传感器与检测技术7(4)

2020/3/21上节回顾:1.电感式传感器2.自感式传感器3.差动变压器传感器本节主要内容:4.3电涡流传感器2020/3/224.3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、结构、特性参数及应用。2020/3/23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。根据法拉弟电磁感应定律,金属导体置于变化的磁场中时,导体表面就会有感应电流产生.电流的流线在金属体内自行闭合,这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流,这种现象称为电涡流效应.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附近的电感线圈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表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。集肤效应与激励源频率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，集肤效应越严重。2020/3/24电涡流的应用——在我们日常生活中经常可以遇到干净、高效的电磁炉2020/3/25二、等效阻抗分析检测深度与激励源频率有何关系？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）如果控制上式中的i1、f、(磁导率)、(电导率)、r(表面因素粗糙度等)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？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f，可控制检测深度。激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：如果控制上式中的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：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。电磁炉内部的励磁线圈2020/3/27电磁炉的工作原理高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。第二节电涡流传感器结构及特性电涡流探头外形交变磁场2020/3/29电涡流探头内部结构1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹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2020/3/210CZF-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分辨力之间有何关系？2020/3/211大直径电涡流探雷器2020/3/212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）。2020/3/213部分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？2020/3/214二、调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）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L也随之改变，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。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Uo。2020/3/215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。014-32fLCf=398KHz2020/3/216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2020/3/217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素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。2020/3/218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许多量都可归结为位移或间隙变化。数显位移测量仪及探头2020/3/2194~20mA电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）2020/3/220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。2020/3/221V系列电涡流位移传感器性能一览表（摘自洞头开关厂资料）2020/3/222某V系列电涡流位移传感器的机械图2020/3/223四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。2020/3/224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、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。所以电涡流传感器多用于定性测量。即使要用作定量测量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补补偿等措施。2020/3/225位移传感器的分类2020/3/226偏心和振动检测2020/3/227测量弯曲、波动、变形对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个传感器。2020/3/228测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪测量冷轧板厚度2020/3/229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2020/3/230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。2020/3/231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20mm2020/3/232二、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。2020/3/233调频法测量振动的波形2020/3/234振动测量汽轮机叶片测试测量悬臂梁的振幅及频率2020/3/235三、转速测量若转轴上开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60fnz2020/3/236齿轮转速测量例：下图中，设齿数z=48，测得频率f=120Hz，求该齿轮的转速n。2020/3/237电动机转速测量2020/3/238四、电涡流式通道安全检查门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。2020/3/239安检门演示当有金属物体穿越安检门时报警2020/3/240五、电涡流表面探伤手持式裂纹测量仪油管探伤2020/3/241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）2020/3/242用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹2020/3/243台式电涡流探伤仪2020/3/244花瓣阻抗图2020/3/245本章作业P62：第5题写在作业纸上2020/3/246休息一下