自动检测技术及运用梁森著幻灯片.ppt
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1、自动检测技术及运用梁森著2023/4/151第1页,共85页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 电涡流传感器工作原理电涡流传感器工作原理 电涡流效应演示电涡流效应演示 当电涡流线当电涡流线圈与金属板的距圈与金属板的距离离x 减小时,电减小时,电涡流线圈的涡流线圈的等效等效电感电感L 减小减小,等等效电阻效电阻R 增大增大,流过电涡流线圈流过电涡流线圈的的电流电流i1增大增大。2023/4/152第2页,共85页,编辑于2022年,星期二电涡流的应用电涡流的应用 在我们日常生活中经常可以遇到在我们日常生活中经常可以遇到 干净、干净、高效的高效的 电磁炉电磁炉第3页,共85页,编辑于2022年
2、,星期二集肤效应集肤效应 频率频率f越高越高,电涡流的渗透的,电涡流的渗透的深度就越浅深度就越浅,集肤效应越严重。集肤效应越严重。电涡流传感器工作原理电涡流传感器工作原理:当高频(当高频(100kHz2MHz2MHz)信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属)信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈导体附近的电感线圈L1时,被测导体表面就产生电时,被测导体表面就产生电涡流涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的,在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的,而而只集中在金属导体的表面只集中在金属导体的表面,这称为集肤效应。,这称为集肤效应。第4页,共85页,编辑于2022年,星
3、期二二、等效阻抗分析二、等效阻抗分析 检测深度与检测深度与激励源频率有何关系?激励源频率有何关系?电电涡涡流流线线圈圈受受电电涡涡流流影影响响时时的的等等效效阻阻抗抗Z的的函函数数表达式为:表达式为:Z=R+jL=f(f、r、x)式中的式中的r为表面因子为表面因子。如如果果控控制制上上式式中中的的f、r不不变变,电电涡涡流流线线圈圈的的阻阻抗抗Z就就成成为为哪哪个个变变量量的的单单值值函函数数?属属于于接接触触式测量还是非接触式测量?式测量还是非接触式测量?第5页,共85页,编辑于2022年,星期二等效阻抗与非电量的测量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,
4、电涡流由于存在集肤效应,电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变只能检测导体表面的各种物理参数。改变f,可控,可控制检测深度。激励源频率一般设定在制检测深度。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位移传感器位移传感器。其他用途其他用途:如果控制如果控制x、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
5、、表面裂纹等参数,或者用来检测与,或者用来检测与材料磁导率材料磁导率 有关的有关的磁性材料型号磁性材料型号、表面硬度、表面硬度等参数。等参数。第6页,共85页,编辑于2022年,星期二电磁炉内部的励磁线圈电磁炉内部的励磁线圈第7页,共85页,编辑于2022年,星期二电磁炉的工作原理电磁炉的工作原理 高频电高频电流通过励磁线流通过励磁线圈,产生交变圈,产生交变磁场,在铁质磁场,在铁质锅底会产生无锅底会产生无数的电涡流,数的电涡流,使锅底发热,使锅底发热,烧开锅烧开锅 内内 食食 物。物。第8页,共85页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 电涡流传感器结构及特性电涡流传感器结构及特性电涡流探头
6、电涡流探头外形外形交变磁场交变磁场第9页,共85页,编辑于2022年,星期二电涡流探头电涡流探头内部结构内部结构1电涡流线圈电涡流线圈2探头壳体探头壳体3壳体上的位置调节螺纹壳体上的位置调节螺纹4印制线路板印制线路板5夹持螺母夹持螺母6电源指示灯电源指示灯7阈值指示灯阈值指示灯8输出屏蔽电缆线输出屏蔽电缆线9电缆插头电缆插头第10页,共85页,编辑于2022年,星期二CZF-1系列传感器的性能系列传感器的性能 分析上表请得出结论:分析上表请得出结论:探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系?系?第11页,共85页,编辑于2022年,星期二大直径电涡流探雷器
7、大直径电涡流探雷器 2023/4/1512第12页,共85页,编辑于2022年,星期二第三节第三节 测量转换电路测量转换电路 一、调幅式(一、调幅式(AM)电路)电路石英振荡器产生石英振荡器产生稳频、稳幅稳频、稳幅高频振荡电压高频振荡电压(100kHz2MHz)用于激励电涡流线圈。金属材料)用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流,引起电涡流线圈两端在高频磁场中产生电涡流,引起电涡流线圈两端电压的衰减,输出电压电压的衰减,输出电压Uo反映了金属体对电涡流反映了金属体对电涡流线圈的距离。线圈的距离。第13页,共85页,编辑于2022年,星期二部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数部分常用材
8、料对振荡器振幅的衰减系数人的人的手、泥土或装满水的玻璃杯手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗?为什么?的振幅产生明显的衰减吗?为什么?第14页,共85页,编辑于2022年,星期二二、调频(二、调频(FM)式电路)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,电改变时,电涡流线圈的电感量涡流线圈的电感量L 也随之改变,引起也随之改变,引起LC振荡器振荡器的输出频率变化。如果要用模拟仪表进行显示或记的输出频率变化。如果要用模拟仪表进行显示或记录时,必须使用鉴频器,将录时,必须使用鉴频器,将 f转换为电压转换为电压 Uo。
9、第15页,共85页,编辑于2022年,星期二并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率设电涡流线圈的电感量设电涡流线圈的电感量L=0.8mH,微调电容,微调电容C0=200pF,求振荡器的频率,求振荡器的频率f 。(1pF1012F)第16页,共85页,编辑于2022年,星期二鉴频器在调频式电路中的应用鉴频器在调频式电路中的应用 设电路参数如上页,设电路参数如上页,计算电涡流线圈未接近金计算电涡流线圈未接近金属时的鉴频器输出电压属时的鉴频器输出电压Uo0;若电涡流线圈靠近金属;若电涡流线圈靠近金属后,电涡流探头的后,电涡流探头的输出频输出频率率f 上升为上升为500kHz,f 为为多少?输出
10、电压多少?输出电压Uo为多少为多少伏?伏?2023/4/1517第17页,共85页,编辑于2022年,星期二第四节第四节 电涡流传感器的应用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一种输出为电涡流位移传感器是一种输出为模拟量模拟量的电的电子器件。当金属物体接近此感应面时,金属表面子器件。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,根据的输出幅度线性地衰减,根据衰减量的变化衰减量的变化或或振振荡频率荡频率的变化,可地计算出与被检物体的距离、振动的变化,可地计算出与被检物体的距离
11、、振动等参数。这种位移传感器属于等参数。这种位移传感器属于非接触测量非接触测量,工作时不,工作时不受灰尘等因素的影响,可在各种恶劣条件下使用。受灰尘等因素的影响,可在各种恶劣条件下使用。第18页,共85页,编辑于2022年,星期二位移测量仪位移测量仪 位移测量包含:位移测量包含:偏心、间隙、位偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、击、偏心率、冲程、宽度等。宽度等。来自不同应用领来自不同应用领域的许多量都可归结域的许多量都可归结为位移或间隙变化。为位移或间隙变化。数显数显位移测量仪及探头位移测量仪及探头第19页,共85页,编辑于2
12、022年,星期二420mA电涡流位移传感器外形电涡流位移传感器外形(参(参考德国图尔克公司资料)考德国图尔克公司资料)2023/4/1520第20页,共85页,编辑于2022年,星期二齐平式电涡流位移齐平式电涡流位移传感器外形传感器外形(参考德国图尔克公司资料)(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,齐平式传感器安装时可以不高出安装面,不易被损害。不易被损害。第21页,共85页,编辑于2022年,星期二V V系列系列电涡流位移电涡流位移传感器外形传感器外形(参考浙江洞头开关厂资料)(参考浙江洞头开关厂资料)齐平式齐平式2023/4/1522第22页,共85页,编辑于202
13、2年,星期二V V系列系列电涡流位移电涡流位移传感器性能一览表传感器性能一览表(摘自洞头开关厂资料)(摘自洞头开关厂资料)2023/4/1523第23页,共85页,编辑于2022年,星期二某某V V系列电涡流位移传感器的机械图系列电涡流位移传感器的机械图2023/4/1524第24页,共85页,编辑于2022年,星期二四线制电涡流位移传感器的接线说明四线制电涡流位移传感器的接线说明 有的位移传感器同时具备两种动作输出状态,有的位移传感器同时具备两种动作输出状态,可选择可选择从高电压向低电压转变从高电压向低电压转变、和、和从低电压向高从低电压向高电压转变电压转变两种方式,分别称为两种方式,分别称
14、为NPNNPN和和PNPPNP输出模式,输出模式,俗称为俗称为常开输出常开输出或或常闭输出常闭输出模式。模式。第25页,共85页,编辑于2022年,星期二电涡流位移传感器的应用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,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、形状、电导率、例如金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等,因此电涡流传感磁导率、表面因素、距离等,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确定因素,一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结
15、果。所以电涡流传感器多用于影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性测定性测量量。在用作在用作定定量量测量时,必须采用测量时,必须采用逐点标定、计逐点标定、计算机线性纠正、温度补补偿算机线性纠正、温度补补偿等措施。等措施。第26页,共85页,编辑于2022年,星期二位移传感器的分类位移传感器的分类2023/4/1527第27页,共85页,编辑于2022年,星期二偏心和偏心和振动检测振动检测2023/4/1528第28页,共85页,编辑于2022年,星期二通过测量间隙来测量径向跳动通过测量间隙来测量径向跳动2023/4/1529第29页,共85页,编辑于2022年,星期二测量弯曲、波动、变形测量弯
16、曲、波动、变形 对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量,对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量,须使用多个传感器。须使用多个传感器。2023/4/1530第30页,共85页,编辑于2022年,星期二测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪 测量冷轧板厚度测量冷轧板厚度导向辊的材料可以用金导向辊的材料可以用金属制作吗?属制作吗?第31页,共85页,编辑于2022年,星期二测量尺寸、公差及测量尺寸、公差及零件识别零件识别 通过测量间隙来通过测量间隙来测定测定 热热膨胀引起的上下平移膨胀引起的上下平移2023/4/1532第32页,共85页,编辑于2022年,星期二测量封口机工作间隙
17、测量封口机工作间隙间隙越大,电间隙越大,电涡流越小涡流越小2023/4/1533第33页,共85页,编辑于2022年,星期二测量注塑机开合模的间隙测量注塑机开合模的间隙间距间距2023/4/1534第34页,共85页,编辑于2022年,星期二位移的标定方法位移的标定方法 使用千分尺,逐一对照测量电路的输出电压使用千分尺,逐一对照测量电路的输出电压及数显表读数,列出对照表,存入计算机,从而及数显表读数,列出对照表,存入计算机,从而达到线性化的目的。达到线性化的目的。第35页,共85页,编辑于2022年,星期二电涡流位移传感器的距离电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线与输出电压特性曲线1 1、
18、2 2、3 3 的量程和线性范围各为多少的量程和线性范围各为多少mmmm?第36页,共85页,编辑于2022年,星期二二、振动测量二、振动测量 用电涡用电涡流探头、流探头、调幅法测调幅法测量简谐振量简谐振动时,探动时,探头的输出头的输出波形。波形。第37页,共85页,编辑于2022年,星期二调频法测量振动的波形调频法测量振动的波形2023/4/1538第38页,共85页,编辑于2022年,星期二振动测量振动测量 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2023/4/1539第39页,共85页,编辑于2022年,星期二电涡流探头接到图电涡流探头接到图4-4所示的
19、调幅测量所示的调幅测量 n叶片振动的幅度叶片振动的幅度Xm为多少为多少mm?n叶片振动的周期叶片振动的周期T及频率及频率f为多少为多少 2023/4/1540第40页,共85页,编辑于2022年,星期二三、转速测量三、转速测量 若转轴上开若转轴上开z z 个槽个槽(或齿或齿),频率计的读数为,频率计的读数为f(单位为(单位为Hz),则转轴的转速),则转轴的转速n(单位为(单位为r/min)的计算公式为)的计算公式为 2023/4/1541第41页,共85页,编辑于2022年,星期二各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置2023/4/1542第42页,共
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