1、傳感器課件-電渦流傳感器2022/8/311第1頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日第一節(jié) 電渦流傳感器工作原理 電渦流效應(yīng)演示 當(dāng)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。 2022/8/312第2頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電渦流的應(yīng)用 在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常可以遇到 干凈、高效的 電磁爐第3頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日集膚效應(yīng) 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。 電渦流傳感器工作原理:當(dāng)高頻（100kHz2MHz）

2、信號源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時，被測導(dǎo)體表面就產(chǎn)生電渦流i2。i2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)。 第4頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日二、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(dá)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？ 第5頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日等效阻抗與非電量的測量 檢測深度的

3、控制：由于存在集膚效應(yīng)，電渦流只能檢測導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率有關(guān)的磁性材料型號、表面硬度等參數(shù)。 第6頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈第7頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電磁爐的工作原理 高頻電流通過勵磁線圈

4、，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。第8頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日第二節(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第9頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電渦流探頭內(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 第10頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日CZF-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？ 第11頁，共81頁，2022年，

5、5月20日，21點37分，星期日大直徑電渦流探雷器 2022/8/3112第12頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日第三節(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。第13頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日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？為什么？第14頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星

6、期日二、調(diào)頻（FM）式電路(100kHz1MHz） 當(dāng)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(jìn)行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。 第15頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日并聯(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）第16頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日鑒頻器在調(diào)頻式電路中的應(yīng)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

7、屬后，電渦流探頭的輸出頻率f 上升為500kHz，f 為多少？輸出電壓Uo為多少伏？2022/8/3117第17頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日第四節(jié) 電渦流傳感器的應(yīng)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(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)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。第18頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日位移測量儀 位移測量包含

8、： 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(yīng)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第19頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日420mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）2022/8/3120第20頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日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。第21頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日V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2022/8/31

9、22第22頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電渦流位移傳感器的應(yīng)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(dǎo)率、磁導(dǎo)率、表面因素、距離等，因此電渦流傳感器的應(yīng)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(biāo)定、計算機線性糾正、溫度補補償?shù)却胧?第23頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日位移傳感器的分類2022/8/3124第24頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日 偏心和振動檢測20

10、22/8/3125第25頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日通過測量間隙來測量徑向跳動2022/8/3126第26頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日測量彎曲、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。2022/8/3127第27頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀 測量冷軋板厚度導(dǎo)向輥的材料可以用金屬制作嗎？第28頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日測量尺寸、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2022/8/3129第29頁，共8

11、1頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日測量封口機工作間隙間隙越大，電渦流越小2022/8/3130第30頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日測量注塑機開合模的間隙間距2022/8/3131第31頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日位移的標(biāo)定方法 使用千分尺，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(dá)到線性化的目的。第32頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日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？第33頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37

12、分，星期日二、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。第34頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日調(diào)頻法測量振動的波形2022/8/3135第35頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日振動測量 汽輪機葉片測試 測量懸臂梁的振幅及頻率2022/8/3136第36頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電渦流探頭接到圖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 2022/8/3137第37頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日三、轉(zhuǎn)速測量 若轉(zhuǎn)軸上開z 個槽(

13、或齒)，頻率計的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計算公式為 2022/8/3138第38頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日各種測量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對位置2022/8/3139第39頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日齒輪轉(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 。2022/8/3140第40頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電動機轉(zhuǎn)速測量2022/8/3141第41頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日四、鍍層厚度測量 由于

14、存在集膚效應(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標(biāo)定曲線，以便測量時對照。 第42頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電渦流涂層厚度儀 第43頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日電渦流涂層厚度儀原理2022/8/3144第44頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日測量金屬鍍層或絕緣層厚度 測量金屬鍍層或絕緣層厚度的計算方法有何區(qū)別？2022/8/3145第45頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日五、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

15、線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應(yīng)出電壓，計算機根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。第46頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日安檢門演示當(dāng)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(xué)圖像。 2022/8/3147第47頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日六、電渦流表面探傷 手持式裂紋測量儀油管探傷2022/8/3148第48頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日滾子渦流探傷機 滾子渦流

16、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 30m的表面微小裂紋。（參考無錫市通達(dá)滾子有限公司資料）第49頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日手提式探傷儀外形（參考廈門愛德華檢測設(shè)備有限公司資料）2022/8/3150第50頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日掌上型電渦流探傷儀2022/8/3151第51頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋2022/8/3152第52頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日臺式電渦流探傷儀2022/8/3153第53頁，共8

17、1頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日花瓣阻抗圖2022/8/3154第54頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日第五節(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(dāng)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。 第55頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)外形 2022/8/3156第56頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)外形 2022/8/3157第57頁，共81頁，20

18、22年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)外形（續(xù)） 2022/8/3158第58頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日一、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。 第59頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日二、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(yīng)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。 第60頁，共81頁，2022年，5月20日，

19、21點37分，星期日三.接近開關(guān)的主要性能指標(biāo)： 額定動作距離、工作距離、動作滯差、重復(fù)定位精度（重復(fù)性）、動作頻率等。 2022/8/3161第61頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日四、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(jìn)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(dǎo)電性能良好的金屬物體。第62頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日五、電渦流接近

20、開關(guān)原理框圖2022/8/3163第63頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日六、常見接近開關(guān)的型號說明（摘自浙江洞頭開關(guān)廠資料）2022/8/3164第64頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日七、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(zhǔn)位置（接近開關(guān)的感應(yīng)表面）到開關(guān)動作時測得的基準(zhǔn)位置到檢測面的空間距離的標(biāo)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(fù)位距離：接近開關(guān)動作后，又再次復(fù)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(fù)位距離之間的絕對值

21、。回差值越大，對外界的干擾以及被測物的抖動等的抗干擾能力就越強。第65頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)的檢測距離與回差2022/8/3166第66頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)的術(shù)語解釋（2） 標(biāo)準(zhǔn)檢測體：可與現(xiàn)場被檢金屬作比較的標(biāo)準(zhǔn)金屬檢測體。標(biāo)準(zhǔn)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。第67頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日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Fe為參考金屬） 對于非磁性材料，被測體的電導(dǎo)率越高，則靈敏度越高；被測體是

22、磁性材料時，其磁導(dǎo)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。第68頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(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(yīng)頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。第69頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝2022/8/3170第70頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，

23、星期日接近開關(guān)的術(shù)語解釋（4） 響應(yīng)頻率f ：按規(guī)定，在1秒的時間間隔內(nèi)， 接近開關(guān)動作循環(huán)的最大次數(shù)，重復(fù)頻率大于該值時，接近開關(guān)無反應(yīng)。 響應(yīng)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/ f第71頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日響應(yīng)頻率及響應(yīng)時間示意圖2022/8/3172第72頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)的術(shù)語解釋（5） 輸出狀態(tài)：常開/常閉型接近開關(guān) 當(dāng)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(fù)載不工作（失電）；當(dāng)檢測到物體時，內(nèi)部的輸出級三極管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。 對常閉型接近開關(guān)而言，當(dāng)未檢測到物體時，三極管反而處于導(dǎo)通狀態(tài)，負(fù)載得電工作；反之則負(fù)載失電。第73頁，共81頁，2022年，5月20日，21點37分，星期日接近開關(guān)的術(shù)語解釋（6） 常用的輸出形式有： 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。第74頁，