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]

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 ?

фишка в том, что требуется измерить толщину не совсем стального листа, а сильно корродированного листа, поверхность на столько изъедена, что бесконтактно возбудить ультразвук сложно, и при отражении он рассеивается, поэтому горожу электромагнитный метод.

"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."

Перемерил не |Z|, а индуктивность измерителем иммитанса, результат:
Образец 1
толщина 2мм, время спада экспоненты 34 000 попугаев, L=3136мкГн
Образец 2
толщина 2мм, время спада экспоненты 46 000 попугаев, L=2833мкГн
Как это объяснить комплексной проницаемостью!? (прибор измеряет L исходя из того, что катушка замещается Z=jwL+R, если L=k*u, а u=u0+ju1, то Z= j*w*k*u0-w*k*u1+R, т.е. индуктивность, которую он покажет связана с той же проницаемостью, что и моё время спада экспоненты)

[MiklPolikov]

фишка в том, что требуется измерить толщину не совсем стального листа, а сильно корродированного листа, поверхность на столько изъедена, что бесконтактно возбудить ультразвук сложно, и при отражении он рассеивается, поэтому горожу электромагнитный метод.

А нельзя ли сделать проще :

Берётся катушка , прижимается к листу, мериется индуктивность.
По нескольким листам строится график зависимости толщины от результата.
По этому графику определяются толщины неизвестных листов.

.....
Строются разные графики для разных марок стали.
Во время измерения на неизвестном листе марка стали определяется по зависимости индуктивности от частоты.


То есть решение чисто эмпирическое. Сбор данных, экстраполяция графиков.