自动检测技术及应用(第2版) 教学课件 ppt 作者 梁森 4检测教案,第四章.doc

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自动检测技术课程 授课教案 PAGE  PAGE 6 第四章 电涡流传感器 课题:电感传感器的原理及应用课时安排:3课次编号:6~7教材分析难点:接近开关重点:三线制OC门以及施密特特性的分析工业应用。教学目的和要求1、了解电涡流传感器的工作原理; 2、掌握FM电路的应用; 3、了解接近开关的原理; 4、掌握接近开关的应用。采用教学方法和实施步骤:讲授、课堂互动、分析教具:电涡流传感器及接近开关各教学环节和内容演示: 做以下的实验: 将一只电涡流探头逐渐靠近各种实验用的金属板,例如电池外壳、黑板擦、硬币等等。该探头接到PM电路,PM电路的输出(例如200kHz)与一恒定频率的振荡器信号(例如199kHz)相减,产生差拍,差拍电路的输出频率是可闻声波fΔ(在本例中为1kHz),fΔ的声调随着金属板与探头之间的距离减小而变尖。 将非导电物体,例如粉笔盒、书、玻璃杯等靠近探头,差拍声调不变。 从以上演示引出电工中的“串连谐振”频率的经典公式: 差拍之前的探头频率f变大是差拍后的输出频率fΔ变大的根本原因。 请学生分析为什么f变大: 上式中的C0是常数,而L是变量。分母变小,导致f变大。导出公式(4-1): 公式(4-1)结论:探头与金属物体的距离靠近后,两者之间的互感量M变大,导致探头线圈的等效电感减小,所以谐振电路的输出频率变大。 一、电涡流效应 金属导体置于变化的磁场中时,导体表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属体内自行闭合,这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流,这种现象称为电涡流效应 电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z与金属导体的f、μ、σ有关,与电涡流线圈的激励源频率f(f=ω/2π)等有关,还与金属导体的形状、表面因素(粗糙度、沟痕、裂纹等)r有关。更重要的是与线圈到金属导体的间距(距离)x有关,可用以下的函数表达式来表示 Z = R+ jωL=f(f、μ、σ、r、x) (4-2) 结论:如果控制上式中的f、?、σ、r不变,电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数,这样就成为非接触位移传感器。 如果控制x、i1、f不变,就可以用来检测与表面电导率σ有关的表面温度、表面裂纹等参数,或者用来检测与材料磁导率μ有关的材料型号、表面硬度等参数。 提示: 电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系,必须由计算机进行线性化纠正。 第二节 电涡流传感器的结构及特性 一、电涡流探头结构 电涡流传感器的传感元件是一只线圈,俗称为电涡流探头。激励源频率较高(数十千赫至数兆赫)。 图4-3 电涡流探头结构 1-电涡流线圈 2-探头壳体 3-壳体上的位置调节螺纹 4-印制电路板 5-夹持螺母 6-电源指示灯 7-阈值指示灯 8-输出屏蔽电缆线 9-电缆插头 提示: 探头的直径越大,测量范围就越大,但分辨力就越差,灵敏度也降低。 提问:指示灯6不亮,3个原因是: 如果指示灯6亮,指示灯7始终不亮,原因是: 第三节 电涡流传感器的测量转换电路 一、调幅式电路 AM:以输出固定频率信号的幅度来反映调制信号的大小。例如中波、短波广播电台的信号。 当被测体为金属时,探头线圈的等效电感L减小、R增大,引起Q值下降。 当并联谐振回路的谐振频率f1f0,处于失谐状态,输出电压大大降低。 图4-4 定频调幅式测量转换电路 二、调频式电路 FM:以输出固定幅度、频率上下波动的信号的来反映调制信号的大小。例如调频广播电台的信号。 在电涡流传感器中,以LC振荡器的频率f作为输出量。当电涡流线圈与被测体的距离x改变时,电涡流线圈的电感量L也随之改变,引起LC振荡器的输出频率变化,此频率可以通过F/V转换器(又称为鉴频器),将?f转换为电压?Uo,由表头显示出电压值。也可以直接将频率信号(TTL电平)送到计算机的计数/定时器,测量出频率的变化。鉴频器特性如图4-6b所示。 图4-6 调频式测量转换电路原理框图及特性 a)信号流程 b)鉴频器特性 第四节 电涡流传感器的应用 多变量传感器的使用原则: 必须固定其他因素就可以测量剩下的一个因素。 多变量传感器多用于定性测量: 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,所以电涡流传感器多用于定性测量。即使要用作定量测量,也必须采用前面述及的逐点标定、计算机线性纠正、温度补偿等措施。 介绍转轴的转速n(单位为r/min)的测量方法,以及计算公式

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