無磁水表，越辯越明？！

2021/09/02

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??本文是有關(guān)無磁傳感方面的科普性質(zhì)的介紹，從何謂無磁傳感和無磁傳感原理兩部分來闡述，以便讓大家了解近年水表圈熱議的無磁到底是怎么回事。希望有助讀者于理解該技術(shù)的基本原理。

??何謂無磁傳感

??目前流體計量中所指的無磁傳感是相對于磁體采樣而言的定義，是種約定俗成的說法。具體來說，有磁采樣是指機械水表中指示盤的旋轉(zhuǎn)指針上，安裝了小磁鐵，采樣是外部用干簧管或霍爾元件實現(xiàn)。無磁就是指旋轉(zhuǎn)指針沒有這種小磁鐵，用不受磁影響的金屬片替代磁鐵，這種采集金屬旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動及方向的技術(shù)，被稱為無磁采樣。

??金屬片的材質(zhì)可以用不銹鋼，銅等不受外部磁場影響的金屬。

??無磁傳感原理介紹

??無磁傳感的基本原理包含：金屬片上的傅科電流原理；產(chǎn)生電流的能量提供源；能量提供源頭做采樣判斷。

??1、傅科電流（渦流）

??塊狀金屬處于變化磁場中或相對于磁場運行時，在金屬體內(nèi)部形成感應(yīng)電流，這種電流的流線呈渦旋狀閉合回線，所以叫渦流。由于該現(xiàn)象于 1851 年由法國物理學家傅科首先發(fā)現(xiàn)故又稱為傅科電流（Foucault current）。

??渦流的產(chǎn)生原理如圖所示，線圈中的交變電流產(chǎn)生磁場，這個磁場從圓心徑向分布，如圖所示。磁力線是呈傘形分布的；而渦流則是與磁力線垂直、呈圓周分布的，無數(shù)的渦流就形成許多同心圓。實際上渦流是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種表現(xiàn)形式，都是從法拉第最早發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)原理派生出來的現(xiàn)象。

??渦流中的趨膚效應(yīng)：當導體中有交流電或者交變電磁場時，導體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在導體的“ 皮膚”部分，也就是說電流集中在導體外表的薄層，越靠近導體表面，電流密度越大，導體內(nèi)部實際上電流較小。結(jié)果使導體的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)（skin effect）。

??水表中的部分金屬化指針，就是在變化磁場中做旋轉(zhuǎn)運動。部分金屬化指針位置與磁力線垂直，轉(zhuǎn)動過程中還伴有在轉(zhuǎn)動軸心的上下位移。

??結(jié)論一：目前采金屬片旋轉(zhuǎn)的方式均為該原理，也有把此無磁稱為“抗磁”，實際上全都是金屬片垂直切割交變磁場方式。

??結(jié)論二：與金屬片厚度無關(guān)，與金屬片面積有關(guān)。

??2、線圈——金屬片渦流能量提供源

??交變磁場由線圈提供，線圈的形式可以是有鐵氧體磁芯的電感、空心線圈、印制板PCB線圈等形式。線圈與電容組合成的LC諧振電路為金屬片產(chǎn)生的渦流提供能量來源。線圈上的諧振頻率和電壓幅值由電路LC等參數(shù)決定，有興趣讀者可自查該方面資料。

??其中磁芯線圈不抗外部強磁，盡管在無外強磁情況下也能檢測金屬片旋轉(zhuǎn)，但屬于筆者稱謂之“假無磁”。

??3、從線圈即能量提供端采樣判斷金屬旋轉(zhuǎn)及位置

??線圈作為金屬片上渦流的能量來源，如果可以提供足夠能量的話，是另外一種應(yīng)用領(lǐng)域：加熱產(chǎn)品。如家用的電磁爐，煉鋼所用的電磁爐等等，都是利用了電渦流原理。

??應(yīng)用于水表流體中的線圈，其提供的能量有限，正是由于弱電源的原因，當金屬片垂直于線圈即交變磁力線時，能量傳遞到金屬片的瞬間，線圈自身的諧振幅值被拉垮，即明顯的振蕩衰減現(xiàn)象。這種明顯的振蕩衰減現(xiàn)象可被電路捕獲，送入單片機中做出旋轉(zhuǎn)和方向的判斷?？梢哉f無磁采樣是電渦流原理在流體采樣領(lǐng)域的特殊應(yīng)用。