管道漏磁内检测技术总结

管道漏磁内检测技术漏磁检测的磁学基础管道漏磁内检测有限元仿真漏磁检测原理第一讲漏磁检测的磁学基础一、磁场的基本概念1、磁性、磁体、磁极（1）磁性：物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。（2）磁体：具有磁性的物体叫磁体。能够长期保持磁性的物体叫永磁体。（3）磁极：磁体上磁性最强的区域叫磁极。磁体在地磁场的作用下，指向北的磁极叫北极（或称为N极），指向南的磁极叫南极（或称为S极）。单个磁极不能存在。（4）磁化：使原来没有磁性的物体具有磁性的过程叫做磁化。铁和钢制的物体都能被磁化。（5）去磁（或退磁）：使原来具有磁性的物体失去磁性的过程叫做去磁（或称为退磁）。（6）同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引；条形磁体两端磁性最强，中间磁性最弱。2、磁场（1）磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质。（2）磁场的基本性质：它对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用，这种力称为磁场力。（3）磁现象的电本质：所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用。（4）磁场的特性：①磁场看不见，摸不着，但磁场具有物质性，它能对磁体或电流产生力的作用，两个磁体相互作用就是通过磁场这种特殊物质传递的；②磁体周围有磁场，电流周围也有磁场；③N极在磁场中受力的方向就是该点的磁场的方向。3、磁感应线（磁力线）为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线，称为磁感应线（磁力线）。磁感应线的特点：①疏密表示磁场的强弱。②每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向。③是闭合的曲线，在磁体外部由N极至S极，在磁体的内部由S极至N极；磁感应线不相切、不相交、不中断。④匀强磁场的磁感应线平行且距离相等，没有画出磁感应线的地方不一定没有磁场。⑤磁感应线是一个个同心圆，每点磁场方向是在该点切线方向。4、磁场强度在磁场中任意一点放一个单位磁极（N极），作用于该磁极的磁力大小表示该点的磁场大小，作用力的方向代表磁场方向。磁场具有大小和方向，磁场大小和方向的总称叫磁场强度矢量（简称：磁场强度）。磁场强度用符号H来表示。在SI（现行法定计量国际单位制）单位制中，磁场强度单位是安培/米（A/m）；在CGS（一种国际通用的单位制式，厘米·克·秒）单位制中，磁场强度单位是奥斯特（Oe）。两种单位的换算关系为：1A/m=410-3Oe=0.0125Oe，1Oe=1/4103A/m80A/m。5、磁感应强度描述介质中磁场强弱的物理量称为磁感应强度（又称为磁通密度），用符号B来表示。磁感应强度单位：在SI单位制中，磁感应强度单位是特斯拉（T）；在CGS单位制中，磁感应强度单位是高斯（Gs）。两种单位的换算关系为：1T=104Gs，1Gs=10-4T。磁场强度与磁感应强度的关系：磁场强度是用单位磁极（N极）在真空介质中受的作用力（包括大小和方向）来表示。磁感应强度是用单位磁极（N极）在介质中受的作用力（包括大小和方向）来表示。HB式中，为介质磁导率。6、磁导率磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比称为磁导率，或称绝对磁导率，用符号来表示。HB在SI单位制中，磁导率单位是亨利/米（H/m）。磁导率表示材料被磁化的难易程度或导磁能力的强弱。大，表示该材料易磁化，导磁能力强；小，表示该材料难磁化，导磁能力弱。磁导率不是常数，是随磁场大小不同而改变的变量，有最大值和最小值。（1）真空磁导率：真空中磁导率是一个不变的恒值，用0表示，且有0=410-7（H/m）。（2）相对磁导率：定义为磁导率μ与真空磁导率0之比，用符号r来表示。0r（3）最大磁导率：在磁化曲线上，B/H值最大时的磁导率称为最大磁导率，用符号m来表示。（4）有效磁导率：工件在线圈中磁化产生的B与空载线圈产生的H的比值。有效磁导率不完全由材料性质决定，在很大程度上与工件的形状有关。（5）起始磁导率：在H接近零时，测得的磁导率称为起始磁导率，用i表示。7、磁通量（1）定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。标量，符号“Φ”。BS（2）磁通量计算公式①B与S平面垂直B=BS②S与B的垂面存在夹角θSB=BScoscosBS（3）单位在SI单位制中，磁通量的单位是韦伯，符号是Wb；在CGS单位制中，磁通单位是麦克斯韦（Mx），1麦克斯韦表示通过1根磁力线。1Wb=108Mx=1T·m2=1V·s。磁通量是标量，但有正负，正负仅代表穿向。（4）意义：B越大，S越大，穿过这个面的磁感应线条数就越多，磁通量就越大。磁感应强度在数值上等于单位面积的磁通量：SΦB/因此，磁感应强度也叫磁通密度。磁感应线上每一点的切线方向代表该点的磁感应强度的方向，磁感应强度的大小等于穿过与磁感应线垂直的单位面积上的磁通量。磁场强度只与励磁电流有关，而磁感应强度还与被磁化的材料的性质有关。铁磁性材料的磁感应强度B远大于磁场强度H。二、电磁感应定律1、楞次定律与右手定则（1）楞次定律：感应电动势趋于产生一个电流，该电流的方向趋于阻碍产生此感应电动势的磁通变化。适用于一般情况的感应电流方向判定。①当穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反；②当穿过闭合回路的磁通量减小时，感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同。可理解为：（2）右手定则：伸开右手，让大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌心在一平面内，让磁感应线垂直穿入掌心，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流方向（感应电动势方向）。只适用切割磁感应线而产生感应电流的判定。（发电机原理）右手定则可看作是“楞次定律”在判断导体切割磁感线情况下的特殊表现。能用“右手定则”判定的一定能用“楞次定律”判定，但能用“楞次定律”判定的不一定能用“右手定则”判定。（3）右手螺旋定则（安培定则）：用右手握螺线管，让四指弯向螺线管的电流方向，大拇指所指的那一端就是通电螺线管的北极（磁场方向）（安培定则二）。直线电流的磁场的话，大拇指指向电流方向，另外四指弯曲指的方向为磁感线的方向（安培定则一）。表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，适用通电导体磁场方向的判定。（4）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并与手掌在同一平面内；让磁感应线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。（电动机原理）用于判定通电导体在磁场中受力方向。左手只能用来判定力的方向，判定其他的都用右手。为感应电动势，单位为伏特；N为线圈匝数；Φ为通过线圈磁通量变化量，单位为韦伯；t是磁通量变化所用时间，单位是秒；电动势的方向（公式中的负号）由楞次定律提供。磁通量变化产生的可能原因有：闭合电路面积变化；磁感应强度的变化；磁感应强度和闭合电路面积同时变化而产生。2、法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小与穿过这一电路磁通量的时间变化率成正比。tNΔΔ三、磁介质能影响磁场的物质称为磁介质。各种宏观物质对磁场都有不同程度的影响，因此一般都是磁介质。1、磁介质分类根据物质在磁场中的磁化性能，磁介质一般可分为三大类：顺磁性、抗磁性、铁磁性。（1）顺磁材料：相对磁导率r略大于1，在外加磁场中呈现微弱磁性，并产生与外加磁场同方向的附加磁场。顺磁性材料（如铝、铬和锰等）能被磁体轻微吸引。（2）抗磁材料：相对磁导率r略小于1，在外加磁场中呈现微弱磁性，并产生与外加磁场反方向的附加磁场，抗磁性材（如铜、银和金等）能够被磁体轻微排斥。通常把顺磁性材料和抗磁性材料统称为非磁性材料。（3）铁磁材料：相对磁导率r远远大于1，在外加磁场中呈现很强的磁性，并产生与外加磁场同方向的附加磁场，铁磁性材料（如铁、镍、钴及其合金等）能被磁体强烈吸引。磁粉检测和漏磁检测只适用于铁磁性材料。铁磁性材料通常分为三大类：软磁材料，硬磁材料，矩磁材料。①软磁材料：特点是易磁化也易去磁，磁滞回线较窄，剩磁、矫顽力都较小（如：软铁、硅钢片、铁氧体等）。常用来制作电机，变压器等的铁芯。②硬磁材料：特点是不易磁化，也不易去磁，磁滞回线很宽，剩磁、矫顽力都很大（如：碳钢、钨钢等）。常用来作永久磁铁，扬声器磁钢等。③矩磁材料：特点是在很小的外磁作用下就能磁化，一经磁化便达到饱和，去掉外磁后，磁性仍能保持在饱和值，剩磁很大，但矫顽力很小。常用来作记忆元件，如计算机中存储器的磁芯。2、磁化：磁介质在磁场作用下内部状态的变化叫做磁化。铁磁材料被磁化，就变成磁体，显示出很强的磁性来。去掉外加磁场后，仍保留一定的剩余磁性。在高温情况下，会使磁体的磁性削弱。超过某一温度后，磁体的磁性全部消失，实现了材料的退磁。（1）磁化曲线（B-H曲线）表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示外加磁场强度H与磁感应强度B的变化关系。磁化曲线测量：KRI磁通计N1N2将铁磁材料做成环形样品，由磁化线圈中电流I求出磁场强度H值；用磁通计测量测试线圈磁通量Φ，算出磁感应强度B值；由此可得该材料的磁化曲线。LINH1SNSB2“Oa”段：这一段称为初始磁化区。这一段B随H增加缓慢增加，并且磁化是可逆的。“ab”段：磁感应强度B随H增加急剧增大。此时若去掉磁化场，磁感应强度不再回到零，而保留相当大的剩磁。因此“ab”段称为不可逆的急剧磁化区。最大磁导率m就出现在这个区域内。“bQ”段：磁感应强度B随H的增加开始减慢，这段称为旋转磁化区。“QS”段：随H增加磁感应强度B变化很小，这个区域称为近饱和区。不同铁磁材料的初始磁化曲线是不一样的，软磁材料的磁化曲线比较陡峭，这说明材料易于磁化；硬磁材料的磁化曲线比较平坦，说明这种材料不易磁化。（2）磁导率曲线B-H曲线上任何一点连到原点O的直线斜率就代表该磁化状态下该点的磁导率，即。HB/将B-H曲线上各点的B和H的比值作一条相应的曲线，可得到磁导率曲线（-H曲线）。值大时，铁磁材料易于磁化；值小时，铁磁材料难以磁化。因此，磁导率在漏磁检测中起着重要作用。（3）磁滞回线①磁滞：铁磁材料达到磁饱和状态后，如果减小磁化场强H，材料的磁感应强度B并不沿着起始磁化曲线减小，B的变化滞后于H的变化。这种现象叫磁滞。即，在同样的磁场强度H下，退磁时的磁感应强度比磁化时大。SOCS'R'RC'SOCS'R'RC'当铁磁材料被磁化到饱和后，外加磁场H开始逐渐减小，材料也开始退磁。在这个退磁过程中，磁感应强度B并不沿原来的磁化曲线减小，而是沿另一条曲线SR缓慢地下降。B的变化落后于H变化。SOCS'R'RC'磁滞回线曲线SRCS和SRCS对于坐标原点O是对称的。②磁滞回线：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。SOCS'R'RC'④剩磁：当外磁场减小到零时，磁感应强度B并不等于零，而保留一定的数值Br，称为剩余磁感应强度，简称剩磁。③铁损：磁滞回线所包围的面积代表在一个反复磁化的循环过程中单位体积的铁芯内损耗的能量，简称铁损。⑤矫顽力：当反向磁场增加到某一个数值HC时，B才降到零。通常把HC称为矫顽力。四、磁路及其基本定律1、磁路的概念（1）磁路：磁通所通过的路径。由产生磁场的源、磁材料和空气隙三部分组成。产生磁场的源可以是通电流的线圈，或者是永久磁体。（2）磁阻：表征磁路中磁位降与其中磁通关系的参数。它与电路中的电阻相似。SlRm单位为A/Wb，磁阻的倒数称为磁导。（3）磁阻串联与并联①磁阻串联总磁阻等于各段磁路的磁阻之和。②磁导并联总磁导等于此各支路磁导之和。2、磁路的基本定律（1）磁路的欧姆定律F称为磁路的磁动势（单位为A），Φ为磁路中的磁通量，Rm为磁阻。mRF作用在磁路上的磁动势F等于磁路内的磁通量Ф乘以磁阻Rm。（2）磁路的基尔霍夫第一定律0穿出（或进入）任一闭和面的总磁通量恒等于零（或者说，进入任一闭合面