电涡流

作。
对常闭型接近开关而言，当未检测到物
体时，三极管反而处于导通状态，负载得电65
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接近开关的术语解释（6）
常用的输出形式有： NPN二线， NPN三线， NPN四线，
PNP二线， PNP三线， PNP四线，
DC二线，AC二线， AC五线（带继 电器）等几种，读者可查阅以下有关资
同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；
非齐平式（非埋入安装型）的接近开关 则需要把感应头露出一定高度，否则将
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接近开关的安装方式
齐平式安装
非齐平式安装
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接近开关的术语解释（4）
响应频率f ：按规定，在1秒的时 间间隔内， 接近开关动作循环的最大 次数，重复频率大于该值时，接近开关 无反应。 响应时间t ：接近开关检测到物体 时刻到接近开关出现电平状态翻转的时
第四章 电涡流传感器
在这一章里，卡卡要给大家介绍电涡流传感器的 基本原理、特性和应用，也集中讲一讲在工业技术 里广泛应用的接近开关。 电涡流传感器主要用于金属探测（安全检测等）、 微小位移和振动测量，以及转速、表面状态等诸多 与电涡流有关的参数，还可以用于无损探伤及接近 开关。 电涡流传感器的最大特点是非接触测量。
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第一节
小实验
电涡流传感器工作原理
我们先来看一个实验。取一只直径为300mm左右 的空心线圈，接到金属探测器的高频激励电流输出 端。当线圈接近一块金属，这时我们会发现与检测 电路相连的耳机里的声音音调变尖 。
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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，流 过电涡流线圈 的电流 i1 增大。
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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）
1.动作（检测）距离: 被测体按一定 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 面的空间距离的标称值。 2.设定距离：指整定距离，一般为额定 动作距离的0.8倍，以保证工作可靠。 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 57 绝对值。回差值越大，对外界的干扰以及被
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测量尺寸、公差及零件识别
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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。
间之差。可用公式换算：
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t=1/ f
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响应频率及响应时间示意图
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接近开关的术语解释（5）
输出状态：常开/常闭型接近开关
当无检测物体时，对常开型接近开关而
言，由于接近开关内部的输出三极管截止，
所接的负载不工作（失电）；当检测到物体
时，内部的输出级三极管导通，负载得电工
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安检门演示
在安检门的上中下中，安装多个电涡流线圈， 有金属穿过时，对应位置报警。还在一侧安 装一台“软x光”扫描仪，它能显示衣服里头 的物体形状和密度，对人体、胶卷无害。
当有金属物体穿越 安检门时报警
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四、电涡流表面探伤
手持式裂纹测量仪
油管探伤
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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 （以下简称电感接近开关）、电
容式、磁性干簧开关、霍尔式、
光电式、微波式 、超声波式等。
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二、接近开关的特点
滚子涡流探伤机
（参考无锡市通达滚子 有限公司资料）
滚子涡流探伤 机是由计算机控制 的轴承滚子表面微 裂纹探伤的专用设 备，可探出深 30μm 的表面微小裂纹。
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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）
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掌上型 电涡流 探伤仪
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电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线
位移传感器1、2、3 的量程和线性范围各为多少 33 mm？
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二、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 （r/min） z
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四、电涡流接近开关 （即：电感接近开关）的工作原理
电感接近开关由LC高频振荡器和放大 处理电路组成，金属物体在接近辨头时， 表面产生涡流。这个涡流反作用于接近开 关，使接近开关振荡能力衰减，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
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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。 来自不同应用 领域的许多量都可 数显位移测量仪及探头 归结为位移或间隙 变化。
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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）
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介绍几种常见位移传感器
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利用电涡流测振仪测量叶片振动如图4-6c所示，输出 的振动波形如图 4-7 所示，请分析与被测振动有关的 结果。 ①振动的基波周期T约为2.5格×10ms/格＝25ms； ②振动的基波频率f约为1/T＝1/0.025s＝40Hz； ③振动的输出电压峰峰值 UPP约为(2格×40mV/格)＝ 80mV， 输出电压幅值UP约为40mV。 ④若测振仪的灵敏度为 0.5mm/mV，则振动的振幅x 约为20mm。
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接近开关的检测距离与
回差
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接近开关的术语解释（2）
标准检测体：可与现场被检金属
作比较的标准金属检测体。标准检测 体通常为正方形的A3钢，厚度为1mm， 所采用的边长是接近开关检测面直径 的2.5倍。
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不同材料的金属检测物对电涡流接近开关动作距离的影响（以Fe为参考金
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齿轮转速测量
例： 下图中，设齿数z =48，测得频率 f=120Hz，请按上述公式该齿轮的转 速n 。
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电动机转速测量
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三、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
交变磁场
电涡流探头外 形
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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
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CZF-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？
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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
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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。如果要 用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用
属）
对于非磁性材料，被测体的电导率越高， 则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导 率将影响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将 影响电涡流线圈的Q值。磁滞损耗大时，其灵敏 度通常较高。 60
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接近开关的术语解释（3）
接近开关的安装方式：分齐平式和 非齐平式。齐平式（又称埋入型）的接 近开关表面可与被安装的金属物件形成
用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹
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台式电涡流探伤仪
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花瓣阻抗图
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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 进入其设定距离范围内时，就发出“动作”信号，该 信号属于开关信号（高电平或低电平）。
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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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，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
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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，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。 在用作 定 量 测量时，必须采
大直径电涡流探雷器
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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~2MHz）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 圈两端电压的衰减，输出电压Uo反映了金属体 对电涡流线圈的距离。 11
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接近开关与被测物不接触、不 会产生机械磨损和疲劳损伤、工作 寿命长、响应快、无触点、无火花、 无噪声、防潮、防尘、防爆性能较
好、体积小、安装、调整方便； 缺
点是 触点容量较小、输出短路时易
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三.接近开关的主要性能指标：
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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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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电磁炉内部的励磁线圈
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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 底发热，
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第二节 电涡流传感器结构及特性
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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
导向辊的材料可以用 金属制作吗？
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测量冷轧板厚 度
接近开关能直接驱动中间继电器。多数接近开关已 将感辨头和测量转换电路做在同一壳体内，壳体上多 带有螺纹或安装孔，以便于安装和调整。 接近开关的应用已远超出行程开关的行程控制和限 位保护范畴。它可以用于高速计数、测速，确定金属 物体的存在和位置，测量物位等。 46
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知识沙龙
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。在生物界， 眼镜蛇的尾部能感辨出人体发出的红外线；而 电涡流探头能感辨金属导体的靠近。应变片、 电位器之类的传感器无法用于接近开关，因为 它们属于接触式测量。
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并联谐振回路的谐振频率
1 f 2 LC0
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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量的 电子器件。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 振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的 变化或振荡频率的变化，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，工作时不受灰尘等因素的影响， 可在各种恶劣条件下使用。