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締切り済みの質問

コイルの設計 渦電流 非破壊検査機器

コイルの設計についての質問です。
僕はこの分野では初心者で、常識はずれな質問があるかもしれないですがよろしくお願いします。

コイルに交流電流を流して変動磁界を発生させることで、測定対象物に渦電流を発生させ、交流電流による磁界と渦電流による磁界によってコイルに発生する誘起電力の変化から測定対象物を測定する装置を作製したいです。そこで、どのようなコイルを作製すればよいかわかりません。
測定対象物は直径5mm、厚さ1.5mmほどで、時間が経つにつれて電気抵抗率が0.5Ωm~2.0Ωmに変化します。この電気抵抗率が少なくとも0.1Ωm変化した時、コイルに発生する誘起電力の変化を測定できるようにしたいです。

そこでどのような手順でコイルを設計、製作すればよいかわかりません。
コイルの直径等の大きさやスペックをどのように決めればよいのかわかりません。
よろしくお願いします。

投稿日時 - 2014-05-29 01:51:11

QNo.8615082

困ってます

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回答(2)

ANo.2

ご質問に対する回答です。

まだ測定の原理やイメージが掴めていないようですね。

ご質問に「交流電流による磁界と渦電流によって、、、、、測定したい」と書かれているので、磁界(磁気抵抗)と渦電流の両方の原理で測定されたいのでは?
と解釈しました。
そういう意味で「単一の原理」と表現しました。

一般的にこういった測定は、非測定物にコイルを近づけて、そのコイルに流れる電流の変化を検出して測定します。
(電磁誘導の場合は励磁コイルと測定コイルを分離する場合有り)
その場合に、コイルに流れる電流は、測定系の外乱特に周囲金属の影響を除くと

1)空気の磁気抵抗回路を流れる電流
2)被測定物の磁気抵抗回路を流れる電流
3)被測定物で発生する渦電流

が考えられます。

コイルが空芯だと、形状と位置関係や周波数等等にもよりますが、90%以上は 1)の電流成分です。
2)と3)の成分が前のアドバイスで申し上げた様に、鉄系金属の場合は相反する事が多い成分ですが、普通はほんのわずかです。

鉄系(正確に言うと磁石に着く種類)金属の場合は、この2)と3)が周波数によって支配的になる成分が違ってきます。

非鉄系だと磁気抵抗(透滋率)は空気に近くなるので 1)と3)の成分になります。
但し、渦電流もコイルの特性とは別に、周波数依存性と限界(ピーク)点をもちますので、出来るだけ感度が高くなる周波数を選び、それに対応したコイルを設計します。

渦電流は金属内の自由電子の運動の影響ですから、温度の影響も受けます。
周囲金属も、上記2)及び3)の影響を受けます。

出来れば、周波数特性を考慮いた適切な形状のコア材を使って、1)の磁気回路成分を少なくするとS/N比が向上しますが、理論的解析はかなり面倒ですよ!

以前は金属種類探知センサーや近接スイッチで良く使われていましたが、最近は非接触給電装置関係でよく話題になる分野ですね。

測定系のパラメータが多いので漠然としたアドバイスができませんし、物理の専門家でもありません。
私は良く大学にコイルの研究を委託して解析してもらったり、出願されている特許類を参考にしていました。

出願されている特許類は出しただけのものや、期限(お金)切れのものも多く結構参考になります。
公開されてしまっているので、他社は出願できず公知として使えます。

参考までに

投稿日時 - 2014-05-31 08:08:04

お礼

とても詳しい回答ありがとうございます!
本当にためになりました!
がんばってみます!

投稿日時 - 2014-05-31 23:07:59

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ANo.1

こんにちは

測定物、測定原理が良くわからないので、アドバイスが難しいですね。
・渦電流と磁界のどちらで抵抗率の変化を捉えるのでしょうか?
・その両方ですか?

渦電流は抵抗率と相関があるのでわかるのですが、磁界(透磁率)と抵抗率との相関は知りません。

材質が非鉄系なら渦電流が支配的、しかも高い周波数の方が感度が高いと思います。
材質が鉄系なら周波数にもよりますが磁界が支配的、低い周波数(100KHz以下)の感度が高いと思います。

普通はS/N比を出来るだけ得るために、単一の原理で感度が高くなる巻き数、安定した周波数や形状、センシング距離や角度などを選びます。
単一の原理が良いのは、不安定な変動要素を出来るだけ少なくする為です。

前述の理由で、一般的には渦電流と磁界によるセンシングは感度面で相反しますが、質問者様の測定物はどうなか、わかりません。

サーチコイルの形状や大きさは、最初は実験的にトライするのが一般的です。
(まずはやってみて要素的、理論的、工作的な問題や課題を抽出します)

あくまで一般論ですが、参考までに

投稿日時 - 2014-05-30 07:21:27

補足

回答ありがとうございます!
渦電流で抵抗率の変化を捉えようかと思ってます
材質が非鉄系なので高い周波数で試してみます
コイルの大きさについては一度作ってみて、どんどん実験的にトライしていきます!
本当にありがとうございました!!

すみません、単一の原理とはなんですか?
一つのコイルが励磁と検出コイルを兼ね備えてるということでしょうか?
よかったらお願いします!

投稿日時 - 2014-05-30 19:52:37

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