任務(wù)二 電感式接近開關(guān)

教學(xué)內(nèi)容任務(wù)二電感式接近開關(guān)課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解電感式接近開關(guān)的工作原理；2.理解電感式接近開關(guān)的結(jié)構(gòu)及分類；3.掌握電感式接近開關(guān)的測(cè)量電路及應(yīng)用。能力目標(biāo)學(xué)會(huì)電感式接近開關(guān)的外部接線方法；2.學(xué)會(huì)電感式接近開關(guān)的安裝。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)多角度分析問題和解決問題的能力2.鼓勵(lì)學(xué)生積極通過實(shí)際生產(chǎn)、生活中的實(shí)例達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)技能的目的教學(xué)重點(diǎn)1.了解電感式接近開關(guān)的工作原理；2.理解電感式接近開關(guān)的結(jié)構(gòu)及分類；3.掌握電感式接近開關(guān)的測(cè)量電路及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)1.了解電感式接近開關(guān)的工作原理；2.掌握電感式接近開關(guān)的測(cè)量電路及應(yīng)用。教學(xué)策略教法學(xué)法講解，分析討論，動(dòng)畫觀看，ppt展示教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動(dòng)畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點(diǎn)及教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)引入在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到過安檢的情況，過了安檢門，還有安檢人員拿著手持式檢測(cè)儀檢測(cè)，如圖5-2-1所示。我們用手持檢測(cè)儀檢測(cè)不同物質(zhì)的反應(yīng)，通過觀察我們發(fā)現(xiàn)它對(duì)不同的物質(zhì)的反應(yīng)時(shí)不一樣，那么手持檢測(cè)儀是如何工作的呢？帶著這個(gè)問題我們來學(xué)習(xí)一種接近開關(guān)——電感式接近開關(guān)。學(xué)生思考，了解傳感器在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。教學(xué)過程教學(xué)要點(diǎn)及教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)一、電渦流效應(yīng)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈漩渦狀流動(dòng)的感應(yīng)電流，稱之為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)，如圖5-2-2所示。渦流的大小與金屬體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、金屬板的厚度以及產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線圈與金屬導(dǎo)體的距離x、線圈的勵(lì)磁電流頻率f等參數(shù)有關(guān)。若固定其中若干參數(shù)，就能按渦流大小測(cè)量出另外的參數(shù)。二、電感式接近開關(guān)工作原理當(dāng)交變電流通過導(dǎo)線時(shí)，渦流將集中在導(dǎo)體表面流通，尤其當(dāng)頻率較高時(shí)，此電流幾乎是在導(dǎo)體表面附近的一薄層中流動(dòng)，這就是所謂的集膚效應(yīng)現(xiàn)象。有上述影響渦流大小的因素可知，交變電流頻率越高，渦流的集膚效應(yīng)越顯著，即渦流穿透深度越小。可見，渦流穿透深度與激勵(lì)電流頻率有關(guān)，所以根據(jù)激勵(lì)頻率高低，電感式接近開關(guān)可分為：高頻反射式和低頻透射式兩大類。前者用于非接觸式位移變量的檢測(cè)，后者僅用于金屬板厚度測(cè)量。電感式接近開由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測(cè)量，適用范圍廣。用來測(cè)量位移、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)，以及用于無損探傷領(lǐng)域。目前高頻反射式電感式傳感器應(yīng)用廣泛，因此本節(jié)主要介紹高頻反射式電感式傳感器。三、電感式接近開關(guān)的結(jié)構(gòu)電感式接近開關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的。由上述可知，電感式接近開關(guān)是根據(jù)振蕩電路衰減來判斷有無物體接近的。被測(cè)物體要有能影響電磁場(chǎng)使接近開關(guān)的振蕩電路產(chǎn)生渦流的能力，所以，一般來說電感式接近開關(guān)只能用來測(cè)量金屬物體。四、電感式接近開關(guān)的測(cè)量電路在實(shí)際應(yīng)用中，電感式接近開關(guān)的激磁線圈通常工作在較高頻率下，所以信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要有調(diào)幅電路和調(diào)頻電路兩種。1.調(diào)幅式（AM）電路圖5-2-4調(diào)幅式電路結(jié)構(gòu)圖調(diào)幅電路是以傳感線圈與調(diào)諧電容組成并聯(lián)LC諧振回路，由石英震蕩器提供高頻激磁電流，測(cè)量電路的輸出電壓正比于LC諧振電路的阻抗Z，因而傳感線圈與被測(cè)體之間距離δ的變化，引起Z的變化，使輸出電壓跟隨變化，從而實(shí)現(xiàn)位移量的測(cè)量，故稱調(diào)幅法。如圖5-2-4為調(diào)幅式電路結(jié)構(gòu)。2.調(diào)頻（FM）式電路調(diào)頻法是以LC振蕩回路的頻率作為輸出量。當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)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，此頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。圖5-2-5調(diào)頻式電路結(jié)構(gòu)圖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Df轉(zhuǎn)換為電壓DUo。如圖5-2-5為調(diào)頻式電路結(jié)構(gòu)。五、電感式接近開關(guān)的接線方法依據(jù)電感式接近開關(guān)的輸出形式，歸納起來有以下幾種常用的接線方式。1.二線制接法在兩線制接法中，分直流和交流兩種類型。連接時(shí)只需要兩根線，可以把電感式接近開關(guān)看成類似機(jī)械限位開關(guān)，將其串聯(lián)入電路，或者和PLC連接。兩線制接近開關(guān)沒有過載和短路保護(hù)，所以在實(shí)際使用中需要在負(fù)載上加裝保險(xiǎn)絲。直流型電源電壓一般為5-30V，交流電源電壓為90-250V。2.三線制接法在三線制接法中，又分為NPN型和PNP兩種類型。實(shí)際選用的接近開關(guān)大多是以24V直流供電，分別將棕、藍(lán)色線分別連接到24V電源的正、負(fù)端就可以了，黑色線一般作為信號(hào)輸出線，連接負(fù)載。負(fù)載另外一端是這樣連接的：對(duì)于NPN型接近開關(guān)，應(yīng)接到電源正極端；對(duì)于PNP型接近開關(guān)，應(yīng)接到電源負(fù)極端。負(fù)載一般為指示燈、繼電器等。需要提醒的是當(dāng)黑色信號(hào)線與PLC連接時(shí)，PLC數(shù)字信號(hào)輸入模塊一般可分為兩類：一類的公共輸入端為電源0V，電流從輸入模塊流出（日本模式），此時(shí)一定要選用NPN型接近開關(guān)；另一類的公共輸入端為電源正端，電流從輸入模塊流入（歐洲模式），此時(shí)，一定要選用PNP型接近開關(guān)。千萬不能選錯(cuò)了！3.四線制接法四線制接法是在三線制的基礎(chǔ)上把常開型和常閉型結(jié)合到一起，四線制接法分為NPN-開-閉型和PNP-開-閉型兩種。電源接法和三線制一樣，信號(hào)線有兩個(gè)黑色為常開型，黃（白）色為常閉型。如圖5-2-8為四線制接法。六、電感式接近開關(guān)的實(shí)際應(yīng)用電感式接近開關(guān)具有測(cè)量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)和可以非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域中。其次，渦流效應(yīng)在生活中也有很多應(yīng)用。1.渦流效應(yīng)應(yīng)用——電磁爐電磁爐是我們?nèi)粘Ｉ钪斜貍涞募矣秒娖髦?，渦流傳感器是其核心器件之一，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)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。2.轉(zhuǎn)速測(cè)量如圖5-2-10和5-2-11所示，在旋轉(zhuǎn)體上加裝一個(gè)槽狀或齒狀（槽數(shù)或齒數(shù)為n）金屬體，旁邊安裝一個(gè)電感接近開關(guān)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電渦流傳感器將周期地改變輸出信號(hào)，頻率計(jì)的讀數(shù)為f，則轉(zhuǎn)速為：例如：一齒輪數(shù)z=48，測(cè)得頻率計(jì)讀數(shù)f=120Hz，求該齒輪的轉(zhuǎn)速n。3.電感接近開關(guān)探傷可以檢查金屬表面裂紋、熱處理裂紋、焊接處的質(zhì)量探傷等，統(tǒng)稱探傷。探傷時(shí)傳感器與被測(cè)導(dǎo)體保持距離不變，由于裂紋出現(xiàn)，將引起導(dǎo)體電阻率、磁導(dǎo)率變化，也可以說是裂紋處位移變化，即渦流損耗改變，從而引起輸出電壓變化。學(xué)生看ppt，了解物位傳感器的定義。閱讀，聽老師講解，認(rèn)識(shí)生活生產(chǎn)中的傳感器。學(xué)生看ppt及課本了解傳感器在各領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)生看ppt及課本認(rèn)識(shí)傳感器的發(fā)展歷史及趨勢(shì)。老師講解模擬操作，學(xué)生理解接線方法學(xué)生理解，記錄筆記重點(diǎn)學(xué)生理解，記錄筆記重點(diǎn)教學(xué)反饋及檢測(cè)電感式接近開關(guān)在安檢中的應(yīng)用安檢門是一種檢測(cè)人員有無攜帶金屬物品的探測(cè)裝置，又稱金屬探測(cè)門，如圖5-2-13所示。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(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。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