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!??

Не говорите так, разница в удельном сопротивлении ст.3 и 40х, к примеру, где-то 15-20 раз. А N19 что за сталь?

Чесно говоря не знаю, она так промаркирована просто.

интересно, пойду справочники ещё раз посмотрю.

Можно объяснить добротностью резонатора.

Эм, ну если верить инету, то
Сталь 3 ро = 0.2 *10^-6 Ом*м (http://ets-spb.com/stat7.html)
Сталь 40х ро = 0.21 *10^-6 Ом*м (http://www.profprokat.ru/content/view/203/7/)

На работе смотрел, марки на которых должно работать там эта величина изменялась от 0.16 до 0.21


Какого? Или имеете ввиду механическую систему (П-образный сердечник, зазор, металл) над подумать, но точно не наблюдается абсолютно никакой разницы, прижимаю я датчик рукой к металлу или нет

Генератор + катушка + измеряемый образец = резонатор.

Эквивалентное последовательное сопротивление потерь ( в меди и стали) при измерении в попугаях могут завышать значение L , а при измерении времени спада могут занижать значение tau=L/R

Я снимал зависимость напряжения на выходе усилителя от частоты в полосе 3 Гц - 50 кГц никаких резонансов не наблюдается.

так tau =L/(R+1000ом), и не понял чем попугаи отличаются от секунд и Генри?(попугаи пропорциональны секундам, )и Генри)

Как-то эти цифры расходятся с теми, что мне смутно помнятся. По 40х в нете не нашел, но аналоги по 12х, 20х можно посмотреть здесь: http://www.dpva.info/Guide/GuideMatherials...orrespondance1/
и удельные сопротивления этих сталей как-то отличаются от приведенных Вами:
http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/El...errumAndAlloys/
Смутно помню давние измерения Ст3, вроде где-то 13-15е-8 Ом*м, по нерж 60-70е-8 Ом*м. По возможности на днях попробую перемерять.

Забыл сказать, меня интересуют сейчас слаболигированные и углеродистые стали, нержавейка пока не нужна. По ним цифры лежат в пределе 0.146 - 0.228, и от моих 0.16 - 0.21 отличаются не сильно

на частоте 1 кгц толщина скин слоя больше толщины стали, наверное это надо учитывать . Тогда индуктивность датчика на этой частоте будет иметь линейную зависимость от µ. Чтобы более точные выводы делать, Вы бы все таки указали - какого порядка ваши попугаи в генрях и микросекундах.

Укажите еще при каком токе на частоте 1 кгц меряется индуктивность и каким способом. µ зависит от тока (напряженности поля)

На частоте 1кГц толщина скин слоя даже на самой, плохой с моей точки зрения, стали с сопротивлением 0.5*10^-6 ом*м и проницаемостью 1000 составляет 0.3 мм, что меньше толщины стального листа(у меня минимум 2мм).

~1мА




индуктивность примерно 500мкГн, времена миллисекунды



цифры в попугаях это просто амплитуда в мВ на выходе усилителя

Это я ошибся, с толщиной слоя.
делим 500 µH на 1 кОм (оба резистора нагрузки ) и получаем 0.5 µS. Какие миллисекунды , откуда?
то есть , выходное напряжение пропорционально SQRT( (wL)^2 + Ra^2). Чем больше R тем больше намерянных попугаев. С другой стороны, если активные потери в стали увеличивают Rа , то при измерении tau=L/R время уменьшается.

R вносимое составляет единицы Ом максимум, tau =L/(R+1000ом) и от него практически не зависит. тоже самое с индуктивностью на частоте 1кГц SQRT( (wL)^2 + Ra^2) = SQRT( (wL)^2 ). Недавно делал вариант дефектоскопа в котором снимал зависимость напряжения на выходе усилителя(который на рисунке) от частоты, активная составляющая, даже когда датчик стоит на металле вплотную, 1) мало зависит от металла 2) становится незаметной на частотах выше 100-500Гц

С индуктивностью чуть наврал, 5мГн. Я измеряю не постоянную времени, а время спада напряжения на выходе усилителя до половины максимального значения(зареза). Во сколько раз я экспоненту усилю во столько у меня это время и вырастает

мне не понадобилось даже наматывать - похожий датчик на П образном феррите просто нашелся.
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.

Поэтому еще раз прошу, пересмотрите в отношении SQRT( (wL)^2 + Ra^2) (все таки Rs влияет на 1кГц) при измерении попугаев.
при измерении спада тока с учетом 1кОм и больших времён (что эквивалентно низкой частоте измерений) Rs не влияет заметно на фоне 1 ком, но мю и толщина уже дадут о себе знать. Поэтому попугаи - совершенно разные.

Эм, хорошо, перемерю, расскажу в понедельник

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

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

согласен , причем проницаемость тут играет существенную роль , потому что измерение в больших временах (десятки миллисекунд) эквивалентно измерению L на низкой частоте.


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.

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.


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!


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

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

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.

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)

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.

Дык , так и делается!=) Но просто, объяснить то, то чего получается, как-то нада) а так, уже почти всё мерит

Интересно, это нужно что бы узнать на сколько проржавела водопроводная труба (днище корабля, броня танка, обшивка ракеты ) ?

делается для водоканала, теплосети городские с горячей водой, холодные они почему-то не особо проверяют, может меньше ржавеют

не с той-же !
если бы Вы провели измерения L прибором на низкой частоте , порядка 1/2pi/tau , то могли бы говорить что "связана с той же проницаемостью". Причем не очень уверенно говорить, для бОльшей уверенности нужно было бы еще обеспечить и равенство токов в обмотке датчика при измерении L и tau

Я думаю залог успеха эмпирического метода в том что бы катушка была без сердечника и диаметром много больше толщины листа. Чем катушка меньше, тем меньший вклад в результаты измерений даёт толщина листа.

По моему это не так. В зависимости от соотношения частоты возбуждения, проницаемости, проводимости и размеров ВТП для ферромагнитного объекта индуктивность может быть как больше индуктивности без объекта, так и меньше. Соответственно с ростом проницаемости индуктивность может как расти, так и падать.
Посмотрите на годограф вносимого напряжения накладного ВТП для ферромагнитного полупространства. Мнимая составляющая там меняет знак в зависимости от проницаемости.

а в какой книжке смотрите?

По моему это в любой книжки по основам вихретокового контроля будет. У меня под рукой справочник Клюева "Приборы для неразурушающего контроля" 1986, т.2, или он же однотомник 1995. В учебниках и более обстоятельных трудах, наверно поподробней, не смотрел.

Хочу попробовать примерно расчитать комплексное сопротивление моего датчика поставленного на метал. Для этого хочу найти значение потока магнитной индукции сквозь обмотку при заданном в ней токе, взять от этого потока производную и поделить на ток. Если расчитывать магнитную цепь (датчик, два воздушных зазора, метал) по постоянному току то задача сводится к системе уравнений

H1*L1+H2*L2+2*Hв*δ = w*I
Ф1=Ф2=Фв=Ф=B1*S1


для переменного напряжения хотел все напряжённости, ток и индукцию заменить комплексными амплитудами и тут столкнулся с тем, что эмуляция системы на частоте 1кГц даёт сдвиг по фазе между B1 и B2. Грубо говоря I, B1 и Bв(индукция в воздушном зазоре) колеблются в одной фазе, а B2(индукция в металле) сдвинута от них на некий угол φ. Тогда не получается единства потока магнитной индукции т.е. Ф2 не равно Ф1 т.е. второе уравнение составлено не правильно. Как составить систему уравнений, чтобы высчитать поток?

Такой подход будет плюс-минус лапоть даже в магнитостатике, поскольку есть растекание по листу. А динамике совсем не пойдет, помимо тока в обмотке в вашем выражении для полной магнитной цепи должен присутствовать вихревой ток в самом листе, причем с малоизвестным распределение по листу и т.д.. Или заводите комплексную эффективную магнитную проницаемость в листе.
Не мучьтесь, откройте учебник (например Неразрушающий контроль. т.3, под ред.Сухорукова), там есть выражения для более простых вариантов накладного ВТП и листа. Все много сложнее.

Если хотите посчитать такой датчик, то нужно использовать системы для моделирования электромагнитного поля, лучше трехмерные, метод конечных элементов или др. Например, ANSYS. Непросто, но считаеться при наличии навыков.