电涡流效应示意图

电涡流效应是指：当金属导体处于交变磁场中时，表面会因电磁感应产生电动势，该电动势因电阻的存在而发生自行闭合的游涡状电涡流，这种现象称为电涡流效应。见图16-1所示。

当大于100kHz的高频电压施加于电感线圈时，将产生高频磁场H₁。若金属导体处于该交变高频磁场时，将产生电涡流I₂，并因此产生与高频磁场H₁方向相反的感生磁场H₂，因为电场效应存在，电涡流H₂于导体纵深方向分布并非均匀，仅集中于金属导体表面，这种现象称为集肤效应，亦称趋肤效应。

一般讲，集肤效应与激励源频率、金属导体电导率、磁导率等有关。激励源频率越高，电场效应越强烈；电涡流纵深度越小，集肤效应越强烈。由于集肤效应的存在，电涡流只能检测金属表面的各种物理参量。

图中的电感线圈在电路学中可等效为电阻、电感串联回路。而感生磁场H₂与高频磁场H₁的方向相反，意味着对交互磁场的作用将相互抵消，另外，感生磁场H₂还将对等效电路的阻抗产生作用，感生磁场强度越强，对等效阻抗变化作用越大。

激励源频率f、金属导电率δ、磁导率µ都会影响电涡流的纵深度。当纵深度较浅时，电涡流流经导体的横截面积很小，等效电阻很大，电涡流电流强度I₂较小。综上可知，此时感生磁场H₂对高频线圈的等效阻抗影响也较小。

从实验得知，高频线圈的等效阻抗不仅受f、δ、µ以及激励电流I₁等有关，更重要的是高频磁场对金属导体的作用距离X有关。

根据电路理论，结合上述讨论可列出高频线圈等效阻抗Z的函数表达式：

式中    R——高频线圈的直流阻抗；

jωL——线圈直流感抗。

如果(16-1)式中，维持f、δ、µ、I₁等因子不变，等效阻抗Z为作用距离X的单值函数，依此可制作成测量位移的传感器。

若保持z、I₁、f等参数不变，可以制作检测被测材质的电导率、磁导率以及硬度等物理参数的传感器。