电涡流式传感器

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1、第 五 章 电 涡 流 式 传 感 器在 电 路 中 ， 我 们 学 过 ： 当 导 体 处 于 交 变 磁 场中 时 ， 铁 心 会 因 电 磁 感 应 而 在 内 部 产 生 自 行闭 合 的 电 涡 流 而 发 热 。 因 而 ， 为 了 减 小 电 涡流 ， 避 免 发 热 ， 变 压 器 和 交 流 电 动 机 的 铁 心都 是 用 硅 钢 片 叠 制 成 的 。 生 产 生 活 中 也 可 以利 用 电 涡 流 做 有 用 的 工 作 ， 比 如 电 磁 炉 、 中频 炉 、 高 频 淬 火 等 都 是 利 用 电 涡 流 原 理 而 工作 的 。 电 涡 流 式 传 感 器 是

2、基 于 电 涡 流 效 应 原 理 制 成 的 传 感 器 。1. 工 作 原 理 金 属 导 体 置 于 变 化 着 的 磁 场 中 ， 导 体 内 就 会 产 生 感 应电 流 ， 电 流 就 像 水 中 的 漩 涡 一 样 在 导 体 内 转 圈 ， 称 之为 电 涡 流 或 涡 流 。 这 种 现 象 称 为 涡 流 效 应 。 如 图 3-35. a) b)图 3-35 涡 流 式 传 感 器 基 本 原 理 图 一 个 通 有 交 变 电 流 I1的 传 感 器 线 圈 ， 由 于 电 流的 变 化 ， 在 线 圈 周 围 就 产 生 一 个 交 变 磁 场 H1，当 被 测 金

3、属 置 于 该 磁 场 范 围 内 ， 金 属 导 体 内便 产 生 涡 流 I2， 涡 流 也 将 产 生 一 个 新 磁 场 H2 ， H2与 H1方 向 相 反 ， 因 而 抵 消 部 分 原 磁 场 ， 从而 导 致 线 圈 的 电 感 量 L、 阻 抗 Z和 品 质 因 数 Q发生 变 化 。 线 圈 与 金 属 导 体 之 间 存 在 磁 性 联 系 。 涡 流 效 应 的 特 性 ：由 于 涡 流 效 应 在 金 属 导 体 内 产 生 电 涡 流 I2， I2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 面

4、 ， 这 称 为 集 肤 效应 。电 涡 流 具 有 集 肤 效 应 ， 它 与 激 励 源 频 率 f、工 件 的 电 导 率 、 磁 导 率 等 有 关 。 频 率 越 高 ，电 涡 流 的 渗 透 深 度 就 越 浅 ， 集 肤 效 应 就 越 严重 。 由 于 存 在 集 肤 效 应 ， 电 涡 流 方 法 只 能 检 测 导体 表 面 的 各 种 物 理 参 量 。 改 变 频 率 f， 可 控 制检 测 深 度 。 激 励 源 频 率 一 般 为 100kHz1MHz.为 了 使 电 涡 流 深 入 金 属 导 体 深 处 ， 或 对 距 离较 远 的 金 属 体 进 行 检 测

5、， 可 采 用 十 几 千 赫 甚至 几 百 赫 兹 的 低 频 激 励 频 率 。 a) b)涡 流 式 传 感 器 基 本 原 理 图2. 等 效 电 路 及 其 分 析把 导 体 形 象 地 看 作 一 个 短 路 线 圈 ， 那 么 线 圈 与 导 体 间的 关 系 可 用 图 3-35b)所 示 的 电 路 来 表 示 。 根 据 基 尔 霍夫 定 律 ， 可 列 出 电 路 方 程 组 为 1 1 1 1 2RI j LI j MI U 012222 MIjILjIR （ 3-41） 解 此 方 程 组 ， 得 传 感 器 工 作 时 的 等 效 阻 抗 为 22222 22212

6、2222 2221. LR MLLjLR MRRIUZ （ 3-42） 222222221 222222221 LRMLLL LRMRRR 等 效 电 阻 、 等 效 电 感 分 别 为 （ 3-43）（ 3-44） 线 圈 的 品 质 因 数 为 22222 2212 22222 221211 11 LR MRR LR MLLRLRLQ （ 3-45）可 以 看 出 ， 当 被 测 参 数 变 化 ， 既 能 引 起 线 圈 阻 抗 Z变化 ， 也 能 引 起 线 圈 电 感 L和 线 圈 品 质 因 数 Q值 变 化 。而 这 些 参 数 的 变 化 量 的 大 小 与 导 体 的 电 阻

7、 率 、 磁导 率 和 线 圈 与 导 体 的 距 离 x以 及 线 圈 激 励 电 流 的 角频 率 和 导 体 的 表 面 因 素 r等 参 数 有 关 ， 都 将 通 过 涡流 效 应 和 磁 效 应 与 线 圈 阻 抗 发 生 联 系 。 或 者 说 ， 线圈 组 抗 是 这 些 参 数 的 函 数 ， 可 写 成 Z = f（ 、 、 x、 r、 ） 控 制 其 中 大 部 分 参 数 恒 定 不 变 ， 只 改 变其 中 一 个 参 数 ， 这 样 阻 抗 就 能 成 为 这 个参 数 的 单 值 函 数 。 例 如 被 测 材 料 的 情 况不 变 ， 激 励 电 流 的 角 频

8、 率 不 变 ， 则 阻 抗 Z就 成 为 距 离 x的 单 值 函 数 。 利 用 此 原 理 便可 制 成 涡 流 位 移 传 感 器 。 涡 流 位 移 传 感 器 原 理 ：实 验 证 明 ， 当 距 离 x减 小 时 ， 电 涡 流 线 圈 的 等 效电 感 L减 小 ， 等 效 电 阻 R增 大 。 线 圈 的 感 抗 XL的变 化 比 R的 变 化 快 ， 则 涡 流 线 圈 的 阻 抗 是 减 小的 ， 线 圈 中 的 电 流 i1是 增 大 的 。 反 之 ， 则 i1减 小 。而 且 由 于 线 圈 的 品 质 因 数 Q（ Q=XL/R=L/R)与等 效 电 感 成 正

9、比 ， 与 等 效 电 阻 成 反 比 ， 所 以 当电 涡 流 增 大 时 ， Q下 降 很 多 。利 用 此 原 理 可 以 制 作 多 种 电 涡 流 传 感 器 ， 如 位移 测 量 、 转 速 测 量 、 接 近 开 关 等 。 3、 电 涡 流 式 传 感 器 的 结 构电 涡 流 式 传 感 器 主 要 是 一 个 绕 制 在 框 架 上 的绕 组 ,常 用 的 是 矩 形 截 面 的 扁 平 绕 组 。 导 线 选用 电 阻 率 小 的 材 料 ， 一 般 采 用 高 强 度 漆 包 线 ，银 线 或 银 合 金 线 。 框 架 要 求 采 用 损 耗 小 、 电性 能 好 、

10、 热 膨 胀 系 数 小 的 材 料 ， 一 般 选 用 聚四 氟 乙 烯 、 高 频 陶 瓷 等 。 以 CZF型 涡 流 传 感 器 为 例 ， 如 图 3-40所 示 。 图 3-40 CZF型 涡 流 式 传 感 器 的 结 构 图 这 种 传 感 器 的 线 圈 与 被 测 金 属 之 间 是 磁 性 耦 合 的 ， 并利 用 其 耦 合 程 度 的 变 化 作 为 测 量 值 ， 无 论 是 被 测 体 的物 理 性 质 ， 还 是 它 的 尺 寸 和 形 状 都 与 测 量 装 置 的 特 性有 关 。 作 为 传 感 器 的 测 量 装 置 的 线 圈 仅 为 实 际 传 感

11、器的 一 半 ， 而 另 一 半 是 被 测 体 。 CZF型 传 感 器 的 性 能 见 表 3-1。 4、 测 量 转 换 电 路电 涡 流 探 头 与 被 测 物 之 间 的 互 感 量 变 化 可 以 转 换 为传 感 器 线 圈 阻 抗 Z和 品 质 因 数 Q等 参 数 的 变 化 。 转 换电 路 的 作 用 是 把 这 些 参 数 转 换 为 电 压 或 电 流 的 输 出 。（ 1） 电 桥 电 路 振荡器 检 波 器 R1 R 2 C1 C 2 L1L 2A图 3-41 电 桥 电 路 原 理 图 电 桥 电 路 中 线 圈 L1、 L2为 传 感 器 线 圈 ， 它 们

12、与 电 容C1、 C2， 电 阻 R1、 R2组 成 电 桥 的 四 个 臂 。 振 荡 器 提供 电 源 ， 振 荡 频 率 根 据 需 要 选 择 。 当 线 圈 阻 抗 变 化时 ， 电 桥 失 去 平 衡 。 不 平 衡 输 出 经 线 性 放 大 和 检 波 ，得 到 输 出 。 晶 振 高 频 放 大 幅 值 检 波L C 0 Ui R Ii 低 频 放 大0U 0U 0U x 图 3-42 高 频 调 幅 式 测 量 转 换 电 路 调 幅 式 是 以 输 出 高 频 信 号 的 幅 度 来 反 映 电 涡 流 探 头与 被 测 导 体 之 间 的 关 系 。 图 3-42是 高

13、 频 调 幅 式 电 路 。（ 2） 调 幅 式 电 路 石 英 晶 体 振 荡 器 通 过 耦 合 电 阻 R， 向 由 探 头 线圈 和 一 个 微 调 电 容 C0组 成 的 并 联 谐 振 回 路 提供 一 个 稳 幅 的 高 频 激 励 信 号 ， 相 当 于 一 个 恒流 源 。 测 量 时 ， 先 调 节 C0， 使 LC0的 谐 振 频 率等 于 石 英 晶 体 振 荡 器 的 频 率 f0， 此 时 谐 振 回 路的 Q值 和 阻 抗 Z也 最 大 ， 恒 定 电 流 Ii在 LC0并 联谐 振 回 路 上 的 压 降 U0也 最 大 。ZIU 10 当 被 测 体 为 非

14、磁 性 金 属 时 ， 物 体 接 近 探 头 时 ， 由于 涡 流 效 应 ， 线 圈 的 等 效 电 感 L减 小 ， 并 引 起 线圈 品 质 因 数 Q值 的 下 降 ， 并 联 谐 振 回 路 谐 振 频 率不 再 等 于 石 英 晶 振 的 频 率 而 发 生 失 谐 状 态 ， 使 输出 电 压 U0大 大 降 低 。当 被 测 体 为 磁 性 金 属 时 ， 探 头 线 圈 的 电 感 量 略 为增 大 ， 但 由 于 被 测 磁 性 金 属 体 的 磁 滞 损 耗 ， 使 探头 线 圈 的 Q值 也 大 大 下 降 ， 输 出 电 压 U0也 降 低 。 在 以 上 两 种

15、情 况 下 ， 被 测 体 与 探 头 的 间 距 越 小 ，输 出 电 压 就 越 低 。 经 高 频 放 大 、 检 波 、 低 放 之 后 ，输 出 的 直 流 电 压 反 映 了 被 测 物 的 位 移 量 。以 上 几 种 情 况 见 图 3-42-1 0OU 1OU 2OU 3OU 1f2f3f 0f 0 2 1 3图 3-42-1 定 频 调 幅 式 的 谐 振 曲 线0-探 头 与 被 测 物 间 距 很 远 时 1-非 磁 性 金 属 与 探 头 间 距 较 小 时2-非 磁 性 金 属 、 间 距 与 探 头线 圈 直 径 相 等 时 3-磁 性 金 属 、 间 距 较 小

16、 时 （ 3） 调 频 式 电 路所 谓 调 频 式 就 是 将 探 头 线 圈 的 电 感 量 L与 微 调 电 容C0构 成 LC振 荡 器 ， 以 振 荡 器 的 频 率 f作 为 输 出 量 。 此频 率 可 通 过 f/V转 换 器 （ 又 称 鉴 频 器 ） 转 换 成 电 压 ，由 表 头 显 示 。 也 可 以 直 接 将 频 率 信 号 （ TTL） 信 号送 到 计 算 机 的 计 数 定 时 器 ， 测 出 频 率 。 如 图 3-43. L C0 LC振荡器 高频放大器 限幅器 鉴频器 显 示 器记 录 仪xx 0 LL 0 ff 0 UU 0 功率放大器TTL电 平

17、计 算 机 计 数定 时 器图 3-43调 频 式 测 量 转 换 电 路 原 理 图 L C0 LC振荡器 高频放大器 限幅器 鉴频器 显 示 器记 录 仪xx 0 LL 0 ff 0 UU 0 功率放大器TTL电 平 计 算 机 计 数定 时 器并 联 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率 为 02 1LCf 当 电 涡 流 线 圈 与 被 测 体 的 距 离 x改 变 时 ， 电 感 量L随 之 改 变 ， 引 起 LC振 荡 器 的 输 出 频 率 改 变 ，此 频 率 可 直 接 用 计 算 机 测 量 。 用 模 拟 仪 表 显 示 ，必 须 用 鉴 频 器 ， 将 频 率 f转 换

18、 为 电 压 U。5、 电 涡 流 传 感 器 的 应 用（ 1） 位 移 测 量 某 些 旋 转 机 械 ， 如 高 速 旋 转 的 汽 轮 机 对 轴 向 位 移 的要 求 很 高 。 当 汽 轮 机 运 行 时 ， 叶 片 在 高 压 蒸 气 推 动下 高 速 旋 转 ， 它 的 主 轴 承 受 巨 大 的 轴 向 推 力 。 若 主轴 的 位 移 超 过 规 定 值 时 ， 叶 片 有 可 能 与 其 他 部 件 碰撞 而 断 裂 。 利 用 电 涡 流 原 理 可 以 测 量 汽 轮 机 主 轴 的轴 向 位 移 、 电 动 机 轴 向 窜 动 等 。 电 涡 流 轴 向 位 移 监

19、测 保 护 装 置 电 涡 流 探 头 的 安 装 如 图 444所 示 。 图 3-44 轴 向 位 移 的 监 测1-旋 转 设 备 （ 汽 轮 机 ） 2-主 轴 3-轴 联 器 4-电 涡 流 探 头 5-发 电 机 6-基 座 7-夹 紧 螺 母 在 设 备 停 机 时 ， 将 探 头 安 装 在 与 联 轴 器 端 面 2m m 距 离的 机 座 上 ， 调 节 二 次 仪 表 使 示 值 为 零 。 当 汽 轮 机 启 动后 ， 长 期 监 测 其 轴 向 位 移 量 。 可 以 发 现 ， 由 于 轴 向 推力 和 轴 承 的 磨 损 而 使 探 头 与 联 轴 器 端 面 的

20、 间 隙 减 小 ，二 次 仪 表 的 输 出 电 压 从 零 开 始 增 大 。 可 调 整 二 次 仪 表面 板 上 的 报 警 设 定 值 ， 使 位 移 量 达 到 危 险 值 时 ， 二 次仪 表 发 出 报 警 信 号 或 发 出 停 机 信 号 以 避 免 事 故 发 生 。上 述 测 量 属 于 动 态 测 量 。 （ 2） 振 动 测 量 电 涡 流 式 传 感 器 可 以 无 接 触 地 测 量 各 种 振 动 的 振 幅 、频 谱 分 布 等 参 数 。 在 研 究 机 器 振 动 时 ， 常 常 采 用 多个 传 感 器 放 置 在 机 器 不 同 部 位 进 行 检

21、测 ， 得 到 各 个位 置 的 振 幅 值 和 相 位 值 ， 从 而 画 出 振 型 图 ， 测 量 方法 如 图 445所 示 。 图 4-45 振 幅 测 量（ b） 长 轴 多 线 圈 测 量（ a） 径 向 振 动 测 量 （ c） 叶 片 振 动 测 量 （ 3） 转 速 测 量 若 旋 转 体 上 已 开 有 一 条 或 数 条 槽 或 做 成 齿 状 ， 则 可 在旁 边 安 装 一 个 电 涡 流 式 传 感 器 ， 如 图 446所 示 。 当转 轴 转 动 时 ， 传 感 器 周 期 地 改 变 着 与 旋 转 体 表 面 之 间的 距 离 。 于 是 它 的 输 出

22、电 压 也 周 期 性 地 发 生 变 化 ， 此脉 冲 电 压 信 号 经 放 大 、 变 换 后 ， 可 以 用 频 率 计 测 出 其变 化 的 重 复 频 率 ， 从 而 测 出 转 轴 的 转 速 ， 若 转 轴 上 开 z个 槽 (或 齿 )， 频 率 计 的 读 数 为 f(单 位 为 Hz)， 转 速 按 下式 求 得 ： zfn 60 3-46 图 3-46 转 速 测 量(a) 带 凹 槽 转 轴 (b) 带 凸 槽 转 轴 （ 4） 安 全 检 测图 3-47 电 涡 流 式 通 道 安 全 检 查 门 简 图 图 3-48 电 涡 流 式 通 道 安 全 检 查 门 电

23、 路 原 理 框 图 安 全 门 原 理 ： L11、 L12为 发 射 线 圈 ， L21、 L22为 接 收 线圈 ， 密 封 在 门 框 内 。 晶 振 产 生 的 音 频 信 号 通 过 L11、 L12在 线 圈 周 围 产 生 同 频 率 的 交 变 磁 场 。 因 为 L11、 L12与 L21、L22相 互 垂 直 ， 成 电 气 正 交 状 态 ， 无 磁 路 交 链 ， U0=0。当 有 金 属 物 体 通 过 L11、 L12形 成 的 交 变 磁 场 H1时 ， 交 变磁 场 就 会 在 该 金 属 导 体 表 面 产 生 电 涡 流 。 电 涡 流 也 将产 生 一

24、个 新 的 微 弱 磁 场 H2， 但 与 L21、 L22不 再 正 交 ， 因此 可 以 在 L21、 L22中 感 应 出 电 压 。 计 算 机 根 据 感 应 电 压的 大 小 确 定 金 属 物 体 的 大 小 。 通 常 配 置 x光 扫 描 仪 进 行 成 像 扫 描 。 更 严 格 的 用 弱 能量 的 中 子 发 射 管 和 质 谱 仪 来 检 测 密 封 的 箱 包 中 的 爆 炸物 等 化 学 物 品 。 （ 5） 表 面 探 伤（ 7） 探 雷（ 4） 镀 层 厚 度 测 量图 3-49 输 油 管 表 面 裂 纹 检 测 利 用 电 涡 流 传 感 器 可 以 检

25、查 金 属 表 面 (已 涂 防 锈 漆 )的 裂 纹以 及 焊 接 处 的 缺 陷 等 。 检 测 过 程 中 ， 传 感 器 与 被 测 导 体 保持 距 离 不 变 。 由 于 缺 陷 将 引 起 导 体 电 导 率 、 磁 导 率 的 变 化 ，使 电 涡 流 变 小 ， 从 而 引 起 输 出 电 压 突 变 。 图 3-49是 用 电 涡 流 探 头 检 测 高 压 输 油 管 表 面 裂 纹 的 示 意图 。 两 只 导 向 辊 以 相 同 的 方 向 旋 转 ， 油 管 在 它 们 的 驱 动 下 ，匀 速 地 在 楔 形 电 涡 流 探 头 下 方 转 动 ， 并 向 前 挪

26、 动 。 探 头 对油 管 表 面 逐 点 扫 描 ， 得 到 图 3-50的 输 出 信 号 。 当 油 管 存 在裂 纹 时 ， 电 涡 流 所 走 的 路 程 大 为 增 加 (见 图 3-49b)， 所 以 电涡 流 突 然 减 小 ， 输 出 波 形 如 图 3-50中 的 “ 尖 峰 ” 所 示 。 该信 号 十 分 紊 乱 ， 用 肉 眼 很 难 分 辨 出 缺 陷 性 质 。 将 该 信 号 通 过 带 通 滤 波 器 ， 滤 去 表 面 不 平 整 、 抖 动 等 因素 造 成 的 异 常 输 出 后 ， 得 到 图 3-50b中 的 两 个 尖 峰 信 号 。调 节 电 压

27、 比 较 器 的 阈 值 电 压 ， 得 到 真 正 的 缺 陷 信 号 。 图 3-50 探 伤 输 出 信 号 图 3-51 金 属 镀 层 厚 度 检 测 （ 6） 金 属 镀 层 厚 度 检 测 用 电 涡 流 原 理 可 以 测 量 塑 料 表 面 金 属 镀 层 的 厚 度 ，以 及 印 刷 电 路 版 铜 箔 的 厚 度 等 。 如 图 3-51所 示 。由 于 存 在 集 肤 效 应 ， 镀 层 越 簿 ， 电 涡 流 越 小 。 根据 输 出 的 电 压 大 小 确 定 厚 度 。 事 先 需 用 电 涡 流 仪对 标 准 厚 度 的 镀 层 作 出 “ 厚 度 -输 出 ”

28、 电 压 的 标 定曲 线 来 对 照 。（ 7） 探 雷 （ 8） 接 近 开 关 简 介接 近 开 关 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 其 接 近 到 设 定 距 离 时 ，就 可 以 发 出 “ 动 作 ” 信 号 ， 而 不 象 机 械 式行 程 开 关 那 样 ， 需 要 施 加 机 械 力 。 它 给 出的 是 开 关 信 号 (高 电 平 或 低 电 平 )， 多 数 接 近开 关 具 有 较 大 的 负 载 能 力 ， 能 直 接 驱 动 中间 继 电

29、 器 。 接 近 开 关 的 核 心 部 分 是 “ 感 辨 头 ” ， 它 必 须对 正 在 接 近 的 物 体 有 很 高 的 感 辨 能 力 。 在 生物 界 里 ， 眼 镜 蛇 的 尾 部 能 感 辨 出 人 体 发 出 的红 外 线 。 而 电 涡 流 探 头 就 能 感 辨 金 属 导 体 的靠 近 。接 近 开 关 可 以 用 于 高 速 计 数 、 测 速 ， 确 定 金属 物 体 的 存 在 和 位 置 ， 测 量 物 位 和 液 位 ， 用于 人 体 保 护 和 防 盗 以 及 无 触 点 按 钮 等 。 接 近开 关 的 定 位 精 度 、 操 作 频 率 、 使 用 寿

30、 命 、 安装 调 整 的 方 便 性 和 耐 磨 性 、 耐 腐 蚀 性 等 也 是一 般 机 械 式 行 程 开 关 所 不 能 相 比 的 。 接 近 开 关 的 外 形 如 图 3-52和 3-53所 示 ， 可 根 据 不 同的 用 途 选 择 不 同 的 型 号 。 图 中 a） 便 于 调 整 与 被 测物 的 间 距 ， b） 、 c） 可 用 于 板 材 的 检 测 ， d） 、 e）可 用 于 线 材 的 检 测 。图 3-52 接 近 开 关 的 结 构 形 式 一 a)圆 柱 形 b)平 面 安 装 型 图 3-53 接 近 开 关 的 结 构 形 式 二d)方 形 e

31、)贯 穿 形 接 近 开 关 的 特 点 与 机 械 开 关 相 比 ， 接 近 开 关 具 有 如 下 特 点 ： 非 接 触 检 测 ， 不 影 响 被 测 物 的 运 行 工 况 ； 不 产 生 机 械 磨 损 和 疲 劳 损 伤 ， 工 作 寿 命 长 ； 响 应 快 ， 一 般 响 应 时 间 可 达 几 毫 秒 或 十 几 毫 秒 ； 采 用 全 密 封 结 构 ， 防 潮 、 防 尘 性 能 较 好 ， 工 作可 靠 性 强 ； 无 触 点 、 无 火 花 、 无 噪 声 ， 所 以 适 用 于 要 求 防爆 的 场 合 (防 爆 型 )； 输 出 信 号 大 ， 易 于 与 计

32、 算 机 或 可 编 程 控 制 器(PLC)等 接 口 ； 体 积 小 ， 安 装 、 调 整 方 便 。 缺 点 :触 点 容 量 较 小 ， 输 出 短 路 时 易 烧 毁 。 接 近 开 关 的 主 要 特 性 1 额 定 动 作 距 离 在 规 定 的 条 件 下 所 测 定 到 的 接 近 开 关 的 动 作 距 离(m m )； 2 工 作 距 离 接 近 开 关 在 实 际 使 用 中 被 设 定 的 安 装 距 离 。 在 此 距离 内 ， 接 近 开 关 不 应 受 温 度 变 化 、 电 源 波 动 等 外 界 干扰 而 产 生 误 动 作 ； 3 动 作 滞 差指 动

33、作 距 离 与 复 位 距 离 之 差 的 绝 对 值 。 滞 差 大 ， 对 外界 的 干 扰 以 及 被 测 物 的 抖 动 等 的 抗 干 扰 能 力 就 强 ； 滞 差 特 性 4 重 复 定 位 精 度 (重 复 性 ) 它 表 征 多 次 测 量 动 作 距 离 。 其 数 值 的 离 散 性的 大 小 一 般 为 动 作 距 离 的 1 5 。 离 散 性 越小 ， 重 复 定 位 精 度 越 高 。 5 动 作 频 率 指 每 秒 连 续 不 断 地 进 入 接 近 开 关 的 动 作 距 离后 又 离 开 的 被 测 物 个 数 或 次 数 。 若 接 近 开 关 的动 作

34、频 率 太 低 而 被 测 物 又 运 动 得 太 快 时 ， 接 近开 关 就 来 不 及 响 应 物 体 的 运 动 状 态 ， 有 可 能 造成 漏 检 。 接 近 开 关 的 规 格 及 接 线 方 式图 3-54所 示 是 接 近 开 关 的 一 种 典 型 的 三 线 制 接 线 方 式 。图 3-54 三 线 制 接 近 开 关 图 3-55 三 线 制 接 近 开 关 之 NPN、 OC门 常 开 输 出 电 路当 被 测 物 体 未 靠 近 接 近 开 关 时 ， Ib=0， OC门 截 止 ， OUT端为 高 阻 态 (接 入 负 载 后 为 高 电 平 )； 当 被 测

35、体 靠 近 到 动 作 距 离时 ， OC门 的 输 出 端 对 地 导 通 ， OUT端 对 地 为 低 电 平 。将 中 间 继 电 器 跨 接 在 +VCC与 OUT端 上 时 ， KA就 处 于 吸 合(得 电 )状 态 。 图 3-56 三 线 制 接 近 开 关 输 出 波 形 接 近 开 关 的 应 用 实 例生 产 工 件 加 工 定 位在 机 械 加 工 自 动 生 产 线 上 ， 可 以 使 用 接 近 开 关 进行 工 件 的 加 工 定 位 ， 图 3-57是 它 的 示 意 图 。 当 传送 机 构 将 待 加 工 的 金 属 工 件 运 送 到 靠 近 “ 减 速

36、”接 近 开 关 的 位 置 时 ， 该 接 近 开 关 发 出 “ 减 速 ” 信号 ， 传 送 机 构 减 速 ， 以 提 高 定 位 精 度 。 当 金 属 工件 到 达 “ 定 位 ” 接 近 开 关 面 前 时 ， 定 位 接 近 开 关发 出 “ 动 作 ” 信 号 ， 使 传 送 机 构 停 止 运 行 。 紧 接着 ， 加 工 刀 具 对 工 件 进 行 机 械 加 工 。 图 3-57 工 件 的 加 工 定 位1-机 床 2-刀 具 3-工 件 4-加 工 位 置 5-减 速 接 近 开 关6-定 位 接 近 开 关 7-传 送 机 构 8-计 数 器 及 位 置 控 制

37、器 图 3-58 工 件 的 加 工 定 位 的 感 辨 头 及 调 幅 式 转 换 电 路 工 件 定 位 感 辨 头 的 内 部 工 作 原 理 ： 当 金 属 体 接 近 感辨 头 时 ， 随 着 金 属 表 面 电 涡 流 的 增 大 ， 电 涡 流 线 圈的 Q值 越 来 越 低 ， 因 为 振 荡 器 的 能 量 被 金 属 体 所 吸收 ， 所 以 其 输 出 电 压 U01转 来 越 低 ， 甚 至 停 振 ， 使U01=0。 比 较 器 将 U01与 基 准 电 压 UR作 比 较 。 当 U01 UR时 ， 比 较 器 翻 转 ， 输 出 高 电 平 ， 报 警 器 报 警

38、（ 闪 亮 ） ， 执 行 机 构 动 作 （ 停 机 ） 。在 该 机 构 中 ， 还 可 将 “ 减 速 ” 接 近 开 关 的 信 号 接 到 计数 器 输 入 端 。 当 传 送 带 上 的 每 一 个 工 件 从 该 开 关 经 过时 ， 接 近 开 关 动 作 一 次 ， 输 出 一 个 计 数 脉 冲 ， 计 数 器加 1。计 数 时 涉 及 抖 动 导 致 的 重 复 读 数 的 问 题 ， 由 于 接 近 开关 的 滞 差 特 性 而 解 决 这 一 问 题 （ 如 图 3-59所 示 ） 。 图 3-59 工 件 的 加 工 定 位 的 滞 差 特 性 电 磁 炉 作 为

39、一 种 新 型 灶 具 ,它 打 破 了 传 统 的 明 火 烹 调方 式 采 用 磁 场 感 应 电 流 （ 涡 流 ） 的 加 热 原 理 。 电 磁 炉是 通 过 电 子 线 路 产 生 交 变 磁 场 (工 作 频 率 在 20-30千 赫 的中 频 )、 当 用 含 铁 质 锅 具 底 部 放 置 炉 面 时 ， 锅 具 即 切 割交 变 磁 力 线 而 在 锅 具 底 部 金 属 部 分 产 生 交 变 的 电 流（ 即 涡 流 ） ， 涡 流 使 锅 具 铁 分 子 高 速 无 规 则 运 动 ， 分子 互 相 碰 撞 、 摩 擦 而 产 生 热 能 （ 故 ： 电 磁 炉 的

40、热 源 来自 于 锅 具 底 部 而 不 是 电 磁 炉 本 身 发 热 传 导 给 锅 具 ） 使器 具 本 身 自 行 高 速 发 热 ， 用 来 加 热 和 烹 饪 食 物 ， 从 而达 到 煮 食 的 目 的 。 中 频 炉 也 是 一 种 电 磁 炉 ， 工 作 过 程 如 下 ： 首 先 是 通过 一 个 逆 变 电 源 ， 把 三 相 交 流 电 整 流 （ 用 晶 闸 管 ） 变 成 单 相 直 流 电 ， 然 后 由 逆 变 桥 逆 变 成 一 种 500-1000Hz的 中 频 脉 冲 交 流 电 ， 再 通 过 炉 胆 内 的 铜 圈形 成 磁 场 ， 磁 场 使 线 圈

41、 内 的 钢 材 产 生 涡 流 ， 涡 流 流过 被 加 热 的 钢 材 ， 产 生 热 量 ， 从 而 达 到 熔 炼 钢 材 的目 的 。 逆 变 器 ， 是 一 种 逆 变 装 置 。 他 和 变 压 器 有 直 接 区 别 ， 也 就 是说 ， 他 可 以 实 现 直 流 输 入 ， 然 后 输 出 交 流 ， 工 作 原 理 和 开 关电 源 一 样 ， 但 震 荡 频 率 在 一 定 范 围 内 ， 比 如 如 果 这 个 频 率 为50HZ， 输 出 则 为 交 流 50HZ。 逆 变 器 是 可 以 改 变 其 频 率 的 设备 。 感 应 加 热 的 基 本 原 理 ：将

42、工 件 放 在 感 应 器 中 ， 当 感 应 器 中 通 过 交 变 电 流 时， 在 感 应 器 周 围 产 生 与 电 流 频 率 相 同 的 交 变 磁 场 ，在 工 件 中 相 应 地 产 生 了 感 应 电 动 势 ， 在 工 件 表 面 形成 感 应 电 流 ， 即 涡 流 。 这 种 涡 流 在 工 件 的 电 阻 的 作用 下 ， 电 能 转 化 为 热 能 ， 使 工 件 表 面 温 度 达 到 淬 火加 热 温 度 ， 可 实 现 表 面 淬 火 。 高 频 淬 火 （ 高 频 感 应 加 热 ） ： 是 采 用 集 肤 效 应 的 电涡 流 原 理 改 变 工 件 表 层 一 定 深 度 的 金 属 组 织 和 硬 度， 电 流 频 率 在 100 500 kHz（ 千 赫 ） ， 有 效 淬 硬 深度 为 0.5 2 mm（ 毫 米 ） ， 主 要 用 于 要 求 淬 硬 层 较薄 的 中 、 小 型 零 件 ， 如 小 模 数 齿 轮 、 中 小 型 轴 等 。