1、第四章 電渦流傳感器,本章學(xué)習(xí)電渦流傳感器的原理及應(yīng)用，并涉及接近開關(guān)的原理、結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)及應(yīng)用。,2020/7/31,2,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(shí)，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。,電渦流的應(yīng)用 在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？梢杂龅?干凈、高效的 電磁爐,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）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L1時(shí)，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

2、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)。,二、等效阻抗分析,檢測深度與激勵(lì)源頻率有何關(guān)系？,電渦流線圈受電渦流影響時(shí)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(gè)變量的單值函數(shù)？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？,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(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(lì)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

3、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(hào)、表面硬度等參數(shù)。,電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈,電磁爐的工作原理,高頻電流通過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底發(fā)熱，燒開鍋 內(nèi) 食 物。,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,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,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

4、辨力之間有何關(guān)系？,2020/7/31,12,大直徑電渦流探雷器,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(lì)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(duì)電渦流線圈的距離。,部分常用材料對(duì)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(duì)振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？為什么？,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(shí)，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(shí)，必須使

5、用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。,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）,2020/7/31,17,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(jì)算電渦流線圈未接近金屬時(shí)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 為多少？輸出電壓Uo為多少伏？,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(shí)，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

6、頻率的變化，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量，工作時(shí)不受灰塵等因素的影響，可在各種惡劣條件下使用。,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(dòng)、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,2020/7/31,20,420mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）,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(shí)可以不高出安裝面，不易被損害。,2020/7/31,22,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,2020

7、/7/31,23,V系列電渦流位移傳感器性能一覽表（摘自洞頭開關(guān)廠資料）,2020/7/31,24,某V系列電渦流位移傳感器的機(jī)械圖,四線制電渦流位移傳感器的接線說明,有的位移傳感器同時(shí)具備兩種動(dòng)作輸出狀態(tài)，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，分別稱為NPN和PNP輸出模式，俗稱為常開輸出或常閉輸出模式。,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(shí)帶來許多不確定因素，一個(gè)或幾個(gè)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。

8、在用作 定 量 測量時(shí)，必須采用逐點(diǎn)標(biāo)定、計(jì)算機(jī)線性糾正、溫度補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧?2020/7/31,27,位移傳感器的分類,2020/7/31,28,偏心和振動(dòng)檢測,2020/7/31,29,通過測量間隙來測量徑向跳動(dòng),2020/7/31,30,測量彎曲、波動(dòng)、變形,對(duì)橋梁、絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測量，須使用多個(gè)傳感器。,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？,2020/7/31,32,測量尺寸、公差及零件識(shí)別,通過測量間隙來測定 熱膨脹引起的上下平移,2020/7/31,33,測量封口機(jī)工作間隙,間隙越大，電渦流越小,2020/7/31,34,測量注塑

9、機(jī)開合模的間隙,間距,位移的標(biāo)定方法,使用千分尺，逐一對(duì)照測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)算機(jī)，從而達(dá)到線性化的目的。,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？,二、振動(dòng)測量,用電渦流探頭、調(diào)幅法測量簡諧振動(dòng)時(shí)，探頭的輸出波形。,2020/7/31,38,調(diào)頻法測量振動(dòng)的波形,2020/7/31,39,振動(dòng)測量,汽輪機(jī)葉片測試,測量懸臂梁的振幅及頻率,2020/7/31,40,電渦流探頭接到圖4-4所示的調(diào)幅測量,葉片振動(dòng)的幅度Xm為多少mm？ 葉片振動(dòng)的周期T及頻率f為多少,2020/7/31,41,三、轉(zhuǎn)速測量,若轉(zhuǎn)軸上開z 個(gè)

10、槽(或齒)，頻率計(jì)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(jì)算公式為,2020/7/31,42,各種測量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對(duì)位置,2020/7/31,43,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 。,2020/7/31,44,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量,四、鍍層厚度測量,由于存在集膚效應(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(duì)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(shí)對(duì)照。,電渦流涂層厚度儀,2020/7/31,47,電渦流涂層厚度儀原理,2020/7/31,48,測量金屬鍍層或絕緣層厚

11、度,測量金屬鍍層或絕緣層厚度的計(jì)算方法有何區(qū)別？,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(dāng)有金屬物體通過時(shí)，交變磁場就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電壓，計(jì)算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。,2020/7/31,50,安檢門演示,當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時(shí)報(bào)警,在安檢門的側(cè)面還安裝一臺(tái)“軟x光”掃描儀，它對(duì)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。,2020/7/31,51,六、電渦流表面探傷,手持式裂紋測量儀,油管探傷,滾子渦流探傷機(jī),滾子渦流探傷機(jī)是由計(jì)算機(jī)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

12、表面微小裂紋。,（參考無錫市通達(dá)滾子有限公司資料）,2020/7/31,53,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）,2020/7/31,54,掌上型電渦流探傷儀,2020/7/31,55,用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機(jī)裂紋,2020/7/31,56,臺(tái)式電渦流探傷儀,2020/7/31,57,花瓣阻抗圖,第五節(jié) 接近開關(guān)簡介,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(shí)，就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)。,接近開關(guān)的核心部分是“感辨頭”，它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨能力。,2020/7/31,59,接近開關(guān)外形,2020

13、/7/31,60,接近開關(guān)外形,2020/7/31,61,接近開關(guān)外形（續(xù)）,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。,二、接近開關(guān)的特點(diǎn),接近開關(guān)與被測物不接觸、不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷、工作壽命長、響應(yīng)快、無觸點(diǎn)、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(diǎn)是 觸點(diǎn)容量較小、輸出短路時(shí)易燒毀。,2020/7/31,64,三.接近開關(guān)的主要性能指標(biāo)：,額定動(dòng)作距離、工作距離、動(dòng)作滯差、重復(fù)定位精度（重復(fù)性）、動(dòng)作頻率等。,四、電渦流接近開關(guān)（即：電感接近開關(guān)）的工作原理

14、,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(shí)，表面產(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)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)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電性能良好的金屬物體。,2020/7/31,66,五、電渦流接近開關(guān)原理框圖,2020/7/31,67,六、常見接近開關(guān)的型號(hào)說明（摘自浙江洞頭開關(guān)廠資料）,七、接近開關(guān)的術(shù)語解釋（1）,1.動(dòng)作（檢測）距離: 被測體按一定方式移動(dòng)時(shí)，從基準(zhǔn)位置（接近開關(guān)的感應(yīng)表面）到開關(guān)動(dòng)作時(shí)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

15、額定動(dòng)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(dòng)作后，又再次復(fù)位時(shí)的與被測物的距離，它略大于動(dòng)作距離。 4.回差值: 動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值?；夭钪翟酱?，對(duì)外界的干擾以及被測物的抖動(dòng)等的抗干擾能力就越強(qiáng)。,2020/7/31,69,接近開關(guān)的檢測距離與回差,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。,不同材料的金屬檢測物對(duì)電渦流接近開關(guān)動(dòng)作距離的影響（以Fe為參考金屬）,對(duì)于非磁性材料，被測體的電導(dǎo)率越高，則靈敏度越高；被測體是磁性材料時(shí)，其磁

16、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(shí)，其靈敏度通常較高。,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。,2020/7/31,73,接近開關(guān)的安裝方式,齊平式安裝,非齊平式安裝,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(shí)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)，接近開關(guān)無反應(yīng)。 響應(yīng)時(shí)間t ：接近開關(guān)檢測到物體時(shí)刻到接近開關(guān)出現(xiàn)電

17、平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差?？捎霉綋Q算： t=1/ f,2020/7/31,75,響應(yīng)頻率及響應(yīng)時(shí)間示意圖,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(shí)，對(duì)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(shí)，內(nèi)部的輸出級(jí)三極管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。 對(duì)常閉型接近開關(guān)而言，當(dāng)未檢測到物體時(shí)，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。,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

18、閱以下有關(guān)資料。,2020/7/31,78,輸出形式（14）,負(fù)載,負(fù)載,藍(lán),藍(lán),藍(lán),藍(lán),2020/7/31,79,輸出形式（58）,負(fù)載,負(fù)載,負(fù)載,接近開關(guān)的術(shù)語解釋（7）,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0.3V。,2020/7/31,81,導(dǎo)通壓降,0.3V,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。,請按接線圖將各元件正確地連接起來。,接近開關(guān)使用注