電渦流傳感器

1、教師授課方案09D電氣1、電氣2授課班級(jí)09D電氣1、電氣2授課日期課節(jié)2課堂類(lèi)型講授課題第四章 電渦流傳感器 第一節(jié)電渦流傳感器的工作原理第二節(jié)電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)與特性第三節(jié)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路第四節(jié)電渦流傳感器的應(yīng)用第四節(jié)電渦流接近開(kāi)關(guān)教學(xué)目的與要求【知識(shí)目標(biāo)】1、了解電渦流傳感器的工作原理2、掌握電渦流傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（AM、FM ） 3、了解電渦流傳感器的應(yīng)用 4、電渦流式接 近開(kāi)關(guān)的原理、結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)、應(yīng)用及掌握接線方法。【能力目標(biāo) 】培養(yǎng)學(xué)生NPN、PNP常開(kāi)、常閉接線的技能及理論聯(lián)系 實(shí)際的能力。【職業(yè)目標(biāo) 】通過(guò)學(xué)生理論及技能的學(xué)習(xí)， 培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)崗敬業(yè)的情感目標(biāo)。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：1

2、、掌握電渦流傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（AM、FM） 2、電渦流式接近開(kāi)關(guān)的接線難點(diǎn)：電渦流式接近開(kāi)關(guān) NPN、OC門(mén)常開(kāi)輸出電路教具教學(xué)輔助活動(dòng)教具：微波爐、電渦流傳感器、多媒體課件、習(xí)題冊(cè) 教學(xué)輔助活動(dòng)：提問(wèn)、學(xué)生討論一節(jié)教學(xué)過(guò)程安排復(fù)習(xí)分鐘講課1、了解電渦流傳感器的工作原理2、掌握電渦流傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路（AM、FM）3、了解電渦流傳感器的應(yīng)用4、電渦流式接近開(kāi)關(guān)的原理、結(jié)構(gòu)、特性參 數(shù)、應(yīng)用及掌握接線方法。78分鐘小結(jié)利用10分鐘時(shí)間與學(xué)生互動(dòng)答疑10分鐘作業(yè)習(xí)題冊(cè)第四章電渦流傳感器習(xí)題2分鐘任課教師：葉睿2011年1月20日審查教師簽字：年 月曰（首頁(yè)）教案附頁(yè)【復(fù)習(xí)提問(wèn)】上節(jié)課知識(shí)點(diǎn)：

3、 因上節(jié)課做過(guò)階段性復(fù)習(xí)第四章電渦流式傳感器第一節(jié)電渦流傳感器的工作原理【本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)】通過(guò)課件與教師講授電渦流效應(yīng)及肌膚效應(yīng)，掌握電渦流傳感器 的工作原理、并舉例電磁爐的工作加以鞏固?！臼谡n內(nèi)容】一、電渦流效應(yīng)以及集膚效應(yīng)金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體表面就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的旋渦狀 感應(yīng)電流稱(chēng)為電渦流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電渦流效應(yīng)。當(dāng)高頻（100kHz左右）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)，將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)H1。如被測(cè)導(dǎo)體置于 該交變磁場(chǎng)范圍之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流i2。i2在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分

4、布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱(chēng)為集 膚效應(yīng)（也稱(chēng)趨膚效應(yīng)）。二、結(jié)論：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。如果控制x、ii、f不變，就可以用來(lái)檢測(cè)與表面電導(dǎo)率 c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 卩有關(guān)的材 料型號(hào)、表面硬度等參數(shù)。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，使鍋底自行發(fā)熱，燒開(kāi)鍋 內(nèi)的 食物。第二節(jié)傳感器的結(jié)構(gòu)及特性【本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)】 通過(guò)課件與教師簡(jiǎn)介電渦流傳感器的探頭及特性【授課內(nèi)容】一、電渦流探頭結(jié)構(gòu) 電渦流傳感器的傳感元件是一只線圈， 俗稱(chēng)為電渦流探

5、頭。激勵(lì)源頻率較高（數(shù)十千赫至數(shù)兆赫）。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印制電路板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電纜插頭二、特性探頭的直徑越大，測(cè)量范圍就越大，但分辨力就越差，靈敏度也 降低。舉例：大直徑電渦流探雷器定性測(cè)量。探頭的直徑越大，測(cè)量 范圍也越大，分辨力越差，靈敏度越低。三、被測(cè)體材料、形狀、大小對(duì)靈敏度的影響1、被測(cè)體為圓盤(pán)狀物體的平面時(shí)，物體的直徑大于線圈直徑的2倍以 上，否則將使靈敏度降低；被測(cè)體為軸狀圓柱體的圓弧表面時(shí)，它 的直徑應(yīng)大于線圈直徑的4倍以上。2、被測(cè)物體厚度為0.2mm3、測(cè)量時(shí)，盡量避開(kāi)其它導(dǎo)體，以免干擾磁場(chǎng)，引

6、起線圈的附加損失。第三節(jié)傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路【本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)】通過(guò)課件與教師講授電渦流傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路重點(diǎn)使學(xué)生掌 握（AM FM兩種轉(zhuǎn)換電路。應(yīng)用、以及電渦式接近開(kāi)關(guān)，重點(diǎn)使學(xué) 生掌握測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、電渦流式接近開(kāi)關(guān)的接線?！臼谡n內(nèi)容】一、調(diào)幅式轉(zhuǎn)換電路（AM ）1、諧振時(shí)：石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻穩(wěn)幅高頻振蕩電壓 （100kHz1MHz ）用于激勵(lì)電渦流線圈。金屬材料遠(yuǎn)離探頭，調(diào)節(jié) CO,產(chǎn)生諧振輸出較大Uo2、被測(cè)體靠近探頭時(shí)：在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高 放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓 Uo反映了金屬體對(duì)電渦 流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。被

7、測(cè)體可以是導(dǎo)磁性物體也可以是非導(dǎo)磁性物體，與探頭間距越 小，輸出電壓就越低。缺點(diǎn)是：不是線性關(guān)系，必須用千分尺逐點(diǎn)標(biāo)定后經(jīng)計(jì)算機(jī)線性化 處理用數(shù)碼管顯示。溫漂較大，需要采取補(bǔ)償電路定頻調(diào)幅式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路二、調(diào)頻式電路（FM在電渦流傳感器中，以LC振蕩器的頻率f作為輸出量。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，此頻率可以通過(guò)F/V轉(zhuǎn)換器（又稱(chēng) 為鑒頻器），將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo，由表頭顯示出電壓值。也可以直接 將頻率信號(hào)（TTL電平）送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)/定時(shí)器，測(cè)量出頻率的變 化。鑒頻器特性如圖所示。FWlTTL電平器；匝岐一卻咋那:i

8、l此迥川/ i111 “ / 時(shí)調(diào)頻式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路原理框圖及特性a信號(hào)流程 b）鑒頻器特性第四節(jié) 電渦流傳感器的應(yīng)用【本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)】通過(guò)課件與教師講授電渦流傳感器的應(yīng)用?！臼谡n內(nèi)容】電渦流探頭線圈的阻抗受眾多因素影響，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。只要固定一個(gè)量 就可以用電渦流傳感器來(lái)測(cè)量剩下的一個(gè)因素。應(yīng)用十分廣泛，屬于 定性測(cè)量。如果要做定量測(cè)量，也要用到前面學(xué)習(xí)的逐點(diǎn)標(biāo)定、計(jì)算機(jī)線性 糾正。本節(jié)課就位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、鍍層厚度、安全檢查門(mén)、表面探 傷六個(gè)應(yīng)用加以學(xué)習(xí)。一、 位移測(cè)量 測(cè)量過(guò)程電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬電壓的電子器件。接通電源 后，

9、在電渦流探頭的有效面（感應(yīng)工作面）將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。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，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)不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長(zhǎng)，可在各種惡劣 條件下使用。< +VDC黃一黒一融滬馳用融I削 0 OVDC三、振動(dòng)測(cè)量 測(cè)量過(guò)程：用多個(gè)傳感器放在機(jī)械不同部位檢測(cè)，得到各個(gè)位置的振幅值和 相位值，畫(huà)出振動(dòng)波形圖，由頻譜儀分析輸出波形的振幅及頻率，頻 譜儀在第九章學(xué)習(xí)。三、轉(zhuǎn)速測(cè)量 測(cè)量過(guò)程：若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽（或齒），頻率計(jì)的讀數(shù)為f

10、（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：f n 60 za）帶有凹槽的轉(zhuǎn)軸及輸岀波形 b）帶有凸槽的轉(zhuǎn)軸及輸岀波形1傳感器 2 被測(cè)物四、鍍層厚度測(cè)量 測(cè)量過(guò)程：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。五、安全門(mén)檢查 測(cè)量過(guò)程安檢門(mén)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)， 10KHZ的音頻信號(hào)產(chǎn)生的交變磁場(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。在安檢門(mén)的側(cè)面還安裝一臺(tái) 軟x

11、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。六、表面探傷 測(cè)量過(guò)程：檢查金屬表面（已涂防銹漆）的裂紋以及焊接處的缺陷等。在探 傷中，傳感器應(yīng)與被測(cè)導(dǎo)體保持距離不變。由于缺陷將引起導(dǎo)體電導(dǎo) 率、磁導(dǎo)率的變化，使電渦流變小，從而引起輸出電壓的變化。第五節(jié)接近開(kāi)關(guān)及應(yīng)用【本節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)】通過(guò)課件與教師講授電渦式接近開(kāi)關(guān)，重點(diǎn)使學(xué)生掌握電渦流式 接近開(kāi)關(guān)的接線。【授課內(nèi)容】接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)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)，就發(fā)出動(dòng) 作信號(hào)，多數(shù)能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器。用于高速計(jì)數(shù)、測(cè)速，確定物體存在和位置，測(cè)量物體和

12、液位，用于人體保護(hù)和防盜以及無(wú)觸點(diǎn)按鈕。一、接近開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)：與機(jī)械開(kāi)關(guān)相比，接近開(kāi)關(guān)具有如下特點(diǎn)：非接觸檢測(cè)，不影 響被測(cè)物的運(yùn)行工況；不產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷，工作壽命長(zhǎng)； 響應(yīng)快，一般響應(yīng)時(shí)間可達(dá)幾毫秒或十幾毫秒； 采用全密封結(jié)構(gòu)， 防潮、防塵性能較好，工作可靠性強(qiáng)；無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪聲， 所以適用于要求防爆的場(chǎng)合（防爆型）；輸出信號(hào)大，易于與計(jì)算機(jī) 或PLC等接口；體積小，安裝、調(diào)整方便。它的缺點(diǎn)是“觸點(diǎn)”容 量較小，輸出短路時(shí)易燒毀。二、接近開(kāi)關(guān)的分類(lèi)自感式、差動(dòng)變壓器式：對(duì)導(dǎo)磁物體電渦流式：對(duì)導(dǎo)電良好的金屬電容式：對(duì)接地的金屬或地電位的導(dǎo)電物體 磁性干簧開(kāi)關(guān)（干簧管）：對(duì)磁性較強(qiáng)的

13、物體 霍爾式：對(duì)磁性物體 光電傳感器、微波和超聲波傳感器屬于電子 開(kāi)關(guān)，檢測(cè)距離可較大。接近開(kāi)關(guān)的主要性能指標(biāo)（1）額定動(dòng)作距離 在規(guī)定的條件下所測(cè)定到的接近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作距離（單位為mm）；（2）工作距離 接近開(kāi)關(guān)在實(shí)際使用中被設(shè)定的安裝距離。 在此距離 內(nèi)，不產(chǎn)生誤動(dòng)作；（3）動(dòng)作滯差 指動(dòng)作距離與復(fù)位距離之差的絕對(duì)值。滯差大，對(duì)外 界的干擾以及被測(cè)物的抖動(dòng)等的抗干擾能力就強(qiáng)；（4）重復(fù)定位精度（重復(fù)性）它表征多次測(cè)量動(dòng)作距離。其數(shù)值的離 散性的大小一般為動(dòng)作距離的1%5%。離散性越小，重復(fù)定位 精度越高。（5）動(dòng)作頻率指每秒連續(xù)不斷地進(jìn)入接近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作距離后又離開(kāi) 的被測(cè)物個(gè)數(shù)或次數(shù)。四、接

14、近開(kāi)關(guān)的規(guī)格及接線方式接近開(kāi)關(guān)的一種典型三線制接線方式引線的顏色：棕色引線為正電源（1835V）；藍(lán)色接地（電源負(fù)極）；黑色為輸 出端。接近開(kāi)關(guān)的一種典型三線制接線方式及特性a）三線制接近開(kāi)關(guān) b） NPN、OC門(mén)常開(kāi)輸出電路接法分析工作過(guò)程：當(dāng)被測(cè)物體未靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)，Ub=O, |b=0，OC門(mén)截止，OUT端為高阻態(tài)（接入負(fù)載后為接近電源電壓的高電平）；當(dāng)被測(cè)體靠近到 動(dòng)作距離（Xnin）時(shí)，OC門(mén)的輸出端對(duì)地導(dǎo)通，OUT端對(duì)地為低電平 （約0.3V）。將中間繼電器KA跨接在+VCC與OUT端上時(shí)，KA就處 于吸合（得電）狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)物體遠(yuǎn)離該接近開(kāi)關(guān)，到達(dá) Xmax時(shí)，OC門(mén)再次截止，K

15、A 失電。通常將接近開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)為具有“施密特特性”，Ax為接近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作滯差（也稱(chēng)為“動(dòng)作回差”）?；夭钤酱?，抗機(jī)械振動(dòng)干擾的能力 就越強(qiáng)。接續(xù)流二極管的原因工作過(guò)程中，若續(xù)流二極管 VD虛焊或未接，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)復(fù)位的 瞬間，KA產(chǎn)生的過(guò)電壓（e=-N di/dt）有可能將OC門(mén)擊穿。注意事項(xiàng)：如果不慎將+Vcc與OUT端短接，在接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，就會(huì)有過(guò)電 流流入OC門(mén)的集電極，并可能將其燒毀。五、接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用1、生產(chǎn)工件加工定位與計(jì)數(shù)待加工的金屬工件運(yùn)送到5時(shí)，該接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，傳送機(jī)構(gòu)減速； 工件到6時(shí)，接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，傳動(dòng)帶停止，同時(shí)，接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作一次， 計(jì)數(shù)一次。2、成品零件缺位檢測(cè)在流水線的最后一道工序，安裝一套多種微型開(kāi) 關(guān)的裝置，位置與被檢測(cè)零件位置對(duì)應(yīng)，調(diào)節(jié)每個(gè)接近開(kāi)關(guān)的靈敏度， 缺少零件時(shí)報(bào)警。知識(shí)小結(jié):通過(guò)對(duì)電渦流式傳感器的原理、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、應(yīng)