动生涡流的一些实例研究
动生涡流的一些实例研究
湖北省恩施高中陈恩谱
由于磁场变化而引起的感生涡流，因为感生电场的复杂性，高中阶段基本上只要求知道就行了，但是对于动生涡流现象，高中阶段则要求能够利用右手定则和电动势分布不均匀的特点进行具体的分析判断，本文则试图对高中物理中常见的一些动生涡流现象进行一个总结。
一、法拉第圆盘的变形
【例1】（2015年·山东理综·17）如图，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴逆时针匀速转动。现施加一垂直穿过圆盘的有界匀强磁场，圆盘开始减速。在圆盘减速过程中，
以下说法正确的是（ABD ）
A ．处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高
B ．所加磁场越强越易使圆盘停止转动
C ．若所加磁场反向，圆盘将加速转动
D ．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动
【分析】本问题中的D 选项，涉及的就是“法拉第圆盘”，如果匀强磁场穿过整个圆盘，将圆盘想象成一些沿半径方向的辐条紧密靠在一起形成，则每根辐条都在切割磁感线，产生了大小相同、方向均沿半径向内的电动势（如图①所示），由于在同一半径大小的圆周上的各点电势处处相同，因此无法在盘中形成电流，而只相当于一个圆盘中心O 点为正极、圆盘边沿为负极的一个大电源。
但是，当磁场只局限于一小块如题图所示区域时，则导致电动势只分布于该区域内，这就造成了电动势分布的不均匀（如图②所示），则会在整块金属圆盘中产生涡流（如图③所示）。这种涡流在磁场中受到安培力的作用，阻碍圆盘转动。
二、阿拉果圆盘的分析
【例2】（2015年·全国课标卷Ⅰ·19）1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示。实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但
略有滞后。下列说法正确的是（AB ）
A ．圆盘上产生了感应电动势
B ．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C ．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D ．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
【分析】竖直向下看铜圆盘，磁感线分布大致如图①所示，以小磁针为参考系，则圆盘转动时的电动势分布如图②所示，以圆心O 为零势点，可见虚线圆周上几点电势高低关系为，则圆盘中的电流线大致如图③所示，这种电流分布形成的感应磁场的磁感线分布（俯视图）大致如图④所示，则小磁针的两极受力方向如图⑤所示，则其旋转方向与圆盘转动方向一致。
O O O ××××××××××××
××··
···········
·
得说明一下的是，以地面为参考系时，阿拉果圆盘中的感应电动势既有动生电动势又有感生电动势，但是总的电动势分布与选小磁针为参考系是一样的；另外，涡流的实际情形，比图③所示情形复杂许多，笔者所绘的图只是大致的情形。
三、滚动的圆柱或球体
【例3】如右图①所示，在竖直向下的匀强磁场中，一金属圆筒的中轴垂直于磁感线，圆筒绕轴逆时针转动，试分析金属圆筒上是否有感应电流。
【分析】如图②所示，圆筒边缘的线速度大小相等，但各处线速度垂直磁场方向的分速度⊥v 大小各不
相同，其中最高点、最低点的⊥v 最大，左右两侧的0=⊥v ，则圆筒上各处切割磁感线产生的电动势分布
俯视图大致如图③所示，圆筒上的感应电流大致如图④所示。
【拓展】如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，一金属导体球水平面上无滑滚动，则与上述情况类似（稍有不同，比如最低点的速度为零，左右两侧的切割速度均不为零），导体球中是有涡流的。
四、其他动生涡流情形
只要大块的导体中各处电动势分布不均匀或形成回路，则就可以在导体中形成涡流，如下情形中，导体中都会形成涡流，从而阻碍相对运动，使得导体最终静止下来。
小球在半圆轨道内滚动圆盘在非匀强磁场中转动金属片在磁场中摆动
电涡流传感器的研究与探讨汇总
档案编号： 毕业设说明书题目：电涡流传感器的研究与探讨 系别：电气工程系 专业：生产过程自动化 班级： 姓名： 指导教师： （共18 页） 年月日
摘要：电涡流传感器是基于涡流效应的新型传感器。由于它具有结构简单、抗干扰能力强、测量精度高、非接触、响应速度快、不受油污等介质影响等优点，因而得到了广泛的应用。但目前的电涡流位移传感器存在着测量范围小，传感器存在非线性问题，这给传感器的应用造成了一定的影响。 本文首先通过对实验室所用的电涡流传感器实验模板的电路进行研究和优化，进而提高电路的抗干扰能力使测量结果的更加准确。其次针对电涡流位移传感器存在的测量范围小，传感器存在非线性问题的改善提出设想即：先对电涡流位移传感器用于位移检测的工作原理及应用进行分析，研究了线圈截面形状及参数变化对涡流传感器线性测量范围和灵敏度的影响；再从电路设计方面提高传感器的稳定性及抗干扰能力，从而为位移测量扩展量程打下基础；最后通过对电涡流传感器测位移实验进行分析处理得出电涡流传感器位移测量范围的扩展方法和改善电涡流传感器非线性问题的方法。 关键词：电涡流传感器; 位移测量; 非线性; 测量范围 Abstract: the eddy current sensor is a new type of sensor based on eddy current effect. Because it is simple in structure, strong anti-jamming capability, high accuracy, non-contact, fast response, not polluted advantages such media influence, and been widely used. But the current electricity eddy displacement sensor measurement range small, there exist nonlinear problem, the sensor to a sensor applications has caused some influence. This paper firstly eddy current sensor used in the laboratory experiment template circuit research and optimization, and improve the anti-interference ability of the circuit more accurate measurement results. Secondly according to the eddy current displacement sensor measurement range small, there exist nonlinear problem of sensor to improve it puts forward the idea of the eddy current is: first displacement detection sensors for displacement of the working principles and applications, research analyzed the coil cross-section
电涡流式安全门
电涡流式安全门 苏满湖 一、前言 电涡流是一种古老的物理现象，随着近代电子技术的发展，人们利用电涡流效应发展了一种新型的无接触检测方法。电涡流传感器具有结构简单、灵敏度高、测量的线性范围大、不受油污等介质影响、抗干扰能力强等优点，在各个工业部门得到广泛的应用，用来测量位移、厚度、尺寸、振动、转速、压力、电导率、温度、硬度等参数以及探测金属表面的裂纹和缺陷。 多频检测技术是Libby（美国）于1970年首先提出的，该方法采用对电涡流检测线圈施加几个频率激励信号同时工作，能成功地抑制多个干扰因素，提取所需信号。电涡流传感器的工作原理是通过对处于检测线圈形成的电磁场中的工件及周围空间区域列出麦克斯韦方程及定解条件，然后进行求解，以确定检测线圈的阻抗特性的变化与被检工件受影响因素之间的关系。即涡流检测线圈的阻抗可以用函数Z＝F（δ，μ，r，ω，U，d，t）表示。其中δ为电导率，μ为导磁率，r、t、d为尺寸因子，U、ω为激励源电压及频率。金属体中所产生的电涡流与电路激励源的频率有关，而且成非线性关系，即对应于不同的激励源频率线圈中电抗构成的函数互不相关。因此如果已知函数Z中某些参数或控制某些参数不变而施加n个不同频率的激励源，依靠得到的检测线圈不同的电压输出值就可以求得n个未知的待求量，即由n个独立的方程求解n个未知量，从而实现多频率多参数的检测。 二、电涡流传感器结构和工作原理 主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此线圈可以粘贴于框架上，框架上开一条槽沟，将导线绕在槽内。下图为CZF1型涡流传感器的结构原理，它采取将导线绕在聚四或在氟乙烯框架窄槽内，形成线圈的结构方式
电涡流传感器
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。 一、电涡流传感器的基本原理 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。 前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z 的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。 其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值
电涡流传感器的典型应用
电涡流传感器的典型应用 电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。 轴向位移测量 对于许多旋转机械，包括蒸汽轮机、燃汽轮机、水轮机、离心式和轴流式压缩机、离心泵等，轴向位移是一个十分重要的信号，过大的轴向位移将会引起过大的机构损坏。轴向位移的测量，可以指示旋转部件与固定部件之间的轴向间隙或相对瞬时的位移变化，用以防止机器的破坏。轴向位移是指机器内部转子沿轴心方向，相对于止推轴承二者之间的间隙而言。有些机械故障，也可通过轴向位移的探测，进行判别： ●止推轴承的磨损与失效●平衡活塞的磨损与失效 ●止推法兰的松动●联轴节的锁住等。 轴向位移（轴向间隙）的测量，经常与轴向振动弄混。轴向振动是指传感器探头表面与被测体，沿轴向之间距离的快速变动，这是一种轴的振动，用峰峰值表示。它与平均间隙无关。有些故障可以导致轴向振动。例如压缩机的踹振和不对中即是。 振动测量 测量径向振动，可以由它看到轴承的工作状态，还可以看到转子的不平衡，不对中等机械故障。可以提供对于下列关键或基础机械进行机械状态监测所需要的信息： ·工业透平，蒸汽/燃汽·压缩机，空气/特殊用途气体，径向/轴向 ·膨胀机·动力发电透平，蒸汽/燃汽/水利 ·电动马达·发电机 ·励磁机·齿轮箱 ·泵·风扇 ·鼓风机·往复式机械 振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。可为如下各种机械故障的早期判别提供了重要信息。 ·轴的同步振动·油膜失稳 ·转子摩擦·部件松动 ·轴承套筒松动·压缩机踹振 ·滚动部件轴承失效·径向预载，内部/外部包括不对中 ·轴承巴氏合金磨损·轴承间隙过大，径向/轴向 ·平衡（阻气）活塞磨损/失效·联轴器“锁死” ·轴弯曲·轴裂纹 ·电动马达空气间隙不匀·齿轮咬合问题 ·透平叶片通道共振·叶轮通过现象 偏心测量 偏心是在低转速的情况下，对轴弯曲程度的测量，这种弯曲可由下列情况引起： ·原有的机械弯曲·临时温升导致的弯曲·在静止状态下，必然有些向下弯曲，有时也叫重力弯曲。
基于涡流电场传感器在断路器中的应用研究
基于涡流电场传感器在断路器中的应用研究 发表时间：2018-01-10T10:28:28.390Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：郝向军[导读] 摘要：本文是研究基于非接触式涡流电场传感器在断路器中的应用，非接触式涡流电场传感不需要在断路器机械部分安装支架，它采用非接触方式测量断路器机械特性；根据这些特性可以检测断路器机械部分的故障状况，从而为断路器的机械部分的健康状态提供现实基础。 （国网山西省电力公司山西省太原市 030001）摘要：本文是研究基于非接触式涡流电场传感器在断路器中的应用，非接触式涡流电场传感不需要在断路器机械部分安装支架，它采用非接触方式测量断路器机械特性；根据这些特性可以检测断路器机械部分的故障状况，从而为断路器的机械部分的健康状态提供现实基础。 关键词：涡流电场传感器；断路器随着我国国民经济的繁荣发展，电力系统的装机容量与电力需求不断增加，对电力系统的可靠性和经济性提出越来越高的要求。断路器作为发电和配电之间的联系环节，是集故障、检修、参数测量频次最多的一种重要电力设备，运行过程中有很高的故障率，易引起电网事故，造成较大的经济损失，本文采用非接触式涡流电场传感器，为断路器机械部分实际运行工况提供依据；同时还可以提高工作效率，减少停电时间，增加效益、降低断路器运行安全的风险。 正文 一非接触式涡流电场传感器 涡流电场传感器是基于电磁感应原理而工作的，但又完全不同于电磁感应。电涡流的形成：线圈中的铁心是由整块铁磁材料制成的，此铁心可以看成是由许多与磁通相垂直的闭合细丝所组成，因而形成了许多闭合的回路。当给线圈通入交变的电流时，由于通过铁心的磁通是随着电流做周期性变化的，所以在这些闭合回路中必有感应电动势产生。在此电动势的作用下，形成了许多旋涡形的电流，这种电流就称为电涡流。非接触式涡流电场传感器的工作原理如图1所示。 二断路器 高压断路器操动机构由电气部分、储能部分、控制部分和力量传递部分组成。高压断路器操动机构分为很多种类型，如电磁机构、弹簧机构、液压机构和液压弹簧机构。 断路器的触头在各种工况下可靠地分、合，主要是由储能部分和力量传递部分协同完成。其动作的特点是：执行任务与完成任务时，机构系统处于运动过程中，因机构的动作有卡涩、冲击、振动以及其他一些非稳定性质；在闭合状态时由于长期不动作，一旦发生事故，又要求它动作准确可靠。由于断路器以上的特点，对断路器操动机构与传动机构的可靠性的要求就特别的高。 断路器与其它电气设备相比，机械部分零部件特别多，因此造成故障的可能性较多。操动机构的机械状态获取是非常复杂的，出现某一种故障，机构的状态特征可能很多。 在断路器操动机构储能部分、控制部分和力量传递部分进行带电测量，来全面了解断路器机械操动部分真实状况。 通过对断路器的控制部分及分合闸线圈检测，可以有效检测控制回路完好性，分合闸线圈回路由电磁铁驱动，当线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁芯受到电磁力作用吸合，使断路器开始执行分或合操作。线圈电流波形中，包含很多信息，反映了电磁铁本身以及所控制的锁门或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作状况，可以有效检测电磁铁在整个工作时是否出现磁场下降和卡涩。分、合闸回路的电磁铁电路等值电路如图2所示。
涡流检测技术
1．什么叫无损检测？ 无损检测也称非破坏性试验( Non-Destructive Testing，NDT) ：指在材料、工件、设备及结构物不被破坏的前提下，利用它们的物理特性因缺陷的存在而发生变化的事实，测定其变化量，从而检出其内部是否存在缺陷，和缺陷的形状、位置、大小和严重程度和发展趋向，这一检测判断的整个过程称为无损检测。 2．什么叫涡流（Eddy-current）？ 当金属导体处在变化着的磁场中或在磁场中运动时，由于电磁感应 作用而在金属导体内产生的旋涡状流动电流。 3．什么叫阻抗（R resistance）—一能量损耗（Energy lost）？ 电流通过导体材料过程中，电荷在导体中移动将克服一定的阻力，即电阻（R）。导体材料的电阻使部分电能转化为热，损耗一定的能量。激励电流在线圈中流动，或感应电流在被测导体（工件）中流动都要损耗能量，不同试件因导电率、磁导率等影响因素各异，能量损耗的大小也不一样。 4．什么叫电抗（X reactance）—一能量存储（Energy stored）？ 当电流通过导体时，导体周围形成磁场，部分电能转化为磁场中的磁能，在一定条件下磁场的磁能可转变成感应电流。涡流检测中，除了自感现象以外，两个相邻的线圈间还有互感现象存在。无论自感电流，抑或互感电流所形成的磁场， 总要阻碍原电流增强或减弱，这就是感抗的作用。同理，电容 器对电压变化的阻碍作用称为容抗，感抗和容抗统称为电抗。 一般地说，磁性材料增强检测线圈的电抗，非磁性材料削弱检 测线圈的电抗。 5．涡流检测技术的特点是什么？ 涡流检测是一种应用较广泛的无损检测技术，是五大常规无损检测方法之一，该检测法具有如下技术特点： ①检测速度快，易于实现自动化。由于涡流检测的基本原理是电磁感应，涡流检测只适用于能产生涡流的导电材料。涡流检测线圈激励后所形成的电磁场实质是一种电磁波，具有波动性和粒子性，所以检测时传感器不需要接触工件，也不必在线圈与试件之间填充耦合
电涡流传感器文献综述
电涡流传感器文献综述 摘要：传统的检测方法可靠性较低、具有破坏性、检测速度较慢,无法满足各种各样的检测要求,同时还会造成材料的浪费。这时,就需要使用无损检测的方法。电涡流传感器具有对介质不敏感、非接触、全方位智能测量等特点，因此现在广泛应用于对检测行业中。本文通过前人已有的大量实例和实验，对电涡流传感器的做了最基本的分类并且研究它们的异同，揭示了它在检测行业中的重要地位，并且对电涡流传感器的非线性部分补偿做了进一步改进。 关键词：电涡流传感器；基本原理；传感器的分类；传感器的应用 1、引言 电涡流无损检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法，相对于传统的涡流无损检测方法，电涡流检测具有包含的频率分量丰富、检测信号信息量大、时域分析方便等优点。电涡流无损检测采用的是电涡流传感器，它的主要特点是频率响应速度快、测量的精度高、不受油液污染的影响、受外界磁场干扰小等。世界上第一台涡流探伤仪诞生于1935 年，并被应用于检验焊接钢管质量。涡流传感器发展至今类型已经多种多样,并在工业生产中的各个领域得到广泛应用，尤其是在无损探伤领域,已经成为一种不可或缺的无损检测手段。本文基于前人已经著述的十篇涡流无损检测研究，从他们不同的应用角度分析他们的相同点和不同点，并且对电涡流传感器今后的应用领域做出合理的预测。 2、电涡流传感器的基本原理 根据麦克斯韦电磁场理论，金属导体处于交变的磁场中，导体内部就会感应产生电流，这种感应出来的电流在导体内部就像水的旋涡那样在导体的近表旋转，由于其运动类似于漩涡所以被人们称为电涡流，这种无法被人体感知的电涡流场就称为电涡流效应。电涡流式传感器就是利用这种电涡流效应的原理而发明的一种传感器。 从电磁学的角度可以把被测金属板也可以简化为一个简单的感应线圈，并且线圈与被测金属板之间的互感系数将随着线圈与被测金属板之间的距离的减少而增大。 被测导体的各种参数不同，既能引起电涡流传感器线圈电阻R 值的变化，也能引起线圈感抗L 和线圈品质因子Q 值的变化。线圈阻抗Z 与电阻率ρ、磁导率μ、检测距离X、线圈激励电流的频率之间的函数关系，可以简写成Z =
电涡流传感器基本原理
电涡流传感器 原理图 1、什么是电涡流效应？ 电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。 注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。 传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。2、电涡流传感器的工作原理与结构
。 传感器线圈由高频信号激励，使它产生一个高频交变磁场φi，当被测导体靠近线圈时，在磁场作用范围的导体表层，产生了与此磁场相交链的电涡流ie，而此电涡流又将产生一交变磁场φe阻碍外磁场的变化。从能量角度来看，在被测导体内存在着电涡流损耗（当频率较高时，忽略磁损耗）。能量损耗使传感器的Q值和等效阻抗Z 降低，因此当被测体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电感L均发生变化，于是把位移量转换成电量。这便是电涡流传感器的基本原理 3、电涡流传感器的实际应用 电涡流传感器测量齿轮转速的应用
4、使用电涡流传感器时的注意事项 对被测体的要求 为了防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间，如果在某一部位要同时安装两个以上的传感器，就必须考虑是否会产生交叉干扰，两个探头之间一定要保持规定的距离，被测体表面积应为探头直径3倍以上，当无法满足3倍的要求时，可以适当减小，但这是以牺牲灵敏度为代价的，一般是探头直径等于被测体表面积时，灵敏度降低至70%，所以当灵敏度要求不高时可适当缩小测量表面积。
涡流制冷原理
涡流制冷方式在工业领域的应用 Application of Vortex Cooling in Industry 作者：张王宗 单位：美国埃泰克气动技术国际公司中国办事处 Keywords: Expansion decalescence、Vortex、Temperature Separation Effects、Cold Fraction、Energy saver、Safety、High efficiency、Simpleness、 AiRTX (AirTX), Air Powered. Abstract: Vortex tube is an easily used refrigerating device. Powered by compressed air, it produces separate hot and cold air streams. Vortex tubes have found an extensive application in numerous industria l fields because of its consistent performance, easy application and maintenance, and no moving parts. 关键词：膨胀吸热、涡流、冷热分离效果、制冷系数、节能、安全、高效、简便、埃泰克摘要：涡流管是利用一种能够把压缩气体分离为冷热两股温度不同气流的简单装置。由于这种装置具有结构简单、工作稳定可靠、易于维修、无运动部件且温度变化范围大等优点，已被应用到许多工业领域。 引言：工业高温、多灰尘、多无线射频、多电磁辐射等恶劣环境的普遍存在，不同行业的工业的废气、尘埃、纤尘、腐蚀气体、易燃、易爆气体、电磁、无线射频对工业的动力、仪表控制系统设备的环境污染，钢铁厂加热炉、高炉炉顶，水泥厂回转窑窑头、篦冷机，热电厂燃烧炉，玻璃厂熔炼炉、油漆厂等特殊高温环境自动化电视监控系统，摄像机连续工作系统的运行。所有这些行业的敏感的仪表、电气类控制元器件都因为温度、等异常恶劣环境而失去其最佳运行效能，因此环境的改善就显得非常重要。 目前国内的工业设备制冷现状： 制冷方法共有蒸汽压缩式制冷，蒸汽吸收式制冷，蒸汽喷射式制冷，吸附式制冷，空气膨胀制冷、涡流管制冷等七种。各种制冷方法大体上可分为2类：1、输入功率制冷：如蒸汽压缩式制冷、热电制冷。2、输入热量制冷：如吸收式制冷，蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷，而这些制冷方式都有一定的优缺点和适用范围。 针对工业控制电气、仪表及其综合控制机柜的运行环境的改善，我国目前仍然沿用传统解决办法：
五大常规无损检测技术之一：涡流检测(ET)的原理和特点
五大常规无损检测技术之一：涡流检测（ET）的原理和特点 涡流检测（Eddy Current Testing），业内人士简称E T，在工业无损检测（Nondestructive Testing）领域中具有重要的地位，在航空航天、冶金、机械、电力、化工、核能等领域中发挥着越来越重要的作用。 涡流检测主要的应用是检测导电金属材料表面及近表面的宏观几何缺陷和涂层测厚。 涡流检测是五大常规无损检测技术之一，其他四种是：射线检测（Radiographic Testing）：射线照相法、超声检测（Ultrasonic Testing）：A型显示的超声波脉冲反射法、磁粉检测（Magnetic Particle Testing）、渗透检测（Penetrant Testing）。 按照不同特征，可将涡流检测分为多种不同的方法： （1）按检测线圈的形式分类： a）外穿式：将被检试样放在线圈内进行检测，适用于管、棒、线材的外壁缺陷。b）内穿式：放在管子内部进行检测，专门用来检查厚壁管子内壁或钻孔内壁的缺陷。 c）探头式：放置在试样表面进行检测，不仅适用于形状简单的板材、棒材及大直径管材的表面扫查检测，也适用于形状福州的机械零件的检测。
（2）按检测线圈的结构分类： a）绝对方式：线圈由一只线圈组成。 b）差动方式：由两只反相连接的线圈组成。 c）自比较方式：多个线圈绕在一个骨架上。 d）标准比较方式：绕在两个骨架上，其中一个线圈中放入已经样品，另一个用来进行实际检测。 （3）按检测线圈的电气连接分类： a）自感方式：检测线圈使用一个绕组，既起激励作用又起检测作用。 b）互感方式：激励绕组和检测绕组分开。 c）参数型式：线圈本身是电路的一个组成部分。 涡流检测原理 涡流检测，本质上是利用电磁感应原理。 无论什么原因，只要穿过闭合回路所包围曲面的磁通量发生变化，回路中就会有电流产生，这种由于回路磁通量变化而激发电流的现象叫做电磁感应现象，回路中所产生的电流叫做感应电流。 电路中含有两个相互耦合的线圈，若在原边线圈通以交流电1，在电磁感应的作用下，在副边线圈中产生感应电流2；反过来，感应电流又会影响原边线圈中的电流和电压的关系。如下图所示：
基于涡流传感器的研究
基于涡流检测的传感器的研究 摘要 涡流检测当中，传感器的应用也是相当广泛的，尤其是电涡流式传感器的应用，本文通过对电涡流式传感器的工作原理的简要介绍，并对涡流检测的数值仿真，阐述了作者对涡流检测当中传感器的应用方面的理解。 关键词：涡流检测，电涡流式，传感器
1.引言 人的大脑通过五种感觉器官（人的“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉），对外界的刺激做出反应。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中，他们的功能就远远不够了。为了获取更多的信息，人类发明了传感器。人体的感官属于天然的传感器；而人们常说的传感器是人类五官的延伸，是人类的第六感官，也称之为电五官。它是人体“五官”的工程模拟物，是一种能把特定的被测量的信息（包括物理量、化学量，生物量等）按一定规律转换某种可用信号输出的器件或装置。 国家标准（GB/T7665——1987）对传感器的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于测量的电信号。 本文首先介绍了传感器在涡流检测当中的一些电涡流式传感器的概述，再通过对涡流检测原理的简要介绍，将传感器的原理与本人课题相结合，阐述了本人对传感器领域的一些理解。 2.电涡流式传感器概述 根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流，此电流称为电涡流，以上现象称为涡流感应。 要形成涡流，必须具备下列两个条件：1）交变磁场；2）导体处于交变磁场中[1]。因此，涡流式传感器主要由产生交变磁场的通电线圈和因置于线圈附近而处于交变磁场的金属导体两部分组成。金属导体也可以是被测对象本身。 根据电涡流式效应制成的传感器称为电涡流式传感器。电涡流式传感器在金属导体内产生涡流，其渗透深度与传感器线圈的激磁电流频率有关。按照电涡流在导体内贯穿情况，传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，其中高频反射式应用较广，但从其基本工作原理上而言两者是相似的。 电涡流式传感器最大的特点是，能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频带宽等优点，
ANSYS Maxwell涡流场分析案例
1.训练后处理应用实例 本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m，长度为100mm，横截面积为10×10m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。 （一）启动M a x w e l l并建立电磁分析 1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS Electromagnetic→ANSYS Electromagnetic Suite 15.0→Windows 64-bit→Maxwell 3D命令，进入Maxwell软件界面。 2.选择菜单栏中File→Save命令，将文件保存名为“training_post” 3.选择菜单栏中Maxwell 3D→Solution Type命令，弹出Solution Type对话框 (1)Magnetic:eddy current (2)单击OK按钮 4.依次单击Modeler→Units选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成m，并单 击OK按钮。 （二）建立模型和设置材料 1.依次单击Draw→Box命令，创建长方体 在绝对坐标栏中输入：X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter键 在相对坐标栏中输入：dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter键 单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：Cond 材料设置为conductor，电导率为σ=106S/m 2.依次单击Draw→Box命令，创建长方体 在绝对坐标栏中输入：X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter键 在相对坐标栏中输入：dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter键 单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：aux 3.依次单击Draw→Line 在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键 在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter键 名为line1 4.依次单击Draw→line，生成长方形 对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line2 5.依次单击Draw→Region命令，弹出Region对话框，设置如下 :Pad individual directions （-100，-100，0）、（200，100，100） （三）指定边界条件和源 1.按f键，选择Cond与Region的交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→ Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容： (1)Name:SourceIn (2)Value:100 A (3)Palse:120deg (4)单击OK按钮 2.按f键，选择Cond与Region的另一个交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3D→ Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容： (5)Name:SourceIn (6)Value:100 A (7)Palse:120deg
电涡流式传感器
电涡流式传感器 根据初中学的法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。 电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化从而进行非电量电测的。 目前生产的变间隙位移传感器，器量程范围为300m～800mm。 将块状金属导体置于通有交变电流的传感器线圈磁场中。根据法拉第电磁感应原理，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变磁场，当被测导体置于该磁场范围之内，被测导体内便产生电涡流，电涡流也将产生一个新磁场，和方向相反，抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化。
一、电涡流式传感器的结构 电涡流式传感器结构比较简单，主要由一个安置在探头壳体的扁平圆形线圈构成。 二、电涡流式传感器的测量电路 利用电涡流式变换元件进行测量时，为了得到较强的电涡流效应，通常激磁线圈工作在较高频率下，所以信号转换电路主要有调幅电路和调频电路两种。 调幅式(AM)电路
调频式(FM)电路 调频式电路(100kHz～1MHz)结构如图所示： 当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L 也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。 如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将△?转换为电压U0。 三、电涡流式传感器的应用电路 电涡流式传感器具有测量范围大、灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强和可以非接触测量等优点，被广泛应用于工业生产和科学研究各个领域中。 1、电磁炉
电磁炉是我们日常生活中必备的家用电器之一，涡流传感器是其核心器件之一，高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场;在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。 2、电涡流探雷器 3、电涡流式接近开关 接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离(几毫米至几十毫米)内检测有无物体靠近。 当物体接近到设定距离时，就可发出“动作”信号。接近开关的核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。这种接近开关只能检测金属。
涡流检测基本原理
涡流检测基本原理 发布者：：IDEA 发布时间：：2009-10-23 10:50浏览次数：：76 涡流检测是许多NDT（无损检测）方法之一，它应用―电磁学‖基本理论作为导体检测的基础。涡流的产生源于一种叫做电磁感应的现象。当将交流电施加到导体，例如铜导线上时，磁场将在导体内和环绕导体的空间内产生磁场。涡流就是感应产生的电流，它在一个环路中流动。之所以叫做―涡流‖，是因为它与液体或气体环绕障碍物在环路中流动的形式是一样的。如果将一个导体放入该变化的磁场中，涡流将在那个导体中产生，而涡流也会产生自己的磁场，该磁场随着交流电流上升而扩张，随着交流电流减小而消隐。因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量金属材料的一些性质发生变化时，将影响到涡流的强度和分布，从而我们就可以通过一起来检测涡流的变化情况，进而可以间接的知道道题内部缺陷的存在及金属性能是否发生了变化。 涡流作为一种NDT工具的一大优点是它能够做多种多样的检查和测量。在适当的环境下，涡流可以用于： 1、裂缝、缺陷检查 2、材料厚度测量 3、涂层厚度测量 4、材料的传导性测量 涡流检测的优越性主要包括： 1、对小裂纹和其它缺陷的敏感性 2、检测表面和近表面缺陷速度快，灵敏度高 3、检验结果是即时性的
4、设备接口性好 5、仅需要作很少的准备工作 6、测试探头不需要接触被测物 7、可检查形状尺寸复杂的导体 无损检测－声脉冲 发布者：：IDEA 发布时间：：2009-11-20 09:48浏览次数：：19 1．什么叫声脉冲？ 由一串声波所形成的脉冲。 2．简述声脉冲检测的原理。 当一串声波沿管子传播时，如果遇到管子存在开口、孔洞、鼓胀、凹陷、裂缝、内部腐蚀和沉积 等，就会有反射波返回发射端，由于声波的传播速度是固定的，通过计算机系统的处理，便可以准确地 得到管子发生异常的具体位置。 3．简述声脉冲检测的应用范围。 声脉冲快速检漏仪适用于有色金属、黑色金属和非金属管道的快速检漏。如电站高、低加，冷凝器 管，锅炉四管；化工厂的热交换管；酒楼大厦中央空调器管的在役检漏等，4．声脉冲检测的特性是什么？ ①在役管道高速检漏，可达每小时500～1000根管子； ②管子材质不限，铁磁非铁磁性或非金属管均宜； ③直管、弯管、缠绕管均宜； ④可快速发现存在于管子上的穿透性缺陷等； ⑤实时记录检测波形，便于下次检测时回放比较。 5．声脉冲检测仪器的技术特性有哪些？ □增益范围0 ~ 48dB , 步长0.5 dB □观察长度（2~50M）及管径（10 ~ 100MM）
涡流检测的技术
目录 涡流检测技术及进展 (2) 涡流检测自然裂纹与信号处理 (5) 压力容器列管涡流检测技术的研究 (9) 金属锈蚀的涡流检测 (11)
涡流检测技术及进展 1 引言 涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的无损检测方法。如图1，已知法拉第电磁感应定律，在检测线圈上接通交流电，产生垂直于工件的交变磁场。检测线圈靠近被检工件时，该工件表面感应出涡流同时产生与原磁场方向相反的磁场，部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感变化。若金属工件存在缺陷，将改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗发生变化，检测该变化可判断有无缺陷。 随着微电子学和计算机技术的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测换能器、涡流检测信号处理技术及涡流检测仪器等方面出现长足发展。 2 涡流检测的信号处理技术 提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，实现信号的识别、分析和诊断，以得出最佳的信号特征和检测结果。 2.1 信号特征量提取 常用的特征量提取方法有傅里叶描述法、主分量分析法和小波变换法。 傅里叶描述法是提取特征值的常用方法。其优点是，不受探头速度影响，且可由该描述法重构阻抗图，采样点数目越多，重构曲线更逼近原曲线。但该方法只对曲线形状敏感，对涡流检测仪的零点和增益不敏感，且不随曲线旋转、平移、尺寸变换及起始点选择变化而变化。 用测试信号自相关矩阵的本征值和本征矢量来描绘信号特征的方法称为主分量分析法，该方法对于相似缺陷的分辨力较强。
小波变换是一种先进的信号时频分析方法。将小波变换中多分辨分析应用到涡流检测信号分析中，对不同小波系数处理后，再重构。这种经小波变换处理后的信号，其信噪比会得到很大的提高。 2.2 信号分析 (1) 人工神经网络 人工神经网络的输入矢量是信号的特征参量，对信号特征参量的正确选择与提取是采用神经网络智能判别成功的关键。组合神经网络模型，采用分级判别法使网络输入变量维数由N2 降到N，网络结构大为简化，训练速度很快，具有较高的缺陷识别率和实用价值。 神经网络可实现缺陷分类，具有识别准确度高的优点，对不完全、不够清晰的数据同样有效。 (2) 信息融合技术 信息融合是对来自不同信息源检测、关联、相关、估计和综合等多级处理，得到被测对象的统一最佳估计。 涡流C 扫描图像的融合，将图像分解为多子带图像，并在转换区内采用融合算法实现图像融合。Ka Bartels等采用信噪比最优方法合并涡流信号，并用空间频率补偿方法使合并前高频信号变得模糊而低频信号变得清晰。Z Liu等利用最大值准则选择不同信号的离散小波变换系数，选取待融合系数的最大绝对值作为合并转换系数。因此融合信号可基于这些系数，利用逆小波变换来重构。小波变换可按不同比例有效提取显著特征。在融合信号过程中，所有信号的有用特征都被保存下来，因此内部和表面缺陷信息得到增强。 2.3 涡流逆问题求解 换能器检测到的信号隐含缺陷位置、形状、大小及媒质性质等信息，由已知信号反推媒质参数(电导率)或形状(缺陷)，属于电磁场理论中的逆问题。 为求解涡流逆问题，先要建立缺陷识别的数学模型，有形状规则的人工缺陷、边界复杂的自然缺陷、单缺陷和多缺陷等模型；在媒质类型方面，有复合材料和被测件表面磁导率变化等模型。 随着计算机技术发展，缺陷模型各种数值解法也获得进展。出现有限元法、矩量法和边界元法等。 3 涡流检测设备 美国的EM3300 和MIZ-20 为采用阻抗平面显示技术典型产品，而TM-128 型涡流仪是我国首台配有微机带有阻抗平面显示的涡流探伤仪。MFE-1三频涡流仪是我国研制的首台多频涡流检测设备。随后，国内研制成功多种类型的多频涡流检测仪，如EEC-35、EEC-36、EEC-38、EEC-39 和ET-355、ET-555、ET-556 等。 目前，我国在有限元数值仿真、远场涡流探头性能指标分析及检测系统的研制等方面取得研究成果，推出商品化远场涡流检测仪器，其中ET-556H和 EEC-39RFT 已用于化工炼油设备的钢质热交换管和电厂高压加热器钢管的在 役探伤。 今后涡流检测技术研发包括：完善换能器设计理论，研制性能更好的涡流检测换能器；研究缺陷大小形状位置深度的涡流定位技术和三维成像技术；研究并
涡流制冷应用
气体涡流制冷原理及应用 摘要：涡流管是利用一种能够把压缩气体分离为冷热两股温度不同气流的简单装置。由于这种装置具有结构简单，占用空间小，无运动部件，造价低廉，操作、维修极为简单，运行可靠，寿命长等优点，已被应用到许多领域如气体液化、天然气和石油气纯化、仪表冷却和航空空调等。随着科学技术的日新月异，气体涡流制冷技术将会发挥越来越重要的作用。 关键词:涡流管、制冷原理、应用 The principle and application of refrigeration using a vortex tube Abstract: A vortex tube is a simple device which can separate the compressed gas into hot and cold airflow. Because the vortex tube has many advantages such as simple structure, little space occupation, no moving parts, low cost, easily operate and maintain, reliable operation, long life expectancy and so on, now it has been applied to many fields such as gas liquefaction, natural gas and petroleum gas purification, instrument cooling and air conditioning system in the airport. With the rapid development of science and technology, gas vortex refrigeration technology will play an increasingly important role. Keywords: vortex tube, refrigeration principle, application 1 引言 早在1931年, 法国工程师Ranque 就发现了漩涡气流处于中心部位的气流温度低而处于外缘部分的气流温度高的所谓的“涡流效应”。二次世界大战之后, 在物理学家Hilsh于1946年发表自己的研究成果以后,引发了一场研究气体涡流制冷的革命。人们常把专门产生涡流效应的设备多数管子称为涡流管。尽管涡流管的结构和操作非常简单，但其内部过程却极为复杂，它体现在能量分离机理尚不完全清楚，流动过程中所包含的动量传递和热量传递是如何进行的一直得不到令人满意的解释，因而，有人把涡流管效应称之为“一个非常奇妙而令人困惑的现象”。 但涡流管制冷具有设备简单, 维护方便, 使用灵活, 对气体纯度要求不高, 在可利用工业废气获得廉价压缩气体的场合, 使用涡流制冷将是方便和经济的。 2 涡流管 2.1 涡流管的结构 涡旋管是一个构造比较简单的管子，如图1所示，它主要是由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷热两端的管子组成。气体经涡流
涡流检测技术概述
涡流检测技术概述 涡流技术由于具有的很多优点而被广泛应用。首先，它是非接触检测，而且能穿透非导体的覆盖层，这就使得在检测时不需要做特殊的表面处理，因此缩短了检测周期，降低了成本。同时，涡流检测的灵敏度非常高。涡流检测按激励方式和检测原理的不同可以分为单频涡流、多频涡流、脉冲涡流、远场涡流等，下面对这些技术的发展简要的加以介绍。 传统的涡流采用单频激励的方式，主要来对表面及近表面的缺陷进行检测，根据被测材料及缺陷深度的不同，激励频率的范围从几赫兹到几兆赫兹不等，为 了得到良好的检测信号，激励线圈必须在缺陷的附近感应出最大的涡流，感应电 流的大小和激励频率、电导率、磁导率、激励线圈的尺寸和形状以及激励电流的 大小有关,通过测量阻抗或电压的变化来实现对缺陷的检测。然而，由于其它参数也很敏感，这就影响了对缺陷的检测。 为了克服单频涡流的缺点，1970 年美国人 Libby 提出了多频涡流的技术（Multi-frequency Eddy Current, MFEC），多频涡流是同时用几个频率信号激励探头，较单频激励法可获取更多的信号，这样就可以抑制实际检测中的许多干扰因素，如热交换管管道中的支撑板、管板、凹痕、沉积物、表面锈斑和管子冷加工产生的干扰噪声，汽轮机大轴中心孔、叶片表面腐蚀坑、氧化层等引起的电磁噪声，以及探头晃动提离噪声等。理论与实践表明，被测工件的缺陷和上述干扰因素对不同频率的激励信号各有不同的反应，可反应出不同的涡流阻抗平面。利用这一原理，用两个（或多个）不同频率的正弦波同时激励探头，然后由两个（或多个）通道分别进行检波、放大和旋转等处理，此后，通过多个混合单元的综合运算，就可以有效的去除信号干扰，准确的获取缺陷信号。但是，多频涡流只能提供有限的检测数据，很难以可视化的方式实现对缺陷的成像检测。 70 年代中后期，脉冲涡流技术（Pulsed Eddy Current, PEC）在世界范围内得到广泛的研究，PEC最早由密苏里大学的Waidelich在20世纪50年代初进行研究，脉冲涡流的激励电流为一个脉冲，通常为具有一定占空比的方波，施加在探头上的激励方波会感应出脉冲涡流在被测试件中传播，根据电磁感应原理，此脉冲涡流又会感应出一个快速衰减的磁场，随着感生磁场的衰减，检测线圈上