CN104330635B - 基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法 - Google Patents

基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法，包括：将圆柱形永磁体的端部连接转矩传感器；驱动圆柱形永磁体绕轴旋转；将导体靠近圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，圆柱形永磁体转动变慢直至停止，利用转矩传感器测量圆柱形永磁体的旋转角速度随时间的变化过程，获得标定曲线；利用多个导体获得多个标定曲线,完成标定过程；将多个标定曲线拟合得到圆柱形永磁体旋转变化与导体电导率之间的函数关系；对待测导体进行测量，得到电磁转矩或圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的测量曲线；利用测量曲线的拟合参数和所述的函数关系，可确定待测导体的电导率。本发明可以定量、非接触地检测导体的电导率，具有较高的测量精度和灵敏度。

Description

基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法
技术领域
本发明涉及一种检测物体电导率的方法，尤其涉及一种基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法。
背景技术
材料的电导率是反映材料导电性能的一个重要的物性参数，其与材料的成分、内部组织及温度有关。材料电导率的测量在工程过程检测中有着重要的实用价值，在航空、航天工业中广泛用于铝、钛及其合金材料的牌号分选、热处理工艺监控等。只有精确地测出这一参数,才能选择出能够达到预期技术指标的导电材料,使制造出来的器件和设备性能优良,减少损耗,满足各种工程实践的需要。因此，能够实时、快速地测量材料的电导率是一个非常重要的问题。
目前测量导电材料电阻率的方法很多，主要分为接触式和非接触式两大类。接触式主要是直流四电极法。四电极法的基本原理是基于欧姆定律，通过电流电极在所测导体中通一个恒定的直流电流，通过测电压电极两点间的电压降，得到导体的电导率。非接触式则主要有电涡流法及旋转磁场法。电涡流法是根据待测导体电导率差异导致的线圈阻抗变化得到其电导率。旋转磁场法是将待测导体放在旋转磁场中，其内部产生的感应电流与磁场作用产生扭转力矩，通过测扭转力矩得到电导率。旋转磁场法与本专利的区别在于其通过测试样的扭转角得到扭转力矩，而本专利方法在于通过测量曲线与标定曲线之间的函数关系得到电导率，结构更简单，测量过程更简捷。
J.Priede利用旋转永磁体设计一种电磁流量计用于测量导电流体流速和流量。他们采用一个沿径向磁化的圆柱形永磁体，将其置于流动的流体上方。流体作用于永磁体上的电磁扭矩使永磁体旋转，通过测定永磁体的转速可以获得流体的流速或流量信息。本专利在测量结构上与该技术方法类似，采用了单个圆柱形永磁体提供磁场，但在实施方式上该技术方法是利用流动的流体带动永磁体旋转，而本专利是永磁体在外力驱动下获得一定旋转角速度后再用于测量，此外J.Priede的技术应用领域是利用电磁感应原理测量流量，而本发明是测量电导率。
CN102818838A提出一种基于电磁转矩变化的导体中缺陷的无损检测方法。通过测量一系列带不同尺寸缺陷的圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化，得到一系列标定曲线，然后使待测导体靠近永磁体得到测量曲线，通过比较测量曲线与标定曲线可以得到被测物体中缺陷的尺寸。本发明与其区别在于：(1)专利CN102818838A的目标是检测金属导体中的缺陷，而本专利的目的在于测量导体的电导率；(2)专利CN102818838A中采取逼近法将测量曲线与标定曲线进行比较，以确定被测物体中缺陷的尺寸，本专利中采用拟合的方法来确定标定曲线，得到导体电导率与旋转角速度变化之间的函数关系，并以此确定待测物体的电导率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于测量电磁转矩变化的非直接接触、快速检测物体电导率的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将沿径向磁化的圆柱形永磁体的端部连接一个转矩传感器；
步骤2，驱动所述圆柱形永磁体旋转，当所述圆柱形永磁体平稳转动后停止驱动；
步骤3，将导体靠近所述圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，所述圆柱形永磁体逐渐停止转动，利用所述转矩传感器检测所述圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的关系，得到标定曲线；
步骤4，分别利用多个不同电导率的导体，重复步骤2和步骤3得到多个标定曲线，完成标定过程；
步骤5，利用所述多个标定曲线进行曲线拟合，得到所述圆柱形永磁体旋转变化与导体电导率之间的函数关系；
步骤6，利用待测导体，重复步骤2和步骤3得到测量曲线；
步骤7，利用所述测量曲线的参数和所述函数关系，得到所述待测导体的电导率。
所述步骤5中的函数关系具体为：
其中，A、B为与永磁体的尺寸和转动特性相关的标定参数，通过标定过程确定
相较其他测量电导率的方法，本发明的主要优点在于：
(1)结构简单，本发明装置主要包括一个柱形永磁体及转矩传感器，实验装置简单；
(2)测量过程采用电磁感应原理，为非直接接触式的测量，可以有效避免测量仪与导体接触所产生的温差问题；
(3)测量过程简捷，一台测量仪只需进行一次标定，然后，即可以对多个导体进行测量。
附图说明
图1为本发明基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法的流程图；
图2为本发明基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法涉及的装置示意图；
图3为本发明基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法的标定曲线的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法的流程图，如图所示，本发明具体包括如下步骤：
步骤101，将沿径向磁化的圆柱形永磁体的端部连接一个转矩传感器；
具体的，参见图2所示的本发明的示意图，圆柱形永磁体1的半径为r，高度为h，转矩传感器2的作用是测定圆柱形永磁体的转矩以及转矩变化。
步骤102，驱动圆柱形永磁体旋转，当圆柱形永磁体达到一个初始速度时停止驱动；
具体的，圆柱形永磁体在外力驱动下获得一个初始角速度，当圆柱形永磁体旋转平稳以后驱动力不再驱动，这样圆柱形永磁体在惯性的作用下将继续转动；
步骤103，将导体3靠近圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，圆柱形永磁体转动变慢直至停止，利用转矩传感器检测圆柱形永磁体的旋转角速度Ω随时间t变化的关系，得到标定曲线；
导体的电导率为σ，靠近旋转中的圆柱形永磁体，与圆柱形永磁体的距离为d，据欧姆定律j＝σ(E+v×B)，可得到感应电流j，σ为导体的电导率，v为导体与磁场之间的相对运动速度，B为磁感应强度。导体与永磁体产生的磁场之间的相对运动时，导体中产生的感应涡电流j与磁场B发生相互作用，使导体受到洛伦兹力F(F＝j×B)。根据牛顿第三定律，圆柱形永磁体受到一个与洛伦兹力大小相等方向相反的反作用力，并产生电磁转矩该电磁转矩阻碍圆柱形永磁体的旋转，使圆柱形永磁体旋转速度衰减直至停止，该过程是一个电磁制动过程。通过与圆柱形永磁体端部连接的转矩传感器测得圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的关系，从而得到一条标定曲线；
步骤104，分别利用多个不同电导率的导体，重复步骤102和步骤103得到一系列标定曲线，完成标定过程；
具体的，如图3所示，为本发明基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法的标定曲线的示意图。
不同的导体的电导率分别为σ1，σ2……σn，分别按照步骤102和步骤103靠近旋转的圆柱形永磁体，得到圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的多个标定曲线，分别为C1，C2，…，Cn；
步骤105，利用多个标定曲线进行曲线拟合，得到圆柱形永磁体旋转角速度与导体电导率之间的函数关系式；
具体的，根据标定曲线进行拟合处理，得到旋转角速度变化与电导率之间的函数关系式，并确定待测导体电导率与旋转角速度衰减曲线各参数之间的关系。
例如得到的函数关系为A、B为与永磁体的尺寸和转动特性相关的标定参数，通过标定过程确定，
步骤106，利用待测导体，重复步骤102和步骤103得到测量曲线；
按照步骤102和步骤103，将待测导体放置于圆柱形永磁体的附近，得到测量曲线；
步骤107，利用测量曲线的参数和函数关系，得到待测导体的电导率。
在保证使用安全的情况下圆柱形永磁体与待测导体之间的距离越小越好，从而在被测导体内获得较强的磁场，得到较强的测量信号。
具体实施过程如下1：
1、将沿径向磁化的圆柱形永磁体的端部连接一个转矩传感器，圆柱形永磁体的直径d为30mm，高度为50mm，转矩传感器同时可以测量永磁体的转矩和转速变化；
2、驱动圆柱形永磁体旋转，当圆柱形永磁体平稳转动后(旋转角速度为104.67rpm)停止驱动；
3、将电导率为σCu的导体Cu块(σCu＝5.998×107S/m)靠近圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，圆柱形永磁体逐渐停止转动，利用转矩传感器检测圆柱形永磁体的旋转角速度ΩCu随时间变化的关系，得到标定曲线CCu；
4、利用电导率分别为σW，σMg，σCr的W块、Mg块、Cr块(σW＝2.0×107S/m，σMg＝1.087×107S/m，σCr＝0.79×107S/m)重复步骤2和3，得到多条标定曲线CCu，CW，CMg，CCr；
5、将上述标定曲线进行曲线拟合，得到电导率与圆柱形永磁体旋转变化之间的函数关系:
(此处，Ω0为已知，通过测量曲线给出确定的Ω1t，计算出电导率σ)
6、将电导率为3.774×107S/m的Al块重复步骤102和步骤103得到测量曲线；
7、利用测量曲线的参数和函数关系，得到待测Al块的电导率为3.789×107S/m，其误差为0.4％。
本发明方法的原理是利用旋转圆柱形永磁体产生的旋转磁场与导体之间的相互作用在材料中产生洛伦兹力，根据牛顿第三定律，圆柱形永磁体受到与洛伦兹力大小相等方向相反的反作用力，产生的电磁转矩阻碍圆柱形永磁体的运动，并得到旋转角速度随时间的变化曲线。由于不同电导率的导体对应不同的角速度变化曲线，从而可以测得导体的电导率。它具有测量过程简单、测量成本低、测量设备易于小型化，并且它是一种非直接接触式的测量方法，可以应用到更多的领域和环境中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于测量电磁转矩变化检测物体电导率的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将沿径向磁化的圆柱形永磁体的端部连接一个转矩传感器；
步骤2，驱动所述圆柱形永磁体旋转，当所述圆柱形永磁体平稳转动后停止驱动；
步骤3，将导体靠近所述圆柱形永磁体，在电磁转矩的作用下，所述圆柱形永磁体逐渐停止转动，利用所述转矩传感器检测所述圆柱形永磁体的旋转角速度随时间变化的关系，得到标定曲线；
步骤4，分别利用多个不同电导率的导体，重复步骤2和步骤3得到多条标定曲线，完成标定过程；
步骤5，对所述多条标定曲线进行曲线拟合处理，得到所述圆柱形永磁体旋转变化与导体电导率之间的函数关系；
步骤6，利用待测导体，重复步骤2和步骤3得到测量曲线；
步骤7，利用所述测量曲线的参数和所述函数关系，得到所述待测导体的电导率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中的函数关系具体为：
<mrow> <mi>&amp;sigma;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mi>&amp;Omega;</mi> <mi>B</mi> </mfrac> </mrow> <mi>t</mi> </mfrac> </mrow>
其中，A、B为与永磁体的尺寸和转动特性相关的标定参数，通过标定过程确定，σ为导体的电导率，Ω为利用转矩传感器检测的圆柱形永磁体的旋转角速度，t为时间。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105445363B (zh) * 2015-11-24 2018-10-19 中国科学院大学 监测连铸坯振痕的电磁力方法
CN105548347A (zh) * 2015-12-12 2016-05-04 中国科学院大学 基于电磁感应原理的导体中缺陷探测方法
CN112505417B (zh) * 2020-11-19 2022-12-09 天津大学 一种导体材料电阻率测量方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007010320A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Cnr Consiglio Nazionale Delle Ricerche Method and device for liquid conductivity measurement
CN102818388A (zh) * 2012-07-24 2012-12-12 泰州市华源供热工程有限公司 一种太阳能热水器排空装置
CN103792266A (zh) * 2012-11-16 2014-05-14 开封开德流量仪表有限公司 一种电磁流量计中的电导率测量方法
JP5960036B2 (ja) * 2012-11-29 2016-08-02 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 導電性ペーストの調製条件評価装置
CN104133112B (zh) * 2014-07-14 2017-05-31 西安交通大学 一种真空高温电导率测量装置及方法

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