1、渦流檢測阻抗分析(Eddy Current Tes.)內 容1 渦流檢測的物理基礎2 渦流檢測的阻抗分析法 3 渦流檢測的應用 1、渦流檢測原理？ 2、什么是交流電流的趨膚效應？ 3、什么叫渦流檢測的標準滲透深度？它的表達式如何表示？ 4、什么是電導率？ 5、什么叫磁導率？它的表達式如何？ 復習關鍵詞：渦流 交流磁場 交變磁力線 激勵線圈 感生出反作用電流。 渦流變化 反作用電流也變化。測定反作用電流的變化 測得渦流的變化 得到試件的信息。 f：電流頻率，HZr: 相對磁導率，無量綱：電導率，s/m什么叫電導率？(1)定義或解釋: 電阻率的倒數為電導率.簡稱為：T.D.S。=1/(2)單位:在

2、國際單位制中,電導率的單位是西門子/米(s/m)。(3) 電導率的物理意義:是表示物質導電的性能。電導率越大則導電性能越強,反之越小。答：試件的磁性可用磁導率來描述。磁導率亦稱“導磁系數”是描述磁性材料導磁能力的物理量，它的表達式為=/ , 式中：-磁導率；-磁感應強度；-磁場強度，通常使用的是磁介質的相對磁導率r ，其定義為磁導率與真空磁導率0之比.渦流檢測的物理基礎2 如果電荷和電流隨時間變化，電場和磁場發生相互作用：電流能夠產生磁場，變化的磁場也能在導體中產生感應電動勢和電流，這種現象叫做電磁感應。1 電磁感應定律楞次定律閉合回路中產生的感應電流有確定的方向，它總是企圖使自己產生的通過回

3、路面積的磁通量，去抵償或反抗引起感應電流的磁通量的改變。楞次定律只確定了感應電動勢和感應電流的方向，并沒有確定感應電動勢的大小。下法拉第電磁感應定律不論任何原因使穿過線圈的磁通量發生變化時，在線圈里就產生感應電動勢，感應電動勢的大小和磁通量對時間的變化率的負值成正比。如果線圈的電阻為R，則線圈里的感應電流為 對于有n匝的串聯線圈，在線圈中產生的總感應電動勢為 式中，k比例常數，隨單位制不同而異； 磁通量（Wb）； t時間（s）； 感應電動勢（V）。負號表示感應電動勢的方向總是企圖反抗磁通的變化。 2 自感和互感自感：當電流通過回路時，變化的電流所產生的變化磁通也通過閉合回路。這樣在回路中就激起

4、感生電動勢。這種由于回路中電流產生的磁通量變化，而在自己回路中激起感生電動勢的現象稱為自感現象，其感生電動勢稱為自感電動勢。 L自感系數（H）互感：兩線圈回路1和回路2，其中分別通以電流I1和I2，則任一回路中電流所產生的磁感應線將通過另一回路所包圍的面積。其中任一回路電流發生變化時，其磁通量的變化，在另一回路中會產生感生電動勢。兩個載流回路相互激起感生電動勢的現象稱為互感現象。互感電動勢 、 互感系數（H） 3 渦流檢測中的電磁感應交流電路中電壓E與電流I之間關系為： 式中，Z線圈阻抗 （ ）E外接電源電壓（V） 渦流檢測的試驗基礎 將兩個線圈固定在一起。在線圈上輸入交流電流，在線圈上接一個

5、電壓表，同時把這兩個線圈放在金屬塊上面。 線圈將激勵出一個交變磁場。如果線圈、線圈和金屬塊靠的很近，以至于線圈所激勵的磁場對線圈和金屬塊都有感應，那么在金屬塊中就會產生出渦流，而線圈中的電壓表也相應地有一個讀數。線圈是供激勵磁場用的稱為激勵線圈；而線圈是供測量用的稱為測試線圈。結論：電壓表的讀數會隨金屬材料的導電率或導磁率的變化而發生相應的改變。電壓表的讀數會隨金屬材料的尺寸或厚度的變化而發生相應的改變。電壓表的讀數會隨線圈與金屬材料之間的距離的變化而發生相應的改變。渦流檢測中的幾種效應電壓表讀數隨金屬材料導電率或導磁率的變化而發生相應改變的現象，在渦流檢測中我們稱為導電率效應或導磁率效應。應

6、用這個效應我們就可以用渦流法來測定各種金屬材料的導電率或導磁率，也可以應用這個效應來進行金屬材料的分選。 電壓表讀數隨金屬材料的尺寸或厚度的變化而改變的現象，在渦流檢測中我們稱為尺寸效應。應用這個效應我們就可以用渦流檢測法來測定金屬薄板的厚度，以及測定金屬棒材的直徑。 電壓表讀數隨線圈與金屬塊之間距離的變化而改變的現象，在渦流檢測中我們稱為“提離”效應。應用這個效應，我們就可以用渦流檢測法來測定金屬材料表面上的絕緣層的厚度。 渦流探傷法主要是用于檢查金屬表面或近表面上的裂紋等缺陷。由于被檢零件一旦發生了裂紋等缺陷，那么在零件的缺陷處不僅導電率或磁導率發生了變化，而且零件的尺寸也發生了相應的變化

7、。所以渦流探傷法既應用了導電率或導磁率效應，也應用了尺寸效應。 （1）、檢測線圈的阻抗分析 在渦流檢測過程中，檢測線圈與被檢對象之間的電磁關系可以用兩個線圈的耦合（被檢對象相當于次級線圈）來類比，為了了解渦流檢測中被檢對象的某些性質與檢測線圈（相當于初級線圈）電參數之間的關系，需要對檢測線圈進行阻抗分析。二、 渦流檢測的阻抗分析法 在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做【阻抗】。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成，但不是三者簡單相加。阻抗的單位是歐。線圈自身的阻抗 一個線圈并不是一個純電感，而是需用電阻、電感、電容組合而成的等效電路來表示。線圈自身的復阻抗：（2

8、） 阻抗概念電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗，用X表示。 類似于直流電路中電阻對電流的阻礙作用，在交流電路（如串聯RLC電路）中，電容及電感也會對電流起阻礙作用，稱作電抗，其計量單位也叫做歐姆。在交流電路分析中，電抗用 X 表示，是復數阻抗的虛數部分，用于表示電感及電容對電流的阻礙作用。電抗隨著交流電路頻率而變化，并引起電路電流與電壓的相位變化。阻抗即電阻與電抗的總合，用數學形式表示為： Z :阻抗，單位為歐姆 R :電阻，單位為歐姆 X :電抗，單位為歐姆 j 是虛數單位 （3）電抗X線圈在磁通發生變化時能產生電動勢e， （4）電感L 當線圈1中的電流變化時所激發的變化磁場

9、，會在它相鄰的另一線圈2中產生感應電動勢；同樣，線圈2中上的電流變化時，也會在線圈1中產生感應電動勢。這種現象稱為互感現象，以互感系數M表示，簡稱互感。所產生的感應電動勢稱為互感電動勢。互感M磁通磁鏈線圈匝數電感 （5）渦流阻抗分析法 阻抗分析法是以分析渦流效應引起線圈阻抗的變化及其相位變化之間的密切關系為基礎，從而鑒別各影響因素效應的一種分析方法。 電壓的變化和阻抗的變化之間有著相似的規律。在渦流檢測中為了確定受檢試件性能影響而產生的渦流的變化，可以用檢測線圈的電壓效應來測定，也可以用檢測線圈的阻抗變化來測定。檢測線圈的阻抗：設通以交變電流的檢測線圈（初級線圈）的自身阻抗為Z0當初級線圈與次

10、級線圈（被檢對象）相互耦合時，由于互感的作用，閉合的次級線圈中會產生感應電流，而這個電流反過來又會影響初級線圈中的電壓和電流。這種影響可以用次級線圈電路阻抗通過互感M反映到初級線圈電路的等效阻抗Ze來體現。Z0與Ze之和Z稱為初級線圈的視在阻抗。線圈耦合互感電路 初級線圈次級線圈電阻電抗檢測線圈的視在阻抗是自阻抗與反射阻抗之和。 應用視在阻抗的概念，就可認為初級線圈電路中電流和電壓的變化是由于它的視在阻抗的變化引起的，而據此就可以得知次級線圈對初級線圈的效應，從而可以推知初級線圈電路中阻抗的變化。 通過監測初級線圈（檢測線圈）視在阻抗的變化來推斷被檢對象（次級線圈）的阻抗是否發生改變，進而判斷

11、其物理或工藝性能的變化及有無缺陷存在是渦流檢測的目的。 若次級線圈開路，即 ，（在渦流檢測中，這相當于檢測線圈尚未靠近被檢對象），則初級線圈的空載阻抗 阻抗平面圖：若次級線圈的 ，則有K耦合系數在 從 的過程中，視在阻抗Z以視在電阻Rs為橫坐標，視在電抗X為縱坐標的阻抗平面圖上變化，其軌跡近似為一個半圓，此即初級線圈的阻抗平面圖。XRs阻抗歸一化阻抗平面圖雖然比較直觀，但半圓形曲線在阻抗平面圖上的位置與初級線圈自身的阻抗以及兩個線圈自身的電感和互感有關。另外，半圓的半徑不僅受到上述因素的影響，還隨頻率的不同而變化。這樣，如果要對每個阻抗值不同的初級線圈的視在阻抗，或對頻率不同的初級線圈的視在阻

12、抗，或對兩線圈間耦合系數不同的初級線圈的視在阻抗作出阻抗平面圖時，就會得到半徑不同、位置不一的許多半圓曲線， 這不僅給作圖帶來不便，而且也不便于對不同情況下的曲線進行比較。為了消除初級線圈阻抗以及激勵頻率對曲線位置的影響， 便于對不同情況下的曲線進行比較， 通常要對阻抗進行歸一化處理。 XRs 歸一化處理： 橫坐標： 縱坐標： 這樣就使縱軸與半圓直徑重合，上端點為（0, 1)，下端點為（0，1-K2）。半圓僅取決于耦合系數K。 歸一化后的阻抗平面圖消除了初級線圈自身阻抗的變化對 Z的影響，在渦流檢測中具有通用性。 歸一化后的阻抗平面圖 XXR(6)、有效磁導率和特征頻率1） 有效磁導率eff進

13、行渦流檢測時，檢測線圈視在阻抗的變化源于磁場的變化。但分析磁場比較復雜，為簡化渦流檢測中的阻抗分析問題，德國學者Forster提出了有效磁導率的概念。用通以交變電流的無限長圓筒形線圈內置一外徑充滿線圈的導電圓柱體來分析。 在半徑為r、磁導率為、電導率為 的長直圓柱導體上， 緊貼密繞一螺線管線圈。在螺線管中通以交變電流，則圓柱導體中會產生一交變磁場，由于趨膚效應，磁場在圓柱導體的橫截面上的分布是不均勻的。Forster提出了一個假想模型：圓柱導體的整個截面上有一個恒定不變的均勻磁場（磁場強度恒定），而磁導率卻在截面上沿徑向變化，它所產生的磁通量等于圓柱導體內真實的物理場所產生的磁通量。這樣，就用一個恒定的磁場和變化著的磁導率替代了實際上變化著的磁場和恒定的磁導率，這個變化著的磁導率便稱為有效磁導率，用eff表示，同時推導出它的表達式為 有效磁導率可以用頻率比f/fg作為變量，f為渦流檢測的激勵頻率，fg為特征頻率。2）特征頻率是工件的固有頻率，取決于工件的電磁特性和幾何尺寸。渦流檢測中，一般來說，試驗頻率f總是大于材料特征頻率fg的。在一定頻率比 時，被檢測的圓柱體不論直徑大小，其渦流密度和場強的幾何分布均相似，也就是兩個