[发明专利]基于涡流感应的非接触式金属温度在线测量装置

说明书

本发明公开了一种基于涡流感应的非接触式金属温度在线测量装置，包括激励线圈、两个接收线圈、被测金属物体和测量单元，两个接收线圈构成一对差分接收线圈，即每个独立的接收线圈与激励线圈的互感值相等，两个接收线圈的一对同名端相互连接，另一对同名端作为接收信号输出至测量单元。本发明根据金属物体上感应的涡流电流与激励电流的相位差随温度下发生变化的特性，通过测量该相位差可以得到金属物体的温度值；因此本发明装置具有安装简单，对位置不敏感，测温范围宽，可适用不同材料的金属等优点。

技术领域

本发明属于传感器测量技术领域，具体涉及一种基于涡流感应的非接触式金属温度在线测量装置。

背景技术

在许多工业领域，如发电和供电系统，需要对金属物体的温度进行在线测量，以保障工业生产的安全性。此外在一些民用产品中，如电磁炉和电饭煲，需要对金属器具的温度进行精确测量以提高产品的性能。

测温技术分接触式测温和非接触式测温两大类：传统的接触式测温主要采用热敏电阻、热电偶、光纤和半导体器件，这些元件都需要与被测物体直接接触。但是在许多应用场合，由于高压绝缘、防水、可靠性等条件的限制而无法采用接触式测温；非接触式测温目前广泛应用的是红外测温技术，可实现远距离测量，但是红外测温方法要求测量装置发出的红外光线照射到被测物体时不能被阻挡，限制了这种技术在许多场合的应用。此外，公开号为CN102539005A和CN103207031A的中国专利提出利用阻尼振荡波传递温度信号的非接触式温度测量方法，但是这种方法需要在被测物体上安装一个谐振电路，增加了装置的复杂性。

电涡流原理已广泛应用于非接触传感器的设计，但主要限于位移、厚度、电导率的测量和金属探测等应用，而在温度测量方面的应用较少。公开号为CN105157869B的中国专利提出了一种基于电涡流的高温温度传感装置，用于测量高温环境下的温度，其包括电涡流温度传感器探头和前置器；电涡流温度传感器探头包括扁平线圈、传感器骨架、固定套、保护套、定距环、高温合金环、预压弹簧、同轴电缆和接头；传感器骨架安装于固定套的内孔中，扁平线圈绕制于传感器骨架露出固定套的一端，高温合金环位于高温线圈的前端，高温合金环与传感器骨架之间用定距环隔开，预压弹簧一端作用在高温合金环上，另一端作用在固定套上，扁平线圈的接头通过同轴电缆与外部的接头相连；该传感装置利用传感器探头线圈与被测材料间的等效阻抗、电感或品质因数与温度存在单值函数关系，通过测量这些物理量推导温度值，但是这种装置对安装方式要求较高，难以推广。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种基于涡流感应的非接触式金属温度在线测量装置，根据金属物体上感应的涡流电流与激励电流的相位差随温度发生变化的特性，通过测量该相位差可以得到金属物体的温度值。

一种基于涡流感应的非接触式金属温度在线测量装置，包括被测金属物体、激励线圈、两个接收线圈以及测量单元，激励线圈和接收线圈通过非金属支架固定且不直接接触被测金属物体，两个接收线圈通过一对同名端相互连接形成一组差分线圈；

当激励线圈通电后，靠近激励线圈的被测金属物体表面受到交变磁场作用产生电涡流，该电涡流通过电磁感应到差分线圈上并在差分线圈的另一对同名端上产生电压U_s作为接收信号；

所述测量单元用于在激励线圈上施加固定频率的交流电，同时测量出接收信号与激励线圈上电流或电压基波信号的相位差，进而根据该相位差实时计算出被测金属物体的温度。

进一步地，第一接收线圈与被测金属物体之间的互感系数M_Z1不等于第二接收线圈与被测金属物体之间的互感系数M_Z2；在被测金属物体移除情况下，第一接收线圈与激励线圈之间的互感系数M_s1等于第二接收线圈与激励线圈之间的互感系数M_s2。

优选地，所述差分线圈的另一对同名端并联有补偿电容，能够提高接收信号的幅度并滤除谐波。