带管材的穿过式线圈和内通过式线圈的对比分析

1.薄壁管的情况

对于涡流检测，薄壁管是指涡流密度沿整个壁厚分布近乎均匀和管子壁厚与管径相比很小的管子。如图4.1-12所示，设检测线圈内径为D，管子外径为d_a、内径为d_i，则在外穿过式线圈的情况下（图4.1-12a）线圈的填充因子η定义为

η=（d_a/D）²

而在内通过式线圈的情况下（图4.1-12b）线圈的填充因子η被定义为

η=（D/d_i）²

图4.1-12 用于管材涡流检测的线圈

对于外穿过式线圈或内通过式线圈、薄壁管的特征频率f_g可表示为

式中 f_g——特征频率（Hz）；

μ_r——管材料的相对磁导率；

σ——管材料的电导率（m/Ω·mm²）；

d_i——管子内直径（cm）；

W——管壁厚度（cm）。

非铁磁性薄壁管_μeff与f/f_g的关系及信号复阻抗平面图如图4.1-13，图4.1-14所示。

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图4.1-13 对于外穿过式线圈及内通过式线圈非铁磁性薄壁管在η=1时μ_eff与f/f_g的关系曲线

图4.1-14 外穿过式线圈及内通过式线圈非铁磁性薄壁管的阻抗平面图

2.厚壁管的情况

厚壁非铁磁性管的穿过式线圈检测，当填充因子η=1时，其阻抗变化处于图4.1-15的阴影区中。该区的外边界与图4.1-14薄壁非铁磁性管轨迹曲线相同，而阴影区的内边界则与实心非铁磁性圆棒的轨迹曲线相同，阴影区表明了线圈阻抗的整个变化范围。

图4.1-15 厚壁非铁磁性管穿过式线圈涡流检测时在复平面图上阻抗变化的范围（阴影区），η=1，外径d_a=常数

厚壁管（非铁磁性）的内通过式线圈检测时，线圈的阻抗平面图如图4.1-16所示，管件的特征频率f_g可表示为

图4.1-16 厚壁非铁磁性管内通过线圈涡流检测时的阻抗平面图

式中 f_g——特征频率（Hz）；

μ_r——管材料的相对磁导率；

σ——管材料的电导率[m/（Ω·mm²）]；

d_i——管子内径（cm）。