1、第四章 電渦流傳感器 本章學習電渦流傳感器的原理及應用，并涉及接近開關(guān)的原理、結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)及應用。8/21/20221第一節(jié) 電渦流傳感器工作原理 電渦流效應演示 當電渦流線圈與金屬板的距離x 減小時，電渦流線圈的等效電感L 減小，等效電阻R 增大，流過電渦流線圈的電流 i1 增大。 8/21/20222電渦流的應用 在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？梢杂龅?干凈、高效的 電磁爐8/21/20223集膚效應 頻率f越高，電渦流的滲透的深度就越淺，集膚效應越嚴重。 電渦流傳感器工作原理:當高頻（100kHz2MHz）信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導體附近的電感線圈L1時，被測導體表面就產(chǎn)生電渦流i

2、2。i2在金屬導體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導體的表面，這稱為集膚效應。 8/21/20224二、等效阻抗分析 檢測深度與激勵源頻率有何關(guān)系？ 電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)表達式為： Z=R+jL=f（f、r、x）式中的r為表面因子。 如果控制上式中的f、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為哪個變量的單值函數(shù)？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？ 8/21/20225等效阻抗與非電量的測量 檢測深度的控制：由于存在集膚效應，電渦流只能檢測導體表面的各種物理參數(shù)。改變f，可控制檢測深度。激勵源頻率一般設(shè)定在100kHz1MHz。頻率越低，檢測深度越深。 間距x的測量：如果控

3、制上式中的f、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸位移傳感器。 其他用途：如果控制x、f不變，就可以用來檢測與表面電導率有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導率有關(guān)的磁性材料型號、表面硬度等參數(shù)。 8/21/20226電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈8/21/20227電磁爐的工作原理 高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底發(fā)熱，燒開鍋 內(nèi) 食 物。8/21/20228第二節(jié) 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)及特性 電渦流探頭外形交變磁場8/21/20229電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1電渦流線圈 2探頭殼體 3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 4印制線路板 5

4、夾持螺母 6電源指示燈 7閾值指示燈 8輸出屏蔽電纜線 9電纜插頭 8/21/202210CZF-1系列傳感器的性能 分析上表請得出結(jié)論： 探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？ 8/21/202211大直徑電渦流探雷器 8/21/202212第三節(jié) 測量轉(zhuǎn)換電路 一、調(diào)幅式（AM）電路 石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz2MHz）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈兩端電壓的衰減，輸出電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的距離。8/21/202213部分常用材料對振蕩器振幅的衰減系數(shù) 人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯能對振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？

5、為什么？8/21/202214二、調(diào)頻（FM）式電路(100kHz1MHz） 當電渦流線圈與被測體的距離x 改變時，電渦流線圈的電感量L 也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出頻率變化。如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。 8/21/202215并聯(lián)諧振回路的諧振頻率 設(shè)電渦流線圈的電感量L=0.8mH，微調(diào)電容C0=200pF，求振蕩器的頻率f 。（1pF1012F）8/21/202216鑒頻器在調(diào)頻式電路中的應用 設(shè)電路參數(shù)如上頁，計算電渦流線圈未接近金屬時的鑒頻器輸出電壓Uo0 ；若電渦流線圈靠近金屬后，電渦流探頭的輸出頻率f 上升為500kHz，f 為多

6、少？輸出電壓Uo為多少伏？8/21/202217第四節(jié) 電渦流傳感器的應用 一、位移測量 電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬量的電子器件。當金屬物體接近此感應面時，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的變化或振蕩頻率的變化，可地計算出與被檢物體的距離、振動等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測量，工作時不受灰塵等因素的影響，可在各種惡劣條件下使用。8/21/202218位移測量儀 位移測量包含： 偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等。 來自不同應用領(lǐng)域的許多量都可歸結(jié)為位移或間隙變化。數(shù)顯位移測量儀及探頭8/21/2

7、02219420mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）8/21/202220齊平式電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料） 齊平式傳感器安裝時可以不高出安裝面，不易被損害。8/21/202221V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關(guān)廠資料）齊平式8/21/202222電渦流位移傳感器的應用 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、電導率、磁導率、表面因素、距離等，因此電渦流傳感器的應用領(lǐng)域十分廣泛，但也同時帶來許多不確定因素，一個或幾個因素的微小變化就足以影響測量結(jié)果。所以電渦流傳感器多用于定性測量。 在用作 定 量 測量時，必須采用逐點標定

8、、計算機線性糾正、溫度補補償?shù)却胧?8/21/202223位移傳感器的分類8/21/202224 偏心和振動檢測8/21/202225通過測量間隙來測量徑向跳動8/21/202226測量彎曲、波動、變形 對橋梁、絲桿等機械結(jié)構(gòu)的振動測量，須使用多個傳感器。8/21/202227測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀 測量冷軋板厚度導向輥的材料可以用金屬制作嗎？8/21/202228測量尺寸、公差及零件識別 通過測量間隙來測定 熱膨脹引起的上下平移8/21/202229測量封口機工作間隙間隙越大，電渦流越小8/21/202230測量注塑機開合模的間隙間距8/21/202231位移的標定方法 使用千

9、分尺，逐一對照測量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù)，列出對照表，存入計算機，從而達到線性化的目的。8/21/202232電渦流位移傳感器的距離與輸出電壓特性曲線1、2、3 的量程和線性范圍各為多少mm？8/21/202233二、振動測量 用電渦流探頭、調(diào)幅法測量簡諧振動時，探頭的輸出波形。8/21/202234調(diào)頻法測量振動的波形8/21/202235振動測量 汽輪機葉片測試 測量懸臂梁的振幅及頻率8/21/202236電渦流探頭接到圖4-4所示的調(diào)幅測量 葉片振動的幅度Xm為多少mm？葉片振動的周期T及頻率f為多少 8/21/202237三、轉(zhuǎn)速測量 若轉(zhuǎn)軸上開z 個槽(或齒)，頻率計的讀數(shù)為f（

10、單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計算公式為 8/21/202238各種測量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對位置8/21/202239齒輪轉(zhuǎn)速測量 例： 下圖中，設(shè)齒數(shù)z =48，測得頻率 f=120Hz，求該齒輪的轉(zhuǎn)速n 。8/21/202240電動機轉(zhuǎn)速測量8/21/202241四、鍍層厚度測量 由于存在集膚效應，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可先用電渦流測厚儀對標準厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標定曲線，以便測量時對照。 8/21/202242電渦流涂層厚度儀 8/21/202243電渦流涂層厚度儀原理8/21/202244測量金屬鍍層或絕緣層厚度 測量金屬鍍

11、層或絕緣層厚度的計算方法有何區(qū)別？8/21/202245五、電渦流式通道安全檢查門 安檢門的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線圈和接收線圈。當有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據(jù)感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。8/21/202246安檢門演示當有金屬物體穿越安檢門時報警在安檢門的側(cè)面還安裝一臺“軟x光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合成完整的光學圖像。 8/21/202247六、電渦流表面探傷 手持式裂紋測量儀油管探傷8/21/202248滾子渦流探傷機 滾子渦流探傷機是由計算機控制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用設(shè)備，可探出深

12、 30m的表面微小裂紋。（參考無錫市通達滾子有限公司資料）8/21/202249手提式探傷儀外形（參考廈門愛德華檢測設(shè)備有限公司資料）8/21/202250掌上型電渦流探傷儀8/21/202251用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋8/21/202252臺式電渦流探傷儀8/21/202253花瓣阻抗圖8/21/202254第五節(jié) 接近開關(guān)簡介 接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測有無物體靠近。當物體與其接近到設(shè)定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號。 接近開關(guān)的核心部分是“感辨頭”，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。 8/21/202255接近開關(guān)外形 8/21/20

13、2256接近開關(guān)外形 8/21/202257接近開關(guān)外形（續(xù)） 8/21/202258一、常用的接近開關(guān)分類 常用的接近開關(guān)有電渦流式（以下簡稱電感接近開關(guān)）、電容式、磁性干簧開關(guān)、霍爾式、光電式、微波式 、超聲波式等。 8/21/202259二、接近開關(guān)的特點 接近開關(guān)與被測物不接觸、不會產(chǎn)生機械磨損和疲勞損傷、工作壽命長、響應快、無觸點、無火花、無噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、體積小、安裝、調(diào)整方便； 缺點是 觸點容量較小、輸出短路時易燒毀。 8/21/202260三.接近開關(guān)的主要性能指標： 額定動作距離、工作距離、動作滯差、重復定位精度（重復性）、動作頻率等。 8/21/202261

14、四、電渦流接近開關(guān)（即：電感接近開關(guān)）的工作原理 電感接近開關(guān)由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，金屬物體在接近辨頭時，表面產(chǎn)生渦流。這個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)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導電性能良好的金屬物體。8/21/202262五、電渦流接近開關(guān)原理框圖8/21/202263六、常見接近開關(guān)的型號說明（摘自浙江洞頭開關(guān)廠資料）8/21/202264七、接近開關(guān)的術(shù)語解釋（1） 1.動作（檢測）距離: 被測體按一定方式移動時，從基準位置（接近開關(guān)的感應表面）到開關(guān)動作時測得的基準位置到檢測

15、面的空間距離的標稱值。 2.設(shè)定距離：指整定距離，一般為額定動作距離的0.8倍，以保證工作可靠。 3.復位距離：接近開關(guān)動作后，又再次復位時的與被測物的距離，它略大于動作距離。 4.回差值: 動作距離與復位距離之間的絕對值?；夭钪翟酱?，對外界的干擾以及被測物的抖動等的抗干擾能力就越強。8/21/202265接近開關(guān)的檢測距離與回差8/21/202266接近開關(guān)的術(shù)語解釋（2） 標準檢測體：可與現(xiàn)場被檢金屬作比較的標準金屬檢測體。標準檢測體通常為正方形的A3鋼，厚度為1mm，所采用的邊長是接近開關(guān)檢測面直徑的2.5倍。8/21/202267不同材料的金屬檢測物對電渦流接近開關(guān)動作距離的影響（以F

16、e為參考金屬） 對于非磁性材料，被測體的電導率越高，則靈敏度越高；被測體是磁性材料時，其磁導率將影響電渦流線圈的感抗，其磁滯損耗還將影響電渦流線圈的Q值。磁滯損耗大時，其靈敏度通常較高。8/21/202268接近開關(guān)的術(shù)語解釋（3） 接近開關(guān)的安裝方式：分齊平式和非齊平式。齊平式（又稱埋入型）的接近開關(guān)表面可與被安裝的金屬物件形成同一表面，不易被碰壞，但靈敏度較低；非齊平式（非埋入安裝型）的接近開關(guān)則需要把感應頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。8/21/202269接近開關(guān)的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝8/21/202270接近開關(guān)的術(shù)語解釋（4） 響應頻率f ：按規(guī)定，在1秒的時間間隔內(nèi)，

17、 接近開關(guān)動作循環(huán)的最大次數(shù)，重復頻率大于該值時，接近開關(guān)無反應。 響應時間t ：接近開關(guān)檢測到物體時刻到接近開關(guān)出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時間之差?？捎霉綋Q算： t=1/ f8/21/202271響應頻率及響應時間示意圖8/21/202272接近開關(guān)的術(shù)語解釋（5） 輸出狀態(tài)：常開/常閉型接近開關(guān) 當無檢測物體時，對常開型接近開關(guān)而言，由于接近開關(guān)內(nèi)部的輸出三極管截止，所接的負載不工作（失電）；當檢測到物體時，內(nèi)部的輸出級三極管導通，負載得電工作。 對常閉型接近開關(guān)而言，當未檢測到物體時，三極管反而處于導通狀態(tài)，負載得電工作；反之則負載失電。8/21/202273接近開關(guān)的術(shù)語解釋（6） 常用的輸

18、出形式有： NPN二線， NPN三線， NPN四線， PNP二線， PNP三線， PNP四線， DC二線，AC二線， AC五線（帶繼電器）等幾種，讀者可查閱以下有關(guān)資料。8/21/202274輸出形式（14）負載負載藍藍藍藍8/21/202275輸出形式（58）負載負載負載8/21/202276 接近開關(guān)的術(shù)語解釋（7） 導通壓降：接近開關(guān)在導通狀態(tài)時，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。一般情況下，導通壓降約為0.3V。8/21/202277導通壓降0.3V8/21/202278接近開關(guān)的接線方法舉例以NPN、常開型為例來說明 接線方法 OUT端與GND端的壓降Uces約為0.3V，流過KA的電流IKA=（VCC-0. 3）/RKA。若IKA大于KA的額定吸合電流，則KA能夠可靠吸合。8/21/202279 請按接線圖將各元件正確地連接起來。8/21/2