1、會(huì)計(jì)學(xué)1第四章電渦流第四章電渦流(wli)傳感器傳感器第一頁，共50頁。2022-4-142第1頁/共50頁第二頁，共50頁。 當(dāng)電渦流線圈與當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離金屬板的距離x 減小減小時(shí)，電渦流線圈的等時(shí)，電渦流線圈的等效電感效電感(din n)L 減小，等效電阻減小，等效電阻R 增增大。感抗大。感抗XL 的變化的變化比比R 的變化大得多，的變化大得多，流過電渦流線圈的電流過電渦流線圈的電流流i1增大。增大。 第一節(jié)第一節(jié) 電渦流傳感器工作電渦流傳感器工作(gngzu)原理原理 電渦流效應(yīng)：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體電渦流效應(yīng)：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體(dot)置

2、于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體導(dǎo)體(dot)內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流(電渦流電渦流)的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 第2頁/共50頁第三頁，共50頁。電渦流電渦流(wli)式傳感器原理圖式傳感器原理圖第3頁/共50頁第四頁，共50頁。 式中：式中：r -r -線圈線圈(xinqun)(xinqun)與被測(cè)導(dǎo)體的尺寸因與被測(cè)導(dǎo)體的尺寸因子。子。 上圖為電渦流式傳感器的原理圖，該圖由傳感器線上圖為電渦流式傳感器的原理圖，該圖由傳感器線圈和被測(cè)導(dǎo)體組成線圈圈和被測(cè)導(dǎo)體組成線圈導(dǎo)體系統(tǒng)。當(dāng)傳感器線圈通以導(dǎo)體系統(tǒng)。當(dāng)傳感器線圈

3、通以交變電流交變電流 時(shí)，由于電流的變化，在線圈周圍產(chǎn)生交變時(shí)，由于電流的變化，在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)磁場(chǎng) ，使置于此磁場(chǎng)中的被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電渦，使置于此磁場(chǎng)中的被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電渦流流 ，電渦流，電渦流 又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng) 。 與與 方向方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致傳感器線圈的相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致傳感器線圈的電電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化，即線圈的等效阻抗發(fā)發(fā)生變化，即線圈的等效阻抗發(fā)生變化。這些變化與被測(cè)導(dǎo)體的電阻率生變化。這些變化與被測(cè)導(dǎo)體的電阻率 、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率 以及幾何形狀有關(guān)，也與線圈幾何參數(shù)、激磁電流頻率以及

4、幾何形狀有關(guān)，也與線圈幾何參數(shù)、激磁電流頻率 有關(guān)，還與線圈與被測(cè)導(dǎo)體間的距離有關(guān)，還與線圈與被測(cè)導(dǎo)體間的距離 有關(guān)。因此有關(guān)。因此可寫為：可寫為：1I1H2I2I2H2H1Hfx第4頁/共50頁第五頁，共50頁。電渦流電渦流(wli)(wli)式傳感器簡(jiǎn)化模型式傳感器簡(jiǎn)化模型 電渦流電渦流(wli)式傳感器等效電路圖式傳感器等效電路圖第5頁/共50頁第六頁，共50頁。 f -為線圈激磁電流的頻率；為線圈激磁電流的頻率；-為金屬為金屬(jnsh)導(dǎo)體的電阻率；導(dǎo)體的電阻率；r-為金屬為金屬(jnsh)導(dǎo)體的磁導(dǎo)率。導(dǎo)體的磁導(dǎo)率。 模型中，把在被測(cè)金屬導(dǎo)體上形成的電渦流模型中，把在被測(cè)金屬導(dǎo)體上

5、形成的電渦流(wli)等效成一個(gè)短路環(huán)，即假設(shè)電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)，即假設(shè)電渦流(wli)僅分布在環(huán)體僅分布在環(huán)體之內(nèi)，模型中之內(nèi)，模型中h（電渦流（電渦流(wli)的貫穿深度）可由下式求的貫穿深度）可由下式求得：得： 集膚效應(yīng)：當(dāng)高頻（集膚效應(yīng)：當(dāng)高頻（100kHz左右）信號(hào)源產(chǎn)生的高左右）信號(hào)源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈頻電壓施加到一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時(shí)，時(shí)，將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)H1。如被測(cè)導(dǎo)體置于該交變磁場(chǎng)范圍。如被測(cè)導(dǎo)體置于該交變磁場(chǎng)范圍之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流(wli)i2。i2在金屬導(dǎo)在金屬導(dǎo)體的縱深方

6、向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為集膚效應(yīng)（也稱趨膚效應(yīng)）。體的表面，這稱為集膚效應(yīng)（也稱趨膚效應(yīng)）。 集膚效應(yīng)與激勵(lì)源頻率集膚效應(yīng)與激勵(lì)源頻率f、工件的電導(dǎo)率、工件的電導(dǎo)率 、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率 等有關(guān)。頻率等有關(guān)。頻率f 越高，電渦流的滲透的深度就越淺，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。越高，電渦流的滲透的深度就越淺，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。第6頁/共50頁第七頁，共50頁。 根據(jù)簡(jiǎn)化模型，可將金屬導(dǎo)體形象地看做一個(gè)短路線根據(jù)簡(jiǎn)化模型，可將金屬導(dǎo)體形象地看做一個(gè)短路線圈，它與傳感器線圈之間存在耦合關(guān)系，它們?nèi)Γc傳感器線圈之間存在耦合關(guān)系，它們(t me

7、n)之之間的等效電路圖如上。圖中間的等效電路圖如上。圖中R2為電渦流短路環(huán)等效電阻，為電渦流短路環(huán)等效電阻，其表達(dá)式為：其表達(dá)式為： 根據(jù)基爾霍夫第二定根據(jù)基爾霍夫第二定律，可列出如下律，可列出如下(rxi)方方程：程： -線圈激磁電流線圈激磁電流(dinli)角角頻率頻率R1-線圈電阻線圈電阻L1-線圈電感線圈電感L2-短路環(huán)等效電感短路環(huán)等效電感R2-短路環(huán)等效電阻短路環(huán)等效電阻M -互感系數(shù)互感系數(shù)第7頁/共50頁第八頁，共50頁。 等效等效(dn xio)阻抗阻抗Z的表達(dá)的表達(dá)式為：式為： 式中：式中：Req線圈受電渦流影響線圈受電渦流影響(yngxing)后的等后的等效電阻效電阻 L

8、eq線圈受電渦流影響后的等效線圈受電渦流影響后的等效(dn xio)電感電感第8頁/共50頁第九頁，共50頁。 電渦流線圈受電渦流影響電渦流線圈受電渦流影響(yngxing)(yngxing)時(shí)的等效阻抗時(shí)的等效阻抗Z Z 的函數(shù)表達(dá)式為：的函數(shù)表達(dá)式為： Z =R +jL=f Z =R +jL=f（i1, f, i1, f, , , , r, x, , r, x, ）等效等效(dn xio)阻抗分析阻抗分析等效阻抗等效阻抗(zkng)與非電量測(cè)量的與非電量測(cè)量的應(yīng)用應(yīng)用 檢測(cè)深度的控制：檢測(cè)深度的控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測(cè)導(dǎo)體表由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測(cè)導(dǎo)體表面的各種物理參

9、數(shù)。改變面的各種物理參數(shù)。改變f f，可控制檢測(cè)深度。激勵(lì)源頻率一般設(shè)，可控制檢測(cè)深度。激勵(lì)源頻率一般設(shè)定在定在100kHz-1MHz100kHz-1MHz。頻率越低，。頻率越低，檢測(cè)深度越深檢測(cè)深度越深。 間距間距x x的測(cè)量：的測(cè)量：如果控制上式中的如果控制上式中的i i1 1、f f、 、 、r r 不變，電渦流不變，電渦流線圈的阻抗線圈的阻抗Z Z 就成為間距就成為間距x x的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸地測(cè)量的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸地測(cè)量位移的傳感器。位移的傳感器。 多種用途：多種用途：如果控制如果控制x x、i i1 1、f f 不變，就可以用來檢測(cè)與表面電不變，就可以用來檢測(cè)與

10、表面電導(dǎo)率導(dǎo)率 有關(guān)的有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測(cè)與材料磁導(dǎo)，或者用來檢測(cè)與材料磁導(dǎo)率率 有關(guān)的有關(guān)的材料型號(hào)、表面硬度材料型號(hào)、表面硬度等參數(shù)。等參數(shù)。第9頁/共50頁第十頁，共50頁。1、電渦流形成范圍、電渦流形成范圍徑向形成范圍徑向形成范圍 線圈線圈導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)體間距導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)生的電渦流密度既是線圈與導(dǎo)體間距離離x的函數(shù)，又是沿線的函數(shù)，又是沿線(ynxin)圈半徑方向圈半徑方向r的函數(shù)。當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。當(dāng)x一定一定時(shí)，電渦流密度時(shí)，電渦流密度J與半徑與半徑r的關(guān)系曲線下圖所示（圖中的關(guān)系曲線下圖所示（圖中J0為金為金屬導(dǎo)體表面電

11、渦流密度，即電渦流密度最大值。屬導(dǎo)體表面電渦流密度，即電渦流密度最大值。Jr為半徑為半徑r處處的金屬導(dǎo)體表面電渦流密度）。由圖可知：的金屬導(dǎo)體表面電渦流密度）。由圖可知： 電渦流徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑電渦流徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑ras的的1.82.5倍范圍內(nèi)，且分布不均勻。倍范圍內(nèi)，且分布不均勻。 電渦流密度在電渦流密度在ri=0處為零。處為零。 電渦流的最大值在電渦流的最大值在r=ras附近的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)。附近的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)。 可以用一個(gè)平均半徑為可以用一個(gè)平均半徑為 的短路的短路環(huán)環(huán) 來集中表示分散的電渦流（圖中陰影部分）。來集中表示分散的電渦流（圖中陰影部分）。電

12、渦流電渦流(wli)效應(yīng)的基本特性效應(yīng)的基本特性 第10頁/共50頁第十一頁，共50頁。電渦流密度電渦流密度J與半徑與半徑(bnjng)r的的關(guān)系曲線關(guān)系曲線 第11頁/共50頁第十二頁，共50頁。2 2、電渦流強(qiáng)度、電渦流強(qiáng)度(qingd)(qingd)與距離的關(guān)系與距離的關(guān)系 理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，當(dāng)理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，當(dāng)x x改變時(shí)，電渦流密度也改變時(shí)，電渦流密度也發(fā)生變化，即電渦流強(qiáng)度發(fā)生變化，即電渦流強(qiáng)度(qingd)(qingd)隨距離隨距離x x的變化而變化。的變化而變化。根據(jù)線圈根據(jù)線圈導(dǎo)體系統(tǒng)的電磁作用，導(dǎo)體系統(tǒng)的電磁作用， 可以得到金屬導(dǎo)體表面可以得到金屬導(dǎo)體表面的電

13、渦流強(qiáng)度的電渦流強(qiáng)度(qingd)(qingd)為：為： 式中：式中：I1線圈激勵(lì)線圈激勵(lì)(jl)電流；電流； I2金屬導(dǎo)體中等效電流；金屬導(dǎo)體中等效電流； x 線圈到金屬導(dǎo)體表面距離；線圈到金屬導(dǎo)體表面距離； ras線圈外徑。線圈外徑。 第12頁/共50頁第十三頁，共50頁。電渦流電渦流(wli)強(qiáng)度與距離歸一化曲線強(qiáng)度與距離歸一化曲線 根據(jù)上式作出的歸一根據(jù)上式作出的歸一化曲線如圖所示?；€如圖所示。 以上分析表明：以上分析表明： 電渦流強(qiáng)度與距離電渦流強(qiáng)度與距離x呈非線性關(guān)系，且隨呈非線性關(guān)系，且隨著著x/ras的增加的增加(zngji)而迅速減小。而迅速減小。 當(dāng)利用電渦流式傳當(dāng)利用

14、電渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí)，只有感器測(cè)量位移時(shí)，只有在在x/ras1(一般取一般取0.050.15)的條件下才能得的條件下才能得到較好的線性和較高的到較好的線性和較高的靈敏度。靈敏度。第13頁/共50頁第十四頁，共50頁。3 3、電渦流的軸向貫穿深度、電渦流的軸向貫穿深度 所謂貫穿深度是指把電渦流強(qiáng)度減小到表所謂貫穿深度是指把電渦流強(qiáng)度減小到表面強(qiáng)度的面強(qiáng)度的1/e1/e處的表面厚度。處的表面厚度。 由于金屬由于金屬(jnsh)(jnsh)導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)，電磁導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)，電磁場(chǎng)不能穿過導(dǎo)體的無限厚度，僅作用于表面薄場(chǎng)不能穿過導(dǎo)體的無限厚度，僅作用于表面薄層和一定的徑向范圍內(nèi)，并且導(dǎo)體中產(chǎn)生的

15、電層和一定的徑向范圍內(nèi)，并且導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流強(qiáng)度是隨導(dǎo)體厚度的增加按指數(shù)規(guī)律下降渦流強(qiáng)度是隨導(dǎo)體厚度的增加按指數(shù)規(guī)律下降的。其按指數(shù)衰減分布規(guī)律可用下式表示：的。其按指數(shù)衰減分布規(guī)律可用下式表示： 式中：式中：d金屬導(dǎo)體中某一點(diǎn)與表面的距離金屬導(dǎo)體中某一點(diǎn)與表面的距離(jl)； Jd沿沿H1 軸向軸向d處的電渦流密度；處的電渦流密度； J0金屬導(dǎo)體表面電渦流密度，金屬導(dǎo)體表面電渦流密度，(電渦流密度最大值電渦流密度最大值) h電渦流軸向貫穿的深度電渦流軸向貫穿的深度,（趨膚深度）。（趨膚深度）。第14頁/共50頁第十五頁，共50頁。電渦流密度軸向分布電渦流密度軸向分布(fnb)(fnb)曲線

16、曲線 如圖所示為電渦流密度如圖所示為電渦流密度軸向分布曲線，可知，電軸向分布曲線，可知，電渦流密度主要分布在表面渦流密度主要分布在表面附近。附近。 由前面分析可知，被測(cè)由前面分析可知，被測(cè)體電阻率愈大，相對(duì)導(dǎo)磁體電阻率愈大，相對(duì)導(dǎo)磁率愈小，以及傳感器線圈率愈小，以及傳感器線圈(xinqun)的激磁電流頻的激磁電流頻率愈低，則電渦流貫穿深率愈低，則電渦流貫穿深度度h 愈大。故透射式電渦愈大。故透射式電渦流傳感器一般都采用低頻流傳感器一般都采用低頻激勵(lì)。激勵(lì)。 第15頁/共50頁第十六頁，共50頁。交變交變(jio bin)磁場(chǎng)磁場(chǎng)第二節(jié)第二節(jié) 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)電渦流傳感器結(jié)構(gòu)(jigu)(jig

17、u)及特性及特性1 1、電渦流探頭、電渦流探頭(tn tu)(tn tu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)電渦流探頭外形電渦流探頭外形11電渦流線圈電渦流線圈 22探頭殼體探頭殼體 33殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 44印制線路板印制線路板 55夾持螺母夾持螺母 66電源指示燈電源指示燈77閾值指示燈閾值指示燈 88輸出屏蔽電纜線輸出屏蔽電纜線 99電纜插頭電纜插頭第16頁/共50頁第十七頁，共50頁。CZF-1CZF-1系列系列(xli)(xli)傳感器的性能傳感器的性能分析上表可得出結(jié)論：分析上表可得出結(jié)論： 探頭探頭(tn tu)(tn tu)直徑越大，測(cè)量范圍越大、分辨力越差、靈敏度直徑越大，測(cè)量

18、范圍越大、分辨力越差、靈敏度越低。越低。2 2、被測(cè)材料、被測(cè)材料(cilio)(cilio)、形狀和體積對(duì)靈敏度的影響、形狀和體積對(duì)靈敏度的影響電阻率、磁導(dǎo)率：電阻率、磁導(dǎo)率：非磁性材料，電阻率低，靈敏度高；非磁性材料，電阻率低，靈敏度高； 磁性材料，除電阻率外，還受磁導(dǎo)率的影響。磁性材料，除電阻率外，還受磁導(dǎo)率的影響。形狀、體積大?。盒螤睢Ⅲw積大?。罕P狀，要求被測(cè)對(duì)象直徑盤狀，要求被測(cè)對(duì)象直徑2倍探頭線圈直徑；倍探頭線圈直徑； 柱狀，要求被測(cè)圓柱直徑柱狀，要求被測(cè)圓柱直徑4倍探頭線圈直徑。倍探頭線圈直徑。第17頁/共50頁第十八頁，共50頁。大直徑大直徑(zhjng)電渦流探雷器電渦流探雷

19、器第18頁/共50頁第十九頁，共50頁。2022-4-1420電渦流電渦流(wli)的應(yīng)用的應(yīng)用干凈干凈(gnjng)、高效、高效的電磁爐的電磁爐 高頻電流高頻電流(dinli)(dinli)通過勵(lì)通過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。食物。線圈線圈電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理第19頁/共50頁第二十頁，共50頁。 石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz-1MHz)用于激勵(lì)電用于激勵(lì)電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中

20、產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓渦流線圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電(fng din)路，最終輸出的直流電壓路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的影響反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的影響(例如兩者之間的距離等參數(shù)例如兩者之間的距離等參數(shù))。第三節(jié)第三節(jié) 測(cè)量測(cè)量(cling)(cling)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路第20頁/共50頁第二十一頁，共50頁。部分常用材料部分常用材料(cilio)對(duì)振蕩器振幅的衰減系數(shù)對(duì)振蕩器振幅的衰減系數(shù) 人的手、泥土或裝滿人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯能對(duì)振蕩器的水的玻璃杯能對(duì)振蕩

21、器的振幅產(chǎn)生振幅產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)明顯明顯的衰減嗎？為什么？的衰減嗎？為什么？二、調(diào)頻二、調(diào)頻(dio pn)(dio pn)（FMFM）式電路）式電路第21頁/共50頁第二十二頁，共50頁。 當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x 改變時(shí)，電渦流線圈的改變時(shí)，電渦流線圈的電感量電感量L也隨之改變，引起也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出頻率變化，振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量(cling)。如果要用模擬儀。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電轉(zhuǎn)換為電壓壓

22、Uo。 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路(hul)的諧振頻率的諧振頻率: 設(shè)電渦流設(shè)電渦流(wli)線圈的電感量線圈的電感量L=0.8mH，微調(diào)電容，微調(diào)電容C0=200pF，求振蕩器的頻率，求振蕩器的頻率f 。第22頁/共50頁第二十三頁，共50頁。鑒輸出鑒輸出(shch)電壓與輸入頻率電壓與輸入頻率成正比成正比鑒頻器特性鑒頻器特性(txng)使用鑒頻器可以將使用鑒頻器可以將f 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電壓為電壓Uo 設(shè)電路參數(shù)如上圖，計(jì)算電渦流線圈未接近金屬時(shí)的鑒頻設(shè)電路參數(shù)如上圖，計(jì)算電渦流線圈未接近金屬時(shí)的鑒頻器輸出電壓器輸出電壓Uo；若電渦流線圈靠近金屬后，電渦流探頭的；若電渦流線圈靠近

23、金屬后，電渦流探頭的輸出頻率輸出頻率f上升為上升為500kHz， f為多少？輸出電壓為多少？輸出電壓Uo又為多又為多少？少？第23頁/共50頁第二十四頁，共50頁。 電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬電壓的電子器件。接電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬電壓的電子器件。接通電源后，在電渦流探頭通電源后，在電渦流探頭(tn tu)(tn tu)的有效面（感應(yīng)工作面）將的有效面（感應(yīng)工作面）將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬表面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬表面將吸取電渦流探頭吸取電渦流探頭(tn tu)(tn tu)中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出中的高頻振蕩能量，

24、使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的變化，可地計(jì)算出與被檢物體幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的變化，可地計(jì)算出與被檢物體的距離、振動(dòng)等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測(cè)量，工作的距離、振動(dòng)等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測(cè)量，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長(zhǎng)，可在各種惡劣條時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長(zhǎng)，可在各種惡劣條件下使用。件下使用。第四節(jié)第四節(jié) 電渦流電渦流(wli)(wli)傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用第24頁/共50頁第二十五頁，共50頁。1、位移、位移(wiy)測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x位移測(cè)量：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動(dòng)位移測(cè)量：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、

25、移動(dòng)(ydng)(ydng)、圓、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等。來自不同應(yīng)用領(lǐng)域的許多量都可歸度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等。來自不同應(yīng)用領(lǐng)域的許多量都可歸結(jié)為位移或間隙變化。結(jié)為位移或間隙變化。電流電流(di(dinlinli) )型型電渦電渦流位流位移傳移傳感器感器V系列齊平系列齊平式傳感器式傳感器安裝時(shí)可安裝時(shí)可以不高出以不高出安裝面，安裝面，不易被損不易被損害。害。第25頁/共50頁第二十六頁，共50頁。V V系列電渦流系列電渦流(wli)(wli)位移傳感器性能一覽表位移傳感器性能一覽表 V V系列電渦流系列電渦流(wli)(wli)位移傳感器機(jī)械圖位移傳感器機(jī)械圖 該型號(hào)位移傳

26、感器同時(shí)具備兩種動(dòng)作輸出狀態(tài)，用戶該型號(hào)位移傳感器同時(shí)具備兩種動(dòng)作輸出狀態(tài)，用戶可選擇從高電壓向低電壓轉(zhuǎn)變和從低電壓向高電壓轉(zhuǎn)變兩可選擇從高電壓向低電壓轉(zhuǎn)變和從低電壓向高電壓轉(zhuǎn)變兩種方式，分別種方式，分別(fnbi)(fnbi)稱為稱為NPNNPN和和PNPPNP輸出模式，俗稱為常輸出模式，俗稱為常開輸出或常閉輸出模式。開輸出或常閉輸出模式。第26頁/共50頁第二十七頁，共50頁。 電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響，例如金屬材料的厚度電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響，例如金屬材料的厚度、尺寸、形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、表面因素、距離等。只要固定其、尺寸、形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、表面因素、距離等。

27、只要固定其他因素就可以用電渦流傳感器來測(cè)量剩下的一個(gè)他因素就可以用電渦流傳感器來測(cè)量剩下的一個(gè)(y )(y )因素。因此因素。因此電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。但也同時(shí)帶來許多不確定因素電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。但也同時(shí)帶來許多不確定因素，一個(gè)，一個(gè)(y )(y )或幾個(gè)因素的微小變化就足以影響測(cè)量結(jié)果。所以電或幾個(gè)因素的微小變化就足以影響測(cè)量結(jié)果。所以電渦流傳感器多用于定性測(cè)量。渦流傳感器多用于定性測(cè)量。位移傳感器的分類位移傳感器的分類第27頁/共50頁第二十八頁，共50頁。2、偏心、偏心(pinxn)和振動(dòng)檢測(cè)和振動(dòng)檢測(cè)通通過過測(cè)測(cè)量量間間隙隙來來測(cè)測(cè)量量徑徑向向(jn xin)跳

28、跳動(dòng)動(dòng)3、測(cè)量彎曲、測(cè)量彎曲(wnq)、變形、變形對(duì)橋梁對(duì)橋梁、絲桿、絲桿等機(jī)械等機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)振動(dòng)測(cè)量，須量，須使用多使用多個(gè)傳感個(gè)傳感器。器。第28頁/共50頁第二十九頁，共50頁。4、金屬、金屬(jnsh)薄膜、板材厚度的測(cè)量薄膜、板材厚度的測(cè)量A A、 低頻低頻透射透射式渦式渦流流(wl(wli)i)厚度厚度傳感傳感器器 B B、 高頻高頻反射反射式渦式渦流厚流厚度傳度傳感器感器 第29頁/共50頁第三十頁，共50頁。5、測(cè)量、測(cè)量(cling)尺寸、公差及零件識(shí)別尺寸、公差及零件識(shí)別測(cè)量間隙來測(cè)定測(cè)量間隙來測(cè)定(cdng)熱膨脹引起的上下熱膨脹引起的上下平移平移測(cè)量封口機(jī)工作

29、測(cè)量封口機(jī)工作(gngzu)間隙間隙間間隙隙越越大，大，電電渦渦流流越越小小測(cè)量注塑機(jī)開合模的間隙測(cè)量注塑機(jī)開合模的間隙第30頁/共50頁第三十一頁，共50頁。位移的標(biāo)定位移的標(biāo)定(bio dn)方法方法 使用千分尺，逐一使用千分尺，逐一(zhy)(zhy)對(duì)照測(cè)量電路的輸出電壓及數(shù)顯對(duì)照測(cè)量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù)，列出對(duì)照表，存入計(jì)算表讀數(shù)，列出對(duì)照表，存入計(jì)算機(jī)，從而達(dá)到線性化的目的。機(jī)，從而達(dá)到線性化的目的。電渦流位移電渦流位移(wiy)傳感器的距離與輸出電壓特傳感器的距離與輸出電壓特性曲線性曲線1.1.量程為量程為10mm10mm 2.2.量程為量程為16mm16mm 3.3.量程

30、為量程為20mm20mm第31頁/共50頁第三十二頁，共50頁。二、振動(dòng)二、振動(dòng)(zhndng)測(cè)量測(cè)量用電渦流探頭、調(diào)幅用電渦流探頭、調(diào)幅(dio f)法測(cè)法測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，探頭的輸出波形量簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，探頭的輸出波形。調(diào)頻調(diào)頻法測(cè)法測(cè)量量(cling)振振動(dòng)的動(dòng)的波形波形汽輪機(jī)葉片測(cè)試汽輪機(jī)葉片測(cè)試測(cè)量懸臂梁的測(cè)量懸臂梁的振幅及頻率振幅及頻率第32頁/共50頁第三十三頁，共50頁。三、轉(zhuǎn)速三、轉(zhuǎn)速(zhun s)測(cè)量測(cè)量 若轉(zhuǎn)軸上開若轉(zhuǎn)軸上開z z個(gè)槽個(gè)槽( (或齒或齒) )，頻率計(jì)的讀數(shù)為，頻率計(jì)的讀數(shù)為f(f(單位單位(dnwi)(dnwi)為為Hz)Hz)，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n

31、(n(單位單位(dnwi)(dnwi)為為r/min)r/min)的計(jì)算公式為的計(jì)算公式為: :各種測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器及各種測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對(duì)其與齒輪的相對(duì)(xingdu)位置位置第33頁/共50頁第三十四頁，共50頁。齒輪齒輪(chln)轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量例例:下圖中，設(shè)齒數(shù)下圖中，設(shè)齒數(shù)z =48，測(cè)，測(cè)得頻率得頻率f=120Hz，求該齒輪，求該齒輪(chln)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速n。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(zhun s)測(cè)量測(cè)量第34頁/共50頁第三十五頁，共50頁。四、鍍層厚度四、鍍層厚度(hud)測(cè)量測(cè)量 由于存在集膚效應(yīng)，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測(cè)量前，由于存在集膚效應(yīng)，鍍層或

32、箔層越薄，電渦流越小。測(cè)量前，可先用電渦流測(cè)厚儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出可先用電渦流測(cè)厚儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出“厚度厚度- -輸出輸出”電壓的標(biāo)定曲線電壓的標(biāo)定曲線(qxin)(qxin)，以便測(cè)量時(shí)對(duì)照。，以便測(cè)量時(shí)對(duì)照。電渦流電渦流(wli)涂層厚度涂層厚度儀原理儀原理測(cè)量金屬鍍測(cè)量金屬鍍層或絕緣層層或絕緣層厚度的計(jì)算厚度的計(jì)算方法有何區(qū)方法有何區(qū)別？別？第35頁/共50頁第三十六頁，共50頁。五、電渦流五、電渦流(wli)式通道安全檢查門式通道安全檢查門 安檢門的內(nèi)部設(shè)安檢門的內(nèi)部設(shè)置有許多發(fā)射線圈和置有許多發(fā)射線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過時(shí)，交變磁物體通過

33、時(shí)，交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流表面產(chǎn)生電渦流(wli)(wli)，會(huì)在接收線，會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電壓。計(jì)圈中感應(yīng)出電壓。計(jì)算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金大小、相位來判定金屬物體的大小。在安屬物體的大小。在安檢門的側(cè)面還安裝一檢門的側(cè)面還安裝一臺(tái)臺(tái)“軟軟x x光光”掃描儀，掃描儀，它對(duì)人體、膠卷無害它對(duì)人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，用軟件處理的方法，可合成完整的光學(xué)，可合成完整的光學(xué)圖像。圖像。當(dāng)有金屬物體當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時(shí)穿越安檢門時(shí)報(bào)警報(bào)警安檢門演示安檢門演示(ynsh)第36頁/共50頁第三十七頁，共50頁。油管探傷油管探傷

34、(tn shng)六、電渦流表面六、電渦流表面(biomin)探傷探傷手持式裂紋手持式裂紋(li wn)測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)x 滾子渦滾子渦流探傷機(jī)流探傷機(jī)是由計(jì)算是由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)控制的軸承滾子軸承滾子表面微裂表面微裂紋探傷的紋探傷的專用設(shè)備專用設(shè)備，可探出，可探出深深30m30m的表的表面微小裂紋面微小裂紋。手提式探傷儀外形手提式探傷儀外形第37頁/共50頁第三十八頁，共50頁。掌上掌上(zhn shn)型電型電渦流探傷儀渦流探傷儀用掌上型電渦流用掌上型電渦流(wli)探傷儀檢測(cè)飛機(jī)裂紋探傷儀檢測(cè)飛機(jī)裂紋臺(tái)式電渦流臺(tái)式電渦流(wli)探傷儀探傷儀花瓣阻抗圖花瓣阻抗圖第38頁/共50頁第三十九頁，共5

35、0頁。第五節(jié)第五節(jié) 接近開關(guān)接近開關(guān)(kigun)(kigun)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)。它能在一定的距離（幾毫接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測(cè)有無物體米至幾十毫米）內(nèi)檢測(cè)有無物體(wt)(wt)靠近。當(dāng)物體靠近。當(dāng)物體(wt)(wt)與與其接近到設(shè)定距離時(shí)，就可以發(fā)出其接近到設(shè)定距離時(shí)，就可以發(fā)出“動(dòng)作動(dòng)作”信號(hào)（常開信號(hào)（常開閉合閉合；常閉；常閉斷開）。斷開）。 接近開關(guān)的核心接近開關(guān)的核心(hxn)(hxn)部分是部分是“感辨頭感辨頭”，它對(duì)正，它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨能力。在接近的物體有很高的感辨能力。接近開關(guān)外形接近開關(guān)外形第3

36、9頁/共50頁第四十頁，共50頁。一、常用一、常用(chn yn)的接近開關(guān)分類的接近開關(guān)分類 常用的接近開關(guān)有電渦流式常用的接近開關(guān)有電渦流式( (俗稱電感俗稱電感(din n)(din n)接近開關(guān)接近開關(guān)) )、電容式、磁性干簧開關(guān)、霍爾式、光電式、電容式、磁性干簧開關(guān)、霍爾式、光電式、微波式、超聲波式等。、微波式、超聲波式等。二、接近二、接近(jijn)開關(guān)的特點(diǎn)開關(guān)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)是：接近開關(guān)與被測(cè)物不接觸、不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨接近開關(guān)與被測(cè)物不接觸、不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷、工作壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、無觸點(diǎn)、無火花、損和疲勞損傷、工作壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、無觸點(diǎn)、無火花、無噪聲、防潮、防塵、防

37、爆性能較好、輸出信號(hào)負(fù)載能力無噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、輸出信號(hào)負(fù)載能力強(qiáng)、體積小、安裝、調(diào)整方便強(qiáng)、體積小、安裝、調(diào)整方便. . 缺點(diǎn)是：缺點(diǎn)是：觸點(diǎn)容量較小、輸出短路時(shí)易燒毀。觸點(diǎn)容量較小、輸出短路時(shí)易燒毀。三、接近開關(guān)的主要性能指標(biāo)三、接近開關(guān)的主要性能指標(biāo)額定動(dòng)作距離額定動(dòng)作距離：額定條件下：額定條件下 工作距離工作距離：設(shè)定值：設(shè)定值動(dòng)作滯差動(dòng)作滯差：動(dòng)作距離：動(dòng)作距離- -復(fù)位距離復(fù)位距離 動(dòng)作頻率動(dòng)作頻率：響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度：重復(fù)測(cè)量間距：重復(fù)測(cè)量間距第40頁/共50頁第四十一頁，共50頁。四、電渦流接近開關(guān)四、電渦流接近開關(guān)(電感電感(din n)

38、接近開關(guān)接近開關(guān))的工作原理的工作原理 電渦流式接近開關(guān)俗稱電感接近開關(guān)，屬于一種開關(guān)量電渦流式接近開關(guān)俗稱電感接近開關(guān)，屬于一種開關(guān)量輸出的位置傳感器。它由輸出的位置傳感器。它由LCLC高頻振蕩器和放大處理電路組成高頻振蕩器和放大處理電路組成。 利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生交變利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生交變(jio bin)(jio bin)電磁電磁場(chǎng)的振蕩感辨頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用場(chǎng)的振蕩感辨頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，

39、進(jìn)而控制開關(guān)的通生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電性能良好的或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電性能良好的金屬物體。金屬物體。原原理理(yunl)框框圖圖第41頁/共50頁第四十二頁，共50頁。距離一般等于額定動(dòng)作距離，以距離一般等于額定動(dòng)作距離，以保證工作可靠。安裝后還須通過保證工作可靠。安裝后還須通過調(diào)試，然后緊固。調(diào)試，然后緊固。3.3.復(fù)位距離：接近復(fù)位距離：接近(jijn)(jijn)開關(guān)動(dòng)開關(guān)動(dòng)作后，又再次復(fù)位時(shí)的與被測(cè)物作后，又再次復(fù)位時(shí)的與被測(cè)物的距離，它略大于動(dòng)作距離。的距離，它略大于動(dòng)作距離。4.4.回差值回

40、差值: : 動(dòng)作距離與復(fù)位距離之動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值?；夭钪翟酱?，對(duì)外間的絕對(duì)值?；夭钪翟酱?，對(duì)外界的干擾以及被測(cè)物的抖動(dòng)等的界的干擾以及被測(cè)物的抖動(dòng)等的抗干擾能力就越強(qiáng)?？垢蓴_能力就越強(qiáng)。五、接近開關(guān)五、接近開關(guān)(kigun)的術(shù)語的術(shù)語第42頁/共50頁第四十三頁，共50頁。否則將降低靈敏度。否則將降低靈敏度。7 7、響應(yīng)頻率、響應(yīng)頻率f f：按規(guī)定，在：按規(guī)定，在1 1秒的時(shí)秒的時(shí)間間隔內(nèi)，接近開關(guān)動(dòng)作循環(huán)的間間隔內(nèi)，接近開關(guān)動(dòng)作循環(huán)的最大次數(shù)，重復(fù)頻率大于該值時(shí)，最大次數(shù)，重復(fù)頻率大于該值時(shí)，接近開關(guān)無反應(yīng)。接近開關(guān)無反應(yīng)。8 8、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間t t：接近開關(guān)檢測(cè)到物：

41、接近開關(guān)檢測(cè)到物體時(shí)刻到接近開關(guān)出現(xiàn)電平狀態(tài)體時(shí)刻到接近開關(guān)出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差?？捎霉綋Q算：翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差?？捎霉綋Q算： t =1/f t =1/f第43頁/共50頁第四十四頁，共50頁。1010、輸出形式：常用的輸出方式、輸出形式：常用的輸出方式 NPN NPN二線，二線，NPNNPN三線，三線，NPNNPN四線，四線，PNPPNP二線，二線，PNPPNP三線，三線， PNP PNP四線，四線，DCDC二線，二線，ACAC二線，二線，ACAC五線（帶繼五線（帶繼電器）等。電器）等。讀者可查閱以下有關(guān)資料。讀者可查閱以下有關(guān)資料。1111、導(dǎo)通壓降：接近開關(guān)在導(dǎo)通狀、導(dǎo)通壓降：接近開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)內(nèi)部的輸出三極管集態(tài)時(shí)，開關(guān)內(nèi)部的輸出三極管集電極與發(fā)射極之間的電壓降。一電極與發(fā)射極之間的電壓降。一般情況下，導(dǎo)通壓降約為般情況下，導(dǎo)通壓降約為0.3V0.3V。第44頁/共50頁第四十五頁