中職-傳感器-課件-5-PPT課件

1、機(jī)械工業(yè)出版社中等職業(yè)教育電氣類規(guī)劃教材 自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)第四章多媒體課件200951 更新7/22/20221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)用的接近開關(guān)。電渦流傳感器主要用于金屬探測（安全檢測等）、微小位移和振動測量，以及轉(zhuǎn)速、表面狀態(tài)等諸多與電渦流有關(guān)的參數(shù)，還可以用于無損探傷及接近開關(guān)。電渦流傳感器的最大特點是非接觸測量。第四章 電渦流傳感器7/22/20222我們先來看一個實驗。取一只直徑為300mm左右的空心線圈，接到金屬探測器的高頻激勵電流輸出端。當(dāng)線圈接近一塊金屬，這時我們會發(fā)現(xiàn)與檢測電路相連的耳機(jī)里的聲音音調(diào)變尖

2、 。小實驗第一節(jié) 電渦流傳感器工作原理 7/22/20223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。 7/22/20224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7/22/20225電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈7/22/20226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。7/22/20227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7/22/20228電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3、 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 7/22/20229CZF-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？7/22/202210大直徑電渦流探雷器 7/22/202211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。7/22/202212部分常用材料對振蕩器振幅的衰減系數(shù)

4、 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？7/22/202213二、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 。 7/22/202214并聯(lián)諧振回路的諧振頻率 7/22/202215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

5、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。7/22/202216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(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7/22/202217420mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）7/22/202218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。7/22/202219V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關(guān)廠資

6、料）齊平式7/22/202220V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） 7/22/202221四線制電渦流位移傳感器的接線說明 有的位移傳感器同時具備兩種動作輸出狀態(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。7/22/202222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

7、作 定 量 測量時，必須采用逐點標(biāo)定、計算機(jī)線性糾正、溫度補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧?7/22/202223介紹幾種常見位移傳感器7/22/202224利用電渦流測振儀測量葉片振動如圖4-6c所示，輸出的振動波形如圖4-7所示，請分析與被測振動有關(guān)的結(jié)果。振動的基波周期T約為2.5格10ms/格25ms；振動的基波頻率f約為1/T1/0.025s40Hz；振動的輸出電壓峰峰值UPP約為(2格40mV/格)80mV，輸出電壓幅值UP約為40mV。若測振儀的靈敏度為0.5mm/mV，則振動的振幅x約為20mm。7/22/202225 偏心和振動檢測7/22/202226通過測量間隙來測量徑向跳動7/22/20

8、2227測量彎曲、波動、變形 對橋梁、絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動測量，須使用多個傳感器。7/22/202228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？7/22/202229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7/22/202230測量封口機(jī)工作間隙間隙越大，電渦流越小7/22/202231測量注塑機(jī)開合模的間隙間距7/22/202232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(jī)，從而達(dá)到線性化的目的。7/22/202233電渦流位移傳感器的距離與輸出電壓特性曲線位移傳感器1、2、3

9、的量程和線性范圍各為多少mm？7/22/202234二、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（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計算公式為 7/22/202235齒輪轉(zhuǎn)速測量 例： 下圖中，設(shè)齒數(shù)z =48，測得頻率 f=120Hz，請按上述公式該齒輪的轉(zhuǎn)速n 。7/22/202236電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量7/22/202237三、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，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(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。7/22/202238安檢門演示當(dāng)有金屬

10、物體穿越安檢門時報警在安檢門的上中下中，安裝多個電渦流線圈，有金屬穿過時，對應(yīng)位置報警。還在一側(cè)安裝一臺“軟x光”掃描儀，它能顯示衣服里頭的物體形狀和密度，對人體、膠卷無害。 7/22/202239四、電渦流表面探傷 手持式裂紋測量儀油管探傷7/22/202240滾子渦流探傷機(jī) 滾子渦流探傷機(jī)是由計算機(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的表面微小裂紋。（參考無錫市通達(dá)滾子有限公司資料）7/22/202241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）7/22/202242掌上型電渦流探傷儀7/22/202243用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機(jī)裂紋7/22/20224

11、4臺式電渦流探傷儀7/22/202245花瓣阻抗圖7/22/202246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)物體進(jìn)入其設(shè)定距離范圍內(nèi)時，就發(fā)出“動作”信號，該信號屬于開關(guān)信號（高電平或低電平）。 接近開關(guān)能直接驅(qū)動中間繼電器。多數(shù)接近開關(guān)已將感辨頭和測量轉(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。 接近開關(guān)的應(yīng)用已遠(yuǎn)超出行程開關(guān)的行程控制和限位保護(hù)范疇。它可以用于高速計數(shù)、測速，確定金屬物體的存在和位置，測量物位等。7/22/202247 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

12、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；而電渦流探頭能感辨金屬導(dǎo)體的靠近。應(yīng)變片、電位器之類的傳感器無法用于接近開關(guān)，因為它們屬于接觸式測量。知 識 沙 龍7/22/202248接近開關(guān)外形 7/22/202249接近開關(guān)外形 7/22/202250接近開關(guān)外形（續(xù)） 7/22/202251一、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。 7/22/202252二、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(jī)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

13、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。 7/22/202253三.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。 7/22/202254四、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。7/22/202255五、電渦流接近開關(guān)原理框圖7/22/202

14、256六、常見接近開關(guān)的型號說明（摘自浙江洞頭開關(guān)廠資料）7/22/202257七、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?；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(qiáng)。7/22/202258接近開關(guān)的檢測距離與回差7/22/202259接近開關(guān)的術(shù)語解釋（2）

15、 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。7/22/202260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。7/22/202261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（

16、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。7/22/202262接近開關(guān)的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝7/22/202263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/ f7/22/202264響應(yīng)頻率及響應(yīng)時間示意圖7/22/202265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

17、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。7/22/202266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。7/22/202267輸出形式（14）負(fù)載負(fù)載藍(lán)藍(lán)藍(lán)藍(lán)7/22/202268輸出形式（58）負(fù)載負(fù)載負(fù)載7/22/202269 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，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。7/22/202270導(dǎo)通壓降0.3V7/22/202271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。7/22/202272 請按接線圖將各元件正確地連接起來。7/22/202273接近開關(guān)使用注意事項 1.請勿將電感