1、2020/9/23,1,機(jī)械工業(yè)出版社中等職業(yè)教育電氣類(lèi)規(guī)劃教材 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)第四章多媒體課件200951 更新,2020/9/23,2,在這一章里，卡卡要給大家介紹電渦流傳感器的基本原理、特性和應(yīng)用，也集中講一講在工業(yè)技術(shù)里廣泛應(yīng)用的接近開(kāi)關(guān)。 電渦流傳感器主要用于金屬探測(cè)（安全檢測(cè)等）、微小位移和振動(dòng)測(cè)量，以及轉(zhuǎn)速、表面狀態(tài)等諸多與電渦流有關(guān)的參數(shù)，還可以用于無(wú)損探傷及接近開(kāi)關(guān)。 電渦流傳感器的最大特點(diǎn)是非接觸測(cè)量。,第四章 電渦流傳感器,2020/9/23,3,我們先來(lái)看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。取一只直徑為300mm左右的空心線(xiàn)圈，接到金屬探測(cè)器的高頻激勵(lì)電流輸出端。當(dāng)線(xiàn)圈接近一塊金屬，這時(shí)我們

2、會(huì)發(fā)現(xiàn)與檢測(cè)電路相連的耳機(jī)里的聲音音調(diào)變尖 。,小實(shí)驗(yàn),第一節(jié) 電渦流傳感器工作原理,2020/9/23,4,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(xiàn)圈與金屬板的距離x 減小時(shí)，電渦流線(xiàn)圈的等效電感L 減小，等效電阻R 增大，流過(guò)電渦流線(xiàn)圈的電流 i1 增大。,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,電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線(xiàn)圈,電磁爐的工作原理,高頻電流通過(guò)勵(lì)磁線(xiàn)圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦流，使鍋底發(fā)熱，燒開(kāi)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(chǎng),電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu),1電渦流線(xiàn)圈 2探頭殼體 3殼體上的位

3、置調(diào)節(jié)螺紋 4印制線(xiàn)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(xiàn) 9電纜插頭,CZF-1系列傳感器的性能,分析上表請(qǐng)得出結(jié)論： 探頭的直徑與測(cè)量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？,2020/9/23,11,大直徑電渦流探雷器,第三節(jié) 測(cè)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(xiàn)圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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

4、(100kHz1MHz）,當(dāng)電渦流線(xiàn)圈與被測(cè)體的距離x 改變時(shí)，電渦流線(xiàn)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,第四節(jié) 電渦流傳感器的應(yīng)用,一、位移測(cè)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(xiàn)性地衰減，根據(jù)衰減量的變化或振蕩頻率的變化，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(cè)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(cè)量?jī)x,位移測(cè)量包含：

5、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(lái)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(cè)量?jī)x及探頭,2020/9/23,18,420mA電渦流位移傳感器外形（參考德國(guó)圖爾克公司資料）,齊平式電渦流位移傳感器外形（參考德國(guó)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。,2020/9/23,20,V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開(kāi)關(guān)廠資料）,齊平式,2020/9/23,21,V系列電渦流位移傳感器性能一覽表（摘自洞頭開(kāi)關(guān)廠資料）,四線(xiàn)制電渦流位移傳感器的接線(xiàn)說(shuō)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

6、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(chēng)為NPN和PNP輸出模式，俗稱(chēng)為常開(kāi)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(xiàn)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(lái)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(cè)量結(jié)果。所以電渦流傳感器多用于定性測(cè)量。 在用作 定 量 測(cè)量時(shí)，必須采用逐點(diǎn)標(biāo)定、計(jì)算機(jī)線(xiàn)性糾正、溫度補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧?2020/9/23,24,介紹幾種常見(jiàn)位移傳感器,2020/9/23,25,利用電渦流測(cè)振儀測(cè)量葉片振動(dòng)如圖4-6c所示，輸出的振動(dòng)波形如圖4-7

7、所示，請(qǐng)分析與被測(cè)振動(dòng)有關(guān)的結(jié)果。 振動(dòng)的基波周期T約為2.5格10ms/格25ms； 振動(dòng)的基波頻率f約為1/T1/0.025s40Hz； 振動(dòng)的輸出電壓峰峰值UPP約為(2格40mV/格)80mV， 輸出電壓幅值UP約為40mV。 若測(cè)振儀的靈敏度為 0.5mm/mV，則振動(dòng)的振幅x 約為20mm。,2020/9/23,26,偏心和振動(dòng)檢測(cè),2020/9/23,27,通過(guò)測(cè)量間隙來(lái)測(cè)量徑向跳動(dòng),2020/9/23,28,測(cè)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(cè)量，須使用多個(gè)傳感器。,測(cè)量金屬薄膜、板材厚度電渦流測(cè)厚儀,測(cè)量冷軋板厚度,導(dǎo)向輥的材料可以用金屬制作嗎？,2020/9

8、/23,30,測(cè)量尺寸、公差及零件識(shí)別,通過(guò)測(cè)量間隙來(lái)測(cè)定 熱膨脹引起的上下平移,2020/9/23,31,測(cè)量封口機(jī)工作間隙,間隙越大，電渦流越小,2020/9/23,32,測(cè)量注塑機(jī)開(kāi)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(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)算機(jī)，從而達(dá)到線(xiàn)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(xiàn),位移傳感器1、2、3 的量程和線(xiàn)性范圍各為多少mm？,2020/9/23,35,二、轉(zhuǎn)速測(cè)量,若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z 個(gè)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,2020/9/23,36,齒輪轉(zhuǎn)速

9、測(cè)量,例： 下圖中，設(shè)齒數(shù)z =48，測(cè)得頻率 f=120Hz，請(qǐng)按上述公式該齒輪的轉(zhuǎn)速n 。,2020/9/23,37,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量,三、電渦流式通道安全檢查門(mén),安檢門(mén)的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈。當(dāng)有金屬物體通過(guò)時(shí)，交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會(huì)在接收線(xiàn)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(lái)判定金屬物體的大小。,2020/9/23,39,安檢門(mén)演示,當(dāng)有金屬物體穿越安檢門(mén)時(shí)報(bào)警,在安檢門(mén)的上中下中，安裝多個(gè)電渦流線(xiàn)圈，有金屬穿過(guò)時(shí)，對(duì)應(yīng)位置報(bào)警。還在一側(cè)安裝一臺(tái)“軟x光”掃描儀，它能顯示衣服里頭的物體形狀和密度，對(duì)人體、膠卷無(wú)害。,2020/9/23,40,四、電

10、渦流表面探傷,手持式裂紋測(cè)量?jī)x,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(zhuān)用設(shè)備，可探出深 30m的表面微小裂紋。,（參考無(wú)錫市通達(dá)滾子有限公司資料）,2020/9/23,42,手提式探傷儀外形（參考廈門(mén)愛(ài)德華檢測(cè)設(shè)備有限公司資料）,2020/9/23,43,掌上型電渦流探傷儀,2020/9/23,44,用掌上型電渦流探傷儀檢測(cè)飛機(jī)裂紋,2020/9/23,45,臺(tái)式電渦流探傷儀,2020/9/23,46,花瓣阻抗圖,第五節(jié) 接近開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介,接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)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(wú)物體靠近。當(dāng)物體進(jìn)入其設(shè)定距離范圍內(nèi)時(shí)，就

11、發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)，該信號(hào)屬于開(kāi)關(guān)信號(hào)（高電平或低電平）。 接近開(kāi)關(guān)能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器。多數(shù)接近開(kāi)關(guān)已將感辨頭和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路做在同一殼體內(nèi)，殼體上多帶有螺紋或安裝孔，以便于安裝和調(diào)整。 接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用已遠(yuǎn)超出行程開(kāi)關(guān)的行程控制和限位保護(hù)范疇。它可以用于高速計(jì)數(shù)、測(cè)速，確定金屬物體的存在和位置，測(cè)量物位等。,2020/9/23,48,接近開(kāi)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。在生物界，眼鏡蛇的尾部能感辨出人體發(fā)出的紅外線(xiàn)；而電渦流探頭能感辨金屬導(dǎo)體的靠近。應(yīng)變片、電位器之類(lèi)的傳感器無(wú)法用于接近開(kāi)關(guān)，因?yàn)樗鼈儗儆诮佑|式測(cè)量。,知 識(shí) 沙 龍,2020/9/23,49,接近

12、開(kāi)關(guān)外形,2020/9/23,50,接近開(kāi)關(guān)外形,2020/9/23,51,接近開(kāi)關(guān)外形（續(xù)）,一、常用的接近開(kāi)關(guān)分類(lèi),常用的接近開(kāi)關(guān)有電渦流式（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電感接近開(kāi)關(guān)）、電容式、磁性干簧開(kāi)關(guān)、霍爾式、光電式、微波式 、超聲波式等。,二、接近開(kāi)關(guān)的特點(diǎn),接近開(kāi)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(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)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。,2020/9/23,54,三.接近開(kāi)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(kāi)關(guān)（即：電感接

13、近開(kāi)關(guān)）的工作原理,電感接近開(kāi)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(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)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(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)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。,2020/9/23,56,五、電渦流接近開(kāi)關(guān)原理框圖,2020/9/23,57,六、常見(jiàn)接近開(kāi)關(guān)的型號(hào)說(shuō)明（摘自浙江洞頭開(kāi)關(guān)廠資料）,七、接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,1.動(dòng)作（檢測(cè)）距離: 被測(cè)體按一定方式移動(dòng)時(shí)，從基準(zhǔn)位置（接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)表面）到開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置到檢測(cè)面的空間距離的標(biāo)稱(chēng)值。 2.設(shè)定距離：

14、指整定距離，一般為額定動(dòng)作距離的0.8倍，以保證工作可靠。 3.復(fù)位距離：接近開(kāi)關(guān)動(dòng)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。 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(cè)物的抖動(dòng)等的抗干擾能力就越強(qiáng)。,2020/9/23,59,接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離與回差,接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體：可與現(xiàn)場(chǎng)被檢金屬作比較的標(biāo)準(zhǔn)金屬檢測(cè)體。標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體通常為正方形的A3鋼，厚度為1mm，所采用的邊長(zhǎng)是接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)面直徑的2.5倍。,不同材料的金屬檢測(cè)物對(duì)電渦流接近開(kāi)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(cè)體的電導(dǎo)率越高，則靈敏度越高；被測(cè)體

15、是磁性材料時(shí)，其磁導(dǎo)率將影響電渦流線(xiàn)圈的感抗，其磁滯損耗還將影響電渦流線(xiàn)圈的Q值。磁滯損耗大時(shí)，其靈敏度通常較高。,接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,接近開(kāi)關(guān)的安裝方式：分齊平式和非齊平式。齊平式（又稱(chēng)埋入型）的接近開(kāi)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(kāi)關(guān)則需要把感應(yīng)頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。,2020/9/23,63,接近開(kāi)關(guān)的安裝方式,齊平式安裝,非齊平式安裝,接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,響應(yīng)頻率f ：按規(guī)定，在1秒的時(shí)間間隔內(nèi)， 接近開(kāi)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(kāi)關(guān)無(wú)反應(yīng)。 響應(yīng)時(shí)間t ：接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物體時(shí)

16、刻到接近開(kāi)關(guān)出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差?？捎霉綋Q算： t=1/ f,2020/9/23,65,響應(yīng)頻率及響應(yīng)時(shí)間示意圖,接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,輸出狀態(tài)：常開(kāi)/常閉型接近開(kāi)關(guān) 當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí)，對(duì)常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)而言，由于接近開(kāi)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(cè)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(kāi)關(guān)而言，當(dāng)未檢測(cè)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(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,常用的輸出形式有： NPN二線(xiàn)， NPN三線(xiàn)， NPN四線(xiàn)， PNP二線(xiàn)， PNP三線(xiàn)， PNP四線(xiàn)， DC二線(xiàn)，AC二線(xiàn)， AC五線(xiàn)（帶繼電器

17、）等幾種，讀者可查閱以下有關(guān)資料。,2020/9/23,68,輸出形式（14）,負(fù)載,負(fù)載,藍(lán),藍(lán),藍(lán),藍(lán),2020/9/23,69,輸出形式（58）,負(fù)載,負(fù)載,負(fù)載,接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)?）,導(dǎo)通壓降：接近開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開(kāi)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。,2020/9/23,71,導(dǎo)通壓降,0.3V,接近開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)方法舉例,以NPN、常開(kāi)型為例來(lái)說(shuō)明 接線(xiàn)方法,OUT端與GND端的壓降Uces約為0.3V，流過(guò)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(qǐng)按接線(xiàn)圖將各元件正確地連接起來(lái)。,接近開(kāi)關(guān)使用注意事項(xiàng),1.請(qǐng)勿將電感接近開(kāi)關(guān)