涡流检测

涡流的产生
趋肤效应和渗透深度
直流电在导体内流过时，它在导体横截面上的电流密度分布基本上是均匀 的。但当交流电在导体中流动时，它在导体横截面上的电流分布很不均匀。 表面层电流密度最大。越进入导体中心其电流分布随着距表面的深度增加 而衰减，此现象即为交流电的趋肤效应。
趋肤效应的大小以渗透深度 即电流密度减少到表面电流密度的 时的深度。
dI EL L dt
L－自感系数（H）
1 2 互感：两线圈回路 和回路 ，其中分别通以电流I1和I2，则任一
回路中电流所产生的磁感应线将通过另一回路所包围的面积。其中 任一回路电流发生变化时，其磁通量的变化，在另一回路中会产生 感生电动势。两个载流回路相互激起感生电动势的现象称为互感现 象。
涡流检测
涡流检测的物理基础
一 涡流检测的原理 当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈磁场的作用，试件会
感生出涡流。涡流大小、相位及流动性是受到试件导电性能等的影响，涡流 的反作用又使检测线圈的阻抗发生变化。因此通过测定检测线圈阻抗的变化， 或线圈上感应电压的变化，就可以得到被检材料有无缺陷。
飞机维护及管道系统的维护检查 ； 疲劳裂纹的监视。
电导率

磁导率
测量金属试件的电磁参数； 金属热处理状态的鉴别； 金属材料的分选；
金属材料成分含量、杂质含量的 鉴别。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
提离效应、厚度效 应、充填效应等
金属试件上涂、镀等膜层测量； 板材测厚； 位移、振动测量； 液面位置、压力等的监控； 试件尺寸、形状测量等。
对于有n匝的串联线圈，在线圈中产生的 总感应电动势为
i

kn d dt
式中，k－比例常数，随单位制不同而异； －磁通量（Wb）；
t－时间（s）； －感应电动势（V）。
负号表示 感应电动势的方向总是企图反抗磁通的变化。
2 自感和互感 自感：当电流通过回路时，变化的电流所产生的变化磁通也通过闭合回 路。这样在回路中就激起感生电动势。这种由于回路中电流产生的磁通量 变化，而在自己回路中激起感生电动势的现象称为自感现象，其感生电动 势称为自感电动势。
涡流检测的物理基础
如果电荷和电流随时间变化，电场和磁场发生相互作用：电 流能够产生磁场，变化的磁场也能在导体中产生感应电动势和电 流，这种现象叫做电磁感应。
1 电磁感应定律 楞次定律 闭合回路中产生的感应电流有确定的方向，它总是企图使自己产生的通过回 路面积的磁通量，去抵偿或反抗引起感应电流的磁通量的改变。
线圈交变电流（一次电流）激励的磁场是交变的，那么涡流也是交变 的。这个交变的涡流会在周围空间形成交变磁场并在线圈中感应电动 势。线圈中的磁场就是一次电流和涡流共同感生的合成磁场。合成磁 场中包含了金属工件的电导率、磁导率、裂纹缺陷等信息。
二 涡流检测的特点
优点： （1）不需耦合剂，与试件可接触也可不接触。 （2）对管、棒、线材易于实现自动化。 （3）能在高温、高速下进行检测。 （4）能进行多种测量，并能对疲劳裂纹监控。 （5）工艺简单、操作容易、检测速度快。
结论：
电压表的读数会随金属材料的导电率或导磁率的变化而发生相应的改 变。
电压表的读数会随金属材料的尺寸或厚度的变化而发生相应的改变。
电压表的读数会随线圈与金属材料之间的距离的变化而发生相应的改 变。
涡流检测中的几种效应
电压表读数随金属材料导电率或导磁率的变化而发生相应改变的现 象，在涡流检测中我们称为导电率效应或导磁率效应。应用这个效应 我们就可以用涡流法来测定各种金属材料的导电率或导磁率，也可以 应用这个效应来进行金属材料的分选。
缺点：
（1）只适合导电材料表面和近表面的检测。 （2）难以判断缺陷的种类、形状和大小。 （3）干扰因素较多，需要特殊的信号处理技术。 （4）对形状复杂的试件难以进行检测。
目的 探伤
材质试验
厚度及位移 等的测量
检测因素
典型应用
试件中的裂纹、腐 蚀、凹坑、夹杂、 气泡等
管、棒、线、板材等的探伤； 机制件的探伤；
互感 电动势
21
d 21 dt
M 21
dI1 dt
12
d12 dt
M12
dI 2 dt
M 12
、M
－互感系数（H）
21
3 涡流检测中的电磁感应 交流电路中电压E与电流I之间关系为：
E IZ
式中，Z－线圈阻抗 （ ）
E－外接电源电压（V）
二 涡流
如把一块金属导体放在变化着的磁场中，由于金属导体会不断切割磁力线， 从而在金属导体中产生感应电动势。同时，在导体内形成一个自成闭合回 路，其形状象水中旋涡的电流，这个电流就叫做涡流或涡电流。又叫做付 科（Foucault）电流。
来描述
1 e 37%
1 1 f
2
渗透深度
与频率
f 的平方根成反比。
涡流检测的试验基础
将两个线圈固定在一起。在线圈Ⅰ上输入交流电流，在线圈Ⅱ上接一
个电压表，同时把这两个线圈放在金属块上面。
线圈Ⅰ将激励出一个交变磁场。如果线圈Ⅰ、线圈Ⅱ和金属块靠的
很近，以至于线圈Ⅰ所激励的磁场对线圈Ⅱ和金属块都有感应，那么 在金属块中就会产生出涡流，而线圈Ⅱ中的电压表也相应地有一个读 数。线圈Ⅰ是供激励磁场用的称为激励线圈；而线圈Ⅱ是供测量用的 称为测试线圈。
楞次定律只确定了感应电动势和感应电流的方向，并没有确定感应电动势的 大小。
法拉第电磁感应定律 不论任何原因使穿过线圈的磁通量发生变化时，在线圈里就产生感 应电动势，感应电动势的大小和磁通量对时间的变化率的负值成正 比。
i

K
d dt
如果线圈的电阻为R，则线圈里的感应 电流为
K d Ii R dt
主要应用： （1）能检测出材料和构件中的缺陷，例如裂纹、折叠、气孔和夹杂等。 （2）能测量材料的电导率、磁导率、检测晶粒度、热处理状况、材料的硬 度和尺寸等。 （3）金属材料或零件的混料分选。通过检查其成分、组织和物理性能的差 异而达到分选的目的。
主要应用： （4）测量金属材料上的非金属涂层、铁磁性材料上的非铁磁性材料涂层 和镀层的厚度等。 （5）在无法进行直接测量的情况下，可用来测量金属箔、板材和管材的 厚度，测量管材和棒材的直径等。