第4章-涡流传感器课件

检测技术与故障诊断第4章 电涡流传感器主要内容4.1 4.1 电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的工作原理4.2 4.2 电涡流传感器的结构和特性电涡流传感器的结构和特性4.3 4.3 电涡流传感器的测量转换电路电涡流传感器的测量转换电路4.4 4.4 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用4.5 4.5 接近开关及其应用接近开关及其应用4.1 电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的工作原理4.1.1 电涡流效应电涡流效应由法拉第电磁感应原理可知由法拉第电磁感应原理可知由法拉第电磁感应原理可知由法拉第电磁感应原理可知,一个一个一个一个块状金属导体置于变化的磁场中或块状金属导体置于变化的磁场中或块状金属导体置于变化的磁场中或块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，在磁场中作用切割磁力线运动时，在磁场中作用切割磁力线运动时，在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流导体内部会产生一圈圈闭和的电流导体内部会产生一圈圈闭和的电流导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫，这种电流叫，这种电流叫，这种电流叫电涡流电涡流电涡流电涡流，这种现象叫，这种现象叫，这种现象叫，这种现象叫做做做做电涡流效应电涡流效应电涡流效应电涡流效应,根据电涡流效应制根据电涡流效应制根据电涡流效应制根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器。作的传感器称电涡流传感器。作的传感器称电涡流传感器。作的传感器称电涡流传感器。一、基本原理一、基本原理形成电涡流的两个形成电涡流的两个必要必要必要必要条件：条件：存在交变磁场存在交变磁场 金属导体处于交变磁场中金属导体处于交变磁场中 一、基本原理一、基本原理电涡流传感器的最大特电涡流传感器的最大特点是能够对被测量进行点是能够对被测量进行非接触测量。非接触测量。电涡流效应演示电涡流效应演示 当电涡流线当电涡流线圈与金属板的圈与金属板的距离距离x 减小时，减小时，电涡流线圈的电涡流线圈的等效电感等效电感L 减小减小，等效电阻，等效电阻R 增大，增大，Q值降低，值降低，流过电涡流线流过电涡流线圈的电流圈的电流 i1 增增大。大。交变励磁引起铁心的交变励磁引起铁心的涡流损耗涡流损耗 Pe 减小变压器铁损耗的方法：减小变压器铁损耗的方法：（1 1）使用软磁材料减小）使用软磁材料减小P Ph h ；（2 2）增大铁心的电阻率，）增大铁心的电阻率，减小涡流及其损耗减小涡流及其损耗 ；（3 3）用很薄的互相绝缘的硅钢）用很薄的互相绝缘的硅钢片（片（0.1mm0.1mm）叠成铁心，每一片）叠成铁心，每一片硅钢片内部的电涡流需要走较长硅钢片内部的电涡流需要走较长的扁形路线，减小了电涡流损耗的扁形路线，减小了电涡流损耗 。电涡流大电涡流大二二 趋肤效应（集肤效应）趋肤效应（集肤效应）当当100kHz2MHz2MHz信号源产生的交变电压施加到电感线圈信号源产生的交变电压施加到电感线圈L1上时，就产生一次电流上时，就产生一次电流i1 ，在线圈周围产生交变磁场，在线圈周围产生交变磁场。如果将线圈如果将线圈靠近一块金属导体，金属靠近一块金属导体，金属导体表面就产生电涡流导体表面就产生电涡流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纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为趋肤效应。在金属导体的表面，这称为趋肤效应。三、涡流的分布和强度金属金属扁平线圈扁平线圈涡流区涡流区r/ros1hrosj径向分布：涡流范围与涡流线圈外径有固定的比例关系。径向分布：涡流范围与涡流线圈外径有固定的比例关系。径向分布：涡流范围与涡流线圈外径有固定的比例关系。径向分布：涡流范围与涡流线圈外径有固定的比例关系。径向分布径向分布径向分布径向分布 2 2 2 2r ros os 线圈外径确定后，涡流范围也就确定了。线圈外径确定后，涡流范围也就确定了。线圈外径确定后，涡流范围也就确定了。线圈外径确定后，涡流范围也就确定了。r=rr=rr=rr=ro s o s o s o s 线圈外径处，金属涡流密度最大；线圈外径处，金属涡流密度最大；线圈外径处，金属涡流密度最大；线圈外径处，金属涡流密度最大；r=0 r=0 r=0 r=0 线圈中心处，涡流密度为零线圈中心处，涡流密度为零线圈中心处，涡流密度为零线圈中心处，涡流密度为零(j=0)(j=0)(j=0)(j=0)；r 0.4rr 0.4rr 0.4rr 0.4ros os os os 处（以内）基本没有涡流；处（以内）基本没有涡流；处（以内）基本没有涡流；处（以内）基本没有涡流；r r r r=1.8r1.8r1.8r1.8ros os os os 线线线线圈圈圈圈外外外外径径径径处处处处，涡涡涡涡流流流流密密密密度度度度衰衰衰衰减减减减到到到到最最最最大大大大值的值的值的值的5%5%5%5%。涡涡涡涡流流流流范范范范围围围围与与与与电电电电涡涡涡涡流流流流线线线线圈圈圈圈的的的的外外外外径径径径有有有有一一一一固固固固定定定定比比比比例例例例关关关关系系系系，涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内涡流密度最大值在线圈外径附近一个狭窄区域内 轴向分布轴向分布轴向分布轴向分布 由由由由于于于于趋趋趋趋肤肤肤肤效效效效应应应应涡涡涡涡流流流流只只只只在在在在表表表表面面面面薄薄薄薄层层层层存存存存在在在在，沿沿沿沿磁磁磁磁场场场场H H H H方方方方向向向向（轴轴轴轴向向向向）也也也也是是是是分分分分布布布布不不不不均均均均匀匀匀匀的的的的。距距距距离离离离金金金金属属属属表表表表面面面面Z Z Z Z处处处处,涡流按指数规律衰减涡流按指数规律衰减涡流按指数规律衰减涡流按指数规律衰减hz金属金属扁平线圈扁平线圈j强强强强度度度度 当当当当线线线线圈圈圈圈与与与与被被被被测测测测体体体体距距距距离离离离改改改改变变变变时时时时，电电电电涡涡涡涡流流流流密密密密度度度度发发发发生生生生变变变变化化化化，强强强强度度度度也也也也要要要要变变变变化化化化。根根根根据据据据线线线线圈圈圈圈-导导导导体体体体系系系系统统统统，金金金金属属属属表表表表面面面面电电电电涡涡涡涡流流流流强强强强度度度度I I I I2 2 2 2与与与与距距距距离离离离x x x x是是是是非非非非线性关系，随线性关系，随线性关系，随线性关系，随 x/rx/rx/rx/rosososos上升而下降。上升而下降。上升而下降。上升而下降。x/rx/rososI2/I11.01.01 2 3 41 2 3 4 把把把把一一一一个个个个扁扁扁扁平平平平线线线线圈圈圈圈置置置置于于于于金金金金属属属属导导导导体体体体附附附附近近近近，当当当当线线线线圈圈圈圈中中中中通通通通以以以以交交交交变变变变电电电电流流流流 I I I I1 1 1 1时时时时，线线线线圈圈圈圈周周周周围围围围空空空空间间间间产产产产生生生生交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场H H H H1 1 1 1，当当当当金金金金属属属属导导导导体体体体靠靠靠靠近近近近交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场中中中中时时时时，导导导导体体体体内内内内部部部部就就就就会会会会产产产产生生生生涡涡涡涡流流流流I I I I2 2 2 2，按按按按照照照照楞楞楞楞次次次次定定定定律律律律，这这这这个个个个涡涡涡涡流流流流总总总总是是是是企企企企图图图图抵抵抵抵消消消消原原原原磁磁磁磁场场场场的的的的变变变变化化化化,产产产产生生生生反反反反抗抗抗抗H H H H1 1 1 1的交变磁场的交变磁场的交变磁场的交变磁场H H H H2 2 2 2。4.1.2电涡流线圈等效电路分析阻抗分析电涡流线圈等效电路分析阻抗分析等效电阻等效电阻等效电阻等效电阻等效电感等效电感等效电感等效电感 凡凡凡凡是是是是引引引引起起起起次次次次级级级级线线线线圈圈圈圈回回回回路路路路变变变变化化化化的的的的物物物物理理理理量量量量R R R R2 2 2 2、L L L L2 2 2 2、M M M M均可以引起传感器线圈等效均可以引起传感器线圈等效均可以引起传感器线圈等效均可以引起传感器线圈等效R R R R1 1 1 1、L L L L1 1 1 1的变化。的变化。的变化。的变化。被测体的电阻率被测体的电阻率被测体的电阻率被测体的电阻率、导磁率、导磁率、导磁率、导磁率、线圈与被测体间、线圈与被测体间、线圈与被测体间、线圈与被测体间的距离的距离的距离的距离，激励线圈的角频率，激励线圈的角频率，激励线圈的角频率，激励线圈的角频率,都通过涡流效应都通过涡流效应都通过涡流效应都通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗和磁效应与线圈阻抗和磁效应与线圈阻抗和磁效应与线圈阻抗 Z Z Z Z 发生关系，使发生关系，使发生关系，使发生关系，使R R R R，L L L L变化。变化。变化。变化。若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，可使初级阻抗可使初级阻抗可使初级阻抗可使初级阻抗 Z Z Z Z1 1 1 1成为这个参数的单值函数。成为这个参数的单值函数。成为这个参数的单值函数。成为这个参数的单值函数。电涡流线圈在不同情况下的品质因数电涡流线圈在不同情况下的品质因数Q Q值越大，曲线越尖锐，后级检测电路得到的电压就越高。值越大，曲线越尖锐，后级检测电路得到的电压就越高。4.2 4.2 电涡流传感器结构及特性电涡流传感器结构及特性交变磁场交变磁场4.2.1电涡流探头电涡流探头内部结构内部结构 1-电涡流线圈电涡流线圈 2-探头壳体探头壳体 3-壳体上的位置调节螺纹壳体上的位置调节螺纹 4印制线路板印制线路板 5夹持螺母夹持螺母 6电源指示电源指示 7阈值指示灯阈值指示灯 8输出屏蔽电缆线输出屏蔽电缆线 9电缆插头电缆插头 YD9800系列系列电涡流位移传感器特性电涡流位移传感器特性 探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？线圈线圈直径直径/mm壳体壳体螺纹螺纹/mm线性线性范围范围/mm最佳安装最佳安装距离距离/mm最小最小被测面被测面/mm 分辨分辨力力/m5M8110.515111M141.54235425M161.58470850M302251210010电涡流线圈的直径越大，探测范围就越大电涡流线圈的直径越大，探测范围就越大,但但分辨率越低，灵敏度要视被测金属体的磁性分辨率越低，灵敏度要视被测金属体的磁性而定而定电涡流探雷器电涡流探雷器 被测体为圆盘状物体的平面时，物体的直径应大于线圈直被测体为圆盘状物体的平面时，物体的直径应大于线圈直径的径的2 2倍；被测体为轴状圆柱体的圆弧表面时，物体的直径倍；被测体为轴状圆柱体的圆弧表面时，物体的直径应大于线圈直径的应大于线圈直径的4 4倍；被测物体的厚度倍；被测物体的厚度0.2mm0.2mm以上。以上。4.3 电涡流传感器的测量转换电路被测量可以由传感器变成涡流线圈的等效被测量可以由传感器变成涡流线圈的等效电感电感L和等效电阻和等效电阻R的变化，如何将这些的变化，如何将这些变化转换为电压、电流或频率？变化转换为电压、电流或频率？测量电路1.1.1.1.调幅式调幅式调幅式调幅式2.2.调频式调频式调频式调频式n石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压（石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压（100kHz2MHz100kHz2MHz）用于激励电涡流线圈。用于激励电涡流线圈。n金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈两端电金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电涡流线圈两端电压的衰减，输出电压压的衰减，输出电压U Uo o反映了金属体与电涡流线圈的间距。反映了金属体与电涡流线圈的间距。一、调幅（一、调幅（AMAM）式电路）式电路定频调幅式电路的幅频曲线定频调幅式电路的幅频曲线4根曲线与根曲线与f0的交点决定调幅电路的输出电压的交点决定调幅电路的输出电压0探头与被测物间距很远时探头与被测物间距很远时 1非磁性金属、间距较大时非磁性金属、间距较大时2非磁性金属、间距较小时（非磁性金属、间距较小时（Q值降低）值降低）3磁性金属、间距较小时（铁磁损耗较大，磁性金属、间距较小时（铁磁损耗较大，Q值大幅降低）值大幅降低）二、调频（二、调频（FM）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 变小时，电涡流线圈的电感变小时，电涡流线圈的电感量量L 也随之变小（非铁质），同时引起也随之变小（非铁质），同时引起LC 振荡器的输出电压及振荡器的输出电压及频率变高。如果希望用模拟仪表进行显示或记录时，使用频率变高。如果希望用模拟仪表进行显示或记录时，使用“鉴频鉴频器器”，可以将，可以将 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 设电涡流线圈的初始电感量设电涡流线圈的初始电感量L=0.8mH，微调，微调电容电容C 0=200pF，（1pF10-12F）求：探头中的振荡器的初始频率求：探头中的振荡器的初始频率f 0。（一般将振荡器的频率控制在几百千赫兹）（一般将振荡器的频率控制在几百千赫兹）解：解：鉴频器特性曲线鉴频器特性曲线 设鉴频器电路的初始频率设鉴频器电路的初始频率f0=1MHz，该鉴频器的初始输出电压为多少伏？当有铝质金该鉴频器的初始输出电压为多少伏？当有铝质金属板靠近时，输出电压如何变化？属板靠近时，输出电压如何变化？电涡流位移传感器用于轴向位移的监测电涡流位移传感器用于轴向位移的监测 1旋转设备（汽轮机）旋转设备（汽轮机）2主轴主轴 3联轴器联轴器 4电涡流电涡流探头探头 5夹紧螺母夹紧螺母 6发电机发电机 7基座基座4.4 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用1.测位移测位移4.4 电涡流传感器的应用2.测厚3.3.电涡流位移传感器的静态位移标定设备电涡流位移传感器的静态位移标定设备 1 1探头夹具探头夹具 2 2电涡流探头电涡流探头 3 3标准圆片状试件标准圆片状试件 4 4千分尺测杆千分尺测杆 5 5千分尺套筒千分尺套筒 6 6套筒定螺钉套筒定螺钉 7 7千分尺千分尺 8 8底座底座 9 9水平调节垫脚水平调节垫脚电涡流位移传感器的标定电涡流位移传感器的标定 在标定区域里，共设置多个测量点。首先调节千分尺的读数在标定区域里，共设置多个测量点。首先调节千分尺的读数为为0.000mm。旋松探头夹具的调节螺母，使探头与试件刚好接。旋松探头夹具的调节螺母，使探头与试件刚好接触，计算机测得探头绝对零位的输出电压。然后旋动千分尺，触，计算机测得探头绝对零位的输出电压。然后旋动千分尺，使试件缓慢离开探头，每隔设定的位移（例如使试件缓慢离开探头，每隔设定的位移（例如0.8mm），测量），测量电涡流传感器的输出电压。电涡流传感器的输出电压。电涡流位移传感器的标定过程示意图电涡流位移传感器的标定过程示意图 1正程数据（黑点正程数据（黑点）2正程折线（细实线）正程折线（细实线）3回程数据（空心圆圈回程数据（空心圆圈）4回程折线（虚线）回程折线（虚线）5计算机拟合曲线计算机拟合曲线（粗实线）（粗实线）V V系列系列电涡流位移电涡流位移传感器性能一览表传感器性能一览表4.振动测量振动测量a）径向振动测量）径向振动测量 b）长轴多线圈测量）长轴多线圈测量 c）叶片振动测量）叶片振动测量1电涡流线圈电涡流线圈 2被测物被测物调频法测量振动的波形调频法测量振动的波形叶片共振法振动测量波形叶片共振法振动测量波形汽轮机叶片的激振测量示意图汽轮机叶片的激振测量示意图可以用激振小锤敲击叶片根部，利用李萨如（李沙茹）图形可以用激振小锤敲击叶片根部，利用李萨如（李沙茹）图形法测量汽轮机叶片的共振频率。而现在更多地利用计算机直接法测量汽轮机叶片的共振频率。而现在更多地利用计算机直接计算出振动信号的多项参数。计算出振动信号的多项参数。5.测转速齿轮齿轮齿数齿数6.6.液位监控系统液位监控系统液位监控系统液位监控系统7.电涡流探伤火车车轮裂纹检测火车车轮裂纹检测车轮周长车轮周长开始开始结束结束传感器安装传感器安装应覆盖车轮应覆盖车轮裂纹输出信号裂纹输出信号探伤时，传感器与被测金属保持距离不变，如果探伤时，传感器与被测金属保持距离不变，如果有裂纹出现，导体的电阻率发生变化，涡流损耗有裂纹出现，导体的电阻率发生变化，涡流损耗改变，引起输出电压变化。改变，引起输出电压变化。手持式裂纹测量仪手持式裂纹测量仪油管油管探伤探伤7.电涡流表面表面探伤8.8.电涡流输电电涡流输电电涡流输电电涡流输电线路损伤：线路损伤：线路损伤：线路损伤：载有交变电流的线圈产生交变磁场载有交变电流的线圈产生交变磁场载有交变电流的线圈产生交变磁场载有交变电流的线圈产生交变磁场Hp Hp，金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场金属物平面感应出电涡流，产生交变涡流磁场HsHs，均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。均在检测线圈（反向差动线圈）中产生感应电动势。（a a）被测金属物上无缺陷：）被测金属物上无缺陷：）被测金属物上无缺陷：）被测金属物上无缺陷：穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电穿过检测线圈的两个线圈的磁通量相等，感应电 势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。势相互抵消，输出为零。（b b）被测金属物上有缺陷：）被测金属物上有缺陷：）被测金属物上有缺陷：）被测金属物上有缺陷：穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测穿过检测线圈的两个线圈的磁通量不相等，检测 线圈输出感应电势不为零。线圈输出感应电势不为零。线圈输出感应电势不为零。线圈输出感应电势不为零。9、电涡流式通道安全、电涡流式通道安全检查门检查门 安检门的内部设置有发射安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感应出流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据电压，计算机根据感应电压感应电压的大小、相位的大小、相位来判定金属物来判定金属物体的大小。如果采用体的大小。如果采用1 16 6区区线圈检测技术，可以显示报线圈检测技术，可以显示报警的部位。警的部位。金属金属报警报警电涡流式通道金属安全检查门原理电涡流式通道金属安全检查门原理 由由1个大线圈、个大线圈、6个小线圈、补偿线圈等组成。个小线圈、补偿线圈等组成。L11、L12与与L21、L22相互垂直，成电气正交状态，无磁路交链相互垂直，成电气正交状态，无磁路交链,o=0。在有金属物。在有金属物体通过体通过L11、L12形成的交变磁场形成的交变磁场H1时，交变磁场就会在该金属导时，交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流。电涡流也将产生一个新的微弱磁场体表面产生电涡流。电涡流也将产生一个新的微弱磁场H2。H2的的相位与金属体位置、大小等有关，但与相位与金属体位置、大小等有关，但与L21、L22不再正交，因此不再正交，因此可以在可以在L21、L22中感应出电压。中感应出电压。H2安检门灵敏度的设定安检门灵敏度的设定根据人体基本结构，将安检门划根据人体基本结构，将安检门划分为分为6个探测区域，可进行个探测区域，可进行100级灵级灵敏度的调整，根据实际应用状况，敏度的调整，根据实际应用状况，预先设定灵敏度的级别。最高灵敏预先设定灵敏度的级别。最高灵敏度可探测到一枚回形针大小的金属，度可探测到一枚回形针大小的金属，但又可排除皮带扣、钥匙、首饰、但又可排除皮带扣、钥匙、首饰、硬币等物品。硬币等物品。4.5 4.5 接近开关及应用接近开关及应用接近开关又称接近开关又称无触点行程开无触点行程开关关。它能在一定的距离（几毫。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出定距离时，就可以发出“动作动作”信号。信号。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”，也称探头，它对正，也称探头，它对正在接近的物体有很高的感辨能在接近的物体有很高的感辨能力。力。一、常用的接近开关分类一、常用的接近开关分类 常用的接近开关有电涡流式（也称电感接近常用的接近开关有电涡流式（也称电感接近开关）、电容式、开关）、电容式、超声波式、霍尔式、光、超声波式、霍尔式、光电式、磁性干簧开关、微波式等。电式、磁性干簧开关、微波式等。多数三线制接近开关的棕色为电源多数三线制接近开关的棕色为电源,蓝色为蓝色为电源地电源地,黑色为信号线。黑色为信号线。二、常见接近开关的型号说明二、常见接近开关的型号说明三、接近开关与机械行程开关的比较三、接近开关与机械行程开关的比较 1）非接触检测，不影响被测物的运行工况。）非接触检测，不影响被测物的运行工况。2）定位准确度高。）定位准确度高。3）不产生机械磨损和疲劳损伤，耐腐蚀，动作频率高，工作）不产生机械磨损和疲劳损伤，耐腐蚀，动作频率高，工作寿命长。寿命长。4）响应快，约几毫秒至十几毫秒。）响应快，约几毫秒至十几毫秒。5）采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强。）采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强。6）无触点、无火花、无噪声，可适用于要求防爆的场合（防）无触点、无火花、无噪声，可适用于要求防爆的场合（防爆型）。爆型）。7）易于与计算机或）易于与计算机或PLC等接口。等接口。8）体积小，安装、调整方便）体积小，安装、调整方便9）缺点是）缺点是“触点触点”容量较小，输出短路时易烧毁。容量较小，输出短路时易烧毁。四、接近开关的主要性能指标四、接近开关的主要性能指标 额定动作距离、额定动作距离、复位距离、工作距复位距离、工作距离、动作滞差、重离、动作滞差、重复定位精度（重复复定位精度（重复性）、动作频率等。性）、动作频率等。四、接近开关的主要性能指标四、接近开关的主要性能指标 （1）动作距离）动作距离：当被测物由正面靠近接近开关的感：当被测物由正面靠近接近开关的感应面时，使接近开关动作（输出状态变为有效状态）的应面时，使接近开关动作（输出状态变为有效状态）的距离距离min（mm）。（2）复位距离）复位距离：当被测物由正面离开接近开关的感：当被测物由正面离开接近开关的感应面，接近开关转为复位时，被测物离开感应面的距离应面，接近开关转为复位时，被测物离开感应面的距离max。（3）动作滞差）动作滞差 ：复位距离与动作距离之差。动作滞：复位距离与动作距离之差。动作滞差越大，对抗被测物抖动等造成的机械振动干扰的能力差越大，对抗被测物抖动等造成的机械振动干扰的能力就强，但动作准确度就越差。就强，但动作准确度就越差。四、接近开关的主要性能指标四、接近开关的主要性能指标（4 4）额定工作距离）额定工作距离：额定工作距离指接近：额定工作距离指接近开关在实际使用中被设定的安装距离。在此距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。额定工作距离应小于外界干扰而产生误动作。额定工作距离应小于动作距离，但是若设置得太小，有可能无法复动作距离，但是若设置得太小，有可能无法复位。实际应用中，考虑到各方面环境因素干扰位。实际应用中，考虑到各方面环境因素干扰的影响，较为可靠的额定工作距离约为动作距的影响，较为可靠的额定工作距离约为动作距离的离的75%75%。四、接近开关的主要性能指标四、接近开关的主要性能指标（5 5）重重复复定定位位准准确确度度(重重复复性性)：表表征征多多次次测测量量的的最最大大动动作作距距离离平平均均值值。其其数数值值的的离离散散性性的的大大小小一一般般为为最最大大动作距离的动作距离的1%1%5%5%。离散性越小，重复定位准确度越高。离散性越小，重复定位准确度越高。（6 6）动作频率）动作频率：每秒连续不断地进入接近开关的动：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称为动作频率。若作距离后又离开的被测物个数或次数称为动作频率。若接近开关的动作频率太低而被测物又运动得太快时，接接近开关的动作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。近开关就来不及响应物体的运动状态，有可能造成漏检。五、电涡流接近开关的五、电涡流接近开关的工作原理工作原理电涡流接近开关由电涡流接近开关由LCLC高频振荡器和放大调理等电路组高频振荡器和放大调理等电路组成，金属物体在接近辨头时，表面产生涡流。这个涡流成，金属物体在接近辨头时，表面产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡频率或振荡幅度发反作用于接近开关，使接近开关振荡频率或振荡幅度发生变化，由内部电路处理后，输出对应的开关量，由此生变化，由内部电路处理后，输出对应的开关量，由此识别出有无金属物体接近，进而控制外电路的通或断。识别出有无金属物体接近，进而控制外电路的通或断。电涡流接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的电涡流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。金属物体。五、接近开关的接线方式五、接近开关的接线方式NPN二线，二线，NPN三线三线，NPN四线，四线，PNP二线，二线，PNP三线，三线，PNP四线，四线，DC二线，二线，AC二线，二线，AC五线（带继电器）五线（带继电器）等几种。等几种。NPN三线制接近开关的接线三线制接近开关的接线输出形式输出形式（14）负载负载负载负载蓝蓝蓝蓝蓝蓝蓝蓝输出形式输出形式（58）负载负载负载负载负载负载三线制三线制NPN常开型常开型接近开关举例接近开关举例OUT端与端与GND端的压降端的压降Uces约为约为0.3V，流过，流过KA的电的电流流IKA=(VCC-0.3)/RKA。若。若IKA大于大于KA的额定吸合电流，的额定吸合电流，则则KA能够可靠吸合。能够可靠吸合。例：求例：求NPN常开型常开型接近开关的最大负载接近开关的最大负载设某一接近开关的最大阻性输出电流设某一接近开关的最大阻性输出电流I IKAKA=300mA=300mA，工作电压，工作电压V VCCCC=24V=24V，求，求:最小负载电阻（最大负载）最小负载电阻（最大负载）R Rminmin 。解：解：R Rminmin=(=(V VCCCC-0.3)/-0.3)/I IKAKA=(24-0.3)V/0.3A=79=(24-0.3)V/0.3A=79。若负载为感。若负载为感性，应大于此值的一倍性，应大于此值的一倍,工作电流减为工作电流减为50%50%以下以下,且应在感性负载且应在感性负载两端并联续流二极管，反向接法，见下图。两端并联续流二极管，反向接法，见下图。灌电流灌电流NPN常开型接近开关的施密特特性常开型接近开关的施密特特性 当当被被测测物物体体未未靠靠近近接接近近开开关关时时，UB=0，OC门门的的基基极极电电流流IB=0，OC门门截截止止，OUT端端为为高高阻阻态态（接接入入负负载载后后为为接接近近电电源源电电压压的的高高电电平平）；当当被被测测体体逐逐渐渐靠靠近近，到到达达动动作作距距离离min时时，OC门门的的输出端对地导通，输出端对地导通，OUT端对地为低电平（约端对地为低电平（约0.3V）。）。当被测物体逐渐远离当被测物体逐渐远离接近开关接近开关,到达复位距离到达复位距离max时时,OC门再次截止门再次截止,KA失电。失电。为接近为接近开关的动作滞差开关的动作滞差（也称为（也称为“回差回差”）。）。NPN常开型常开型接近开关的施密特特性举例接近开关的施密特特性举例当当金金属属工工件件从从远远处处逐逐渐渐向向接接近近开开关关靠靠近近，到到达达min位位置置（5mm）时时，开开关关动动作作，输输出出低低电电平平。要要想想让让它它翻翻转转回回到到高高电电平平，则则需需要要让让工工件件倒倒退退的的距距离离，即即：大大于于max的的位位置置，7mm。大大大大超超过过抖抖动动造造成成的的倒倒退退量量，所所以以接接近近开开关关一一旦旦动动作作，微微小的干扰是无法让其复位的。小的干扰是无法让其复位的。NPN常开型常开型接近开关的施密特特性列表接近开关的施密特特性列表.距离距离/mm 5.14.91.06.97.1电平状态电平状态高电平高电平高电平高电平低电平低电平低电平低电平低电平低电平高电平高电平高电平高电平NPN常闭型常闭型接近开关的施密特特性接近开关的施密特特性当当金金属属工工件件从从远远处处逐逐渐渐向向接接近近开开关关靠靠近近，输输出出先先是是处处于于低低电电平平状状态态。到到达达minmin位位置置（2mm2mm）时时，开开关关动动作作，输输出出高高电电平平。要要想想让让它它翻翻转转回回到到低低电电平平，则则需需要要让让工工件件倒倒退退到到maxmax的的位位置置，3mm3mm。=1mm=1mm。NPN常闭型常闭型接近开关的施密特特性列表接近开关的施密特特性列表.距离距离/mm 2.11.91.02.93.1电平状态电平状态低电平低电平低电平低电平高电平高电平高电平高电平高电平高电平低电平低电平低电平低电平PNP常开型常开型接近开关的电路接近开关的电路 PNP型型接接近近开开关关称称为为电电流流流流出出型型开开关关，当当被被测测物物体体未未靠靠近近接接近近开开关关时时，PNP晶晶体体管管（OC门门）截截止止，OUT端端为为高高阻阻态态（悬悬空空），接了负载后，与地线等电位，负载两端没有电压差；，接了负载后，与地线等电位，负载两端没有电压差；当当被被测测物物体体逐逐渐渐靠靠近近，到到达达动动作作距距离离min时时，PNP型型晶晶体体管管导导通通，输输出出端端相相当于接到电源当于接到电源Vcc，OUT端对地为高电平端对地为高电平(约约Vcc-0.3V)。（晶体管也称三极管）。（晶体管也称三极管）PNP常开型常开型接近开关的接线接近开关的接线 PNP型型接接近近开开关关的的负负载载（KA）接接在在地地线线和和OUT端端之之间间。当当被被测测体体逐逐渐渐靠靠近近，到到达达动动作作距距离离min时时，PNP型型晶晶体体管管导导通通，输输出出端端相相当当于于接接到到电电源源Vcc，OUT端端对对地地为为高高电电平平(约约Vcc-0.3V)，继继电器得电。电器得电。为为了了保保护护OC门门不不至至于于在在 断断电电的的瞬瞬间间，被被电电感感性性负负载载所所产产生生的过电流所击穿，必须在电感性负载两端并联续流二极管。的过电流所击穿，必须在电感性负载两端并联续流二极管。PNP常开型常开型接近开关的施密特特性接近开关的施密特特性 PNP是是电电流流流流出出型型开开关关，负负载载接接在在地地线线和和信信号号线线之之间间。当当被被测测物物体体未未靠靠近近接接近近开开关关时时，PNP晶晶体体管管截截止止，OUT端端为为高高阻阻态态，输输出出端端与与地地线线等等电电位位，负负载载不不得得电电；当当被被测测体体逐逐渐渐靠靠近近，到到达达动动作作距距离离min时时，PNP型型晶晶体体管管导导通通，输输出出端端相相当当于于接接到到电电源源Vcc，OUT端对地为高电平端对地为高电平(约约Vcc-0.3V)。当被测物体逐渐远离当被测物体逐渐远离接近开关，到达复位距离接近开关，到达复位距离max时，时，PNP晶体管再次晶体管再次截止，截止，KA失电。失电。PNP常开型常开型接近开关与接近开关与PLC的接线的接线如如果果外外部部开开关关量量输输入入触触点点的的公公共共端端接接到到了了电电源源的的正正端端，这这种种情情况况就就不不能能使用使用NPN型接近开关型接近开关。六、接近开关在加工中的应用六、接近开关在加工中的应用 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用，以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。以免造成误动作。2.2.多个接近开关同时使用时，相互距离应大于多个接近开关同时使用时，相互距离应大于2 2倍直径。倍直径。3.3.为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线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，负载电流不能超过额定工作电流。核定工作电压是是否正确，负载电流不能超过额定工作电流。核定工作电压是否为额定值。否为额定值。4.4.接近开关连接电感性负载时，务必在感性负载两端并接接近开关连接电感性负载时，务必在感性负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。5.5.如果误将如果误将PNPPNP接近开关按接近开关按NPNNPN接近开关接线，接近开关尾部接近开关接线，接近开关尾部的的“动作指示灯动作指示灯”不会亮。不会亮。课堂作业课堂作业习题习题4-44-4习题习题4-64-6