电涡流传感器PPT讲稿.ppt

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1、电涡流传感器第1页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 2 退出退出电涡流的应用 高频电流通过励磁线圈，产生交变高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅流，使锅底自行发热，烧开锅 内内 的的 食食 物。物。第2页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 3 退出退出第一节 电涡流传感器工作原理 电涡流效应演示电涡流效应演示 当电涡流线圈与金属板的距离当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效减小时，电涡流线圈的等效电感电感L 减小，等效电阻减小，等效电阻R 增大。感抗增大

2、。感抗XL 的变化比的变化比R 的变化的变化大大得得多，流过电涡流线圈的电流多，流过电涡流线圈的电流i1增大。增大。线圈置于金属导体附近：线圈置于金属导体附近：线圈中通以高频信号线圈中通以高频信号i1正弦交变磁场正弦交变磁场H1金属导体内就会产生涡流金属导体内就会产生涡流涡流产生电磁场涡流产生电磁场反作用于线圈反作用于线圈,改变了电感改变了电感 第3页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 4 退出退出iiiee原线圈原线圈L变化变化当传感器与被测导体靠近时，传感器的等效阻抗当传感器与被测导体靠近时，传感器的等效阻抗Z将发生将发生变化，变化，Z可表示为：可表示为：可用函数式表示

3、如下可用函数式表示如下Z=R+jL=f（i1、f、r、x）检测深度与检测深度与激励源频率有无关系？激励源频率有无关系？如如果果控控制制上上式式中中的的i1、f、r不不变变，电电涡涡流流线线圈圈的的阻阻抗抗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？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？第4页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 5 退出退出集肤效应 集肤效应与激励源频率集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、工件的电导率、磁导率、磁导率 等有关。频等有关。频率率f越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。越高，电涡流的渗透的深度就越

4、浅，集肤效应越严重。电涡流在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中电涡流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表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。第5页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 6 退出退出等效阻抗与非电量的测量 检测深度的控制：检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变的各种物理参数。改变f，可控制检测深度。激励源频率一般设定在，可控制检测深度。激励源频率一般设定在100kHz1MHz。频率越低，。频率越低，检测

5、深度越深检测深度越深。间间距距x的的测测量量：如如果果控控制制上上式式中中的的i1、f、r不不变变，电电涡涡流流线线圈圈的的阻阻抗抗Z就就成成为为间间距距x的的单单值值函函数数，这这样样就就成成为为非非接接触触地地测测量位移的传感器。量位移的传感器。多种用途：多种用途：如果控制如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面不变，就可以用来检测与表面电导率电导率 有关的有关的表面温度、表面裂纹等参数表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料，或者用来检测与材料磁导率磁导率 有关的有关的材料型号、表面硬度材料型号、表面硬度等参数。等参数。第6页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-

6、3 7 主主要要由由一一个个安安置置在在框框架架上上的的扁扁平平圆圆形形线线圈圈构构成成。此此线线圈圈可可以以粘粘贴贴于于框框架架上上，或或在在框框架架上上开开一一条条槽槽沟沟，将将导导线线绕绕在在槽槽内内。下下图图为为CZF1型型涡涡流流传传感感器器的的结结构构原原理理，它它采采取取将将导导线线绕绕在在聚聚四四氟氟乙乙烯烯框框架架窄窄槽槽内，形成线圈的结构方式。内，形成线圈的结构方式。1234561 线圈线圈 2 框架框架 3 衬衬套套 4 支架支架 5 电缆电缆 6 插头插头第二节第二节 电涡流传感器结构及特性电涡流传感器结构及特性 第7页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10

7、-3 8 退出退出CZF-1系列传感器的性能 探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？第8页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 9 退出退出大直径电涡流探雷器 电涡流探头电涡流探头外形外形第9页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 10 退出退出第三节 测量转换电路 一、调幅式（一、调幅式（AM）电路）电路 石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz1MHz）用于）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流

8、，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直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响。反映了金属体对电涡流线圈的影响。调幅式测量电路原理框图调幅式测量电路原理框图 晶体振荡器晶体振荡器 L C 输出输出 放大放大 检波检波 滤波滤波 R 第10页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 11 退出退出二、调频（FM）式电路(100kHz1MHz）当电涡流线圈与被测体的距离当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，电涡流线圈的电感量改变时，电涡流线圈的电感量L 也也随之改变，引起随之改变，引起LC振

9、荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将 f转换为电压转换为电压 Uo。第11页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 12 退出退出鉴频器特性 使用鉴使用鉴频器可以将频器可以将 f 转换为电转换为电压压 Uo 鉴频器的输出电压与输入频率成正比鉴频器的输出电压与输入频率成正比第12页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 13 退出退出第四节 电涡流传感器的应用 一、位移测量一、位移测量 电涡流位移传感器是

10、一种输出为模拟电压的电子器件。接通电源后，在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。电涡流探头的有效面（感应工作面）将产生一个交变磁场。当金属物体接近此当金属物体接近此感应面时，金属表面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感应面时，金属表面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，根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种性地衰减，根据衰减量的变化，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，

11、可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。在各种恶劣条件下使用。电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，只要固定其他因素就可以用电涡流传电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，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十分广泛。但也同时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十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以电带来许多不确定因素，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。涡流传感器多用于定性测量。即使要用作即使

12、要用作定定量量测量，也必须采用逐点标定、计测量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。算机线性纠正、温度补补偿等措施。第13页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 14 退出退出（1）电涡流位移传感器外形 第14页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 15 退出退出（2）电涡流位移传感器的应用偏心和振动检测通过测量间隙来测量径向跳动测量弯曲、波动、变形测量金属薄膜、板材厚度测量尺寸、公差及零件识别测量注塑机开合模的间隙第15页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 16 退出退出（3）位移的标定方法 使用千分尺，逐一对照测量使

13、用千分尺，逐一对照测量电路的输出电压及数显表读数，列电路的输出电压及数显表读数，列出对照表，存入计算机，从而达到出对照表，存入计算机，从而达到线性化的目的。线性化的目的。电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线量程为量程为10mm量程为量程为16mm 量程为量程为20mm第16页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 17 退出退出二、振动测量(a)汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图汽轮机和空气压缩机常用的监控主轴的径向振动的示意图(b)测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图测量发动机涡轮叶片的振幅的示意图(c)通常使用数个传感器探头并排地安置在轴附近通常使用数个传感

14、器探头并排地安置在轴附近第17页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 18 退出退出调频法测量振动的波形第18页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 19 退出退出振动测量 汽轮机叶片测试汽轮机叶片测试 测量悬臂梁的振测量悬臂梁的振幅及频率幅及频率第19页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 20 退出退出三、转速测量（a）带有凹槽的转轴）带有凹槽的转轴（b）带有凸槽的转轴）带有凸槽的转轴1传感器传感器2被测体被测体 假设转轴上开假设转轴上开z 个个槽槽(或齿或齿)，频率计的读数，频率计的读数为为f（单位为（单位为Hz），则转），则转轴的转

15、速轴的转速n（单位为（单位为r/min）的计算公式为）的计算公式为第20页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 21 退出退出电动机转速测量 第21页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 22 退出退出四、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用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度厚度-输出输出”电压的标电压的标定曲线，以便测量时对照。定曲线，以便测量时对照。第22页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3

16、 23 退出退出测量金属镀层或绝缘层厚度 测量金属镀层或测量金属镀层或绝缘层厚度的计算绝缘层厚度的计算方法有何区别？方法有何区别？电涡流测厚演示电涡流测厚演示第23页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 24 退出退出五、电涡流式通道安全检查门 安安检门的内部的内部设置有置有发射射线圈和圈和接收线接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。属物体的

17、大小。在安检门的侧面还安装在安检门的侧面还安装一台一台“软软x x光光”扫描仪，它对人体、胶卷扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。的光学图像。第24页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 25 退出退出安检门演示当有金属物体穿当有金属物体穿越安检门时报警越安检门时报警第25页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 26 退出退出六、计数第26页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 27 退出退出七、电涡流表面探伤 手持式裂纹测量仪手持式裂纹测量仪油管探伤油管探伤滚子涡流探伤机用

18、掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹第27页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 28 退出退出探伤演示第28页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 29 退出退出第五节 接近开关简介 接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（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，就可以发出可以发出“动作动作”信号。信号。接近开关的核心部分是接近开关的核心部分是“感辨头感辨头”，它对正在接近的，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。物体有

19、很高的感辨能力。一、常用的接近开关分类一、常用的接近开关分类 常用的接近开关有常用的接近开关有电涡流式（俗称电感接近开关，以电涡流式（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、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、微波式霍尔式、光电式、微波式 、超声波式等。、超声波式等。第29页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 30 退出退出接近开关外形 第30页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 31 退出退出二、接近开关的特点 接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤、接近开关与被测物不接触、不会产

20、生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、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、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便；防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便；缺点是缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。触点容量较小、输出短路时易烧毁。三、接近开关的主要性能指标三、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。度（重复性）、动作频率等。第31页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 32 退出退出 1

21、.1.动作（作（检测）距离）距离:动作距离是指作距离是指检测体按一定方式移体按一定方式移动时，从基，从基准位置（接近准位置（接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定开关的感应表面）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。动作距离是指接近开关动作距离的标称值。2.2.设定距离：指接近开关在定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离，一般工作中的整定距离，一般为额定定动作距离的作距离的0.80.8倍。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，以保证工作可靠。安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

22、，以保证工作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。装后还须通过调试，然后紧固。3.3.复位距离：接近开关复位距离：接近开关动作后，又再次复位作后，又再次复位时的与被的与被测物的距离，物的距离，它略大于它略大于动作距离。动作距离。4.4.回差回差值:动作距离与复位距离之作距离与复位距离之间的的绝对值。回差。回差值越大，越大，对外外界的干界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。第32页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 33 退出退出接近开关的检测距离与回差第33页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 34 退出退出

23、5、响应频率响应频率f：按规定，在：按规定，在1秒的时间间隔内，秒的时间间隔内，接近开关动接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。6、响应时间、响应时间t：接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电：接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。可用公式换算：平状态翻转的时间之差。可用公式换算：t=1/f响应频率及响应时间示意图第34页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 35 退出退出四、电涡流接近开关的工作原理 电涡流式接近开关由电涡流式接近开关由LCLC高频振荡器和放大处理电路组成，

24、利用金属物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，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。第35页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3

25、 36 退出退出五、接近开关的接线以以NPN、常开型为例来说明、常开型为例来说明接线方法接线方法OUT端与端与GND端的压降端的压降Uces约为约为0.3V，流过，流过KA的电流的电流IKA=（VCC-0.3）/RKA。若。若IKA大于大于KA的额定吸合电流，则的额定吸合电流，则KA能够可靠吸合。能够可靠吸合。第36页，共37页，编辑于2022年，星期一2008-10-3 37 退出退出 本章学习本章学习电涡流电涡流传感器的原理及应用，并传感器的原理及应用，并涉及接近开关的原理、结构、特性参数及应涉及接近开关的原理、结构、特性参数及应用。用。本章小结 第37页，共37页，编辑于2022年，星期一