4电涡流传感器资料

第四章电涡流传感器本章学习电涡流传感器的原理及应用，并涉及接近开关的原理、构造、特性参数及应用。10/31/20231第一节电涡流传感器工作原理电涡流效应演示

当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。10/31/20232电涡流的应用

——在我们日常生活中常常可以遇到洁净、高效的电磁炉10/31/20233集肤效应集肤效应与鼓励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关。频率f越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严峻。图4-1是电涡流传感器工作原理示意图。当高频〔100kHz左右〕信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体四周的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的外表，这称为集肤效应〔也称趋肤效应〕。10/31/20234二、等效阻抗分析

检测深度与鼓励源频率有何关系？电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为：Z=R+jωL=f〔i1、f、、、r、x〕〔4-1〕假设掌握上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？10/31/20235等效阻抗与非电量的测量

检测深度的掌握：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体外表的各种物理参数。转变f，可掌握检测深度。鼓励源频率一般设定在100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。

间距x的测量：假设掌握上式中的i1、f、、、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。多种用途：假设掌握x、i1、f不变，就可以用来检测与外表电导率有关的外表温度、外表裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、外表硬度等参数。10/31/20236电磁炉内部的励磁线圈10/31/20237电磁炉的工作原理高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生很多的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。10/31/20238其次节电涡流传感器构造及特性电涡流探头外形交变磁场10/31/20239电涡流探头内部构造1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调整螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头10/31/202310CZF-1系列传感器的性能分析上表请得出结论：探头的直径与测量范围及区分力之间有何关系？10/31/202311大直径电涡流探雷器10/31/202312第三节测量转换电路一、调幅式〔AM〕电路石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz〕用于鼓励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响〔例如两者之间的距离等参数〕。10/31/202313局部常用材料对振荡器振幅的衰减系数人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什么？

10/31/202314二、调频〔FM〕式电路(100kHz~1MHz〕当电涡流线圈与被测体的距离x转变时，电涡流线圈的电感量L也随之转变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。假设要用模拟仪表进展显示或记录时，必需使用鉴频器，将f转换为电压Uo。10/31/202315并联谐振回路的谐振频率设电涡流线圈的电感量L=0.8mH，微调电容C0=200pF，求振荡器的频率f。10/31/202316鉴频器特性

使用鉴频器可以将

f转换为电压

Uo鉴频器的输出电压与输入频率成正比机械工业出版社10/31/202317鉴频器在调频式电路中的应用设电路参数如上页，计算电涡流线圈未接近金属时的鉴频器输出电压Uo0；假设电涡流线圈靠近金属后，电涡流探头的输出频率f上升为500kHz，f为多少？输出电压Uo又为多少？10/31/202318本章作业：

P75：2、6、710/31/202319休息一下10/31/202320第四章：第四节电涡流传感器的应用

一、位移测量

电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面〔感应工作面〕将产生一个交变磁场。当金属物体接近此感应面时，金属外表将吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，依据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。10/31/202321位移测量仪位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的很多量都可归结为位移或间隙变化。数显位移测量仪及探头10/31/2023224~20mA电涡流位移传感器外形〔参考德国图尔克公司资料〕10/31/202323齐平式电涡流位移传感器外形〔参考德国图尔克公司资料〕齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。10/31/202324V系列电涡流位移传感器外形〔参考浙江洞头开关厂资料〕齐平式10/31/202325V系列电涡流位移传感器性能一览表

〔摘自洞头开关厂资料〕10/31/202326某V系列电涡流位移传感器的机械图10/31/202327四线制电涡流位移传感器的接线说明该位移传感器同时具备两种动作输出状态，用户可选择从高电压向低电压转变、和从低电压向高电压转变两种方式，分别称为NPN和PNP输出模式，俗称为常开输出或常闭输出模式。10/31/202328电涡流位移传感器的应用电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚度、尺寸、外形、电导率、磁导率、外表因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应用领域特别广泛。但也同时带来很多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性测量。即使要用作定量测量，也必需承受逐点标定、计算机线性订正、温度补补偿等措施。10/31/202329位移传感器的分类10/31/202330偏心和振动检测10/31/202331通过测量间隙来测量径向跳动10/31/202332测量弯曲、波动、变形对桥梁、丝杆等机械构造的振动测量，须使用多个传感器。10/31/202333测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪

测量冷轧板厚度10/31/202334测量尺寸、公差及零件识别

通过测量间隙来测定热膨胀引起的上下平移10/31/202335测量封口机工作间隙间隙越大，电涡流越小10/31/202336测量注塑机开合模的间隙间距10/31/202337位移的标定方法使用千分尺，逐一比照测量电路的输出电压及数显表读数，列出比照表，存入计算机，从而到达线性化的目的。10/31/202338电涡流位移传感器的距离

与输出电压特性曲线1—量程为10mm2—量程为16mm3—量程为20mm10/31/202339二、振动测量用电涡流探头、调幅法测量简谐振动时，探头的输出波形。10/31/202340调频法测量振动的波形10/31/202341振动测量

汽轮机叶片测试

测量悬臂梁的振幅及频率10/31/202342三、转速测量

假设转轴上开z个槽(或齿)，频率计的读数为f〔单位为Hz〕，则转轴的转速n〔单位为r/min〕的计算公式为10/31/202343各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置10/31/202344齿轮转速测量例：以下图中，设齿数z=48，测得频率f=120Hz，求该齿轮的转速n。10/31/202345电动机转速测量10/31/202346四、镀层厚度测量

由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度-输出”电压的标定曲线，以便测量时比照。10/31/202347电涡流涂层厚度仪

10/31/202348电涡流涂层厚度仪原理10/31/202349测量金属镀层或绝缘层厚度测量金属镀层或绝缘层厚度的计算方法有何区分？10/31/202350五、电涡流式通道安全检查门

安检门的内部设置有放射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体外表产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机依据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。在安检门的侧面还安装一台“软x光”扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。10/31/202351安检门演示当有金属物体穿越安检门时报警10/31/202352六、电涡流外表探伤手持式裂纹测量仪油管探伤10/31/202353滚子涡流探伤机滚子涡流探伤机是由计算机掌握的轴承滚子外表微裂纹探伤的专用设备，可探出深30μm的外表微小裂纹。〔参考无锡市通达滚子资料〕10/31/202354手提式探伤仪外形

〔参考厦门爱德华检测设备资料〕10/31/202355掌上型

电涡流

探伤仪10/31/202356用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹10/31/202357台式电涡流探伤仪10/31/202358花瓣阻抗图10/31/202359本章作业：

P75：2、6、710/31/202360休息一下10/31/202361第四章：第五节接近开关简介接近开关又称无触点行程开关。它能在肯定的距离〔几毫米至几十毫米〕内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。接近开关的核心局部是“感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨力量。10/31/202362接近开关外形10/31/202363接近开关外形10/31/202364接近开关外形〔续〕10/31/202365一、常用的接近开关分类常用的接近开关有电涡流式〔俗称电感接近开关，以下仅以电感接近开关称呼之〕、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式、超声波式等。10/31/202366二、接近开关的特点接近开关与被测物不接触、不会产生气械磨损和疲惫损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载力量强、体积小、安装、调整便利；缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。10/31/202367三.接近开关的主要性能指标：额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精度〔重复性〕、动作频率等。10/31/202368四、电涡流接近开关〔电感接近开关〕的工作原理电涡流式接近开关俗称电感接近开关，属于一种开关量输出的位置传感器。它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的振荡感辨头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡力量衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而掌握开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必需是导电性能良好的金属物体。10/31/202369五、电涡流接近开关原理框图10/31/202370六、常见接近开关的型号说明

〔摘自浙江·洞头开关厂资料〕10/31/202371七、接近开关的术语解释〔1〕1.动作〔检测〕距离:动作距离是指检测体按肯定方式移动时，从基准位置〔接近开关的感应外表〕到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。2.设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离，一般为额定动作距离的0.8倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作牢靠。安装后还须通过调试，然后紧固。

3.复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的与被测物的距离，它略大于动作距离。4.回差值:动作距离与复位距离之间确实定值。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰力量就越强。10/31/202372接近开关的检测距离与回差10/31/202373接近开关的术语解释〔2〕标准检测体：可与现场被检金属作比较的标准金属检测体。标准检测体通常为正方形的A3钢，厚度为1mm，所承受的边长是接近开关检测面直径的2.5倍。10/31/202374不同材料的金属检测物对电涡流接近开关动作距离的影响〔以Fe为参考金属〕

电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁导率等有关。对于非磁性材料，被测体的电导率越高，则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导率将影响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将影响电涡流线圈的Q值。磁滞损耗大时，其灵敏度通常较高。10/31/202375接近开关的术语解释〔3〕接近开关的安装方式：分齐平式和非齐平式。齐平式〔又称埋入型〕的接近开关外表可与被安装的金属物件形成同一外表，不易被碰坏，但灵敏度较低；非齐平式〔非埋入安装型〕的接近开关则需要把感应头露出肯定高度，否则将降低灵敏度。10/31/202376接近开关的安装方式齐平式安装非齐平式安装10/31/202377接近开关的术语解释〔4〕响应频率f：按规定，在1秒的时间间隔内，接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反响。响应时间t：接近开关检测到物体时刻到接近开关消失电平状态翻转的时间之差。可用公式换算：

t=1/f10/31/202378响应频率及响应时间示意图10/31/202379接近开关的术语解释〔5〕输出状态：常开/常闭型接近开关当无检测物体时，对常开型接近开关而言，由于接近开关内部的输出三极管截止，所接的负载不工作〔失电〕；当检测到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工作。对常闭型接近开关而言，当未检测到物体时，三极管反而处于导通状态，负载得电工作；反之则负载失电。10/31/202380接近开关的术语解释〔6〕常用的输出形式有：NPN二线，NPN三线，NPN四线，PNP二线，PNP三线，PNP四线，DC二线，AC二线，AC五线〔带继电器〕