自动检测技术(化工版)教案：第四章 电涡流式传感器

自动检测技术(化工版）教案：第四章电涡流式传感器
➢教学要求
1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。

2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。

3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。

4．掌握电涡流式传感器的应用。

5．掌握接近开关的分类和特点。

➢教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示
➢教学课时3学时
➢教学内容：
第一节电涡流传感器工作原理
一、电涡流效应（演示）
从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。

从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。

二、等效阻抗分析
图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。

分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L 串联的回路。

电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。

第二节电涡流传感器结构及特性
一、电涡流探头结构（实物演示）
电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。

线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。

CZF-1系列电涡流探头的性能：
表4-1 CZF-1系列传感器的性能
提问：请同学由上表分析得出结论：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。

二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响
线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。

第三节测量转换电路
（简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。

）
一、调幅式电路
调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。

图4-3：高频调幅式电路的原理框图。

调幅式缺点：电压放大器的放大倍数的漂移会影响测量精度，必须采取各种温度补偿措施。

二、调频式电路
联系收音机，说明所谓调频式就是将探头线圈的电感量L与微调电容C0构成LC振荡器，以振荡器的频率f作为输出量。

（复习并联谐振回路的谐振频率公式分析)
图4-5：调频式测量转换电路原理框图,
图4-6：用调频式测量铜板与电涡流探头间距x时的特性曲线（说明什么）。

第四节电涡流传感器的应用
一、位移的测量
介绍某些旋转机械的轴向位移测量。

利用电涡流原理还可以测量诸如汽轮机主轴的轴向位移、电动机轴向窜动、磨床换向阀、先导阀的位移和金属试件的热膨胀系数等。

图4-7：轴向位移的监测
二、振动的测量
电涡流式传感器可以无接触地测量各种振动的振幅、频谱分布等参数。

介绍：在汽轮机、空气压缩机中用电涡流式传感器来监控主轴的径向、轴向振动，测量发动机涡流叶片的振幅等方法。

图4-8：振幅测量（演示）
三、转速测量
动画演示、计算：转轴上开z个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式。

四、镀层厚度测量
用电涡流传感器测量塑料表面金属镀层的厚度，以及印刷线路板铜箔的厚度等。

五、电涡流式通道安全检查门
（举例：安检门）出/入口检测系统，可有效地探测出枪支、匕首等金属武器及其它大件金属物品。

分析：机场、海关、钱币厂、监狱等重要场所的门禁。

六、电涡流表面探伤
利用电涡流传感器检查金属表面（已涂防锈漆）的裂纹以及焊接处的缺陷等。

第五节接近开关简介
接近开关定义：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。

接近开关的核心部分是“感辨头”，它必须对正在接近的物体有很高的感辨能
力
一、常用的接近开关分类（实物介绍）
1）自感式、差动变压器式它们只对导磁物体起作用；
2）电涡流式（俗称电感接近开关）它只对导电良好的金属起作用；
3）电容式它对接地的金属或地电位的导电物体起作用，对非地电位的导电物体灵敏度稍差（将在下一章介绍）；
4）磁性干簧开关（也叫干簧管）它只对磁性较强的物体起作用（将在第十四章介绍）；5）霍尔式它只对磁性物体起作用（将在第八章介绍）。

二、接近开关的特点
①非接触检测，不影响被测物的运行工况；②不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长；
③响应快，一般响应时间可达几毫秒或十几毫秒；④采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强；⑤无触点、无火花、无噪声，所以适用于要求防爆的场合（防爆型）；⑥输出信号大，易于与计算机或可编程控制器（PLC）等接口；⑦体积小，安装、调整方便。

它的缺点是触点容量较小，输出短路时易烧毁。

三.接近开关的主要特性
1额定动作距离（用卡尺测量实际距离）
2.工作距离
3.动作滞差
4.重复定位精度（重复性）
5.动作频率
作业：P75：2、6、7；课堂讨论：5、8。