Vol.18 No.3 申亚曦等：电敏感区法在非金属夹杂物在线检测中应用 .273. 的体积及小孔孔径有关.当小孔孔径确定时，脉冲变化的幅度就与非导电微粒的体积有一定的比 例关系；脉冲变化的宽度与非导电微粒在导电液体中运动的速度及取样管壁厚有关；脉冲个数等 于通过电敏感区的粒子数，可见，通过适当检测方法获取电压脉冲，并通过分析便可间接得到夹 杂颗粒的粒径信息，当导电液体中粒子浓度不太大时，且粒子直径与电敏感区直径之比小于 0.4即d/D<0.4,非导电粒子进入电敏感区时所引起的电阻变化为1： △R=4pd'/πD4 0) 式中，p为导电液体的电阻率；d为非导电夹杂物颗粒直径：D为小孔直径. 在实际应用中，当d/D不能满足限制条件要求时，由式(I)计算出的△R与实际值有一定 偏差，这时可引人校正因子F(d/D),即： △R=(4pd/πD)·F(d/D) (2) 对于球形粒子，校正系数可表示为： Fd/D)=[l-0.8(d/D)月-1 3) 当d/D在0~0.8内取值时，(2)式精确度可达到99%. 在实际情况下，脉冲变化的幅度除与绝缘粒子直径有关外，还与其形状、在孔中的位 置、孔的几何尺寸及形状，粒子重叠效应等有关.以上表达式均是将电敏感区理想化后得到的4 2夹杂物在线检测系统构成及测量原理 基于以上测试原理设计了夹杂物在线检测系统，它由传感器及信号实时处理两大环节组成. 传感器功能是将夹杂颗粒的尺寸信息转换成微小的电阻变化；信号实时处理功能是将微小的 电阻变化转换成为0~5V之间的电压脉冲.系统框图如图2所示. 抽气泵 待测导电液体 取样管 阻抗脉冲/电压变换 前置放大 对数放大 统计数据输出 微机数据处理 AD变换 图2电敏感区法测试系统框图 取样管插人待测导电液体中，通过抽气泵配合完成对夹杂的取样，相应产生微弱阻抗脉冲， 阻抗脉冲/电压变换电路完成阻抗信号提取并将其转换成易于处理的微弱电压脉冲信号，并由放 大电路将这微弱的电压信号进行放大.由于△R与d成正比，故采用对数放大器将电压脉 冲取对数并放大，目的是将信号压缩，以便拓宽测量范围.信号经A/D变换后，由微机采样.采入 微机中的数据根据信号幅度的不同进行分类，并统计个数.将单位时间内的统计数据输出，以作为夹 杂物含量的信息， 实验过程中，根据需要先后采用了交、直流两套方案，交流方案是在直流方案不能满足要求 的情况下所采用的特殊技术手段.两者反映在检测系统上主要区别为阻抗脉冲/电压变换电路， 直流方案是采用恒定直流激励形式，交流方案是采用有效值恒定的交流激励形式；放大电路前者 是采用一般交流放大电路，后者是采用锁定放大形式，目的是有效抑制背景噪声，提取微弱信vo l . 81 N O . 3 申亚曦等 电敏:感 区法在非金属夹杂物在线检测 中应用 · 3 2 7 · 的体积及小孔孔径有关 . 当小孔孔 径确定 时 , 脉冲变化的幅度就 与非导 电微粒的体积有一定的比 例关系 ; 脉冲变化的宽度与非导电微粒在导电液体中运动的速度及取样管壁厚有关 ; 脉冲个数等 于通过 电敏感 区的粒子数 . 可见 , 通过适 当检测方法获取电压脉冲 , 并通过分析便可 间接得到夹 杂颗粒的粒径信息 . 当导电液体中粒子浓 度不 太大 时 , 且 粒 子直 径 与 电敏 感 区 直 径 之 比小 于 .0 4 , 即 d / D < 0 4 , 非 导电粒子进 人电敏感区 时所 引起 的电阻变化为 1 :3] AR = 4 p d , / 二 D ` ( l ) 式 中 , p 为导电液体的电阻率 ; d 为非导 电夹 杂物颗粒直径 ; D 为小孔直径 . 在实际应 用中 , 当 d /D 不能满足限制条件要求时 , 由式 ( l) 计算 出的 △ R 与实际值 有一定 偏差 , 这时可引人校 正因子 (F d D/ ) , 即: △ R = (4 p d3 / 二 D 勺 · F d( D/ ) (2) 对于球形 粒子 , 校 正系数 可表示 为 : F d( D/ )二 【1 一 .0 8 d( D/ a)1 一 ’ (3) 当 d /D 在 0 一 .0 8 内取 值时 , ( 2) 式精确度 可 达到 9 % . 在 实 际情 况下 , 脉冲 变化 的幅度 除 与绝 缘 粒 子 直 径有 关 外 , 还 与其形 状 、 在 孔 中 的位 置 、 孔的几何 尺寸及形状 、 粒子重叠效应等有关 . 以上表达式均是将 电敏感 区理想化后得到的[ 4 } . 2 夹杂物在线检测 系统构成及测量原理 基于 以上测试原理设计了夹杂物在线检测系统 , 它 由传感器及信号实时处理 两大环 节组成 . 传感 器功能 是将夹杂颗粒 的尺 寸 信息转 换成微 小 的电阻 变化 ; 信号 实时处理功 能是将微小 的 电阻变化转换成为 O一 S V 之间的电压脉冲 . 系统框 图如 图 2 所示 . } 待测导电液体 甲一匣回一} 阻 抗脉 。 压变换 一} 前置 放大 一! 对数放大 … 阿掀输 · …一} 。 机数 、 , }州 。 变 , 尸 图 2 电敏感区法测试系统框图 取样管插人待测 导电液体中 , 通过抽气泵配合完成对夹杂的取样 , 相应产 生微 弱阻抗脉 冲 . 阻抗脉冲 / 电压变换电路完成阻抗信号提取并将其转换成易于处理 的微弱 电压 脉冲信号 , 并 由放 大 电路 将这微 弱 的电压信号进行 放大 . 由于 △R 与 d ’ 成 正 比 , 故采用 对数 放大 器 将 电 压 脉 冲取对数并放大 , 目的是将信号压缩 , 以便拓宽测量范围 . 信号经 A /D 变换后 , 由微机采样 . 采人 微机中的数据根据信号幅度的不同进行分类 , 并统计个数 . 将单位时间内的统计数据输出 , 以作为夹 杂物含量 的信息 . 实验过程 中 , 根据需要先后采用了交 、 直流两套方案 , 交流方案是在直 流方案不能满足要求 的情况下所采用的特殊技术手段 . 两者反映在检测系 统上 主要 区 别为 阻抗脉 冲 / 电压变换电路 . 直 流方案是采 用恒定直流激励形式 , 交流方案是采用有效值恒定 的交流激励形式 ; 放大 电路前者 是采用一般交 流放大 电路 , 后者是采用锁定放大形 式 , 目的是有 效抑 制背景 噪声 , 提取 微弱信