е. получается L~u*(1/sqrt(u))=sqrt(u) т.е. индуктивность измеренная на частоте 1кГц пропорциональна корню из мю и независит от толщины листа(листы от 2хмм). Генератор тока даёт с десяток периодов синусойды 1кГц, постоянной амплитуды, т.е. амплитуда напряжения на выходе усилителя пропорциональна индуктивности и частоте.
Теперь чего получается.
Берём лист толщиной 3мм из "сталь 3" запускаем макет, получаем скажем индуктивность на 1кГц 800 попугаев и время которое определяет толщину 20200 попугаев. Берём лист из стали "N19" той же толщины получаем индуктивность на 1кГц 700 попугаев и время 22000 попугаев. Время для стали "N19" больше чем для "сталь 3", откуда можно сделать вывод что индуктивность, когда датчик располагается над сталь 3 меньше, варианта со сталью "N19" отсюда проницаемость N19 больше, чем проницаемость "сталь 3". И следовало бы ожидать, что индуктивность измеренная на частоте 1кГц, для N19 должна быть больше(пропорциональна корню из мю), но получается всё с точностью наоборот. Перебрал кучу листов и всегда при увеличении времени спада экспоненты, уменьшается индуктивность измеренная на частоте 1кГц. Чем можно объяснить!??

Эскизы прикрепленных изображений

 

[yrbis]

Насколько помню, цифра маркировки "сталь 3" (30) обозначает содержание углерода в десятых долях % (сотых долях %). Т.е. "сталь 3" содержит 0,3% С. Магнитные свойства “обычных” сталей и углеродистых (>0,6% С) существенно различаются (площадь петли гистерезиса).
На проводимость сталей, содержание углерода влияет незначительно, сильно влияет кремний. Поэтому, к примеру трансформаторная сталь- сталь с минимальным содержанием С и максимальным Si (ограничивается механическими свойствами). Кроме того, у углеродистых сталей потери на гистерезис сильно зависят от термообработки. Из закаленной стали можно изготовить неплохой магнит

ну, да. так и выходит

Замеры на 1 кгц в воздухе 1.3 mH Rs= 2.3 Ом (на постоянке столько-же Ом)
при втыкании в сталь 2.4 mH Rs=9 Ом вплотную.
при втыкании на феррит 13mH Rs=2.5 Ом.

Собственно померил измерителем иммитанса
1кГц
Датчик находится в воздухе, без металла:
L:=3177 мкГн, R = 4 Ома |Z| = 20.4 Ома
Датчик лежит вплотную на металле
L:=3783 мкГн, R=15 Ом |Z|=28.107 Ома

Я измеряю амплитуду напряжения на выходе усилителя т.е. величину пропорциональную |Z|, из полученных измерений получается, что на частоте 1кГц, чем больше L,
тем больше |Z|. Я полагаю, что время спада экспоненты пропорционально L, и мало зависит от R. Тогда при одной и той же толщине листа из сталей с одинаковой электропроводностью, но разной проницаемостью должно выполняться - 1) чем больше проницаемость, тем больше время спада экспоненты, зависимость линейная
2) чем больше проницаемость тем больше индуктивность снятая на частоте 1кГц и тем больше |Z| и следовательно больше амплитуда напряжения на выходе усилителя, зависимость от проницаемости ~как корень из мю. А у меня всё наоборот получается, чем больше время спада экспоненты, тем меньше амплитуда на частоте 1кГц ...Оценю R вносимое на низких частотах, но не думаю, что оно дойдёт хотя бы до 100 Ом, чтобы хоть как-то "бороться" с килоомом