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]

Ra на низкой частоте меньше и его мерять особого смысла нет. Потери на вихревые токи уменьшаются с уменьшением частоты.

согласен, на 25 герцах прибор показал практически сопротивление по постоянному току.

Вы же прибором видите что индуктивность тоже возросла с 3177 мкГн до 3783 мкГн . Возрастание будет для обеих железяк. Попугаи |Z| при поднесении к материалу растут , но с разной скоростью , в Вашем случае больше зависят от потерь чем от µ. Можно представить себе так, что для большего µ толщина скин слоя снижается - уменьшая потери , а с учетом меньшего влияния чем потери - такой вот и результат, даже в предположении что удельное сопротивление одинаково.

Так я и не спорил, что она возрастёт, поидее должна расти по корню из проницаемости. Смотрите, я беру вторую железку толщиной 3мм и обнаруживаю, что время спада экспоненты больше на 20%, чем для первой железки. Отсюда делаю вывод, что у второй железке больше µ. Теперь если предположить, что индуктивность измеренная с железкой 2(у которой µ больше), больше индуктивности с железкой 1(у которой µ меньше), то и |Z| у второй железки должен быть больше, т.е. должно быть так - чем больше время спада экспоненты, тем больше амплитуда(которая пропорциональна |Z|) а у меня наоборот!

Можно представить себе так, что для большего µ толщина скин слоя снижается - уменьшая потери

вроде бы наоборот, с ростом проницаемости потери растут как и с ростом частоты

[тау]

Так я и не спорил, что она возрастёт, поидее должна расти по корню из проницаемости. Смотрите, я беру вторую железку толщиной 3мм и обнаруживаю, что время спада экспоненты больше на 20%, чем для первой железки. Отсюда делаю вывод, что у второй железке больше µ. Теперь если предположить, что индуктивность измеренная с железкой 2(у которой µ больше), больше индуктивности с железкой 1(у которой µ меньше), то и |Z| у второй железки должен быть больше, т.е. должно быть так - чем больше время спада экспоненты, тем больше амплитуда(которая пропорциональна |Z|) а у меня наоборот!

попробую другими словами. Вы все время упираете на то что есть некая зависимость индуктивности датчика от корня из µ . И Ваши попугаи якобы должны , но не следуют этой зависимости. Формальный подход в том что проницаемость на переменном токе надо рассматривать как комплексную величину. Реальная часть отвечает за относительное увеличение индукции, а мнимая часть за увеличение потерь на вихревые токи. Эти обе компоненты немонотонны и имеют странные на первый взгляд зависимости как от частоты так и от напряженности поля (или тока в обмотке вашего датчика).
Ознакомьтесь с документом по ссылке и особенно с фиг.9. Может быть поможет понять почему |Z| колбасит относительно постоянной времени размагничивания.

http://home.eng.iastate.edu/~nbowler/pdf%2...E2005Bowler.pdf

[MiklPolikov]

А не проще ли было бы мерить толщину ультразвуком , ловить эхо , отразившееся от другой стороны листа ? Или вообще подбирать частоту ультразвука, на которой в листе будет резонанс ?