本文是有关无磁传感方面的科普性质的介绍，从何谓无磁传感和无磁传感原理两部分来阐述，以便让大家了解近年水表圈热议的无磁到底是怎么回事。希望有助读者于理解该技术的基本原理。

  何谓无磁传感

  目前流体计量中所指的无磁传感是相对于磁体采样而言的定义，是种约定俗成的说法。具体来说，有磁采样是指机械水表中指示盘的旋转指针上，安装了小磁铁，采样是外部用干簧管或霍尔元件实现。无磁就是指旋转指针没有这种小磁铁，用不受磁影响的金属片替代磁铁，这种采集金属旋转转动及方向的技术，被称为无磁采样。

  金属片的材质可以用不锈钢，铜等不受外部磁场影响的金属。

  无磁传感原理介绍

  无磁传感的基本原理包含：金属片上的傅科电流原理；产生电流的能量提供源；能量提供源头做采样判断。

  1、傅科电流（涡流）

  块状金属处于变化磁场中或相对于磁场运行时，在金属体内部形成感应电流，这种电流的流线呈涡旋状闭合回线，所以叫涡流。由于该现象于 1851 年由法国物理学家傅科首先发现故又称为傅科电流（Foucault current）。

  涡流的产生原理如图所示，线圈中的交变电流产生磁场，这个磁场从圆心径向分布，如图所示。磁力线是呈伞形分布的；而涡流则是与磁力线垂直、呈圆周分布的，无数的涡流就形成许多同心圆。实际上涡流是电磁感应现象的一种表现形式，都是从法拉第最早发现电磁感应原理派生出来的现象。

  涡流中的趋肤效应：当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“ 皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应（skin effect）。

  水表中的部分金属化指针，就是在变化磁场中做旋转运动。部分金属化指针位置与磁力线垂直，转动过程中还伴有在转动轴心的上下位移。

  结论一：目前采金属片旋转的方式均为该原理，也有把此无磁称为“抗磁”，实际上全都是金属片垂直切割交变磁场方式。

  结论二：与金属片厚度无关，与金属片面积有关。

  2、线圈——金属片涡流能量提供源

  交变磁场由线圈提供，线圈的形式可以是有铁氧体磁芯的电感、空心线圈、印制板PCB线圈等形式。线圈与电容组合成的LC谐振电路为金属片产生的涡流提供能量来源。线圈上的谐振频率和电压幅值由电路LC等参数决定，有兴趣读者可自查该方面资料。

  其中磁芯线圈不抗外部强磁，尽管在无外强磁情况下也能检测金属片旋转，但属于笔者称谓之“假无磁”。

  3、从线圈即能量提供端采样判断金属旋转及位置

  线圈作为金属片上涡流的能量来源，如果可以提供足够能量的话，是另外一种应用领域：加热产品。如家用的电磁炉，炼钢所用的电磁炉等等，都是利用了电涡流原理。

  应用于水表流体中的线圈，其提供的能量有限，正是由于弱电源的原因，当金属片垂直于线圈即交变磁力线时，能量传递到金属片的瞬间，线圈自身的谐振幅值被拉垮，即明显的振荡衰减现象。这种明显的振荡衰减现象可被电路捕获，送入单片机中做出旋转和方向的判断。可以说无磁采样是电涡流原理在流体采样领域的特殊应用。

  图示中红色波形为电感线圈位于金属片位置，蓝色波形部分为电感线圈位于非金属位置。红色部分明显谐振衰减。理解了这点可以回答关于无磁采样的误区：

  误区一：无磁是收发式或者是雷达式。无磁采样就是利用了线圈谐振时电压衰减并被捕获，不是通信射频发送与接收的概念。

  误区二：无磁功耗会很高？无磁功耗来源于激励瞬间时功耗，LC 振荡时电流在电感L与电容C之间流动，不会再有功耗的增加了。是目前已知的采样手段中功耗最低的方式之一。

  对于无磁采样的原理，可简单总结为几点

  ●金属片上产生的涡流需要能量

  ●能量提供方的谐振电压被衰减

  ●衰减的电压能被检测

  注：*本文转自“环球表计”微信公号，文章版权归原作者所有，内容为作者个人观点，转载仅供传递信息和分享知识。

  作者简介

  张弦，从事电力仪表行业产品开发技术管理，国际市场开拓等工作近二十年，专注于电，流体底层传感计量。