电感式磨粒传感器中非铁磁质磨粒的磁场特性.pdf

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1、2010年第29卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)35电感式磨粒传感器中非铁磁质磨粒的磁场特性范红波，张英堂，陶凤和，任国全(军械工程学院，河北石家庄050003)摘要：在电感式磨粒传感器中，非铁磁质磨粒主要通过涡流效应改变传感器线圈的磁场分布，进而改变线圈的等效电感。建立传感器线圈时谐电磁场与非铁磁质球磨粒耦合关系的有限元模型，模型计算结果表明：磨粒感应出的涡流场减小了磨粒内部的磁感应强度，同时改变了磨粒外部磁感应强度；磨粒引起传感器线圈电感变化率随线圈激励

2、频率的增加而增大，并趋向于一极限值；线圈电感变化率随磨粒半径的减小而迅速衰减。实验研究的结果证明了模型计算的正确性。关键词：磨粒传感器；非铁磁质；涡流场；有限元中图分类号：TH117．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)02-0035-03MagneticcharacteristicofunferromagneticweardebrisininductiveweardebrissensorFANHong—bo，ZHANGYing—tang，TAOFeng—he，RENGuo—quan(Mechanica

3、lEngineeringCollege，ShUiazhuang050003，China)Abstract：Whenunferromagneticweardebrisisinthecoilofinductiveweardebrissensor，themagneticfielddistributionofthecoilischangedthrougheddyeffect，andthentheequivalentinductanceofthecoilischanged．Thefiniteelementmodelofcouplin

4、grelationshipbetweenthecoilofsensorandtheunferromagneticsphericalweardebrisisbuilt．Thecomputedresultsofthemodelshowthattheeddyfieldoftheweardebriscutdownthemagneicinductiondensityinsidetheweardebris，andthemagneticinductiondensityoutsidetheweardebrisischanged．Thech

5、angerateofsensorcoilinductanceincreaseswithdrivenfrequencyincreasing，andapproachesalimit．Andtherateofchangeofsensorcoilinductancedecreasesquicklywithweardebrisradiusdecreasing．Theresultsofthetestprovethatthemodeliscorrect．Keywords：weardebrissensor；unferromagnetic；

6、eddyfield；finiteelement0引言应出涡电流。该涡电流将产生一个与原磁场方向相反的新磁磨粒检测是了解机械摩擦副磨损状态的有效手段。电场。因此，涡流场具有去磁作用，能减小线圈内部的磁场。感式磨粒检测属于非接触测量，能够实现磨粒的在线、连续建立如图1所示的球形的非铁磁质磨粒在传感器线圈检测J，具有非常广阔的应用前景。目前，针对电感式磨粒中的涡流模型。区域n，n。，n。分别代表非铁磁质球磨传感器的研究主要是传感器对铁磁质磨粒的检测，包括传感粒、气隙和线圈所在的区域。器线圈与铁磁质磨粒的磁场耦合关系，对铁磁质磨粒

7、的检测Jx／n3能力及影响因素等引。同时研究也表明：传感器线圈对非∞∞∞∞，l铁磁磨粒也具有检测能力，但对其理论模型和对非铁磁质Ysy2磨粒的检测能力缺乏深入的理论研究。本文建立传感器线r、．圈时谐电磁场与非铁磁质球磨粒耦合关系的有限元模型，并O．nny用实验验证了有限元计算结论的正确性。为针对非铁磁质【．)(·)(．)(．)l磨粒检测的电感式磨粒传感器的设计提供理论支持。1非铁磁质磨粒在线圈中的涡流场模型图1传感器线圈与磨粒耦合模型在线圈时谐电磁场的作用下，非铁磁质球磨粒内部会感Fig1Couplingmodelofse

8、nsorcoilandweardebris收稿日期：2009-08--02基金项目：国家自然科学基金资助项目(50705097)；军械工程学院院基金资助项目(YJJXM08009)36传感器与微系统第29卷为了便于求解各区域涡流场的控制方程，假定传感器强，增强的程度随半径的增加逐渐衰减。磨粒涡流场不仅线