自動檢測-第四章

1、本章介紹本章介紹電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng)、趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)、電渦電渦流流傳感器的原理傳感器的原理、電渦流探頭結(jié)構(gòu)、特性電渦流探頭結(jié)構(gòu)、特性、調(diào)幅、調(diào)頻轉(zhuǎn)換電路調(diào)幅、調(diào)頻轉(zhuǎn)換電路，電渦流線性位移傳電渦流線性位移傳感器感器、安檢門、裂紋檢測安檢門、裂紋檢測等的應(yīng)用，介紹等的應(yīng)用，介紹接近開關(guān)接近開關(guān)的概念、分類、特性、結(jié)構(gòu)、工的概念、分類、特性、結(jié)構(gòu)、工作原理、特性參數(shù)及其應(yīng)用。作原理、特性參數(shù)及其應(yīng)用。4.1 4.1 電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器的工作原理4.2 4.2 電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)及特性電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)及特性4.3 4.3 電渦流傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路電渦流傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路4.4

2、4.4 電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器的應(yīng)用4.5 4.5 接近開關(guān)及應(yīng)用接近開關(guān)及應(yīng)用電渦流效應(yīng)演示電渦流效應(yīng)演示 當(dāng)電渦流線當(dāng)電渦流線圈與金屬板的圈與金屬板的距離距離x 減小時，減小時，電渦流線圈的電渦流線圈的等效電感等效電感L 減減小小，等效電阻等效電阻R 增大增大，Q值降低值降低，流過電渦流，流過電渦流線圈的線圈的電流電流 i1 增大增大。 交變勵磁引起鐵心的渦流損耗交變勵磁引起鐵心的渦流損耗 Pe 減小變壓器鐵損耗的方法：減小變壓器鐵損耗的方法：（1）使用軟磁材料減?。┦褂密洿挪牧蠝p小Ph ；（2）增大鐵心的電阻率，）增大鐵心的電阻率， 減小渦流及其損耗減小渦流及其損耗 ；（3）用很

3、薄的互相絕緣的硅鋼）用很薄的互相絕緣的硅鋼片（片（0.1mm）疊成鐵心，每一片）疊成鐵心，每一片硅鋼片內(nèi)部的電渦流需要走較長硅鋼片內(nèi)部的電渦流需要走較長的扁形路線，減小了電渦流損耗的扁形路線，減小了電渦流損耗 。電渦流大電渦流大電渦流小電渦流小 干凈、干凈、高效的高效的 電磁爐電磁爐鍋具與勵磁線圈的距離增大時，電渦流減小，鍋具與勵磁線圈的距離增大時，電渦流減小，產(chǎn)生報警信號，停止勵磁產(chǎn)生報警信號，停止勵磁。2022-6-1910 將工頻將工頻50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再逆變交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再逆變?yōu)橹蓄l（為中頻（300HZ以上至以上至1000HZ）電壓，接到）電壓，接到中頻爐的中頻繞組兩端

4、，在繞組中產(chǎn)生高密中頻爐的中頻繞組兩端，在繞組中產(chǎn)生高密度的交變磁力線，耐高溫容器里盛放的金屬度的交變磁力線，耐高溫容器里盛放的金屬原料內(nèi)部產(chǎn)生很大的電渦流，使金屬的溫度原料內(nèi)部產(chǎn)生很大的電渦流，使金屬的溫度升高，甚至融化。中頻爐廣升高，甚至融化。中頻爐廣泛用于有色金屬的泛用于有色金屬的熔煉、熔煉、淬火淬火或鍛壓?；蝈憠?。中頻中頻功率源功率源交變磁場的交變磁場的頻率頻率f 越高越高，電渦流的滲透，電渦流的滲透深度深度就越淺就越淺，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重。可以利用趨膚效應(yīng)，趨膚效應(yīng)越嚴(yán)重?？梢岳泌吥w效應(yīng)來控制非電量的檢測深度。來控制非電量的檢測深度。當(dāng)當(dāng)100kHz2MHz2MHz信號源產(chǎn)生的交變電壓

5、施加信號源產(chǎn)生的交變電壓施加到電感線圈到電感線圈L1上時，就產(chǎn)生一次電流上時，就產(chǎn)生一次電流i1 ，在線在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場圈周圍產(chǎn)生交變磁場。如果。如果將線圈將線圈靠近一塊金靠近一塊金屬導(dǎo)體，金屬屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體表面就產(chǎn)生電渦流導(dǎo)體表面就產(chǎn)生電渦流i2。i2在金在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而，而只集中只集中在金屬導(dǎo)體的表面在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為趨膚效應(yīng)。，這稱為趨膚效應(yīng)。 a）直流電流時的均勻分布）直流電流時的均勻分布 b）中頻電流時中心部位電密度減?。┲蓄l電流時中心部位電密度減小 c）高頻電流時，電流線趨向表面分布）高頻電流時，電流線趨向表面分

6、布.設(shè)電渦流線圈在高頻時的等效電阻為設(shè)電渦流線圈在高頻時的等效電阻為R1（大（大于直流電阻），電感為于直流電阻），電感為L1。當(dāng)有被測導(dǎo)體靠近。當(dāng)有被測導(dǎo)體靠近電渦流線圈時，則被測導(dǎo)體等效為一個短路環(huán)電渦流線圈時，則被測導(dǎo)體等效為一個短路環(huán)，電渦流線圈，電渦流線圈L1與導(dǎo)體之間存在一個互感與導(dǎo)體之間存在一個互感M?；ジ须S線圈與導(dǎo)體之間距離的減小而增大。互感隨線圈與導(dǎo)體之間距離的減小而增大。如果控制上式中的如果控制上式中的f、r不變，電渦流線圈的不變，電渦流線圈的阻阻抗抗Z 就成為線圈與被測金屬體的就成為線圈與被測金屬體的間距間距 的單值函數(shù)的單值函數(shù)，屬于屬于非接觸式測量非接觸式測量。電渦流線

7、圈受電渦流影響時的等效阻抗電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z由兩部分構(gòu)由兩部分構(gòu)成，即成，即等效電感等效電感L和和等效電阻等效電阻R串聯(lián)而成串聯(lián)而成： Z=R+jL=f(f、r、 )上式中的上式中的、為金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率，為金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率，r為表為表面因子，包括粗超度、溝痕、裂紋等面因子，包括粗超度、溝痕、裂紋等。 當(dāng)當(dāng)被測物與電渦流線圈的間距被測物與電渦流線圈的間距減小減小時，電渦流線圈時，電渦流線圈與被測金屬的與被測金屬的互感量互感量M增大增大，等效電感等效電感L減小減小，Q值降值降低低，等效電阻等效電阻R增大增大。由于線圈的感抗由于線圈的感抗XL的減小比的減小比R的的增

8、大大得多，故此時流過電渦流線圈的電流增大大得多，故此時流過電渦流線圈的電流i1增大增大。式中式中 R、L電渦流線圈靠近被測導(dǎo)體時的等效電電渦流線圈靠近被測導(dǎo)體時的等效電阻和等效電感。阻和等效電感。 當(dāng)被測物與電渦流線圈的間距當(dāng)被測物與電渦流線圈的間距減小時，電渦流線圈減小時，電渦流線圈與被測金屬的互感量與被測金屬的互感量M增大，增大，等效電感等效電感L減小減小，等效電等效電阻阻R增大增大，品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q值降低：值降低：Q=L/RL/R等效電阻上消耗的有功功率等效電阻上消耗的有功功率P P 增大：增大：P=I 2R222211212222212222 jjUMMZR RLLRLIRLRL Q

9、值越大，曲線越尖銳值越大，曲線越尖銳，后級檢測電路得到的后級檢測電路得到的電壓就越高電壓就越高。Q初始初始檢測深度的控制：電渦流線圈的檢測深度的控制：電渦流線圈的激勵頻率一激勵頻率一般設(shè)定在般設(shè)定在100kHz1MHz。頻率越低頻率越低，有效測量，有效測量距離越大，能夠距離越大，能夠檢測被測金屬體內(nèi)部參數(shù)的深檢測被測金屬體內(nèi)部參數(shù)的深度也越深。度也越深。如果控制間距如果控制間距不變，就可以用來檢測與表面不變，就可以用來檢測與表面電導(dǎo)率電導(dǎo)率有關(guān)的有關(guān)的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率或者用來檢測與材料磁導(dǎo)率有關(guān)的有關(guān)的磁性特性磁性特性、表面硬度表面硬度

10、等參數(shù)。等參數(shù)。 表面溫度升高，表面溫度升高，電導(dǎo)率電導(dǎo)率 降低降低；表面有裂紋時，表面有裂紋時，電渦流減小電渦流減小。 電渦流探頭電渦流探頭外形及外形及調(diào)理電路前置器調(diào)理電路前置器交變磁場交變磁場 1-電渦流線圈電渦流線圈 2-探頭殼體探頭殼體 3-殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 4印制線路板印制線路板 5夾持螺母夾持螺母 6電源指示電源指示 7閾值指示燈閾值指示燈 8輸出屏蔽電纜線輸出屏蔽電纜線 9電纜插頭電纜插頭 探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？ 線圈線圈直徑直徑 /mm殼體殼體螺紋螺紋/mm線性線性范圍范圍/mm最佳安裝最佳安

11、裝距離距離/mm最小最小被測面被測面/mm 分辨力分辨力/m5M8110.515111M141.54235425M161.58470850M302251210010一種為調(diào)幅（一種為調(diào)幅（AM）式電路）式電路，另一種為調(diào)頻電路另一種為調(diào)頻電路PM。AM：用低頻信號去調(diào)制高頻載波的振幅，使其：用低頻信號去調(diào)制高頻載波的振幅，使其振幅按振幅按低頻調(diào)制信號的規(guī)律而變化低頻調(diào)制信號的規(guī)律而變化。PM：用低頻信號去調(diào)制高頻載波的頻率，使其：用低頻信號去調(diào)制高頻載波的頻率，使其頻率按頻率按低頻調(diào)制信號的規(guī)律而變化低頻調(diào)制信號的規(guī)律而變化。其幅度雖然也有變化，。其幅度雖然也有變化，必須經(jīng)過雙向限幅器，才能變

12、必須經(jīng)過雙向限幅器，才能變?yōu)榈确?，后級電路可以用為等幅波，后級電路可以用“鑒頻器鑒頻器”來鑒別載波的頻率變來鑒別載波的頻率變化，重新得到所包含的低頻信化，重新得到所包含的低頻信號。也可以接到單片機(jī)的計數(shù)號。也可以接到單片機(jī)的計數(shù)端，由單片機(jī)計算出被測量。端，由單片機(jī)計算出被測量。石英振蕩器產(chǎn)生石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓高頻振蕩電壓（100kHz2MHz）用于激勵電渦流線圈。金屬）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈兩端電壓的衰減，兩端電壓的衰減，輸出電壓輸出電壓Uo反映了金屬體與電反映了金屬體與電渦流

13、線圈的間距渦流線圈的間距。人的人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯手、泥土或裝滿水的玻璃杯能對振蕩器能對振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎？4根曲線與根曲線與f0的交點(diǎn)決定調(diào)幅電路的輸出電壓的交點(diǎn)決定調(diào)幅電路的輸出電壓0探頭與被測物間距很遠(yuǎn)時探頭與被測物間距很遠(yuǎn)時 1非磁性金屬、間距較大時非磁性金屬、間距較大時2非磁性金屬、間距較小時（非磁性金屬、間距較小時（Q值降低）值降低） 3磁性金屬、間距較小時（鐵磁損耗較大，磁性金屬、間距較小時（鐵磁損耗較大，Q值大幅降低）值大幅降低）當(dāng)電渦流線圈與被測體的當(dāng)電渦流線圈與被測體的距離距離x 變小時變小時，電渦流線圈，電渦流線圈的電感量的電感量

14、L 也隨之變?。ǚ氰F質(zhì)），也隨之變小（非鐵質(zhì)），同時引起同時引起LC 振蕩器振蕩器的輸出電壓及的輸出電壓及頻率變高頻率變高。如果希望用模擬儀表進(jìn)行顯示。如果希望用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時，使用或記錄時，使用“鑒頻器鑒頻器”，可以將，可以將 f 轉(zhuǎn)換為電壓轉(zhuǎn)換為電壓 Uo 。 設(shè)電渦流線圈的初始電感量設(shè)電渦流線圈的初始電感量L=0.8mH，微調(diào)，微調(diào)電容電容C 0 =100pF， （1pF1010-12-12F）求：探頭中的振蕩器的求：探頭中的振蕩器的初始頻率初始頻率f 0 。（一般將振蕩器的頻率控制在（一般將振蕩器的頻率控制在幾百千赫茲幾百千赫茲）012fLC解：解：-3-121=560kHz

15、20.81010010f 設(shè)鑒頻器電路的初始頻率設(shè)鑒頻器電路的初始頻率f0=1MHz，該鑒頻器的初始輸出電壓為多少伏？當(dāng)有鋁該鑒頻器的初始輸出電壓為多少伏？當(dāng)有鋁質(zhì)金屬板靠近時，輸出電壓如何變化？質(zhì)金屬板靠近時，輸出電壓如何變化？ 一、位移測量一、位移測量 電渦流位移傳感器的輸出為電渦流位移傳感器的輸出為模擬量，例如：模擬量，例如：05V。當(dāng)金屬物體接近探頭的感應(yīng)面時，金屬。當(dāng)金屬物體接近探頭的感應(yīng)面時，金屬表面吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振表面吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的蕩器的輸出幅度衰減或頻率變化輸出幅度衰減或頻率變化，單片機(jī)根據(jù)，單片機(jī)根據(jù)Uo或或f，可以計算出與被檢

16、測物體的距離、振，可以計算出與被檢測物體的距離、振動頻率等參數(shù)。電渦流位移傳感器屬于動頻率等參數(shù)。電渦流位移傳感器屬于非接觸非接觸測量測量器件，工作時不受灰塵、油污等因素的影器件，工作時不受灰塵、油污等因素的影響。響。 位移測量包含：位移測量包含：偏心、間隙、位置、偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度偏心率、沖程、寬度等。等。數(shù)顯數(shù)顯位移測量儀位移測量儀 探頭探頭1旋轉(zhuǎn)設(shè)備（汽輪機(jī)）旋轉(zhuǎn)設(shè)備（汽輪機(jī)） 2主軸主軸 3聯(lián)軸器聯(lián)軸器 4電渦流探頭電渦流探頭 5夾緊螺母夾緊螺母 6發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 7基座基座使用千分尺，逐一對照測量

17、電路的輸出電壓使用千分尺，逐一對照測量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù)，列出對照表，存入計算機(jī)及數(shù)顯表讀數(shù)，列出對照表，存入計算機(jī)，從而，從而達(dá)到達(dá)到線性化和曲線擬合線性化和曲線擬合的目的。的目的。1 1探頭夾具探頭夾具 2 2電渦流探頭電渦流探頭 3 3標(biāo)準(zhǔn)圓片狀試件標(biāo)準(zhǔn)圓片狀試件 4 4千分尺測桿千分尺測桿 5 5千分尺套筒千分尺套筒 6 6套筒定螺釘套筒定螺釘 7 7千分尺千分尺 8 8底座底座 9 9水平調(diào)節(jié)墊腳水平調(diào)節(jié)墊腳在標(biāo)定區(qū)域里，共在標(biāo)定區(qū)域里，共設(shè)置多個測量點(diǎn)設(shè)置多個測量點(diǎn)。首先調(diào)節(jié)千分尺首先調(diào)節(jié)千分尺的讀數(shù)為的讀數(shù)為0.000mm。旋松探頭夾具的調(diào)節(jié)螺母，。旋松探頭夾具的調(diào)節(jié)螺母

18、，使探頭使探頭與試件剛好接觸與試件剛好接觸，計算機(jī)測得探頭絕對零位的輸出電壓計算機(jī)測得探頭絕對零位的輸出電壓。然后旋動千分尺，使試件緩慢離開探頭，然后旋動千分尺，使試件緩慢離開探頭，每隔設(shè)定的位每隔設(shè)定的位移（例如移（例如0.8mm），測量電渦流傳感器的輸出電壓），測量電渦流傳感器的輸出電壓。1正程數(shù)據(jù)（黑點(diǎn)正程數(shù)據(jù)（黑點(diǎn) ） 2正程折線（細(xì)實線）正程折線（細(xì)實線）3回程數(shù)據(jù)（空心圓圈回程數(shù)據(jù)（空心圓圈 ） 4回程折線（虛線）回程折線（虛線） 5計算機(jī)擬合曲線（粗實線）計算機(jī)擬合曲線（粗實線） 齊平式傳感器安裝時可以不高出安裝齊平式傳感器安裝時可以不高出安裝面，不易被損害。面，不易被損害。齊平

19、式齊平式 電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響，電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響，例如例如金屬材料的厚度、尺寸、形狀、電導(dǎo)率、金屬材料的厚度、尺寸、形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、表面因素、距離等磁導(dǎo)率、表面因素、距離等，因此電渦流傳感，因此電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，但也同時帶來許多不器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，但也同時帶來許多不確定因素，一個或幾個因素的微小變化就足以確定因素，一個或幾個因素的微小變化就足以影響測量結(jié)果。所以電渦流傳感器多用于影響測量結(jié)果。所以電渦流傳感器多用于定性定性測量測量。 在用作定量測量時，必須采用在用作定量測量時，必須采用逐點(diǎn)標(biāo)逐點(diǎn)標(biāo)定、計算機(jī)線性糾正、溫度補(bǔ)償定、計算機(jī)線性

20、糾正、溫度補(bǔ)償?shù)却胧?。等措施?電渦流探頭電渦流探頭電渦流探頭電渦流探頭對橋梁、絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動測量，須使用多個對橋梁、絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動測量，須使用多個電渦流傳感器，但工作頻率必須錯開。電渦流傳感器，但工作頻率必須錯開。交變磁場交變磁場測量冷軋板厚度測量冷軋板厚度導(dǎo)向輥導(dǎo)向輥 通過測量間隙來通過測量間隙來測定測定 熱膨脹引起的上下平移熱膨脹引起的上下平移間隙越大，間隙越大，電渦流越小電渦流越小電渦流探頭電渦流探頭間距間距1 1、2 2、3 3 的量程和線性范圍各為多少的量程和線性范圍各為多少mmmm？檢波后，檢波后，得到正半周得到正半周，低通濾波器濾除載波后，低通濾波器濾除載波后，得到

21、被測振動的各項參數(shù)：振幅、周期、頻率、得到被測振動的各項參數(shù)：振幅、周期、頻率、失真等。失真等。用電渦用電渦流調(diào)幅法測流調(diào)幅法測量簡諧振動量簡諧振動時，輸出為時，輸出為典型的典型的調(diào)幅調(diào)幅波形波形檢波二極管僅讓正半周信號通過檢波二極管僅讓正半周信號通過a）徑向振動測量）徑向振動測量 b）長軸多線圈測量）長軸多線圈測量 c）葉片振動測量）葉片振動測量1電渦流線圈電渦流線圈 2被測物被測物汽輪機(jī)葉片參數(shù)的檢測汽輪機(jī)葉片參數(shù)的檢測 測量懸臂梁的振測量懸臂梁的振幅及頻率幅及頻率 若轉(zhuǎn)軸上開若轉(zhuǎn)軸上開z z 個槽個槽( (或齒或齒) )，頻率計的讀，頻率計的讀數(shù)為數(shù)為f（單位為（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)

22、速），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位（單位為為r/min）的計算公式為）的計算公式為 60 fnz10T 例例： 設(shè)齒數(shù)設(shè)齒數(shù)z z =48，測得頻率，測得頻率 f=120Hz，求：該求：該齒輪的轉(zhuǎn)速齒輪的轉(zhuǎn)速n 。解：解：n =60f / z=6012048=720048 =150r/min1電渦流線圈電渦流線圈 2被測物被測物 由于存在由于存在集膚效應(yīng)，鍍層或箔層越薄，電渦流越小集膚效應(yīng)，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可先用電渦流測厚儀對標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔測量前，可先用電渦流測厚儀對標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出作出“厚度厚度- -輸出輸出”電壓的標(biāo)定曲線電壓的標(biāo)定曲線，以便測量時對照。，以便測量

23、時對照。 1 1電渦流測厚儀電渦流測厚儀 2 2金屬鍍層金屬鍍層 3 3塑料工件塑料工件塑料表面的塑料表面的金屬鍍層越金屬鍍層越厚，電渦流厚，電渦流就越大。就越大。測量絕緣層厚度與測測量絕緣層厚度與測量金屬鍍層的原理是相量金屬鍍層的原理是相反的。反的。絕緣層越厚，探絕緣層越厚，探頭與金屬板之間的距離頭與金屬板之間的距離就越大就越大，電渦流就越小電渦流就越小。安檢門的內(nèi)部設(shè)置有安檢門的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射發(fā)射線圈和接收線圈線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬。當(dāng)有金屬物體通過時，交變磁場就會物體通過時，交變磁場就會在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應(yīng)出流，會在接收線圈中感應(yīng)出電壓

24、，計算機(jī)根據(jù)電壓，計算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓的大小、相位的大小、相位來判定金屬物來判定金屬物體的大小。如果采用體的大小。如果采用1 16 6區(qū)線區(qū)線圈檢測技術(shù)圈檢測技術(shù)，可以顯示，可以顯示報警報警的部位。的部位。金屬金屬報警報警由由1個大線圈、個大線圈、6個小線圈、補(bǔ)償線圈等組成個小線圈、補(bǔ)償線圈等組成。L11、L12與與L21、L22相互垂直，成相互垂直，成電氣正交狀態(tài)電氣正交狀態(tài)，無磁路交鏈，無磁路交鏈,o=0。在有金屬物體通過。在有金屬物體通過L11、L12形成的交變磁場形成的交變磁場H1時，時，交交變磁場就會在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流變磁場就會在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流。電渦流也將。電

25、渦流也將產(chǎn)生一個新的微弱磁場產(chǎn)生一個新的微弱磁場H2。H2的相位與金屬體位置、大的相位與金屬體位置、大小等有關(guān)，但與小等有關(guān)，但與L21、L22不再正交，因此不再正交，因此可以在可以在L21、L22中感應(yīng)出電壓中感應(yīng)出電壓。H2根據(jù)人體基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)人體基本結(jié)構(gòu)，將安檢門將安檢門劃分為劃分為6個探測區(qū)域個探測區(qū)域，可，可進(jìn)行進(jìn)行100級靈敏度的調(diào)整級靈敏度的調(diào)整，根據(jù)實際應(yīng)用，根據(jù)實際應(yīng)用狀況，預(yù)先設(shè)定靈敏度的級別。狀況，預(yù)先設(shè)定靈敏度的級別。最高靈敏度可探測到一枚回形針最高靈敏度可探測到一枚回形針大小的金屬，但大小的金屬，但又可排除又可排除皮帶扣、皮帶扣、鑰匙、首飾、硬幣等物品。鑰匙、首飾、

26、硬幣等物品。手持式裂紋測量儀手持式裂紋測量儀油管油管探傷探傷軸承滾子渦流探軸承滾子渦流探傷機(jī)是由計算機(jī)控傷機(jī)是由計算機(jī)控制的軸承滾子表面制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用微裂紋探傷的專用設(shè)備，可探出深設(shè)備，可探出深 30m的表面微小裂的表面微小裂紋。紋。接近開關(guān)又稱接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)無觸點(diǎn)行程開關(guān)。它能在一。它能在一定的距離（定的距離（幾毫米至幾十毫米幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測有無）內(nèi)檢測有無物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時，物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時，就可以發(fā)出就可以發(fā)出“動作動作”信號。信號。 接近開關(guān)的核心部分是接近開關(guān)的核心部分是“感辨頭感辨頭”，也稱，也稱探頭，它對

27、正在接近的物體有很高的感辨能探頭，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。力。 常用的接近開關(guān)有電渦流式（也稱常用的接近開關(guān)有電渦流式（也稱電感接近電感接近開關(guān)開關(guān)）、電容式、）、電容式、 、超聲波式、霍爾式、光、超聲波式、霍爾式、光電式、磁性干簧開關(guān)、微波式等。電式、磁性干簧開關(guān)、微波式等。多數(shù)三線制接近開關(guān)的多數(shù)三線制接近開關(guān)的VccVcc為電源為電源, ,GNDGND為電為電源地源地, ,OUTOUT為信號線。為信號線。 1）非接觸檢測，不影響被測物的運(yùn)行工況非接觸檢測，不影響被測物的運(yùn)行工況。2）定位準(zhǔn)確度高。）定位準(zhǔn)確度高。3）不產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷不產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷，耐腐蝕，動

28、作頻率高，耐腐蝕，動作頻率高，工作壽命長。工作壽命長。4）響應(yīng)快，約幾毫秒至十幾毫秒響應(yīng)快，約幾毫秒至十幾毫秒。5）采用全密封結(jié)構(gòu)，防潮、防塵性能較好，工作可靠）采用全密封結(jié)構(gòu)，防潮、防塵性能較好，工作可靠性強(qiáng)。性強(qiáng)。6）無觸點(diǎn)、無火花、無噪聲，可適用于要求）無觸點(diǎn)、無火花、無噪聲，可適用于要求防爆防爆的場的場合（防爆型）。合（防爆型）。7）易于與計算機(jī)或）易于與計算機(jī)或PLC等接口。等接口。8）體積小，安裝、調(diào)整方便）體積小，安裝、調(diào)整方便9）缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是“觸點(diǎn)觸點(diǎn)”容量較小，輸出短路時易燒毀。容量較小，輸出短路時易燒毀。 額定動作距額定動作距離離、復(fù)位距離、復(fù)位距離、工作距離、工作距離、動

29、作動作滯差滯差、重復(fù)定位、重復(fù)定位精度（重復(fù)性）、精度（重復(fù)性）、動作頻率動作頻率等。等。 （1）動作距離：當(dāng)被測物由正面靠近接近開）動作距離：當(dāng)被測物由正面靠近接近開關(guān)的感應(yīng)面時，關(guān)的感應(yīng)面時，使接近開關(guān)動作（輸出狀態(tài)變使接近開關(guān)動作（輸出狀態(tài)變?yōu)橛行顟B(tài)）的距離為有效狀態(tài)）的距離min（mm） 。（2）復(fù)位距離：當(dāng)被測物由正面）復(fù)位距離：當(dāng)被測物由正面離開接近開離開接近開關(guān)的感應(yīng)面，接近開關(guān)轉(zhuǎn)為復(fù)位時，被測物離關(guān)的感應(yīng)面，接近開關(guān)轉(zhuǎn)為復(fù)位時，被測物離開感應(yīng)面的距離開感應(yīng)面的距離max。（3）動作滯差）動作滯差 ：復(fù)位距離與動作距離之差復(fù)位距離與動作距離之差。動作滯差越大，對抗被測物抖動等造

30、成的機(jī)械動作滯差越大，對抗被測物抖動等造成的機(jī)械振動干擾的能力就強(qiáng)，但動作準(zhǔn)確度就越差。振動干擾的能力就強(qiáng)，但動作準(zhǔn)確度就越差。（4）額定工作距離：額定工作距離指）額定工作距離：額定工作距離指接近開接近開關(guān)在實際使用中被設(shè)定的安裝距離關(guān)在實際使用中被設(shè)定的安裝距離。在此距離。在此距離內(nèi)，接近開關(guān)不應(yīng)受溫度變化、電源波動等外內(nèi)，接近開關(guān)不應(yīng)受溫度變化、電源波動等外界干擾而產(chǎn)生誤動作。界干擾而產(chǎn)生誤動作。額定工作距離應(yīng)小于動額定工作距離應(yīng)小于動作距離作距離，但是若設(shè)置得太小，有可能無法復(fù)位。，但是若設(shè)置得太小，有可能無法復(fù)位。實際應(yīng)用中，考慮到各方面環(huán)境因素干擾的影實際應(yīng)用中，考慮到各方面環(huán)境因素

31、干擾的影響，較為響，較為可靠的額定工作距離約為動作距離的可靠的額定工作距離約為動作距離的75%。（5）重復(fù)定位準(zhǔn)確度）重復(fù)定位準(zhǔn)確度(重復(fù)性重復(fù)性)：表征：表征多次測多次測量的最大動作距離平均值量的最大動作距離平均值。其數(shù)值的離散性的。其數(shù)值的離散性的大小一般為最大動作距離的大小一般為最大動作距離的1%5%。離散性。離散性越小，重復(fù)定位準(zhǔn)確度越高。越小，重復(fù)定位準(zhǔn)確度越高。（6）動作頻率：）動作頻率：每秒連續(xù)不斷地進(jìn)入接近開每秒連續(xù)不斷地進(jìn)入接近開關(guān)的動作距離后又離開的被測物個數(shù)或次數(shù)稱關(guān)的動作距離后又離開的被測物個數(shù)或次數(shù)稱為動作頻率為動作頻率。若接近開關(guān)的動作頻率太低而被。若接近開關(guān)的動作

32、頻率太低而被測物又運(yùn)動得太快時，測物又運(yùn)動得太快時，接近開關(guān)就來不及響應(yīng)接近開關(guān)就來不及響應(yīng)物體的運(yùn)動狀態(tài)物體的運(yùn)動狀態(tài)，有可能造成漏檢有可能造成漏檢。電渦流接近開關(guān)由電渦流接近開關(guān)由LCLC高頻振蕩器和放大調(diào)理等高頻振蕩器和放大調(diào)理等電路組成電路組成，金屬物體在接近辨頭時，表面產(chǎn)生渦，金屬物體在接近辨頭時，表面產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振振蕩頻率或振蕩幅度發(fā)生變化蕩頻率或振蕩幅度發(fā)生變化，由，由內(nèi)部電路處理后，內(nèi)部電路處理后，輸出對應(yīng)的開關(guān)量輸出對應(yīng)的開關(guān)量，由此識別出有無金屬物體接，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而近，進(jìn)而控制外電

33、路的通或斷控制外電路的通或斷。電渦流接近開關(guān)。電渦流接近開關(guān)所能檢測的物體必須是所能檢測的物體必須是導(dǎo)電性能良好的金屬物體導(dǎo)電性能良好的金屬物體。調(diào)幅式檢測電路：調(diào)幅式檢測電路：以輸出高頻信號的幅度來反以輸出高頻信號的幅度來反映電渦流探頭與被測金屬導(dǎo)體之間的關(guān)系映電渦流探頭與被測金屬導(dǎo)體之間的關(guān)系。當(dāng)被測金屬與接近開關(guān)探頭的距離小于設(shè)定值當(dāng)被測金屬與接近開關(guān)探頭的距離小于設(shè)定值時，時，振蕩電路停振振蕩電路停振。有的位移傳感器同時具備兩種動輸出狀態(tài)，可有的位移傳感器同時具備兩種動輸出狀態(tài)，可選擇選擇從高電壓向低電壓轉(zhuǎn)變從高電壓向低電壓轉(zhuǎn)變、和、和從低電壓向高電從低電壓向高電壓轉(zhuǎn)變壓轉(zhuǎn)變兩種方式，

34、分別稱為兩種方式，分別稱為NPNNPN和和PNPPNP輸出模式，輸出模式，俗稱為常開輸出俗稱為常開輸出或或常閉輸出常閉輸出模式。模式。標(biāo)準(zhǔn)檢測體標(biāo)準(zhǔn)檢測體：可與現(xiàn)場被檢金屬作比較的標(biāo)準(zhǔn)：可與現(xiàn)場被檢金屬作比較的標(biāo)準(zhǔn)金屬檢測體。標(biāo)準(zhǔn)檢測體通常為正方形的金屬檢測體。標(biāo)準(zhǔn)檢測體通常為正方形的A3鋼，鋼，厚度為厚度為1mm，所采用的，所采用的邊長是接近開關(guān)檢測面直邊長是接近開關(guān)檢測面直徑的徑的2.5倍倍。感辯頭的直徑應(yīng)當(dāng)小于被測體直徑的感辯頭的直徑應(yīng)當(dāng)小于被測體直徑的1/4 對于非磁性材料，被測體的對于非磁性材料，被測體的電導(dǎo)率越高電導(dǎo)率越高，則，則靈敏度越高靈敏度越高；被測體是磁性材料時，其磁導(dǎo)率；

35、被測體是磁性材料時，其磁導(dǎo)率將影響電渦流線圈的感抗，其將影響電渦流線圈的感抗，其磁滯損耗磁滯損耗還將影還將影響電渦流響電渦流線圈的線圈的Q Q值值。磁滯損耗大時，其靈敏磁滯損耗大時，其靈敏度通常較高。度通常較高。接近開關(guān)的安裝方式：接近開關(guān)的安裝方式：齊平式（齊平式（又稱埋入型又稱埋入型）的接近開關(guān)表面可）的接近開關(guān)表面可與與被安裝的金屬物件形成同一表面被安裝的金屬物件形成同一表面，不易被碰壞，不易被碰壞，但但靈敏度較低靈敏度較低；非齊平式（非埋入安裝型）的接近開關(guān)則需非齊平式（非埋入安裝型）的接近開關(guān)則需要把要把感應(yīng)頭露出一定高度感應(yīng)頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。，否則將降低靈敏度。齊平

36、式安裝齊平式安裝非齊平式安裝非齊平式安裝響應(yīng)頻率響應(yīng)頻率f ：按規(guī)定，：按規(guī)定，在在1秒的時間間隔內(nèi)，秒的時間間隔內(nèi)， 接近開關(guān)能夠響應(yīng)的動作循環(huán)的最大次數(shù)接近開關(guān)能夠響應(yīng)的動作循環(huán)的最大次數(shù)，重，重復(fù)頻率大于該值時，接近開關(guān)復(fù)頻率大于該值時，接近開關(guān)無反應(yīng)無反應(yīng)。響應(yīng)時間響應(yīng)時間t ：t =1/ f 。當(dāng)被檢測物體在當(dāng)被檢測物體在1s1s內(nèi)內(nèi)掠過的個數(shù)超過接近開掠過的個數(shù)超過接近開關(guān)的響應(yīng)頻率時關(guān)的響應(yīng)頻率時，接近開關(guān)，接近開關(guān)沒有響應(yīng)或出錯沒有響應(yīng)或出錯。輸出狀態(tài)：輸出狀態(tài)：常開常開/ /常閉常閉型接近開關(guān)型接近開關(guān)當(dāng)無檢測物體時，對常開型接近開關(guān)而言，當(dāng)無檢測物體時，對常開型接近開關(guān)而言

37、，由于接近開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管截止，所接的由于接近開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管截止，所接的負(fù)載不工作（失電）；負(fù)載不工作（失電）；當(dāng)檢測到物體時，內(nèi)部當(dāng)檢測到物體時，內(nèi)部的輸出級的輸出級NPNNPN晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。對對常閉型接近開關(guān)常閉型接近開關(guān)而言，當(dāng)而言，當(dāng)未檢測到物體時，未檢測到物體時，輸出級的輸出級的PNPPNP晶體管與晶體管與V VCCCC導(dǎo)通狀態(tài)，接地的負(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，接地的負(fù)載得電工作載得電工作；反之則負(fù)載失電。；反之則負(fù)載失電。NPN二線二線， NPN三線三線， NPN四線，四線，PNP二線，二線， PNP三線，三線， PNP四線，四線，DC二線，二線，A

38、C二線，二線， AC五線（帶繼電器）五線（帶繼電器）等幾種。等幾種。NPN三線制接近開關(guān)的接線三線制接近開關(guān)的接線負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載導(dǎo)通壓降：接近開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)時，開導(dǎo)通壓降：接近開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)時，開關(guān)內(nèi)部的輸出三極管集電極與發(fā)射極之間關(guān)內(nèi)部的輸出三極管集電極與發(fā)射極之間的電壓降。的電壓降。額定工作電流時，額定工作電流時，導(dǎo)通壓降約為導(dǎo)通壓降約為0.3V。0.3VOUT端與端與GND端的壓降端的壓降Uces約為約為0.3V，流過，流過KA的電流的電流IKA=(VCC-0. 3)/RKA。若。若IKA大于大于KA的額定吸合電流的額定吸合電流，則，則KA能夠可靠吸合。能夠可靠

39、吸合。 a）三線制接近開關(guān)原理框圖）三線制接近開關(guān)原理框圖 b）NPN、OC門常開輸出門常開輸出電路電路 c）NPN型接近開關(guān)的特性型接近開關(guān)的特性設(shè)某一接近開關(guān)的設(shè)某一接近開關(guān)的最大阻性輸出電流最大阻性輸出電流IKA=300mA，工作，工作電壓電壓VCC=24V，求求:最小負(fù)載電阻（最大負(fù)載）最小負(fù)載電阻（最大負(fù)載） Rmin 。解：解：Rmin=(VCC-0. 3)/IKA=(24-0.3)V/0.3A=79。若負(fù)載為若負(fù)載為感性，應(yīng)大于此值的一倍感性，應(yīng)大于此值的一倍,工作電流減為工作電流減為50%以下以下,且且應(yīng)在應(yīng)在感性負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，反向接法感性負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，反向接法，見下圖。，見下圖。灌電流灌電流 當(dāng)被測物體未靠近接近開關(guān)時，當(dāng)被測物體未靠近接近開關(guān)時，UB=0，OC門的基極門的基極電流電流IB=0，OC門截止，門截止，OUT端為高阻態(tài)（接入負(fù)載后端為高阻態(tài)（接入負(fù)載后為接近電源電壓的高電平）為接近電源電壓的高電平）；當(dāng)被測體逐漸靠近，到達(dá)當(dāng)被測體逐漸靠近，到達(dá)動作距離動作距離min時，時，OC門的輸出端對地導(dǎo)通，門的輸出端對地導(dǎo)通，OUT端對地端對地為低電平（約為低電平（約0.3V）。）。 當(dāng)被測物體逐漸遠(yuǎn)離當(dāng)被測物體逐漸遠(yuǎn)