4电涡流传感器详解

第四章
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。
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第一节
电涡流传感器工作原理
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。 2
电涡流效应演示
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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
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集肤效应
图4-1是电涡流传感器工作原理示意图。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）。
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？
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等效阻抗与非电量的测量
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。
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位移传感器的分类
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偏心和振动检测
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通过测量间隙来测量径向跳动
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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。
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测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪
测量冷轧板厚度
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。这种接近开关所能检
测的物体必须是导电性能良好的金属物体。
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五、电涡流接近开关原理框图
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六、常见接近开关的型号说明
（摘自浙江· 洞头开关厂资料）
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七、接近开关的术语解释（1）
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。
鉴频器在调频式电路中的应用
设电路参数如上页， 计算电涡流线圈未接近 金属时的鉴频器输出电 压Uo0 ；若电涡流线圈靠 近金属后，电涡流探头 的输出频率f 上升为 500kHz，f 为多少？输 出电压Uo又为多少？
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本章作业：
P75：2、6、7
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休息一下
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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
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测量封口机工作间隙
间隙越大， 电涡流越小
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测量注塑机开合模的间隙
间距
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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。
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第四章：第四节
一、位移测量
电涡流传感器的应用
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，可在各种恶劣条件下 使用。
1.动作（检测）距离: 动作距离是指检测体按一定方式 移动时，从基准位置（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。额定动作距离是指接 近开关动作距离的标称值。 2.设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离， 一般为额定动作距离的0.8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。安装后还 须通过调试，然后紧固。 3.复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的与被 测物的距离，它略大于动作距离。 4.回差值: 动作距离与复位距离之间的绝对值。回差 值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就 越强。
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某V系列电涡流位移传感器的机械图
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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。
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电涡流位移传感器的应用
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休息一下
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第四章：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“动作”信号。 接近开关的核心部分是“感辨头”， 它对正在接近的物体有很高的感辨能力。
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接近开关外形
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接近开关外形
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接近开关外形（续）
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一、常用的接近开关分类
常用的接近开关有电涡流式（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、霍尔式、光电式、微波式 、超 声波式等。
例： 下图中，设齿数z =48，测得频率 f=120Hz，求该齿轮的转速n 。
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电动机转速测量
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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，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层 和铜箔作出“厚度-输出”电压的标定曲线，以便测 量时对照。
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并联谐振回路的谐振频率
1 f 2 LC0
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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 。
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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
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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。
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四、电涡流接近开关（电感接近开关）的 工作原理
电涡流式接近开关俗称电感接近开关，属于一种 开关量输出的位置传感器。它由LC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。这个 涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，
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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。
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V系列电涡流位移传感器外形（参考浙江洞头开关厂资料）
齐平式
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V系列电涡流位移传感器性能一览表
（摘自洞头开关厂资料）
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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
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4~20mA电涡流位移传感器外形
（参考德国图尔克公司资料）
测量悬臂梁的 振幅及频率
汽轮机叶片测试
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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
f n 60 z
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各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置
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齿轮转速测量
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。
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电磁炉内部的励磁线圈
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。
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第二节
电涡流传感器结构及特性
交变磁场
电涡流探头外形
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
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