TUhjnbcbe - 2024/9/14 16:53:00
应环球表计邀稿，写了一篇有关无磁传感方面的科普性质的介绍，以便让大家了解近年水表圈热议的无磁到底是怎么回事。以本人认识，从何谓无磁传感和无磁传感原理两部分来阐述，希望有助读者于理解该技术的基本原理。何谓无磁传感目前流体计量中所指的无磁传感是相对于磁体采样而言的定义，是种约定俗成的说法。具体来说，有磁采样是指机械水表中指示盘的旋转指针上，安装了小磁铁，采样是外部用干簧管或霍尔元件实现。无磁就是指旋转指针没有这种小磁铁，用不受磁影响的金属片替代磁铁，这种采集金属旋转转动及方向的技术，被称为无磁采样。金属片的材质可以用不锈钢，铜等不受外部磁场影响的金属。无磁传感原理介绍无磁传感的基本原理包含：金属片上的傅科电流原理；产生电流的能量提供源；能量提供源头做采样判断。傅科电流（涡流）块状金属处于变化磁场中或相对于磁场运行时，在金属体内部形成感应电流，这种电流的流线呈涡旋状闭合回线，所以叫涡流。由于该现象于年由法国物理学家傅科首先发现故又称为傅科电流（Foucaultcurrent）。涡流的产生原理如图所示，线圈中的交变电流产生磁场，这个磁场从圆心径向分布，如图所示。磁力线是呈伞形分布的；而涡流则是与磁力线垂直、呈圆周分布的，无数的涡流就形成许多同心圆。实际上涡流是电磁感应现象的一种表现形式，都是从法拉第最早发现电磁感应原理派生出来的现象。涡流中的趋肤效应：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应（skineffect）。水表中的部分金属化指针，就是在变化磁场中做旋转运动。部分金属化指针位置与磁力线垂直，转动过程中还伴有在转动轴心的上下位移。结论一：目前采金属片旋转的方式均为该原理，也有把此无磁称为“抗磁”，实际上全都是金属片垂直切割交变磁场方式。结论二：与金属片厚度无关，与金属片面积有关。线圈——金属片涡流能量提供源交变磁场由线圈提供，线圈的形式可以是有铁氧体磁芯的电感、空心线圈、印制板PCB线圈等形式。线圈与电容组合成的LC谐振电路为金属片产生的涡流提供能量来源。线圈上的谐振频率和电压幅值由电路LC等参数决定，有兴趣读者可自查该方面资料。其中磁芯线圈不抗外部强磁，尽管在无外强磁情况下也能检测金属片旋转，但属于笔者称谓之“假无磁”。从线圈即能量提供端采样判断金属旋转及位置线圈作为金属片上涡流的能量来源，如果可以提供足够能量的话，是另外一种应用领域：加热产品。如家用的电磁炉，炼钢所用的电磁炉等等，都是利用了电涡流原理。应用于水表流体中的线圈，其提供的能量有限，正是由于弱电源的原因，当金属片垂直于线圈即交变磁力线时，能量传递到金属片的瞬间，线圈自身的谐振幅值被拉垮，即明显的振荡衰减现象。这种明显的振荡衰减现象可被电路捕获，送入单片机中做出旋转和方向的判断。可以说无磁采样是电涡流原理在流体采样领域的特殊应用。图示中红色波形为电感线圈位于金属片位置，蓝色波形部分为电感线圈位于非金属位置。红色部分明显谐振衰减。理解了这点可以回答关于无磁采样的误区：误区一：无磁是收发式或者是雷达式。无磁采样就是利用了线圈谐振时电压衰减并被捕获，不是通信射频发送与接收的概念。误区二：无磁功耗会很高？无磁功耗来源于激励瞬间时功耗，LC振荡时电流在电感L与电容C之间流动，不会再有功耗的增加了。是目前已知的采样手段中功耗最低的方式之一。对于无磁采样的原理，可简单总结为几点，方便理解；金属片上产生的涡流需要能量；能量提供方的谐振电压被衰减；衰减的电压能被检测。作者简介张弦，从事电力仪表行业产品开发技术管理，国际市场开拓等工作近二十年。原就职于长沙威胜电子有限公司，年创业成立长沙铨准电子科技有限公司，致力于解决电，流体底层传感计量产品，面向全行业提供精准计量的前端模块。免责声明：以上内容转载自环球表计，所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系-，邮箱：hzpeople-energy.