傳感器課件-電渦流傳感器

傳感器課件--電渦流傳感器2023/6/161第一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六第一節(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。

2023/6/162第二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電渦流的應(yīng)用

——在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常可以遇到

干凈、高效的電磁爐第三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六集膚效應(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（100kHz～2MHz）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)。

第四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六二、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+jωL=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？

第五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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100kHz~1MHz。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(hào)、表面硬度等參數(shù)。

第六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈第七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電磁爐的工作原理

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。第八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六第二節(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九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1—電渦流線圈2—探頭殼體3—?dú)んw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

第十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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？

第十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六大直徑電渦流探雷器2023/6/1612第十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六第三節(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(100kHz~2MHz）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反映了金屬體對電渦流線圈的距離。第十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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？第十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六二、調(diào)頻（FM）式電路(100kHz~1MHz）

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)，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。第十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六并聯(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。（1pF＝10－12F）第十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六鑒頻器在調(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？2023/6/1617第十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六第四節(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。第十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六位移測量儀

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第十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六4~20mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）2023/6/1620第二十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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。第二十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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2023/6/1622第二十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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。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?/p>

第二十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六位移傳感器的分類2023/6/1624第二十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六

偏心和振動(dòng)檢測2023/6/1625第二十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六通過測量間隙來測量徑向跳動(dòng)2023/6/1626第二十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六測量彎曲、波動(dòng)、變形

對橋梁、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。2023/6/1627第二十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六測量金屬薄膜、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？第二十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六測量尺寸、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2023/6/1629第二十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六測量封口機(jī)工作間隙間隙越大，電渦流越小2023/6/1630第三十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六測量注塑機(jī)開合模的間隙間距2023/6/1631第三十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六位移的標(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(jì)算機(jī)，從而達(dá)到線性化的目的。第三十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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？第三十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六二、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。第三十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六調(diào)頻法測量振動(dòng)的波形2023/6/1635第三十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六振動(dòng)測量

汽輪機(jī)葉片測試

測量懸臂梁的振幅及頻率2023/6/1636第三十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電渦流探頭接到圖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

2023/6/1637第三十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六三、轉(zhuǎn)速測量

若轉(zhuǎn)軸上開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

2023/6/1638第三十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六各種測量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對位置2023/6/1639第三十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六齒輪轉(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

。2023/6/1640第四十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量2023/6/1641第四十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六四、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)對照。

第四十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電渦流涂層厚度儀

第四十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六電渦流涂層厚度儀原理2023/6/1644第四十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六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(jì)算方法有何區(qū)別？2023/6/1645第四十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六五、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。第四十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六安檢門演示當(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。2023/6/1647第四十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六六、電渦流表面探傷

手持式裂紋測量儀油管探傷2023/6/1648第四十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六滾子渦流探傷機(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30μm的表面微小裂紋。（參考無錫市通達(dá)滾子有限公司資料）第四十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六手提式探傷儀外形

（參考廈門愛德華檢測設(shè)備有限公司資料）2023/6/1650第五十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六掌上型

電渦流

探傷儀2023/6/1651第五十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機(jī)裂紋2023/6/1652第五十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六臺(tái)式電渦流探傷儀2023/6/1653第五十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六花瓣阻抗圖2023/6/1654第五十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六第五節(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”，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。

第五十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(guān)外形2023/6/1656第五十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(guān)外形2023/6/1657第五十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(guān)外形（續(xù)）2023/6/1658第五十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六一、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。第五十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六二、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。

第六十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六三.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。2023/6/1661第六十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六四、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(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。第六十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六五、電渦流接近開關(guān)原理框圖2023/6/1663第六十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六六、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）2023/6/1664第六十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六七、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)位距離之間的絕對值?；夭钪翟酱?，對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)。第六十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(guān)的檢測距離與回差2023/6/1666第六十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(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。第六十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六不同材料的金屬檢測物對電渦流接近開關(guān)動(dòng)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；被測體是磁性材料時(shí)，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(shí)，其靈敏度通常較高。第六十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(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。第六十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(guān)的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝2023/6/1670第七十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(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)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差?？捎霉綋Q算：

t=1/f第七十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六響應(yīng)頻率及響應(yīng)時(shí)間示意圖2023/6/1672第七十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(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。第七十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期六接近開關(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。第七十四頁，