第四章第四章 电涡流传感器电涡流传感器 本章学习电涡流传感器的本章学习电涡流传感器的原理原理及及应用应用，并介绍，并介绍接近开关接近开关的原理、的原理、结构、特性参数及应用。结构、特性参数及应用。2024/9/722024/9/73 当电涡流线圈与当电涡流线圈与金属板的距离金属板的距离x 减小减小时，电涡流线圈的等时，电涡流线圈的等效电感效电感L 减小减小，等效，等效电阻电阻R 增大增大。感抗。感抗XL 的变化比的变化比R 的变化大的变化大得多，流过电涡流线得多，流过电涡流线圈的圈的电流电流i1增大增大。 第一节第一节 电涡流传感器工作原理电涡流传感器工作原理 电涡流效应：电涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，根据法拉第电磁感应原理，块状金属块状金属导体置于导体置于变化的磁场变化的磁场中或在中或在磁场中作切割磁力线运动磁场中作切割磁力线运动时，时，导体内将产生呈导体内将产生呈涡旋状涡旋状的感应电流的感应电流(电涡流电涡流)的现象。的现象。 电涡流式传感器原理图电涡流式传感器原理图 式中：式中：r -线圈与被测导体的尺寸因子。线圈与被测导体的尺寸因子。 上图为电涡流式传感器的原理图，该图由传感器线上图为电涡流式传感器的原理图，该图由传感器线圈和被测导体组成线圈圈和被测导体组成线圈导体系统。当传感器线圈通以导体系统。当传感器线圈通以交变电流交变电流 时，由于电流的变化，在线圈周围产生交变时，由于电流的变化，在线圈周围产生交变磁场磁场 ，使置于此磁场中的被测导体内产生感应电涡流，使置于此磁场中的被测导体内产生感应电涡流 ，电涡流，电涡流 又产生新的交变磁场又产生新的交变磁场 。 与与 方向相反，方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致传感器线圈的因而抵消部分原磁场，从而导致传感器线圈的电感量、电感量、阻抗和品质因数阻抗和品质因数发生变化，即线圈的等效阻抗发生变化。发生变化，即线圈的等效阻抗发生变化。这些变化与被测导体的电阻率这些变化与被测导体的电阻率 、磁导率、磁导率 以及几何形以及几何形状有关，也与线圈几何参数、激磁电流频率状有关，也与线圈几何参数、激磁电流频率 有关，还与线圈与被测导体间的距离有关，还与线圈与被测导体间的距离 有关。因此可有关。因此可写为：写为：电涡流式传感器简化模型电涡流式传感器简化模型 电涡流式传感器等效电路图电涡流式传感器等效电路图 f -为线圈激磁电流的频率；为线圈激磁电流的频率；-为金属导体的电阻率；为金属导体的电阻率；r-为金属导体的磁导率。为金属导体的磁导率。 模型中，把在被测金属导体上形成的电涡流等效成模型中，把在被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内，模型中一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内，模型中h（电涡流的贯穿深度）可由下式求得：（电涡流的贯穿深度）可由下式求得： 集肤效应：集肤效应：当高频（当高频（100kHz左右）信号源产生的高左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，时，将产生高频磁场将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。 集肤效应与激励源频率集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、工件的电导率 、磁导率、磁导率 等有关。等有关。频率频率f 越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。 根根据据简简化化模模型型，可可将将金金属属导导体体形形象象地地看看做做一一个个短短路路线线圈圈，它它与与传传感感器器线线圈圈之之间间存存在在耦耦合合关关系系，它它们们之之间间的的等等效效电电路路图图如如上上。图图中中R2为为电电涡涡流流短短路路环环等等效效电电阻阻，其其表达式为：表达式为： 根据基尔霍夫第二定根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程：律，可列出如下方程： -线圈激磁电流角频率线圈激磁电流角频率R1-线圈电阻线圈电阻L1-线圈电感线圈电感L2-短路环等效电感短路环等效电感R2-短路环等效电阻短路环等效电阻M -互感系数互感系数 等效阻抗等效阻抗Z的表达式为：的表达式为： 式中：式中：Req线圈受电涡流影响后的线圈受电涡流影响后的等效电阻等效电阻 Leq线圈受电涡流影响后的线圈受电涡流影响后的等效电感等效电感 电电涡涡流流线线圈圈受受电电涡涡流流影影响响时时的的等等效效阻阻抗抗Z Z 的的函函数数表达式为：表达式为： Z =R +jL=f（i1, f, , , r, x, ）等效阻抗分析等效阻抗分析等效阻抗与非电量测量的应用等效阻抗与非电量测量的应用 检测深度的控制：检测深度的控制：由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变表面的各种物理参数。改变f f，可控制检测深度。激励源频率一，可控制检测深度。激励源频率一般设定在般设定在100kHz-1MHz100kHz-1MHz。频率越低，。频率越低，检测深度越深检测深度越深。 间距间距x x的测量：的测量：如果控制上式中的如果控制上式中的i i1 1、f f、 、 、r r 不变，电不变，电涡流线圈的阻抗涡流线圈的阻抗Z Z 就成为间距就成为间距x x的单值函数，这样就成为非接触的单值函数，这样就成为非接触地测量位移的传感器。地测量位移的传感器。 多种用途：多种用途：如果控制如果控制x x、i i1 1、f f 不变，就可以用来检测与表不变，就可以用来检测与表面电导率面电导率 有关的有关的表面温度、表面裂纹等参数表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与，或者用来检测与材料磁导率材料磁导率 有关的有关的材料型号、表面硬度材料型号、表面硬度等参数。等参数。1、电涡流形成范围、电涡流形成范围径向形成范围径向形成范围 线线圈圈导导体体系系统统产产生生的的电电涡涡流流密密度度既既是是线线圈圈与与导导体体间间距距离离x的的函函数数，又又是是沿沿线线圈圈半半径径方方向向r的的函函数数。当当x一一定定时时，电电涡涡流流密密度度J与与半半径径r的的关关系系曲曲线线下下图图所所示示（图图中中J0为为金金属属导导体体表表面面电电涡涡流流密密度度，即即电电涡涡流流密密度度最最大大值值。Jr为半径为半径r处的金属导体表面电涡流密度）。由图可知：处的金属导体表面电涡流密度）。由图可知： 电电涡涡流流径径向向形形成成范范围围大大约约在在传传感感器器线线圈圈外外径径ras的的1.82.5倍范围内，且分布不均匀。倍范围内，且分布不均匀。 电涡流密度在电涡流密度在ri=0处为零。处为零。 电涡流的最大值在电涡流的最大值在r=ras附近的一个狭窄区域内。附近的一个狭窄区域内。 可以用一个平均半径为可以用一个平均半径为 的短路环的短路环 来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）。来集中表示分散的电涡流（图中阴影部分）。电涡流效应的基本特性电涡流效应的基本特性 电涡流密度电涡流密度J与半径与半径r的关系曲线的关系曲线 2 2、电涡流强度与距离的关系、电涡流强度与距离的关系 理理论论分分析析和和实实验验都都已已证证明明，当当x x改改变变时时，电电涡涡流流密密度度也也发发生生变变化化，即即电电涡涡流流强强度度随随距距离离x x的的变变化化而而变变化化。根根据据线线圈圈导导体体系系统统的的电电磁磁作作用用， 可可以以得得到到金金属属导导体体表面的电涡流强度为：表面的电涡流强度为： 式中：式中：I1线圈激励电流；线圈激励电流； I2金属导体中等效电流；金属导体中等效电流； x 线圈到金属导体表面距离；线圈到金属导体表面距离； ras线圈外径。线圈外径。 电涡流强度与距离归一化曲线电涡流强度与距离归一化曲线 根据上式作出的归一根据上式作出的归一化曲线如图所示。化曲线如图所示。 以上分析表明：以上分析表明： 电涡流强度与距电涡流强度与距离离x呈呈非线性关系非线性关系，且，且随着随着x/ras的增加而迅速的增加而迅速减小。减小。 当利用电涡流式当利用电涡流式传感器测量位移时，只传感器测量位移时，只有在有在x/ras1(一般取一般取0.050.15)的条件下才的条件下才能得到较好的线性和较能得到较好的线性和较高的灵敏度。高的灵敏度。3 3、电涡流的轴向贯穿深度、电涡流的轴向贯穿深度 所所谓谓贯贯穿穿深深度度是是指指把把电电涡涡流流强强度度减减小小到到表表面面强强度度的的1/e1/e处的表面厚度。处的表面厚度。 由由于于金金属属导导体体的的趋趋肤肤效效应应，电电磁磁场场不不能能穿穿过过导导体体的的无无限限厚厚度度，仅仅作作用用于于表表面面薄薄层层和和一一定定的的径径向向范范围围内内，并并且且导导体体中中产产生生的的电电涡涡流流强强度度是是随随导导体体厚厚度度的的增增加加按按指指数规律下降的。其按指数衰减分布规律可用下式表示：数规律下降的。其按指数衰减分布规律可用下式表示： 式中：式中：d金属导体中某一点与表面的距离；金属导体中某一点与表面的距离； Jd沿沿H1 轴向轴向d处的电涡流密度；处的电涡流密度； J0金属导体表面电涡流密度，金属导体表面电涡流密度，(电涡流密度最大值电涡流密度最大值) h电涡流轴向贯穿的深度电涡流轴向贯穿的深度,（趋肤深度）。（趋肤深度）。电涡流密度轴向分布曲线电涡流密度轴向分布曲线 如图所示为电涡流密如图所示为电涡流密度轴向分布曲线，可知，度轴向分布曲线，可知，电涡流密度主要分布在电涡流密度主要分布在表面附近。表面附近。 由前面分析可知，被由前面分析可知，被测体电阻率愈大，相对测体电阻率愈大，相对导磁率愈小，以及传感导磁率愈小，以及传感器线圈的激磁电流频率器线圈的激磁电流频率愈低，则电涡流贯穿深愈低，则电涡流贯穿深度度h 愈大。故透射式电愈大。故透射式电涡流传感器一般都采用涡流传感器一般都采用低频激励。低频激励。 交变磁场交变磁场第二节第二节 电涡流传感器结构及特性电涡流传感器结构及特性1 1、电涡流探头结构、电涡流探头结构电涡流探头外形电涡流探头外形11电涡流线圈电涡流线圈 22探头壳体探头壳体 33壳体上的位置调节螺纹壳体上的位置调节螺纹 44印制线路板印制线路板 55夹持螺母夹持螺母 66电源指示灯电源指示灯77阈值指示灯阈值指示灯 88输出屏蔽电缆线输出屏蔽电缆线 99电缆插头电缆插头CZF-1CZF-1系列传感器的性能系列传感器的性能分析上表可得出结论：分析上表可得出结论： 探头直径越大，测量范围越大、分辨力越差、灵敏度越低。探头直径越大，测量范围越大、分辨力越差、灵敏度越低。2 2、被测材料、形状和体积对灵敏度的影响、被测材料、形状和体积对灵敏度的影响电阻率、磁导率：电阻率、磁导率：非磁性材料，电阻率低，灵敏度高；非磁性材料，电阻率低，灵敏度高； 磁性材料，除电阻率外，还受磁导率的影响。磁性材料，除电阻率外，还受磁导率的影响。形状、体积大小：形状、体积大小：盘状，要求被测对象直径盘状，要求被测对象直径2倍探头线圈直径；倍探头线圈直径； 柱状，要求被测圆柱直径柱状，要求被测圆柱直径4倍探头线圈直径。倍探头线圈直径。大直径电涡流探雷器大直径电涡流探雷器2024/9/721电涡流的应用电涡流的应用干净、高效的电磁炉干净、高效的电磁炉 高频电流通过励磁线圈，高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。行发热，烧开锅内的食物。线圈线圈电磁炉的工作原理电磁炉的工作原理一、调幅（一、调幅（AMAM）式电路）式电路 石英振荡器石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz-1MHz)用于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，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响反映了金属体对电涡流线圈的影响(例如两者之间的例如两者之间的距离等参数距离等参数)。第三节第三节 测量转换电路测量转换电路部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数 人的手、泥土或装满人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？振幅产生明显的衰减吗？为什么？为什么？二、调频（二、调频（FMFM）式电路）式电路 当电涡流线圈与被测体的距离当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时，电涡流线圈改变时，电涡流线圈的电感量的电感量L也随之改变，引起也随之改变，引起LC 振荡器的输出频率变振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将行显示或记录时，必须使用鉴频器，将 f转换为电压转换为电压 Uo。 并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率: 设电涡流线圈的电感量设电涡流线圈的电感量L=0.8mH，微调电容，微调电容C0=200pF，求振荡器的频率，求振荡器的频率f 。鉴输出电压与输入频率成正比鉴输出电压与输入频率成正比鉴频器特性鉴频器特性使用鉴频器可以将使用鉴频器可以将 f 转换为电压转换为电压 Uo 设电路参数如上图，计算电涡流线圈未接近金属时的设电路参数如上图，计算电涡流线圈未接近金属时的鉴频器输出电压鉴频器输出电压Uo；若电涡流线圈靠近金属后，电涡流；若电涡流线圈靠近金属后，电涡流探头的输出频率探头的输出频率f上升为上升为500kHz， f为多少？输出电压为多少？输出电压Uo又为多少？又为多少？ 一、位移测量一、位移测量 电涡流位移传感器是一种输出为电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压模拟电压的电子器的电子器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面）件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面）将产生一个将产生一个交变磁场交变磁场。当。当金属物体金属物体接近此感应面时，金接近此感应面时，金属表面将属表面将吸取吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器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的输出幅度线性地衰减衰减，根据衰减量的变化，可地计算，根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属于于非接触测量非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。第四节第四节 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用1、位移测量仪、位移测量仪位移测量：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、位移测量：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冲击、偏心率、冲程、宽度等。来自不同应用领域的许多量都可归结为归结为位移位移或或间隙间隙变化。变化。电流电流型电型电涡流涡流位移位移传感传感器器V系列齐系列齐平式传感平式传感器安装时器安装时可以不高可以不高出安装面，出安装面，不易被损不易被损害。害。V V系列电涡流位移传感器性能一览表系列电涡流位移传感器性能一览表V V系列电涡流位移传感器机械图系列电涡流位移传感器机械图 该型号位移传感器同时具备两种动作输出状态，用该型号位移传感器同时具备两种动作输出状态，用户可选择从高电压向低电压转变和从低电压向高电压转户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，分别称为变两种方式，分别称为NPNNPN和和PNPPNP输出模式，俗称为常开输出模式，俗称为常开输出或常闭输出模式。输出或常闭输出模式。 电涡流探头电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等。只要固等。只要固定其他因素就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素。因此定其他因素就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素。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。流传感器多用于定性测量。位移传感器的分类位移传感器的分类2、偏心和振动检测、偏心和振动检测通过通过测量测量间隙间隙来测来测量径量径向跳向跳动动3、测量弯曲、变形、测量弯曲、变形对桥梁、对桥梁、丝杆等丝杆等机械结机械结构的振构的振动测量，动测量，须使用须使用多个传多个传感器。感器。测量冷轧板厚度测量冷轧板厚度4、金属薄膜、板材厚度的测量、金属薄膜、板材厚度的测量A A、 低频低频透射透射式涡式涡流厚流厚度传度传感器感器 B B、 高频高频反射反射式涡式涡流厚流厚度传度传感器感器 5、测量尺寸、公差及零件识别、测量尺寸、公差及零件识别测量间隙来测定热膨胀引起的上下平移测量间隙来测定热膨胀引起的上下平移测量封口机工作间隙测量封口机工作间隙间间隙隙越越大大，电电涡涡流流越越小小测量注塑机开合模的间隙测量注塑机开合模的间隙位移的标定方法位移的标定方法 使用千分尺，逐一对照使用千分尺，逐一对照测量电路的输出电压及数显测量电路的输出电压及数显表读数，列出对照表，存入表读数，列出对照表，存入计算机，从而达到线性化的计算机，从而达到线性化的目的。目的。电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线1.1.量程为量程为10mm10mm 2.2.量程为量程为16mm16mm 3.3.量程为量程为20mm20mm二、振动测量二、振动测量用电涡流探头、调幅法测量简用电涡流探头、调幅法测量简谐振动时，探头的输出波形。谐振动时，探头的输出波形。调频调频法测法测量振量振动的动的波形波形汽轮机叶片测试汽轮机叶片测试测量悬臂梁的测量悬臂梁的振幅及频率振幅及频率三、转速测量三、转速测量 若转轴上开若转轴上开z z个槽个槽( (或齿或齿) )，频率计的读数为，频率计的读数为f f( (单位为单位为Hz)Hz)，则转轴的转速，则转轴的转速n n( (单位为单位为r/min)r/min)的计算公式为的计算公式为: :各种测量转速的传感器及各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置其与齿轮的相对位置齿轮转速测量齿轮转速测量例例:下图中，设齿数下图中，设齿数z =48，测得频率测得频率f=120Hz，求该齿，求该齿轮的转速轮的转速n。电动机转速测量电动机转速测量四、镀层厚度测量四、镀层厚度测量 由于存在由于存在集肤效应集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度厚度- -输出输出”电压的电压的标定曲线标定曲线，以便测量时对照。，以便测量时对照。电涡流涂层厚度仪原理电涡流涂层厚度仪原理测量金属镀测量金属镀层或绝缘层层或绝缘层厚度的计算厚度的计算方法有何区方法有何区别？别？五、电涡流式通道安全检查门五、电涡流式通道安全检查门 安检门的内部设安检门的内部设置有许多发射线圈和置有许多发射线圈和接收线圈。当有金属接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁物体通过时，交变磁场就会在该金属导体场就会在该金属导体表面产生电涡流，会表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出在接收线圈中感应出电压。电压。计算机根据感计算机根据感应电压的大小、相位应电压的大小、相位来判定金属物体的大来判定金属物体的大小。小。在安检门的侧面在安检门的侧面还安装一台还安装一台“软软x x光光”扫描仪，它对人体、扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处胶卷无害，用软件处理的方法，可合成完理的方法，可合成完整的光学图像。整的光学图像。当有金属物体穿当有金属物体穿越安检门时报警越安检门时报警安检门演示安检门演示油管探伤油管探伤六、电涡流表面探伤六、电涡流表面探伤手持式裂纹测量仪手持式裂纹测量仪 滚子涡流滚子涡流探伤机是由探伤机是由计算机控制计算机控制的轴承滚子的轴承滚子表面微裂纹表面微裂纹探伤的专用探伤的专用设备，可探设备，可探出深出深30m30m的表面微小的表面微小裂纹。裂纹。手提式探伤仪外形手提式探伤仪外形掌上型电涡流探伤仪掌上型电涡流探伤仪用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹台式电涡流探伤仪台式电涡流探伤仪花瓣阻抗图花瓣阻抗图第五节第五节 接近开关简介接近开关简介 接近开关接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离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。当物体与（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出其接近到设定距离时，就可以发出“动作动作”信号信号（常开（常开闭合；常闭闭合；常闭断开）断开）。 接近开关的核心部分是接近开关的核心部分是“感辨头感辨头”，它对正在接近，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。的物体有很高的感辨能力。接近开关外形接近开关外形一、常用的接近开关分类一、常用的接近开关分类 常用的接近开关有常用的接近开关有电涡流式电涡流式( (俗称电感接近开关俗称电感接近开关) )、电容式电容式、磁性干簧开关磁性干簧开关、霍尔式霍尔式、光电式光电式、微波式微波式、超超声波式声波式等。等。二、二、接近开关接近开关的特点的特点 优点是：优点是：接近开关与被测物不接触、不会产生机械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、输出信号负花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便载能力强、体积小、安装、调整方便. . 缺点是：缺点是：触点容量较小、输出短路时易烧毁。触点容量较小、输出短路时易烧毁。三、接近开关的主要性能指标三、接近开关的主要性能指标额定动作距离额定动作距离：额定条件下：额定条件下 工作距离工作距离：设定值：设定值动作滞差动作滞差：动作距离：动作距离- -复位距离复位距离 动作频率动作频率：响应时间：响应时间重复定位精度重复定位精度：重复测量间距：重复测量间距四、电涡流接近开关四、电涡流接近开关(电感接近开关电感接近开关)的工作原理的工作原理 电涡流式接近开关俗称电感接近开关，属于一种开电涡流式接近开关俗称电感接近开关，属于一种开关量输出的位置传感器。它由关量输出的位置传感器。它由LCLC高频振荡器高频振荡器和和放大处理放大处理电路电路组成。组成。 利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的振荡感辨头利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的振荡感辨头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近时，使物体内部产生涡流。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好的金属物体。的物体必须是导电性能良好的金属物体。原原理理框框图图1.1.动作动作( (检测检测) )距离距离: : 动作距离动作距离是指检测体按一定方式移是指检测体按一定方式移动时，从基准位置动时，从基准位置( (接近开关的感应表面接近开关的感应表面) )到开关动作到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距额定动作距离离是指接近开关动作距离的标称值。是指接近开关动作距离的标称值。 2.2.设定距离：设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离，一指接近开关在实际工作中的整定距离，一般为额定动作距离的般为额定动作距离的0.80.8倍。被测物与接近开关之间倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作可靠。的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。安装后还须通过调试，然后紧固。3.3.复位距离：复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的与被测接近开关动作后，又再次复位时的与被测物的距离，它略大于动作距离。物的距离，它略大于动作距离。4.4.回差值回差值: : 动作距离与复位距离之间的绝对值。动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。力就越强。五、接近开关的术语五、接近开关的术语5 5、标准检测体：、标准检测体：可与现场被检金属作比较的标准金属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检测体。标准检测体通常为正方形的A3A3钢，厚度为钢，厚度为1mm1mm，所采用的边长是接近开关检测面直径的，所采用的边长是接近开关检测面直径的2.52.5倍。倍。6 6、接近开关的安装方式：、接近开关的安装方式：分齐平式和非齐平式。分齐平式和非齐平式。齐平齐平式式( (又称埋入型又称埋入型) )的接近开关表面可与被安装的金属物的接近开关表面可与被安装的金属物件形成同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；件形成同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；非齐非齐平式平式( (非埋入安装型非埋入安装型) )的接近开关则需要把感应头露出的接近开关则需要把感应头露出一定高度，否则将降低灵敏度。一定高度，否则将降低灵敏度。7 7、响应频率、响应频率f：按规定，在按规定，在1 1秒的时间间隔内，接近开秒的时间间隔内，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。开关无反应。8 8、响应时间、响应时间t：接近开关检测到物体时刻到接近开关出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间之差。可用公式换算：现电平状态翻转的时间之差。可用公式换算： t =1/f9 9、输出状态：、输出状态：常开常开/ /常闭型接近开关。常闭型接近开关。 对对常开型接近开关常开型接近开关：当未检测到物体时，接近开：当未检测到物体时，接近开关内部的输出三极管截止，负载不工作关内部的输出三极管截止，负载不工作( (失电失电) )；当检；当检测到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工测到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工作。对作。对常闭型接近开关常闭型接近开关：当未检测到物体时，三极管：当未检测到物体时，三极管反而处于导通状态，负载得电工作；反之则负载失电。反而处于导通状态，负载得电工作；反之则负载失电。1010、输出形式：、输出形式：常用的输出方式常用的输出方式 NPNNPN二线，二线，NPNNPN三线，三线，NPNNPN四线，四线，PNPPNP二线，二线，PNPPNP三线，三线， PNPPNP四线，四线，DCDC二线，二线，ACAC二线，二线，ACAC五线（带继电器）等。五线（带继电器）等。 读者可查阅以下有关资料。读者可查阅以下有关资料。1111、导通压降：、导通压降：接近开关在导通状态时，开关内部的输接近开关在导通状态时，开关内部的输出三极管集电极与发射极之间的电压降。一般情况下，出三极管集电极与发射极之间的电压降。一般情况下，导通压降约为导通压降约为0.3V0.3V。接近开关的检测距离与回差接近开关的检测距离与回差不同材料的被测物对电涡流接近开关动作距离的影响不同材料的被测物对电涡流接近开关动作距离的影响 电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁导率等有关。电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁导率等有关。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还将影响电涡流线圈的Q Q值。磁滞损耗大时，其灵敏度通常较高。值。磁滞损耗大时，其灵敏度通常较高。齐平式安装齐平式安装非齐平式安装非齐平式安装响应频率及响应时间示意图响应频率及响应时间示意图输出形式输出形式负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载负载0.3V0.3V导通压降导通压降以以NPNNPN、常开型为例来说明、常开型为例来说明 接线方法接线方法 OUT OUT端与端与GNDGND端的压降端的压降U Ucesces约为约为0.3V0.3V，流过，流过KAKA的电流的电流I IKAKA= =(V(VCCCC-0.3)/R-0.3)/RKAKA。若。若I IKAKA大于大于KAKA的的额定吸合电流，则额定吸合电流，则KAKA能够可靠能够可靠吸合。吸合。接近开关的接线方法举例接近开关的接线方法举例请按接线图将各元件正确地连接起来。请按接线图将各元件正确地连接起来。接近开关使用注意事项接近开关使用注意事项1 1、请勿将电感接近开关置于、请勿将电感接近开关置于0.02T0.02T以上的磁场环境下使以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。用，以免造成误动作。2 2、为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检、为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。查接线是否正确，核定电压是否为额定值。3 3、为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定期的、为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定期的维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有金属动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有金属粉尘粘附等。粉尘粘附等。4 4、DCDC二线制接近开关具有二线制接近开关具有0.51mA0.51mA的静态泄漏电流，在的静态泄漏电流，在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用DCDC三线制接三线制接近开关。近开关。5 5、直流型接近开关使用电感性负载时，请务必在负载、直流型接近开关使用电感性负载时，请务必在负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。本章作业本章作业第第3 3、第、第6 6、第、第8 8题题