2019-中職-傳感器-課件-5-文檔資料

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(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》

第四章

多媒體課件

2023－5－1更新11/26/20231在這一章里，卡卡要給大家介紹電渦流傳感器的根本原理、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(cè)〔安全檢測(cè)等〕、微小位移和振動(dòng)測(cè)量，以及轉(zhuǎn)速、外表狀態(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(diǎn)是非接觸測(cè)量。第四章電渦流傳感器11/26/20232我們先來看一個(gè)試驗(yàn)。取一只直徑為300mm左右的空心線圈，接到金屬探測(cè)器的高頻鼓舞電流輸出端。當(dāng)線圈接近一塊金屬，這時(shí)我們會(huì)覺察與檢測(cè)電路相連的耳機(jī)里的聲音音調(diào)變尖。小試驗(yàn)第一節(jié)電渦流傳感器工作原理11/26/20233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。

11/26/20234電渦流的應(yīng)用

——在我們?nèi)粘Ｉ钪谐３？梢杂龅綕崈簟⒏咝У碾姶艩t11/26/20235電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈11/26/20236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(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生很多的電渦流，使鍋底發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)食物。11/26/20237其次節(jié)電渦流傳感器構(gòu)造及特性電渦流探頭外形交變磁場(chǎng)11/26/20238電渦流探頭內(nèi)部構(gòu)造1—電渦流線圈2—探頭殼體3—?dú)んw上的位置調(diào)整螺紋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11/26/20239CZF-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)量范圍及區(qū)分力之間有何關(guān)系？11/26/202310大直徑電渦流探雷器11/26/202311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(100kHz~2MHz〕用于鼓舞電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)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。11/26/202312局部常用材料對(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？11/26/202313二、調(diào)頻〔FM〕式電路(100kHz~1MHz〕當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x轉(zhuǎn)變時(shí)，電渦流線圈的電感量L也隨之轉(zhuǎn)變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化。假設(shè)要用模擬儀表進(jìn)展顯示或記錄時(shí)，必需使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。11/26/202314并聯(lián)諧振回路的諧振頻率11/26/202315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)，金屬外表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，依據(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。11/26/202316位移測(cè)量?jī)x位移測(cè)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)域的很多量都可歸結(jié)為位移或間隙變化。數(shù)顯位移測(cè)量?jī)x及探頭11/26/2023174~20mA電渦流位移傳感器外形〔參考德國(guó)圖爾克公司資料〕11/26/202318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。11/26/202319V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11/26/202320V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〕11/26/202321四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。11/26/202322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、外形、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、外表因素、距離等，因此電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域特殊廣泛，但也同時(shí)帶來很多不確定因素，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)，必需承受逐點(diǎn)標(biāo)定、計(jì)算機(jī)線性訂正、溫度補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧?1/26/202323介紹幾種常見位移傳感器11/26/202324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所示，請(qǐng)分析與被測(cè)振動(dòng)有關(guān)的結(jié)果。①振動(dòng)的基波周期T約為2.5格×10ms/格＝25ms；②振動(dòng)的基波頻率f約為1/T＝1/0.025s＝40Hz；③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。④假設(shè)測(cè)振儀的靈敏度為0.5mm/mV，則振動(dòng)的振幅x約為20mm。11/26/202325偏心和振動(dòng)檢測(cè)11/26/202326通過測(cè)量間隙來測(cè)量徑向跳動(dòng)11/26/202327測(cè)量彎曲、波動(dòng)、變形對(duì)橋梁、絲桿等機(jī)械構(gòu)造的振動(dòng)測(cè)量，須使用多個(gè)傳感器。11/26/202328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？11/26/202329測(cè)量尺寸、公差及零件識(shí)別

通過測(cè)量間隙來測(cè)定熱膨脹引起的上下平移11/26/202330測(cè)量封口機(jī)工作間隙間隙越大，電渦流越小11/26/202331測(cè)量注塑機(jī)開合模的間隙間距11/26/202332位移的標(biāo)定方法使用千分尺，逐一比照測(cè)量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù)，列出比照表，存入計(jì)算機(jī)，從而到達(dá)線性化的目的。11/26/202333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的量程和線性范圍各為多少mm？11/26/202334二、轉(zhuǎn)速測(cè)量

假設(shè)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11/26/202335齒輪轉(zhuǎn)速測(cè)量例：以以下圖中，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。11/26/202336電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量11/26/202337三、電渦流式通道安全檢查門

安檢門的內(nèi)部設(shè)置有放射線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過時(shí)，交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體外表產(chǎn)生電渦流，會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電壓，計(jì)算機(jī)依據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。11/26/202338安檢門演示當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時(shí)報(bào)警在安檢門的上中下中，安裝多個(gè)電渦流線圈，有金屬穿過時(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外形和密度，對(duì)人體、膠卷無害。11/26/202339四、電渦流外表探傷手持式裂紋測(cè)量?jī)x油管探傷11/26/202340滾子渦流探傷機(jī)滾子渦流探傷機(jī)是由計(jì)算機(jī)把握的軸承滾子外表微裂紋探傷的專用設(shè)備，可探出深30μm的外表微小裂紋?！矃⒖紵o錫市通達(dá)滾子資料〕11/26/202341手提式探傷儀外形

〔參考廈門愛德華檢測(cè)設(shè)備資料〕11/26/202342掌上型

電渦流

探傷儀11/26/202343用掌上型電渦流探傷儀檢測(cè)飛機(jī)裂紋11/26/202344臺(tái)式電渦流探傷儀11/26/202345花瓣阻抗圖11/26/202346第五節(jié)接近開關(guān)簡(jiǎn)介接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)。它能在確定的距離〔幾毫米至幾十毫米〕內(nèi)檢測(cè)有無物體靠近。當(dāng)物體進(jìn)入其設(shè)定距離范圍內(nèi)時(shí)，就發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)，該信號(hào)屬于開關(guān)信號(hào)〔高電平或低電平〕。接近開關(guān)能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器。多數(shù)接近開關(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。接近開關(guān)的應(yīng)用已遠(yuǎn)超出行程開關(guān)的行程把握和限位疼惜范疇。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。11/26/202347接近開關(guān)的核心局部是“感辨頭”，它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨力氣。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)，由于它們屬于接觸式測(cè)量。知識(shí)沙龍11/26/202348接近開關(guān)外形11/26/202349接近開關(guān)外形11/26/202350接近開關(guān)外形〔續(xù)〕11/26/202351一、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(jiǎn)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。11/26/202352二、接近開關(guān)的特點(diǎn)接近開關(guān)與被測(cè)物不接觸、不會(huì)產(chǎn)生氣械磨損和疲乏損傷、工作壽命長(zhǎng)、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)整便利；缺點(diǎn)是觸點(diǎn)容量較小、輸出短路時(shí)易燒毀。11/26/202353三.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。11/26/202354四、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)，外表產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩力氣衰減，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)而把握開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必需是導(dǎo)電性能良好的金屬物體。11/26/202355五、電渦流接近開關(guān)原理框圖11/26/202356六、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〕11/26/202357七、接近開關(guān)的術(shù)語解釋〔1〕1.動(dòng)作〔檢測(cè)〕距離:被測(cè)體按確定方式移動(dòng)時(shí)，從基準(zhǔn)位置〔接近開關(guān)的感應(yīng)外表〕到開關(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，以保證工作牢靠。

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(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)位距離之間確實(shí)定值?；夭钪翟酱?，對(duì)外界的干擾以及被測(cè)物的抖動(dòng)等的抗干擾力氣就越強(qiáng)。11/26/202358接近開關(guān)的檢測(cè)距離與回差11/26/202359接近開關(guān)的術(shù)語解釋〔2〕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，所承受的邊長(zhǎng)是接近開關(guān)檢測(cè)面直徑的2.5倍。11/26/202360不同材料的金屬檢測(cè)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(cè)體的電導(dǎo)率越高，則靈敏度越高；被測(cè)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。11/26/202361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)外表可與被安裝的金屬物件形成同一外表，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)頭露出確定高度，否則將降低靈敏度。11/26/202362接近開關(guān)的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝11/26/202363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)無反響。響應(yīng)時(shí)間t：接近開關(guān)檢測(cè)到物體時(shí)刻到接近開關(guān)消逝電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差。可用公式換算：

t=1/f11/26/202364響應(yīng)頻率及響應(yīng)時(shí)間示意圖11/26/202365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(cè)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(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。11/26/202366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。11/26/202367輸出形式〔1~4〕負(fù)載負(fù)載藍(lán)藍(lán)藍(lán)藍(lán)11/26/202368輸出形式〔