CN101839775A - 一种圆柱体导体材料温度测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种圆柱体导体材料温度测量装置及其方法，涉及电磁参数测量技术领域，具体指一种利用涡流检测技术原理，检测圆柱体导体材料温度的装置及其方法。装置包括信号发生器(1)、频率计(2)、电流表(A)、电压表(V)、相位表(

)，工作线圈(A1)、调零线圈(A2)和补偿线圈(A3)及经与其连接的数据卡(3)和计算机(4)作电信号方式的连接构成。根据欧姆定理和圆柱形导体的磁场渗透公式，及公式：

和，引用综合参数，通过贝塞尔公式进行电路调整和调整后把被测件放入工作线圈(A2)中等操作并经数据卡和计算机的运算获得相关的检测参数。

Description

一种圆柱体导体材料温度测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及电磁参数测量技术领域，具体指一种利用涡流检测技术原理，检测圆柱体导体材料温度的装置及其方法。

背景技术

由于涡流测量装置的输出会受到温度的干扰；并且，材料本身特性在不同的温度下也会呈现不同的特性，因此，在材质检测中，对温度的测量非常重要。现在的涡流测量中，对温度的测量往往不是涡流测量装置本体，这样就会产生温度测量与材质测量的时间差，影响测量的准确度和精度。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术存在的缺失，而提出一种以涡流测量装置本体(绝对式多参数涡流测量装置)、利用涡流检测技术原理测量材料温度的装置，即通过本装置可直接测量圆柱体导体材料温度。

该装置包括正弦信号发生器，频率计，安培表，电压表，工作线圈，调零线圈和补偿线圈，相位表。

所述的的信号发生器和频率计由计算机仿真，使用虚拟仪器软件LabVIEW的图形编程G语言编程实现，然后通过美国国家仪器公司NI的数据卡6251输出。

本发明的工作原理：根据欧姆定理和圆柱形导体的磁场渗透公式，

利用文献叙述的内容，可以推导出下面公式：

$\frac{\mathrm{\λ}{\stackrel{g}{E}}_2}{{\stackrel{g}{E}}_0}=\frac{I_2\left(x\sqrt{i}\right)}{I_0\left(x\sqrt{i}\right)}---\left(1\right)$

其中：

λ—形状因子；

x—总参数

$x=\mathrm{\α}\sqrt{2\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\γ}}\mathrm{\σf}}---\left(2\right)$

α—传感器线圈的半径

μ₀—真空磁导率，4π×10^-7H/m

f—磁场频率

引用综合参数，通过贝塞尔公式可以推导出：

$\left|\stackrel{g}{m}\right|=\left|\frac{\mathrm{\λ}{\stackrel{g}{E}}_2}{{\stackrel{g}{E}}_0}\right|=\sqrt{1-\sqrt{2}(R_e\stackrel{g}{A}+I_m\stackrel{g}{A}+|\stackrel{g}{A}|}---\left(3\right)$

其相角：

其中：

$\stackrel{g}{A}=\frac{I_1\left(x\sqrt{i}\right)}{I_0\left(x\sqrt{i}\right)}---\left(5\right)$

I₁—贝塞尔虚数特性函数

推导出公式：

其中： $E_2^{\′}=\frac{E_2}{E_0};$ M—振幅

为了计算的准确、方便，建立起M，

与x的关系(如图2和图3所示)与x的关系

设 $\mathrm{\ρ}=\frac{1}{\mathrm{\σ}},$ 利用资料中的ρ与温度t的关系，结合上面的公式，推导出：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\mathrm{\β}}{1+\mathrm{\β}{t}_1}(t-t_1)---\left(7\right)$

其中：

t₁—常温下温度；

t—测量物体温度；

ρ和ρ₁—t和t₁下有效电导率的倒数；

β—电阻温度系数，反映材料电阻与温度变化关系的系数，单位：℃^-1公式(7)可转换为：

$t=(\frac{x_1^2}{x^2}-1)\left(\frac{1+\mathrm{\β}{t}_1}{\mathrm{\β}}\right)+t_1---\left(8\right)$

据此，可以通过求总参数的方法推导出物体的实际温度。

检测方法包括：

工作线圈，调零线圈和补偿线圈是三个完全相同的线圈。因此，在测量的时候，从补偿线圈的次级线圈上获得的电动势E₀等于在其空载时候的工作线圈次级线圈末端的电动势。伏特表V₂测电动势E₂，相位计被用来测量电动势E₀和E₂之间的相角

在工作开始前，需要进行调零电路调零以后，就可以进入正式测量阶段：把被测件放入工作线圈A1中，在室温下(设为t₁)，通过相位表测量常温被测件参数M₁(也就是电动势E₂)的相角

由关系图2，3找出综合参数x₁，然后测量温度变化后被测件时的

利用关系图2，3确定M₂，再确定x₂，把上述的数据代入到公式(8)中，通过计算推导出被测件的温度。

综上所述，通过本发明的检测装置及方法，可以直接检测圆柱形导体的温度参数。

附图说明

图1为本发明装置电路原理图；

图2为M与X的关系曲线图；

图3为

与X的关系曲线图；

图4为数据卡6251的引脚图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述

本发明一种测量圆柱体导体材料多参数的装置(如附图1所示)，包括信号发生器1、频率计2、电流表A、电压表V、相位表φ，工作线圈A1、调零线圈A2和补偿线圈A3及经其连接的数据卡3和计算机4作电信号方式的连接构成；

其中，工作线圈A1，调零线圈A2和补偿线圈A3是三个完全相同的线圈，即它们线圈的匝数和绕制方式完全相同；

AI.0，AI.1引脚为数据卡3模拟输入口，AO.0引脚为模拟输出口。

所述的一种测量圆柱体导体材料多参数的装置，其中，所述的信号发生器1为一正弦波发生器，数据卡3为一NI-6251。

所述的信号发生器1和频率计2由使用软件LabVIEW的图形编程G语言编程计算机仿真实现与数据卡3NI-6251输出。

本发明一种圆柱体导体材料温度测量装置方法，根据欧姆定理和圆柱形导体的磁场渗透公式，利用文献叙述的内容，可以推导出下面公式：

$\frac{\mathrm{\λ}{\stackrel{g}{E}}_2}{{\stackrel{g}{E}}_0}=\frac{I_2\left(x\sqrt{i}\right)}{I_0\left(x\sqrt{i}\right)}---\left(1\right)$

其中：

λ—形状因子；

x—总参数

$x=\mathrm{\α}\sqrt{2\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\γ}}\mathrm{\σf}}---\left(2\right)$

α—工作线圈的半径

μ₀—真空磁导率，4π×10^-7H/m

f—磁场频率

引用综合参数，通过贝塞尔公式可以推导出：

$\left|\stackrel{g}{m}\right|=\left|\frac{\mathrm{\λ}{\stackrel{g}{E}}_2}{{\stackrel{g}{E}}_0}\right|=\sqrt{1-\sqrt{2}(R_e\stackrel{g}{A}+I_m\stackrel{g}{A}+|\stackrel{g}{A}|}---\left(3\right)$

其相角：

其中：

$\stackrel{g}{A}=\frac{I_1\left(x\sqrt{i}\right)}{I_0\left(x\sqrt{i}\right)}---\left(5\right)$

I₁—贝塞尔虚数特性函数

推导出公式：

其中： $E_2^{\′}=\frac{E_2}{E_0};$ M—振幅

为了计算的准确、方便，建立起M，

与x的关系(如图2和图3所示)与x的关系

设 $\mathrm{\ρ}=\frac{1}{\mathrm{\σ}},$ 利用资料中的ρ与温度t的关系，结合上面的公式，推导出：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\mathrm{\β}}{1+\mathrm{\β}{t}_1}(t-t_1)---\left(7\right)$

其中：

t₁—常温下温度；

t—测量物体温度；

ρ和ρ₁—t和t₁下有效电导率的倒数；

β—电阻温度系数，反映材料电阻与温度变化关系的系数，单位：℃^-1公式(7)可转化为：

$t=(\frac{x_1^2}{x^2}-1)\left(\frac{1+\mathrm{\β}{t}_1}{\mathrm{\β}}\right)+t_1---\left(8\right)$

据此，可以通过求总参数的方法推导出物体的实际温度。

所述的检测方法还包括：

工作线圈A1，调零线圈A2和补偿线圈A3是三个完全相同的线圈。

因此，在测量的时候，从补偿线圈A3的次级线圈上获得的电动势E₀等于在其空载时候的工作线圈A1次级线圈末端的电动势。伏特表V₂测电动势E₂，相位计被用来测量电动势E₀和E₂之间的相角φ。

在工作开始前，需要进行调零，电路调零以后，就可以进入正式测量阶段：把被测件放入工作线圈A1中，在室温下(设为t₁)，通过相位表测量常温被测件参数M₁(也就是电动势E₂)的相角

由关系附图2、3找出综合参数x₁，然后测量温度变化后被测件时的

利用关系附图2、3确定M₂，再确定x₂，把上述的数据代入到公式(8)中，通过计算推导出被测件的温度。

附图1中的正弦信号发生器1和频率计2由计算机仿真，使用虚拟仪器软件LabVIEW的图形编程G语言编程实现，然后通过美国国家仪器公司NI的数据卡3输出。

 

Claims (3)

1.一种测量圆柱体导体材料温度的装置，其特征是，包括信号发生器(1)、频率计(2)、电流表(A)、电压表(V)、相位表(

)，工作线圈(A1)、调零线圈(A2)和补偿线圈(A3)及经与其连接的数据卡(3)和计算机(4)作电信号方式的连接构成；

所述的工作线圈(A1)，调零线圈(A2)和补偿线圈(A3)是三个完全相同的线圈，即它们线圈的匝数和绕制方式完全相同；

AI.0，AI.1引脚为数据卡(3)模拟输入口，AO.0引脚为模拟输出口。

2.如权利要求1所述的一种测量圆柱体导体材料多参数的装置，其特征是，所述的信号发生器(1)为一正弦波发生器，数据卡(3)为一NI-6251；

其中，信号发生器(1)和频率计(2)由使用软件LabVIEW的图形编程G语言编程计算机仿真实现经数据卡(3)NI-6251输出。

3.如权利要求1所述的一种测量圆柱体导体材料温度的测量方法，其

特征是，根据欧姆定理和圆柱形导体的磁场渗透公式，利用文献叙述的内容，可以推导出下面公式：

$\frac{\mathrm{\λ}{\stackrel{g}{E}}_2}{{\stackrel{g}{E}}_0}=\frac{I_2\left(x\sqrt{i}\right)}{I_0\left(x\sqrt{i}\right)}---\left(1\right)$

其中：

λ-形状因子；

x-总参数

$x=\mathrm{\α}\sqrt{2\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\γ}}\mathrm{\σf}}---\left(2\right)$

α-传感器线圈的半径

μ₀-真空磁导率，4π×10^-7H/m

f-磁场频率

引用综合参数，通过贝塞尔公式可以推导出：

$\left|\stackrel{g}{m}\right|=\left|\frac{\mathrm{\λ}{\stackrel{g}{E}}_2}{{\stackrel{g}{E}}_0}\right|=\sqrt{1-\sqrt{2}(R_e\stackrel{g}{A}+I_m\stackrel{g}{A}+|\stackrel{g}{A}\left|\right)}---\left(3\right)$

其相角：

其中：

$\stackrel{g}{A}=\frac{I_1\left(x\sqrt{i}\right)}{I_0\left(x\sqrt{i}\right)}---\left(5\right)$

I₁-贝塞尔虚数特性函数

推导出公式：

其中： $E_2^{\′}=\frac{E_2}{E_0};$ M-振幅

为了计算的准确、方便，建立起M，

与x的关系(如图2和图3所示)与x的关系

设 $\mathrm{\ρ}=\frac{1}{\mathrm{\σ}},$ 利用资料中的ρ与温度t的关系，结合上面的公式，推导出：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_1+\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\mathrm{\β}}{1+{\mathrm{\βt}}_1}(t-t_1)---\left(7\right)$

其中：

t₁-常温下温度；

t-测量物体温度；

ρ和ρ₁-t和t₁下有效电导率的倒数；

β-电阻温度系数，反映材料电阻与温度变化关系的系数，单位：℃^-1公式(7)可转化为：

$t=(\frac{x_1^2}{x^2}-1)\left(\frac{1+{\mathrm{\βt}}_1}{\mathrm{\β}}\right)+t_1---\left(8\right)$

据此，可以通过求总参数的方法推导出物体的实际温度；

所述的检测方法还包括

基于工作线圈(A1)，调零线圈(A2)和补偿线圈(A3)三个是完全相同的线圈，即它们线圈的匝数和绕制方式完全相同；

因此，在测量的时候，从补偿线圈(A3)的次级线圈上获得的电动势E₀等于在其空载时候的工作线圈(A1)次级线圈末端的电动势；电压表(V2)测电动势E₂，调零线圈(A2)次级线圈中的E_K＝E₁；

相位计(

)是用来测量电动势E₀和E₂之间的相角；并作如下操作：

A.在工作开始前，调整电路，进行调零；

B.电路调零以后，进入正式测量阶段：

把被测件放入工作线圈(A1)中，在室温下设为t₁，通过相位表测量常温被测件参数M₁即电动势E₂的相角

由关系图2，3找出综合参数x₁；

C.然后测量温度变化后被测件时的利用关系图2，3确定M₂；

D.再确定x₂，把上述的数据代入到公式8中，通过计算推导出被测件的温度。

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