传感器及检测技术PPT讲稿.ppt

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1、传感器及检测技术2023/4/81第1页，共81页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 自感式传感器自感式传感器 先看一个实验：先看一个实验：将一只将一只380V交流接触器线圈与交流毫交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图交流电压源上，如图4-1所示。这时毫所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，衔铁与固定

2、铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。毫安表的读数只剩下十几毫安。2023/4/82第2页，共81页，编辑于2022年，星期三电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示F F220V准备工作准备工作2023/4/83第3页，共81页，编辑于2022年，星期三电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理演示原理演示气隙变小，电感变大，电流变小气隙变小，电感变大，电流变小F F2023/4/84第4页，共81页，编辑于2022年，星期三电感传感器的基本工作电感传感器的基本工作原理原理 当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，也较大，线圈的

3、电感量线圈的电感量L和感抗和感抗XL 较小，所以电流较小，所以电流I 较大。较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。2023/4/85第5页，共81页，编辑于2022年，星期三电感量计算公式电感量计算公式：请分析电感量请分析电感量L与气隙厚度与气隙厚度 及气隙的有效截及气隙的有效截面积面积A之间的关系，并讨论有关线性度的问题。之间的关系，并讨论有关线性度的问题。N：线线圈圈匝匝数数；A：气气隙隙的的有有效效截截面面积积；0：真空磁导率；：真空磁导率；：气隙厚度。气隙厚度。2023/4/86第6页，共81页，编辑于2022年，星期三自感式电感

4、传感器常见的形式自感式电感传感器常见的形式 变隙式变隙式 变截面式变截面式 螺线管式螺线管式 三种传感器在使用中,非线性误差较大,外界会使输出产生误差,灵敏度较小,实际应用常采用差动式.2023/4/87第7页，共81页，编辑于2022年，星期三差动电感传感器的特点差动电感传感器的特点 请分析：灵敏度、请分析：灵敏度、线性度线性度有何变化有何变化曲线曲线1、2为为L1、L2 的特性，的特性，3为差动特性为差动特性 在变隙式差动电感传感器中，在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形

5、成差动形式。增加，一个减小，形成差动形式。1-1-差动线圈差动线圈 2-2-铁心铁心 3-3-衔铁衔铁 4-4-测杆测杆 5-5-工件工件 从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影从结构图可以看出，差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。减小了测量误差。从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性从曲线图可以看出，差动式电感传感器的线性较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式较好，且输出曲线较陡，灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍

6、。电感传感器的两倍。2023/4/88第8页，共81页，编辑于2022年，星期三测量转换电路测量转换电路 测量转换电路的作用是将电感量的变化转换测量转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。成电压或电流的变化，以便用仪表指示出来。但但若仅若仅采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判采用电桥电路和普通的检波电路，则只能判别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的别位移的大小，却无法判别输出的相位和位移的方向。方向。如果在输出电压送到指示仪前，经过一个如果在输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移能判别相位的检波电路，则不但可以反映位移的

7、大小（的幅值），还可以反映位移的方向的大小（的幅值），还可以反映位移的方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路（的相位）。这种检波电路称为相敏检波电路。2023/4/89第9页，共81页，编辑于2022年，星期三图图3-7 3-7 相敏检波相敏检波输出特性曲线输出特性曲线a）非相敏检波）非相敏检波 b）相敏检波）相敏检波1理想特性曲线理想特性曲线 2实际特性曲线实际特性曲线 2023/4/810第10页，共81页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 电源中用到的电源中用到的“单相变压器单相变压器”有一个一次线圈（又称为初级线有一个一次线圈（又称为初级

8、线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加上交流激磁电压流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压后，将在二次线圈中产生感应电压UO O。在全波整流电。在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二次线圈的电压之和。请将请将单相变压器单相变压器二次线圈二次线圈N21、N22的的有关端点按有关端点按全波整流全波整流电路的要求电路的要求正确地连接正确地连接起来。起来。2023/4/811第11页，共81页，编辑于2022年，星期三差动变压器式传感器的工作原理差动变压

9、器式传感器的工作原理 差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变势，当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变化。由于两个二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。压器。差动变压器的结构原理如图

10、差动变压器的结构原理如图4-13所示。在线框上绕有所示。在线框上绕有一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再一组输入线圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，绕制两组完全对称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图组成差动输出形式。理想差动变压器的原理如图4-14。图中。图中标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的标有黑点的一端称为同名端，通俗说法是指线圈的“头头”。2023/4/812第12页，共81页，编辑于2022年，星期三差动变压器式传感器的等效电路差动变压器式传感器的等效电路

11、结构特点：结构特点：两个二次线圈反两个二次线圈反向串联，组成差向串联，组成差动输出形式。动输出形式。请将二次线请将二次线圈圈N21、N22的有关的有关端点正确地连接端点正确地连接起来，并指出哪起来，并指出哪两个为输出端点。两个为输出端点。2023/4/813第13页，共81页，编辑于2022年，星期三灵敏度与线性度灵敏度与线性度 差动变压器的灵敏度一般可达差动变压器的灵敏度一般可达0.55V/mm，行程越小，灵敏度越高。，行程越小，灵敏度越高。为了提高灵敏度，励磁电压在为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右为宜。左右为宜。电源频率以电源频率以110kHz为好。为好。差动变压器线性范围约为线圈骨架

12、长度的差动变压器线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右左右。例：欲测量例：欲测量20mm 2mm轴的直径误差，轴的直径误差，应选择应选择线圈骨架长度线圈骨架长度为多少的为多少的差动变压器（或差动变压器（或电感传感器）为宜电感传感器）为宜？2023/4/814第14页，共81页，编辑于2022年，星期三测量电路测量电路（以（以差动整流差动整流为例）为例）若若1、2虚焊，虚焊，Ua o、Ub o将变成什么波将变成什么波形？形？2023/4/815第15页，共81页，编辑于2022年，星期三差动整流的特点差动整流的特点 电路是以两个桥路整流后的直流电压电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，

13、所以称为差动整流电路。之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小（电压的幅值）它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。，还可以反映位移的方向。上图中的上图中的RP是用来微调电路平衡的，是用来微调电路平衡的，VD1VD4、VD5VD8组成普通桥式整流电路，组成普通桥式整流电路，3、4、3、4组成低通滤波电路，组成低通滤波电路，1及及21、22、f、23组成差动减法放大器，用于克服组成差动减法放大器，用于克服a、b两点的对地共模电压。两点的对地共模电压。2023/4/816第16页，共81页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 电感式传感器的应用电感式传

14、感器的应用 一、位移测量位移测量 轴向式电感轴向式电感 测测微器的外形微器的外形 航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头2023/4/817第17页，共81页，编辑于2022年，星期三其他电感测微头其他电感测微头2023/4/818第18页，共81页，编辑于2022年，星期三模拟式及数字式模拟式及数字式电感测微仪电感测微仪2023/4/819第19页，共81页，编辑于2022年，星期三轴向式电感测微器的内部结构轴向式电感测微器的内部结构 1 1引线电缆引线电缆 2 2固定磁筒固定磁筒 3 3衔铁衔铁 4 4线圈线圈 5 5测力弹簧测力弹簧 6 6防转销防转销 7 7钢球导轨（直线轴承）钢球导轨（

15、直线轴承）8 8测杆测杆 9 9密封套密封套 10 10测端测端 11 11被测工件被测工件 1212基准面基准面 2023/4/820第20页，共81页，编辑于2022年，星期三二、电感式滚柱直径分选装置二、电感式滚柱直径分选装置 图图3-14 滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置 1 1气缸气缸 2 2活塞活塞 3 3推杆推杆 4 4被测滚柱被测滚柱 5 5落料管落料管 6 6电感测微器电感测微器 7 7钨钢测头钨钢测头 8 8限位挡板限位挡板 9 9电磁翻板电磁翻板 10 10容容器（料斗）器（料斗）2023/4/821第21页，共81页，编辑于2022年，星期三二、电感式滚柱直径分选装置二

16、、电感式滚柱直径分选装置 测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子2023/4/822第22页，共81页，编辑于2022年，星期三电感式滚柱直径分选装置电感式滚柱直径分选装置（外形）（外形）滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）（参考中原量仪股份有限公司资料）2023/4/823第23页，共81页，编辑于2022年，星期三电感式滚柱直径分选装置（电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）机械结构放大）汽缸汽缸控制键盘控制键盘直径测微装置直径测微装置长度测微装置长度测微装置滑道滑道2023/4/824第24页，共81页，编辑于2022年，星期三三、电感式不圆度计原理三、

17、电感式不圆度计原理 该圆度计采用该圆度计采用旁向式电感测微头旁向式电感测微头2023/4/825第25页，共81页，编辑于2022年，星期三电感式不圆度测试系统电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头2023/4/826第26页，共81页，编辑于2022年，星期三电感式不圆度测量系统外形电感式不圆度测量系统外形（参考（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘旋转盘测量头测量头2023/4/827第27页，共81页，编辑于2022年，星期三不圆度测量打印不圆度测量打印2023/4/828第28页，共81页，编辑于2022年，星期三压力测量用的膜盒压力测量

18、用的膜盒 膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为直线位移。够将压力变换为直线位移。四、压力测量四、压力测量2023/4/829第29页，共81页，编辑于2022年，星期三压力测量压力测量 1压力输入接头压力输入接头 2波纹膜盒波纹膜盒 3电缆电缆 4印制线路板印制线路板 5差动线圈差动线圈 6衔铁衔铁 7电源变压器电源变压器 8罩壳罩壳 9指示灯指示灯

19、10密封隔板密封隔板 11安装底座安装底座2023/4/830第30页，共81页，编辑于2022年，星期三图图3-17b 3-17b 某一某一压力变送器的测量电路压力变送器的测量电路 2023/4/831第31页，共81页，编辑于2022年，星期三五、电感传感器在粗糙度测量中的应用五、电感传感器在粗糙度测量中的应用 手持式粗糙度仪手持式粗糙度仪 触针触针:金刚石圆锥；金刚石圆锥；针尖圆弧半径：针尖圆弧半径：5m5m；可存储可存储500500个粗糙度参数值及个粗糙度参数值及4 4组轮廓数据；组轮廓数据；可进行粗糙度参数的打印；可进行粗糙度参数的打印；可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表可对外

20、圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试；面进行测试；2023/4/832第32页，共81页，编辑于2022年，星期三粗糙度仪外形粗糙度仪外形金刚石测头金刚石测头2023/4/833第33页，共81页，编辑于2022年，星期三粗糙度测量结果打印（粗糙度测量结果打印（1）2023/4/834第34页，共81页，编辑于2022年，星期三粗糙度测量结果打印（粗糙度测量结果打印（2）2023/4/835第35页，共81页，编辑于2022年，星期三七、一次仪表与七、一次仪表与 420mA二二线制输出方式线制输出方式 压压力力变变送送器器已已经经将将传传感感器器与与信信号号处处理理电电路路组组合合在在

21、一一个个壳壳体体中中，这这在在工工业业中中被被称称为为一一次次仪仪表表。一一次次仪仪表表的的输输出出信信号号可可以以是是电电压压，也也可可以以是是电电流流。由由于于电电流流信信号号不不易易受受干干扰扰，且且便便于于远远距距离离传传输输（可可以以不不考考虑虑线线路路压压降降），所所以以在在一一次次仪仪表表中中多多采用电流输出型。采用电流输出型。2023/4/836第36页，共81页，编辑于2022年，星期三420mA二线制输出方式二线制输出方式 新新的的国国家家标标准准规规定定电电流流输输出出为为420mA420mA；电电压压输输出出为为15V(15V(旧旧国国标标为为010mA010mA或或0

22、2V)02V)。4mA4mA对对应应于于零零输输入入，20mA20mA对对应应于于满满度度输输入入。不不让让信信号号占占有有04mA04mA这这一一范范围围的的原原因因，一一方方面面是是有有利利于于判判断断线线路路故故障障（开开路路）或或仪仪表表故故障障；另另一一方方面面，这这类类一一次次仪仪表表内内部部均均采采用用微微电电流流集集成成电电路路，总总的的耗耗电电还还不不到到4mA4mA，因因此此还还能能利利用用04mA04mA这这一一部部分分“本本底底”电电流流为为一一次次仪仪表表的的内内部部电电路路提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。2023/4/

23、837第37页，共81页，编辑于2022年，星期三420mA二线制输出方式二线制输出方式 所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。需两根导线。多数情况下，多数情况下，其中一根（红色）其中一根（红色）为为+24V+24V电源线，另一根（黑色）既作为电源负极电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。号。2023/

24、4/838第38页，共81页，编辑于2022年，星期三420mA二线制仪表接线方法二线制仪表接线方法420mA2023/4/839第39页，共81页，编辑于2022年，星期三420mA二线制数显表外形及计算二线制数显表外形及计算 在上一张图中，若取样电阻在上一张图中，若取样电阻RL=500.0，则对，则对应于应于420mA的输出电流，输出电压的输出电流，输出电压Uo为为210V。2023/4/840第40页，共81页，编辑于2022年，星期三本章作业本章作业习题习题P62第第1题、题、3题，题，4、5题（选做）题（选做）2023/4/841第41页，共81页，编辑于2022年，星期三休息一下休

25、息一下2023/4/842第42页，共81页，编辑于2022年，星期三2.6 2.6 电涡流式传感器电涡流式传感器电电涡涡流流在在用用电电中中是是有有害害的的，应应尽尽量量避避免免，如如电电机机、变变压压器器的的铁铁心心用用相相互互绝绝缘缘的的硅硅钢钢片片叠叠成成，以以切切断断电电涡涡流流的的通通路路；而而在在电电加加热热方方面面却却有有着着广广泛泛应应用用，如如金金属属热热加加工工的的400Hz400Hz中中频频炉炉、表表面面淬淬火火的的2MHz2MHz高高频频炉炉、烹烹饪饪用用的的电电磁磁炉炉等等。在在检检测测领领域域，电电涡涡流流式式传传感感器器结结构构简简单单，其其最最大大特特点点是是

26、可可以以实实现现非非接接触触测测量量，因因此此在在工工业业检检测测中中得得到到了了越越来来越越广广泛泛的的应应用用。例例如如位位移移、厚厚度度、振振动动、速速度度、流流量量和和硬硬度度等等，都都可可以使用电涡流式传感器来测量。以使用电涡流式传感器来测量。2023/4/843第43页，共81页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 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，电涡减小时，电涡流线圈的等效电感流线圈的等效电感L 减小，等效电阻减小，等效电阻R 增大。感抗增大。感抗XL 的变的变化比化比 R

27、的变化的变化 大大 得得 多，流过电涡流多，流过电涡流线圈的电流线圈的电流 i1 增大。增大。根据法拉弟电磁感应定律根据法拉弟电磁感应定律,金属导金属导体置于变化的磁场中时体置于变化的磁场中时,导体表面导体表面就会有感应电流产生就会有感应电流产生.电流的流线电流的流线在金属体内自行闭合在金属体内自行闭合,这种由电磁这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流为电涡流,这种现象称为电涡流效这种现象称为电涡流效应应.当高频（当高频（100kHz左右）信号源产生的左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈近的电感线

28、圈L1时，将产生高频磁场时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之。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内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，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）。肤效应（也称趋肤效应）。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。频率等有关。频率f越高，电涡越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。严重。2023/4/844第44

29、页，共81页，编辑于2022年，星期三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2023/4/845第45页，共81页，编辑于2022年，星期三二、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（i1、f、r、x）（4-1）如如果果控控制制上上式式中中的的i1、f、r(表表面面因因素素)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非非电

30、电量量的的单单值值函函数？属于接触式测量还是非接触式测量？数？属于接触式测量还是非接触式测量？由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变表面的各种物理参数。改变f，可控制检，可控制检测深度。激励源频率一般设定在测深度。激励源频率一般设定在100kHz1MHz。频率越低，检测深度。频率越低，检测深度越深。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触地测量位移的传感器。接触地测量位移的传感器。多多种种

31、用用途途：如如果果控控制制x、i1、f不不变变，就就可可以以用用来来检检测测与与表表面面电电导导率率 有有关关的的表表面面温温度度、表表面面裂裂纹纹等等参参数数，或或者者用用来来检检测测与与材材料料磁磁导导率率 有有关关的的材材料料型型号号、表表面面硬硬度等参数。度等参数。2023/4/846第46页，共81页，编辑于2022年，星期三电磁炉内部的励磁线圈电磁炉内部的励磁线圈2023/4/847第47页，共81页，编辑于2022年，星期三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流通过励磁线圈，产生线圈，产生交变磁场，交变磁场，在铁质锅底在铁质锅底会产生无数会产生无数的电涡流，的

32、电涡流，使锅底自行使锅底自行发热，烧开发热，烧开锅锅 内内 的的 食食 物。物。2023/4/848第48页，共81页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 电涡流传感器结构及特性电涡流传感器结构及特性 电涡流探头电涡流探头外形外形交变磁场交变磁场2023/4/849第49页，共81页，编辑于2022年，星期三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 2023/4/85

33、0第50页，共81页，编辑于2022年，星期三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探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？何关系？2023/4/851第51页，共81页，编辑于2022年，星期三大直径电涡流探雷器大直径电涡流探雷器 2023/4/852第52页，共81页，编辑于2022年，星期三2.4.3 2.4.3 电涡流传感器的转换电路电涡流传感器的转换电路 电涡流式传感器可以采用谐振电路来转换。谐振电路的输出也是电涡流式传感器可以采用谐振电路来转换。谐振电路的输出也是调制波，控制幅值变化的称调幅波，控制频

34、率变化的称调频波。调幅调制波，控制幅值变化的称调幅波，控制频率变化的称调频波。调幅波要经过幅值检波，调频波要经过鉴频才能获得被测量的电压。波要经过幅值检波，调频波要经过鉴频才能获得被测量的电压。如图如图2-212-21所示所示,晶体振荡器输出频率固定的正弦波，经限流电阻晶体振荡器输出频率固定的正弦波，经限流电阻R R接电涡流传感器线圈与电容器的并联电路。当接电涡流传感器线圈与电容器的并联电路。当LCLC谐振频率等于晶谐振频率等于晶振频率时输出电压幅度最大，偏离时输出电压幅度随之减小，是一振频率时输出电压幅度最大，偏离时输出电压幅度随之减小，是一种调幅波。该调幅信号经高频放大、检波、滤波后输出与

35、被测量相种调幅波。该调幅信号经高频放大、检波、滤波后输出与被测量相应变化的直流电压信号。应变化的直流电压信号。图2-21 CZF-12-21 CZF-1型电涡流传感器测量电路框图型电涡流传感器测量电路框图2023/4/853第53页，共81页，编辑于2022年，星期三2.4.4 2.4.4 电涡流式传感器使用注意事项电涡流式传感器使用注意事项充分利用电涡流以获得准确的测量效果，使用时应注意：充分利用电涡流以获得准确的测量效果，使用时应注意：1.1.电涡流轴向贯穿深度的影响电涡流轴向贯穿深度的影响（1 1）导体厚度的选择）导体厚度的选择 利用电涡流式传感器测距离时，应利用电涡流式传感器测距离时，

36、应使导体的厚度远大于电涡流的轴向贯穿深度；采用透射法测使导体的厚度远大于电涡流的轴向贯穿深度；采用透射法测厚度时，应使导体的厚度小于轴向贯穿深度。厚度时，应使导体的厚度小于轴向贯穿深度。（2 2）励磁电源频率的选择）励磁电源频率的选择 导体材料确定之后，可以改变励磁电源导体材料确定之后，可以改变励磁电源频率来改变轴向贯穿深度。电阻率大的材料应选用较高的励磁频率，频率来改变轴向贯穿深度。电阻率大的材料应选用较高的励磁频率，电阻率小的材料应选用较低的励磁频率。电阻率小的材料应选用较低的励磁频率。涡流在金属导体中的轴向衰减深度涡流在金属导体中的轴向衰减深度t t可以表示为可以表示为2023/4/85

37、4第54页，共81页，编辑于2022年，星期三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模拟电压的电子器件。接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。交变磁场。当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电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性地衰减，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，可计算出与被检物体的距离和振动等参数。根据衰减量

38、的变化，可计算出与被检物体的距离和振动等参数。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。素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。2023/4/855第55页，共81页，编辑于2022年，星期三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、宽度等等。来自不同宽度等等。来自不同应用领域的许多量都应用领域的许多量都可归结为位移或间隙可归结为位移或间隙

39、变化。变化。数显数显位移测量仪及探头位移测量仪及探头2023/4/856第56页，共81页，编辑于2022年，星期三420mA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）2023/4/857第57页，共81页，编辑于2022年，星期三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，不易被损害。齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。2023/4/858第58页，共81页，编辑于2022年，星期三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

40、器性能一览表（摘自洞头开关厂资料）（摘自洞头开关厂资料）2023/4/859第59页，共81页，编辑于2022年，星期三某某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2023/4/860第60页，共81页，编辑于2022年，星期三四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 该位移传感器同时具备两种动作输出状态，用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，分别称为电压转变两种方式，分别称为NPNNPN和和PNPPNP输出模式，输出模式，俗称为常开输出或

41、常闭输出模式。俗称为常开输出或常闭输出模式。2023/4/861第61页，共81页，编辑于2022年，星期三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，例如金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、磁导率、表面属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传因素、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，一用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因

42、素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以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。电涡流传感器多用于定性测量。即使要用作即使要用作 定定 量量 测测量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。补偿等措施。2023/4/862第62页，共81页，编辑于2022年，星期三位移传感器的分类位移传感器的分类2023/4/863第63页，共81页，编辑于2022年，星期三偏心和振动检测偏心和振动检测2023/4/864第64页，共81页，编辑于2022年，星期三测量弯曲、波动、变形测量弯曲、波动、变形

43、 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。2023/4/865第65页，共81页，编辑于2022年，星期三测量金属薄膜、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2023/4/866第66页，共81页，编辑于2022年，星期三测量尺寸、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 热膨胀引起的上下平移热膨胀引起的上下平移2023/4/867第67页，共81页，编辑于2022年，星期三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使用千分尺

44、，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，压及数显表读数，列出对照表，存入计算机，从而达到线性化的目的。从而达到线性化的目的。2023/4/868第68页，共81页，编辑于2022年，星期三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量程为量程为10mm 210mm 2量程为量程为16mm 316mm 3量程为量程为20mm20mm2023/4/869第69页，共81页，编辑于2022年，星期三二、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。202

45、3/4/870第70页，共81页，编辑于2022年，星期三调频法测量振动的波形调频法测量振动的波形2023/4/871第71页，共81页，编辑于2022年，星期三振动测量振动测量 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2023/4/872第72页，共81页，编辑于2022年，星期三三、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 2023/4/873第73页，共81页，编辑于2022年，星期三齿

46、轮转速测量齿轮转速测量 例：例：下图中，设齿数下图中，设齿数z z=48，测得频率，测得频率 f=120Hz，求该齿轮的转速，求该齿轮的转速n。2023/4/874第74页，共81页，编辑于2022年，星期三电动机电动机转速测量转速测量2023/4/875第75页，共81页，编辑于2022年，星期三四、电涡流式通道安全检查门四、电涡流式通道安全检查门 安检门的内部设置有发射线安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感圈

47、中感应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属应电压的大小、相位来判定金属物体的大小。物体的大小。在安检门的侧面还在安检门的侧面还安装一台安装一台“软软x x光光”扫描仪，它对扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的人体、胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完整的光学图像。方法，可合成完整的光学图像。2023/4/876第76页，共81页，编辑于2022年，星期三安检门演示安检门演示当有金属物体穿越当有金属物体穿越安检门时报警安检门时报警2023/4/877第77页，共81页，编辑于2022年，星期三五、电涡流表面探伤五、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2023/4/878第78页，共81页，编辑于2022年，星期三手提式探伤仪外形手提式探伤仪外形（参考厦门爱德华检测设备有限公司资料参考厦门爱德华检测设备有限公司资料）2023/4/879第79页，共81页，编辑于2022年，星期三用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹2023/4/880第80页，共81页，编辑于2022年，星期三台式电涡流探伤仪台式电涡流探伤仪2023/4/881第81页，共81页，编辑于2022年，星期三