自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及運(yùn)用梁森著.ppt

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第四章電渦流傳感器 本章學(xué)習(xí)電渦流傳感器的原理及應(yīng)用 并涉及接近開(kāi)關(guān)的原理 結(jié)構(gòu) 特性參數(shù)及應(yīng)用 2020 3 19 2 第一節(jié)電渦流傳感器工作原理 電渦流效應(yīng)演示 當(dāng)電渦流線圈與金屬板的距離x減小時(shí) 電渦流線圈的等效電感L減小 等效電阻R增大 流過(guò)電渦流線圈的電流i1增大 電渦流的應(yīng)用 在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？梢杂龅?干凈 高效的電磁爐 集膚效應(yīng) 頻率f越高 電渦流的滲透的深度就越淺 集膚效應(yīng)越嚴(yán)重 電渦流傳感器工作原理 當(dāng)高頻 100kHz 2MHz 信號(hào)源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L1時(shí) 被測(cè)導(dǎo)體表面就產(chǎn)生電渦流i2 i2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的 而只集中在金屬導(dǎo)體的表面 這稱為集膚效應(yīng) 二 等效阻抗分析 檢測(cè)深度與激勵(lì)源頻率有何關(guān)系 電渦流線圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z的函數(shù)表達(dá)式為 Z R j L f f r x 式中的r為表面因子 如果控制上式中的f r不變 電渦流線圈的阻抗Z就成為哪個(gè)變量的單值函數(shù) 屬于接觸式測(cè)量還是非接觸式測(cè)量 等效阻抗與非電量的測(cè)量 檢測(cè)深度的控制 由于存在集膚效應(yīng) 電渦流只能檢測(cè)導(dǎo)體表面的各種物理參數(shù) 改變f 可控制檢測(cè)深度 激勵(lì)源頻率一般設(shè)定在100kHz 1MHz 頻率越低 檢測(cè)深度越深 間距x的測(cè)量 如果控制上式中的f r不變 電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù) 這樣就成為非接觸位移傳感器 其他用途 如果控制x f不變 就可以用來(lái)檢測(cè)與表面電導(dǎo)率 有關(guān)的表面溫度 表面裂紋等參數(shù) 或者用來(lái)檢測(cè)與材料磁導(dǎo)率 有關(guān)的磁性材料型號(hào) 表面硬度等參數(shù) 電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈 電磁爐的工作原理 高頻電流通過(guò)勵(lì)磁線圈 產(chǎn)生交變磁場(chǎng) 在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦流 使鍋底發(fā)熱 燒開(kāi)鍋內(nèi)食物 第二節(jié)電渦流傳感器結(jié)構(gòu)及特性 電渦流探頭外形 交變磁場(chǎng) 電渦流探頭內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 電渦流線圈2 探頭殼體3 殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋4 印制線路板5 夾持螺母6 電源指示燈7 閾值指示燈8 輸出屏蔽電纜線9 電纜插頭 CZF 1系列傳感器的性能 分析上表請(qǐng)得出結(jié)論 探頭的直徑與測(cè)量范圍及分辨力之間有何關(guān)系 2020 3 19 12 大直徑電渦流探雷器 第三節(jié)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 一 調(diào)幅式 AM 電路 石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻 穩(wěn)幅高頻振蕩電壓 100kHz 2MHz 用于激勵(lì)電渦流線圈 金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流 引起電渦流線圈兩端電壓的衰減 輸出電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的距離 部分常用材料對(duì)振蕩器振幅的衰減系數(shù) 人的手 泥土或裝滿水的玻璃杯能對(duì)振蕩器的振幅產(chǎn)生明顯的衰減嗎 為什么 二 調(diào)頻 FM 式電路 100kHz 1MHz 當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x改變時(shí) 電渦流線圈的電感量L也隨之改變 引起LC振蕩器的輸出頻率變化 如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí) 必須使用鑒頻器 將 f轉(zhuǎn)換為電壓 Uo 并聯(lián)諧振回路的諧振頻率 設(shè)電渦流線圈的電感量L 0 8mH 微調(diào)電容C0 200pF 求振蕩器的頻率f 1pF 10 12F 2020 3 19 17 鑒頻器在調(diào)頻式電路中的應(yīng)用 設(shè)電路參數(shù)如上頁(yè) 計(jì)算電渦流線圈未接近金屬時(shí)的鑒頻器輸出電壓Uo0 若電渦流線圈靠近金屬后 電渦流探頭的輸出頻率f上升為500kHz f為多少 輸出電壓Uo為多少伏 第四節(jié)電渦流傳感器的應(yīng)用 一 位移測(cè)量 電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬量的電子器件 當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí) 金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量 使振蕩器的輸出幅度線性地衰減 根據(jù)衰減量的變化或振蕩頻率的變化 可地計(jì)算出與被檢物體的距離 振動(dòng)等參數(shù) 這種位移傳感器屬于非接觸測(cè)量 工作時(shí)不受灰塵等因素的影響 可在各種惡劣條件下使用 位移測(cè)量?jī)x 位移測(cè)量包含 偏心 間隙 位置 傾斜 彎曲 變形 移動(dòng) 圓度 沖擊 偏心率 沖程 寬度等 來(lái)自不同應(yīng)用領(lǐng)域的許多量都可歸結(jié)為位移或間隙變化 數(shù)顯位移測(cè)量?jī)x及探頭 2020 3 19 20 4 20mA電渦流位移傳感器外形 參考德國(guó)圖爾克公司資料 齊平式電渦流位移傳感器外形 參考德國(guó)圖爾克公司資料 齊平式傳感器安裝時(shí)可以不高出安裝面 不易被損害 2020 3 19 22 V系列電渦流位移傳感器外形 參考浙江洞頭開(kāi)關(guān)廠資料 齊平式 2020 3 19 23 V系列電渦流位移傳感器性能一覽表 摘自洞頭開(kāi)關(guān)廠資料 2020 3 19 24 某V系列電渦流位移傳感器的機(jī)械圖 四線制電渦流位移傳感器的接線說(shuō)明 有的位移傳感器同時(shí)具備兩種動(dòng)作輸出狀態(tài) 可選擇從高電壓向低電壓轉(zhuǎn)變 和從低電壓向高電壓轉(zhuǎn)變兩種方式 分別稱為NPN和PNP輸出模式 俗稱為常開(kāi)輸出或常閉輸出模式 電渦流位移傳感器的應(yīng)用 電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響 例如金屬材料的厚度 尺寸 形狀 電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率 表面因素 距離等 因此電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛 但也同時(shí)帶來(lái)許多不確定因素 一個(gè)或幾個(gè)因素的微小變化就足以影響測(cè)量結(jié)果 所以電渦流傳感器多用于定性測(cè)量 在用作定量測(cè)量時(shí) 必須采用逐點(diǎn)標(biāo)定 計(jì)算機(jī)線性糾正 溫度補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧?2020 3 19 27 位移傳感器的分類 2020 3 19 28 偏心和振動(dòng)檢測(cè) 2020 3 19 29 通過(guò)測(cè)量間隙來(lái)測(cè)量徑向跳動(dòng) 2020 3 19 30 測(cè)量彎曲 波動(dòng) 變形 對(duì)橋梁 絲桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)量 須使用多個(gè)傳感器 測(cè)量金屬薄膜 板材厚度電渦流測(cè)厚儀 測(cè)量冷軋板厚度 導(dǎo)向輥的材料可以用金屬制作嗎 2020 3 19 32 測(cè)量尺寸 公差及零件識(shí)別 通過(guò)測(cè)量間隙來(lái)測(cè)定熱膨脹引起的上下平移 2020 3 19 33 測(cè)量封口機(jī)工作間隙 間隙越大 電渦流越小 2020 3 19 34 測(cè)量注塑機(jī)開(kāi)合模的間隙 間距 位移的標(biāo)定方法 使用千分尺 逐一對(duì)照測(cè)量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù) 列出對(duì)照表 存入計(jì)算機(jī) 從而達(dá)到線性化的目的 電渦流位移傳感器的距離與輸出電壓特性曲線 1 2 3的量程和線性范圍各為多少mm 二 振動(dòng)測(cè)量 用電渦流探頭 調(diào)幅法測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí) 探頭的輸出波形 2020 3 19 38 調(diào)頻法測(cè)量振動(dòng)的波形 2020 3 19 39 振動(dòng)測(cè)量 汽輪機(jī)葉片測(cè)試 測(cè)量懸臂梁的振幅及頻率 2020 3 19 40 電渦流探頭接到圖4 4所示的調(diào)幅測(cè)量 葉片振動(dòng)的幅度Xm為多少mm 葉片振動(dòng)的周期T及頻率f為多少 2020 3 19 41 三 轉(zhuǎn)速測(cè)量 若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽 或齒 頻率計(jì)的讀數(shù)為f 單位為Hz 則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n 單位為r min 的計(jì)算公式為 2020 3 19 42 各種測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對(duì)位置 2020 3 19 43 齒輪轉(zhuǎn)速測(cè)量 例 下圖中 設(shè)齒數(shù)z 48 測(cè)得頻率f 120Hz 求該齒輪的轉(zhuǎn)速n 2020 3 19 44 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量 四 鍍層厚度測(cè)量 由于存在集膚效應(yīng) 鍍層或箔層越薄 電渦流越小 測(cè)量前 可先用電渦流測(cè)厚儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)厚度的鍍層和銅箔作出 厚度 輸出 電壓的標(biāo)定曲線 以便測(cè)量時(shí)對(duì)照 電渦流涂層厚度儀 2020 3 19 47 電渦流涂層厚度儀原理 2020 3 19 48 測(cè)量金屬鍍層或絕緣層厚度 測(cè)量金屬鍍層或絕緣層厚度的計(jì)算方法有何區(qū)別 五 電渦流式通道安全檢查門 安檢門的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線圈和接收線圈 當(dāng)有金屬物體通過(guò)時(shí) 交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流 會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電壓 計(jì)算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小 相位來(lái)判定金屬物體的大小 2020 3 19 50 安檢門演示 當(dāng)有金屬物體穿越安檢門時(shí)報(bào)警 在安檢門的側(cè)面還安裝一臺(tái) 軟x光 掃描儀 它對(duì)人體 膠卷無(wú)害 用軟件處理的方法 可合成完整的光學(xué)圖像 2020 3 19 51 六 電渦流表面探傷 手持式裂紋測(cè)量?jī)x 油管探傷 滾子渦流探傷機(jī) 滾子渦流探傷機(jī)是由計(jì)算機(jī)控制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用設(shè)備 可探出深30 m的表面微小裂紋 參考無(wú)錫市通達(dá)滾子有限公司資料 2020 3 19 53 手提式探傷儀外形 參考廈門愛(ài)德華檢測(cè)設(shè)備有限公司資料 2020 3 19 54 掌上型電渦流探傷儀 2020 3 19 55 用掌上型電渦流探傷儀檢測(cè)飛機(jī)裂紋 2020 3 19 56 臺(tái)式電渦流探傷儀 2020 3 19 57 花瓣阻抗圖 第五節(jié)接近開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介 接近開(kāi)關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān) 它能在一定的距離 幾毫米至幾十毫米 內(nèi)檢測(cè)有無(wú)物體靠近 當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí) 就可以發(fā)出 動(dòng)作 信號(hào) 接近開(kāi)關(guān)的核心部分是 感辨頭 它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨能力 2020 3 19 59 接近開(kāi)關(guān)外形 2020 3 19 60 接近開(kāi)關(guān)外形 2020 3 19 61 接近開(kāi)關(guān)外形 續(xù) 一 常用的接近開(kāi)關(guān)分類 常用的接近開(kāi)關(guān)有電渦流式 以下簡(jiǎn)稱電感接近開(kāi)關(guān) 電容式 磁性干簧開(kāi)關(guān) 霍爾式 光電式 微波式 超聲波式等 二 接近開(kāi)關(guān)的特點(diǎn) 接近開(kāi)關(guān)與被測(cè)物不接觸 不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷 工作壽命長(zhǎng) 響應(yīng)快 無(wú)觸點(diǎn) 無(wú)火花 無(wú)噪聲 防潮 防塵 防爆性能較好 體積小 安裝 調(diào)整方便 缺點(diǎn)是觸點(diǎn)容量較小 輸出短路時(shí)易燒毀 2020 3 19 64 三 接近開(kāi)關(guān)的主要性能指標(biāo) 額定動(dòng)作距離 工作距離 動(dòng)作滯差 重復(fù)定位精度 重復(fù)性 動(dòng)作頻率等 四 電渦流接近開(kāi)關(guān) 即 電感接近開(kāi)關(guān) 的工作原理 電感接近開(kāi)關(guān)由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成 金屬物體在接近辨頭時(shí) 表面產(chǎn)生渦流 這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān) 使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減 內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化 由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近 進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷 這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電性能良好的金屬物體 2020 3 19 66 五 電渦流接近開(kāi)關(guān)原理框圖 2020 3 19 67 六 常見(jiàn)接近開(kāi)關(guān)的型號(hào)說(shuō)明 摘自浙江 洞頭開(kāi)關(guān)廠資料 七 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 1 1 動(dòng)作 檢測(cè) 距離 被測(cè)體按一定方式移動(dòng)時(shí) 從基準(zhǔn)位置 接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)表面 到開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置到檢測(cè)面的空間距離的標(biāo)稱值 2 設(shè)定距離 指整定距離 一般為額定動(dòng)作距離的0 8倍 以保證工作可靠 3 復(fù)位距離 接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作后 又再次復(fù)位時(shí)的與被測(cè)物的距離 它略大于動(dòng)作距離 4 回差值 動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值 回差值越大 對(duì)外界的干擾以及被測(cè)物的抖動(dòng)等的抗干擾能力就越強(qiáng) 2020 3 19 69 接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離與回差 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 2 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體 可與現(xiàn)場(chǎng)被檢金屬作比較的標(biāo)準(zhǔn)金屬檢測(cè)體 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體通常為正方形的A3鋼 厚度為1mm 所采用的邊長(zhǎng)是接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)面直徑的2 5倍 不同材料的金屬檢測(cè)物對(duì)電渦流接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的影響 以Fe為參考金屬 對(duì)于非磁性材料 被測(cè)體的電導(dǎo)率越高 則靈敏度越高 被測(cè)體是磁性材料時(shí) 其磁導(dǎo)率將影響電渦流線圈的感抗 其磁滯損耗還將影響電渦流線圈的Q值 磁滯損耗大時(shí) 其靈敏度通常較高 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 3 接近開(kāi)關(guān)的安裝方式 分齊平式和非齊平式 齊平式 又稱埋入型 的接近開(kāi)關(guān)表面可與被安裝的金屬物件形成同一表面 不易被碰壞 但靈敏度較低 非齊平式 非埋入安裝型 的接近開(kāi)關(guān)則需要把感應(yīng)頭露出一定高度 否則將降低靈敏度 2020 3 19 73 接近開(kāi)關(guān)的安裝方式 齊平式安裝 非齊平式安裝 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 4 響應(yīng)頻率f 按規(guī)定 在1秒的時(shí)間間隔內(nèi) 接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作循環(huán)的最大次數(shù) 重復(fù)頻率大于該值時(shí) 接近開(kāi)關(guān)無(wú)反應(yīng) 響應(yīng)時(shí)間t 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物體時(shí)刻到接近開(kāi)關(guān)出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差 可用公式換算 t 1 f 2020 3 19 75 響應(yīng)頻率及響應(yīng)時(shí)間示意圖 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 5 輸出狀態(tài) 常開(kāi) 常閉型接近開(kāi)關(guān)當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí) 對(duì)常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)而言 由于接近開(kāi)關(guān)內(nèi)部的輸出三極管截止 所接的負(fù)載不工作 失電 當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí) 內(nèi)部的輸出級(jí)三極管導(dǎo)通 負(fù)載得電工作 對(duì)常閉型接近開(kāi)關(guān)而言 當(dāng)未檢測(cè)到物體時(shí) 三極管反而處于導(dǎo)通狀態(tài) 負(fù)載得電工作 反之則負(fù)載失電 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 6 常用的輸出形式有 NPN二線 NPN三線 NPN四線 PNP二線 PNP三線 PNP四線 DC二線 AC二線 AC五線 帶繼電器 等幾種 讀者可查閱以下有關(guān)資料 2020 3 19 78 輸出形式 1 4 負(fù)載 負(fù)載 藍(lán) 藍(lán) 藍(lán) 藍(lán) 2020 3 19 79 輸出形式 5 8 負(fù)載 負(fù)載 負(fù)載 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋 7 導(dǎo)通壓降 接近開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí) 開(kāi)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 一般情況下 導(dǎo)通壓降約為0 3V 2020 3 19 81 導(dǎo)通壓降 0 3V 接近開(kāi)關(guān)的接線方法舉例 以NPN 常開(kāi)型為例來(lái)說(shuō)明接線方法 OUT端與GND端的壓降Uces約為0 3V 流過(guò)KA的電流IKA VCC 0 3 RKA 若IKA大于KA的額定吸合電流 則KA能夠可靠吸合 請(qǐng)按接線圖將各元件正確地連接起來(lái) 接近開(kāi)關(guān)使用注意事項(xiàng) 1 請(qǐng)勿將電感接近開(kāi)關(guān)置于0 02T以上的磁場(chǎng)環(huán)境下使用 以免造成誤動(dòng)作 2 為了保證不損壞接近開(kāi)關(guān) 請(qǐng)用戶在接通電源前檢查接線是否正確 核定電壓是否為額定值 3 為了使接近開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作 請(qǐng)務(wù)必進(jìn)行定期的維護(hù) 包括被檢測(cè)物體和接近開(kāi)關(guān)的安裝位置是否有移動(dòng)或松動(dòng) 接線和連接部位是否接觸不良 是否有金屬粉塵粘附等 4 DC二線制接近開(kāi)關(guān)具有0 5 1mA的靜態(tài)泄漏電流 在一些對(duì)泄漏電流要求較高的場(chǎng)合下 可改用DC三線制接近開(kāi)關(guān) 5 接近開(kāi)關(guān)使用電感性負(fù)載時(shí) 務(wù)必在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管 以免損壞接近開(kāi)關(guān)輸出級(jí) 2020 3 19 85 休息一下