情境二設計軸承滾柱直徑分選裝置

2023/2/41情境二設計軸承滾柱直徑分選裝置

2023/2/42在這一章里，給大家介紹電感傳感器的類型、基本原理、特性和應用。電感傳感器可以用于測量微小的位移以及與位移有關的工件尺寸、壓力等參數(shù)。電感傳感器種類很多，人們習慣上講的電感傳感器通常是指自感傳感器。而互感量傳感器是利用了變壓器原理，又往往做成差動式，故常稱為差動變壓器。電感傳感器屬于接觸式測量，需要較大的驅動力。它的最大特點是分辨力高，可達0.1μm。任務一自感傳感器

電感傳感器種類很多，可分為自感式和互感量式兩大類。人們習慣上講電感傳感器通常是指自感傳感器。2023/2/44為了觀察鐵心氣隙與電感的關系，我們先來做一個實驗。將一只380V交流接觸器線圈與交流毫安表串聯(lián)后，接到機床用控制變壓器的36V交流電壓源上，如圖3-1所示。這時毫安表的示值約為幾十毫安。用手慢慢將接觸器的活動鐵心（稱為銜鐵）往下按，將會發(fā)現(xiàn)毫安表的讀數(shù)逐漸減小。當銜鐵與固定鐵心之間的氣隙等于零時，毫安表的讀數(shù)只剩下十幾毫安。小實驗電感傳感器的基本工作原理演示F220V準備工作電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F2023/2/47

由電工知識可知，當鐵心的氣隙較大時，磁路的磁阻Rm較大，線圈的電感量L和感抗XL就較小，所以電流I較大。當鐵心閉合時，磁阻變小、電感變大，電流減小。我們可以利用上述實驗中自感量隨氣隙而改變的原理來制作測量位移的自感傳感器?；仡櫯c總結一、自感式電感傳感器常見的形式

變隙式變截面式螺線管式

1－線圈2－鐵心3－銜鐵4－測桿5－導軌

6－工件7－轉轉軸電感傳感器的銜鐵較重，響應較慢，不宜用于快速動態(tài)測量。小貼士單線圈螺線管式電感傳感器的結構如圖3-2c所示。主要元件是一只螺線管和一根柱形銜鐵。傳感器工作時，銜鐵在線圈中伸入長度的變化將引起螺線管電感量的變化。電感量L在幾毫米的范圍內與銜鐵插入深度l1大致成正比。測量范圍越大，分辨力越低。最常用的電感傳感器

——螺線管式電感傳感器2023/2/410

在模擬電子學中，采用兩個參數(shù)完全相同的三極管組成差動放大電路，可以克服溫漂以及電源不穩(wěn)定等外界因數(shù)引起的輸出電壓漂移?；仡櫼幌律鲜?種電感傳感器使用時，由于線圈中通有交流勵磁電流，因而銜鐵始終承受電磁吸力，會引起振動。溫度升高時，線圈的尺寸增大，電感量隨之增大，將引起測量誤差。在實際使用中常采用差動形式，兩個完全相同的線圈共用一根活動銜鐵，構成差動式電感傳感器，既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測量誤差。差動式電感傳感器的結構如圖3-3所示。

當銜鐵偏離中間位置時，兩個線圈的電感量一個增加，一個減小，形成差動形式。差動電感傳感器的特點

1-差動線圈2-鐵心

3-銜鐵4-測桿5-工件

差動式電感傳感器對外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測量誤差。差動電感傳感器的特性

曲線1、2為L1、L2

的特性，3為差動特性

請分析：從曲線圖可以看出，與非差動電感傳感器相比較，差動式電感傳感器的靈敏度、線性度有何變化？2023/2/413二、測量轉換電路

測量轉換電路的作用是將電感量的變化轉換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來。但若僅采用電橋電路和普通的檢波電路，則只能判別位移的大小，卻無法判別輸出的相位和位移的方向。

如果在輸出電壓送到指示儀前，經(jīng)過一個能判別相位的檢波電路，則不但可以反映幅值（位移的大?。?，還可以反映輸出電壓的相位（位移的方向）。這種檢波電路稱為相敏檢波電路。普通的全波整流電路及波形電路只能得到單一方向的直流電，不能反映輸入信號的相位。相敏檢波輸出特性曲線a）非相敏檢波b）相敏檢波1—理想特性曲線

2—實際特性曲線

實測得到的相敏檢波電路的特性曲線

通過調零電路，可使輸出曲線平移到原點。標定位移時的實驗數(shù)據(jù)及曲線第二節(jié)差動變壓器傳感器

＋復習電工知識：全波整流電路中用到的“單相變壓器”有一個一次線圈，有兩個二次線圈。當一次線圈加上交流激磁電壓Ui后，將在二次線圈中產(chǎn)生感應電壓UO。在全波整流電路中，兩個二次線圈串聯(lián)，總電壓等于兩個二次線圈的電壓之和。普通的全波整流電路及波形電路只能得到單一方向的直流電，不能反映輸入信號的相位。

請將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關端點按全波整流電路的要求正確地連接起來。

請將單相變壓器的二次線圈N21、N22的有關端點按全波整流電路的要求正確地連接起來。Uo10V10V=20V差動變壓器的工作原理

差動變壓器是把被測位移量轉換為一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。由于兩個二次線圈采用差動接法，故稱為差動變壓器。目前應用最廣泛的結構型式是螺線管式差動變壓器。

在差動變壓器的線框上繞有一組輸入線圈（稱一次線圈）；在同一線框的上端和下端再繞制兩組完全對稱的線圈（稱二次線圈），它們反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。圖中標有黑點的一端稱為同名端，通俗的說法是指線圈的“頭”。

差動變壓器式傳感器的等效電路及接線

結構特點：兩個二次線圈反向串聯(lián)，組成差動輸出形式。

請將二次線圈N21、N22的有關端點正確地連接起來，并指出哪兩個為輸出端點。uo=u21-u22靈敏度與線性度

差動變壓器的靈敏度一般可達0.5~5V/mm，行程越小，靈敏度越高。為了提高靈敏度，勵磁電壓在10V左右為宜。電源頻率以1~10kHz為好。差動變壓器線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右。例：欲測量Φ120mm2mm軸的直徑誤差，應選擇線圈骨架長度為多少的差動變壓器（或電感傳感器）為宜？答：線圈骨架長度約為被測變化量的10倍左右，選2mm×2=40mm。測量電路

（以差動整流為例）Ｃ1、Ｃ2虛焊，Uao、Ubo將變成什么波形？

圖中的RP起什么作用？測量電路

（以差動整流為例）Ｃ1、Ｃ2虛焊，Uao、Ubo將變成什么波形？

圖中的RP起什么作用？休息一下任務二電感式傳感器的應用

一、位移測量

軸向式電感測微器的外形

航空插頭紅寶石測頭其他電感測微頭模擬式及數(shù)字式電感測微儀軸向式電感測微器的內部結構

1—引線電纜2—固定磁筒

3—銜鐵4—線圈

5—測力彈簧6—防轉銷

7—鋼球導軌（直線軸承）

8—測桿9—密封套

10—測端11—被測工件

12—基準面電感式滾柱直徑分選裝置滾柱直徑分選裝置圖

1—氣缸2—活塞3—推桿4—被測滾柱5—落料管6—電感測微器7—鎢鋼測頭8—限位擋板9—電磁翻板10—容器（料斗）

電感式滾柱直徑分選裝置測微儀圓柱滾子電感式滾柱直徑分選裝置（外形）

滑道分選倉位軸承滾子外形（參考中原量儀股份有限公司資料）電感式滾柱直徑分選裝置外形落料振動臺滑道11個分選倉位（參考無錫市通達滾子有限公司資料）廢料倉電感式滾柱直徑分選裝置（機械結構放大）汽缸控制鍵盤直徑測微裝置長度測微裝置滑道機械及氣動元件電感測微器汽缸

氣水分離器（供氣三聯(lián)件）儲氣罐導氣管

氣壓表（0.4MPa左右）電感式滾柱直徑分選界面

分選結果基本符合正態(tài)分布二、差動變壓器式厚度測量原理電感式不圓度計原理該圓度計采用旁向式電感測微頭電感式不圓度測試系統(tǒng)旁向式電感測微頭電感式不圓度測量系統(tǒng)外形

（參考洛陽匯智測控技術有限公司資料）旋轉盤測量頭不圓度測量打印電感式輪廓儀

旁向式電感測微頭三、壓力測量1—壓力輸入接頭

2—波紋膜盒

3—電纜

4—印制線路板

5—差動線圈

6—銜鐵

7—電源變壓器

8—罩殼

9—指示燈

10—密封隔板

11—安裝底座壓力測量1—壓力輸入接頭

2—波紋膜盒

3—電纜

4—印制線路板

5—差動線圈

6—銜鐵

7—電源變壓器

8—罩殼

9—指示燈

10—密封隔板

11—安裝底座一次儀表與

4~20mA二線制輸出方式

壓力變送器已經(jīng)將傳感器與信號處理電路組合在一個殼體中，這在工業(yè)中被稱為一次儀表。一次儀表的輸出信號可以是電壓，也可以是電流。由于電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸（可以不考慮線路壓降），所以在一次儀表中多采用電流輸出型。4~20mA二線制輸出方式

新的國家標準規(guī)定電流輸出為4～20mA；電壓輸出為1～5V(舊國標為0～10mA或0`2V)。4mA對應于零輸入，20mA對應于滿度輸入。

不讓信號占有0～4mA這一范圍的原因，一方面是有利于判斷線路故障（開路）或儀表故障；另一方面，這類一次儀表內部均采用微電流集成電路，總的耗電還不到4mA，因此還能利用0～4mA這一部分“本底”電流”為一次儀表的內部電路提供工作電流，使一次儀表成為兩線制儀表。

4~20mA二線制輸出方式

所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導線。多數(shù)情況下，其中一根（紅色）為+24V電源線，另一根（黑色）既作為電源負極引線，又作為信號傳輸線。在信號傳輸線的末端通過一只標準負載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負極），將電流信號轉變成電壓信號。

4~20mA二線制儀表接線方法（4~20mA）如何將電流信號轉變成電壓信號在信號傳輸線的末端通過一只標準負載電阻（也稱取樣電阻）接地（也就是電源負極），將電流信號轉變成電壓信號。取樣電阻的計算：在下圖中，若取樣電阻RL=250.0，則對應于4～20mA的輸出電壓Uo為1～5V。（4~20mA）4~20mA二線制數(shù)顯表外形及計算

在上一張圖中，若取樣電阻RL=500.0，則對應于4~20mA的輸出電流，輸出電壓Uo為多少？休息一下2023/2/453在這一章里，要給大家介紹電渦流傳感器的基本原理、特性和應用。電渦流傳感器主要用于金屬探測（安全檢測等）、微小位移和振動測量，以及轉速、表面狀態(tài)等諸多與電渦流有關的參數(shù)，還可以用于無損探傷及接近開關。電渦流傳感器的最大特點是非接觸測量。任務三電渦流傳感器2023/2/454我們先來看一個實驗。取一只直徑為300mm左右的空心線圈，接到金屬探測器的高頻激勵電流輸出端。當線圈接近一塊金屬，這時我們會發(fā)現(xiàn)與檢測電路相連的耳機里的聲音音調變尖。小實驗第一節(jié)電渦流傳感器工作原理2023/2/455第一節(jié)電渦流傳感器工作原理電渦流效應演示

當電渦流線圈與金屬板的距離x減小時，電渦流線圈的等效電感L減小，等效電阻R增大，流過電渦流線圈的電流i1增大。

電渦流的應用

——在我們日常生活中經(jīng)?？梢杂龅?/p>

干凈、高效的電磁爐電磁爐內部的勵磁線圈電磁爐的工作原理

高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底發(fā)熱，燒開鍋內食物。第二節(jié)電渦流傳感器結構及特性

電渦流探頭外形交變磁場電渦流探頭內部結構

1—電渦流線圈2—探頭殼體3—殼體上的位置調節(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

分析上表請得出結論：探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關系？2023/2/462大直徑電渦流探雷器第三節(jié)測量轉換電路

一、調幅式（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，引起電渦流線圈兩端電壓的衰減，輸出電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的距離。部分常用材料對振蕩器振幅的衰減系數(shù)二、調頻（FM）式電路(100kHz~1MHz）

當電渦流線圈與被測體的距離x改變時，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行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將f轉換為電壓Uo。并聯(lián)諧振回路的諧振頻率第四節(jié)電渦流傳感器的應用

一、位移測量

電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬量的電子器件。當金屬物體接近此感應面時，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，可計算出與被檢物體的距離、振動等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測量，工作時不受灰塵等因素的影響，可在各種惡劣條件下使用。位移測量儀

位移測量包含：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等。來自不同應用領域的許多量都可歸結為位移或間隙變化。數(shù)顯位移測量儀及探頭2023/2/469

偏心和振動檢測2023/2/470通過測量間隙來測量徑向跳動2023/2/471測量彎曲、波動、變形

對橋梁、絲桿等機械結構的振動測量，須使用多個傳感器。測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀

測量冷軋板厚度導向輥的材料可以用金屬制作嗎？2023/2/473測量尺寸、公差及零件識別

通過測量間隙來測定熱膨脹引起的上下平移2023/2/474測量封口機工作間隙間隙越大，電渦流越小電渦流位移傳感器的應用

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、電導率、磁導率、表面因素、距離等，因此電渦流傳感器的應用領域十分廣泛，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影響測量結果。所以電渦流傳感器多用于定性測量。在用作定量測量時，必須采用逐點標定、計算機線性糾正、溫度補補償?shù)却胧?/p>

位移的標定方法

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，從而達到線性化的目的。2023/2/477二、轉速測量

若轉軸上開z個槽(或齒)，頻率計的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉軸的轉速n（單位為r/min）的計算公式為

2023/2/478齒輪轉速測量

例：下圖中，設齒數(shù)z=48，測得頻率f=120Hz，請按上述公式該齒輪的轉速n

。2023/2/479電動機轉速測量三、電渦流式通道

安全檢查門

安檢門的內部設置有發(fā)射線圈和接收線圈。當有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據(jù)感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。2023/2/481安檢門演示當有金屬物體穿越安檢門時報警在安檢門的上中下中，安裝多個電渦流線圈，有金屬穿過時，對應位置報警。還在一側安裝一臺“軟x光”掃描儀，它能顯示衣服里頭的物體形狀和密度，對人體、膠卷無害。

2023/2/482四、電渦流表面探傷

手持式裂紋測量儀油管探傷滾子渦流探傷機

滾子渦流探傷機是由計算機控制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用設備，可探出深30μm的表面微小裂紋。（參考無錫市通達滾子有限公司資料）2023/2/484手提式探傷儀外形

（參考廈門愛德華檢測設備有限公司資料）2023/2/485掌上型

電渦流

探傷儀2023/2/486用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋2023/2/487臺式電渦流探傷儀2023/2/488花瓣阻抗圖第五節(jié)接近開關簡介

接近開關又稱無觸點行程開關。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內檢測有無物體靠近。當物體進入其設定距離范圍內時，就發(fā)出“動作”信號，該信號屬于開關信號（高電平或低電平）。接近開關能直接驅動中間繼電器。多數(shù)接近開關已將感辨頭和測量轉換電路做在同一殼體內，殼體上多帶有螺紋或安裝孔，以便于安裝和調整。接近開關的應用已遠超出行程開關的行程控制和限位保護范疇。它可以用于高速計數(shù)、測速，確定金屬物體的存在和位置，測量物位等。2023/2/490

接近開關的核心部分是“感辨頭”，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。在生物界，眼鏡蛇的尾部能感辨出人體發(fā)出的紅外線；而電渦流探頭能感辨金屬導體的靠近。應變片、電位器之類的傳感器無法用于接近開關，因為它們屬于接觸式測量。知識沙龍2023/2/491接近開關外形2023/2/492接近開關外形2023/2/4934~20mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）齊平式電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）

齊平式傳感器安裝時可以不高出安裝面，不易被損害。2023/2/495V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關廠資料）齊平式接近開關的術語解釋

接近開關的安裝方式：分齊平式和非齊平式。齊平式（又稱埋入型）的接近開關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）的接近開關則需要把感應頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。2023/2/497接近開關的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝2023/2/498接近開關外形（續(xù)）一、常用的接近開關分類

常用的接近開關有電渦流式（以下簡稱電感接近開關）、電容式、磁性干簧開關、霍爾式、光電式、微波式、超聲波式等。二、接近開關的特點

接近開關與被測物不接觸、不會產(chǎn)生機械磨損和疲勞損傷、工作壽命長、響應快、無觸點、無火花、無噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、體積小、安裝、調整方便；缺點是觸點容量較小、輸出短路時易燒毀。

三、電渦流接近開關

（即：電感接近開關）的工作原理

電感接近開關由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，表面產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電性能良好的金屬物體。2023/2/4102四、電渦流接近開關原理框圖2023/2/4103五、常見接近開關的型號說明

（摘自浙江·洞頭開關廠資料）2023/2/4104六.接近開關的主要性能指標：

額定動作距離、工作距離、動作滯差、重復定位精度（重復性）、動作頻率等。接近開關的術語解釋（1）1.動作（檢測）距離:被測體按一定方式移動時，從基準位置（接近開關的感應表面）到開關動作時測得的基準位置到檢測面的空間距離的標稱值。

2.設定距離：指整定距離，一般為額定動作距離的0.8倍，以保證工作可靠。

3.復位距離：接近開關動作后，又再次復位時的與被測物的距離，它略大于動作距離。

4.回差值:動作距離與復位距離之間的絕對值?；夭钪翟酱螅瑢ν饨绲母蓴_以及被測物的抖動等的抗干擾能力就越強。2023/2/4106接近開關的檢測距離與回差接近開關的術語解釋（2）

標準檢測體：可與現(xiàn)場被檢金屬作比較的標準金屬檢測體。標準檢測體通常為正方形的A3鋼，厚度為1mm，所采用的邊長是接近開關檢測面直徑的2.5倍。不同材料的金屬檢測物對電渦流接近開關動作距離的影響（以Fe為參考金屬）

對于非磁性材料，被測體的電導率越高，則靈敏度越高；被測體是磁性材料時，其磁導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，其靈敏度通常較高。接近開關的術語解釋（3）

響應頻率f：按規(guī)定，在1秒的時間間隔內，接近開關動作循環(huán)的最大次數(shù)，重復頻率大于該值時，接近開關無反應。響應時間t：接近開關檢測到物體時刻到接近開關出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉的時間之差。可用公式換算：

t=1/f2023/2/4110響應頻率及響應時間示意圖四線制電渦流位移傳感器的接線說明

有的位移傳感器同時具備兩種動作輸出狀態(tài)，可選