1、第三章第三章 张力传感器张力传感器第一节第一节 概述概述一、印刷中一、印刷中保持恒定的纸带张力保持恒定的纸带张力原因原因 卷筒纸印刷时，应保证纸带在印刷过程中张卷筒纸印刷时，应保证纸带在印刷过程中张力大小恒定不变。力大小恒定不变。因为因为：1 1、张力太小张力太小会导致纸带松弛、皱褶、套印不会导致纸带松弛、皱褶、套印不准等弊病；准等弊病；2 2、张力过大张力过大，会增加机器的负荷和增加纸带，会增加机器的负荷和增加纸带的应力，且超过其强度极限就会断裂；的应力，且超过其强度极限就会断裂；3 3、张力不稳定张力不稳定，纸带会发生跳动，以致于会，纸带会发生跳动，以致于会出现套印不准、重影等问题。出现套
2、印不准、重影等问题。尤其是机器起尤其是机器起动、停车时，张力不稳，会造成断纸、拥纸。动、停车时，张力不稳，会造成断纸、拥纸。二、印刷中纸带张力不稳的原二、印刷中纸带张力不稳的原因因 对于供纸机来说，使纸带向前运动的拉对于供纸机来说，使纸带向前运动的拉力一般由印刷滚筒产生。力一般由印刷滚筒产生。(1)印刷过程中纸卷由大变小逐渐变化，其阻印刷过程中纸卷由大变小逐渐变化，其阻力矩也随之变化并影响纸张的张力。力矩也随之变化并影响纸张的张力。(2)纸卷不圆或纸张的不均匀，印刷滚筒的凹纸卷不圆或纸张的不均匀，印刷滚筒的凹槽或其他因素都会引起纸带张力的波动。槽或其他因素都会引起纸带张力的波动。(3)机器拖动
3、不稳定机器拖动不稳定。三、解决方法三、解决方法 在输纸装置中安装张力控制系统，对张在输纸装置中安装张力控制系统，对张力进行自动调节。力进行自动调节。张力的恒定靠纸卷驱动和纸卷制动相互张力的恒定靠纸卷驱动和纸卷制动相互协调作用来实现。协调作用来实现。电位器作传感器的张力控制系统电位器作传感器的张力控制系统第二节第二节 电位器传感器电位器传感器变阻器式传感器变阻器式传感器电位器传感器电位器传感器是把被测量（线位移或角位移）转换是把被测量（线位移或角位移）转换为电阻（或电压）变化的一种传感器为电阻（或电压）变化的一种传感器,按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热变阻器式、电阻
4、应变式、热敏式、光敏式、电敏式敏式、光敏式、电敏式.按制作方式分：按制作方式分：线绕电位器线绕电位器导电塑料电位器导电塑料电位器普通塑料基底普通塑料基底导电导电材料粉材料粉1、分类、特点、分类、特点变阻器式传感器产品变阻器式传感器产品变阻式传感器的优点是：变阻式传感器的优点是：(1)(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；性能稳定；(2)(2)受环境因素受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰如温度、湿度、电磁场干扰等等)影响小；影响小；(3)(3)可以实现输出可以实现输出输入间任意函数关系；输入间任意函数关系；(4)(4)输出信号大，一般不需放大。
5、输出信号大，一般不需放大。它的缺点是：它的缺点是：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。缓慢的量。2、结构、结构滑动臂滑动臂弹性金属片弹性金属片电刷电刷电阻丝电阻丝图9.1 电位器式位移传感器原理图maxmaxxxUUx3、工作原理若作分压器用，则输出电压为：若作分压器用，则输出电压为：RxxRxm
6、ax 若作变阻器用，则输出电阻为：若作变阻器用，则输出电阻为：图9.2 电位器式角度传感器原理图作变阻器用：作变阻器用：maxmaxaaRRa作为分压器用：作为分压器用：maxmaxaxUUx电位器式角度传感器电位器式角度传感器变阻器式传感器产品变阻器式传感器产品4、应用：、应用：常用来测量位移、压力、加速度等参量。常用来测量位移、压力、加速度等参量。举例：测量压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器 1-弹簧管（敏感元件）弹簧管（敏感元件）2-电位器（传感元件、测量转换电位器（传感元件、测量转换电路）电路）3-电刷电刷 4-传动机构（齿轮、齿条）传动机构（齿轮、齿条）原理：
7、原理：压力压力-弹簧管弹簧管-角位移角位移 -电位器电位器-电阻电阻-电压电压压力传感器的外形及内部结构案例：案例：重量的自动检测重量的自动检测-配料设备配料设备 比较比较重量设定原材料原材料原理：弹簧原理：弹簧-力力-位移位移 -电位器电位器-电阻电阻案例：案例：煤气包储量检测煤气包储量检测煤气包煤气包钢丝钢丝原理：钢丝原理：钢丝-收线圈数收线圈数 -电位器电位器 -电阻电阻案例：案例：玩具机器人（广州中鸣数码玩具机器人（广州中鸣数码 ）原理：电机原理：电机-转角转角 -电位器电位器 -电阻电阻图9.2 电位器式角度传感器原理图作变阻器使用作变阻器使用,则电阻与角则电阻与角度的关系为度的关系
8、为 maxmaxaaRRa作为分压器使用作为分压器使用,则有则有 maxmaxaxUUx电位器式角度传感器电位器式角度传感器第三节第三节 磁粉制动器磁粉制动器 纸带张力自动调节系统中纸带张力的改变纸带张力自动调节系统中纸带张力的改变是靠制动器来调节的；是靠制动器来调节的；磁粉制动器是一种电磁离合器和制动器；磁粉制动器是一种电磁离合器和制动器；磁粉制动器在卷筒纸胶印机的纸张张力控磁粉制动器在卷筒纸胶印机的纸张张力控制系统中用来对纸卷进行制动控制。制系统中用来对纸卷进行制动控制。一、结构一、结构二、工作原理二、工作原理 当磁粉制动器的励磁线圈当磁粉制动器的励磁线圈未通入直流电流未通入直流电流时，定
9、子转子及磁粉间不存在磁力相互作用，时，定子转子及磁粉间不存在磁力相互作用，磁粉呈松散状态，因而不产生制动力矩。磁粉呈松散状态，因而不产生制动力矩。当励磁线圈当励磁线圈通入直流电流时通入直流电流时，内、外定子、，内、外定子、转子和磁粉间形成磁场，滋粉受磁化形成链条转子和磁粉间形成磁场，滋粉受磁化形成链条状。此磁粉链将内定子与转子进行连结，产生状。此磁粉链将内定子与转子进行连结，产生拉力即形成对转子的制动作用。拉力即形成对转子的制动作用。励磁电流越大，制动器转子制动力矩也越大。励磁电流越大，制动器转子制动力矩也越大。注意：注意：制动力矩与转子转速无关。制动力矩与转子转速无关。三、特性三、特性 1、
10、调整特性 改变励磁电流的大改变励磁电流的大小，可使磁粉制动器的小，可使磁粉制动器的制动力矩得到改变。制动力矩得到改变。励磁电流励磁电流I I与力矩与力矩M M的关系的关系 当励磁电流控制在当励磁电流控制在I I1 1与与I I2 2之间时，曲线为之间时，曲线为直线，直线，M M与与I I为线性关为线性关系。系。在印刷中，随着在印刷中，随着纸卷半径的不断减小，纸卷半径的不断减小，纸卷阻力矩会变小，纸卷阻力矩会变小，为了使纸带张力保持为了使纸带张力保持恒定，要求磁粉制动恒定，要求磁粉制动器的制动力矩器的制动力矩M M的大的大小作相应改变，小作相应改变，即使即使励磁电流励磁电流I I实现自动实现自动
11、跟踪控制跟踪控制MnI1I2I4I3I5I5I4I3I2I1制动力拒与转子转速的关系制动力拒与转子转速的关系力矩与转速无关，力矩与转速无关，只取决于纸带张力只取决于纸带张力 2 2、机械特性、机械特性 为了使纸带张力保持恒定，纸卷制动器必须为了使纸带张力保持恒定，纸卷制动器必须能够根据纸带张力波动的情况自动进行调整，以能够根据纸带张力波动的情况自动进行调整，以保证纸带匀速、平稳地进入印刷装置。保证纸带匀速、平稳地进入印刷装置。在机器稳定运转期间，应保证纸带张力稳定在机器稳定运转期间，应保证纸带张力稳定在给定值上在给定值上.在启动和刹车期间防止纸带过载和随意松卷在启动和刹车期间防止纸带过载和随意
12、松卷.在生产过程中，随着纸卷尺寸的不断减小，在生产过程中，随着纸卷尺寸的不断减小，为保持纸带的张力恒定，需对制动力矩进行相应为保持纸带的张力恒定，需对制动力矩进行相应地调整。地调整。对张力系统的要求对张力系统的要求第四节第四节 电位器作传感器的张力控电位器作传感器的张力控制制一、系统结构组成：组成：弹性缓冲辊、弹性缓冲辊、阻尼机构阻尼机构电气控制装置：电气控制装置：运算放大器运算放大器电动单元组合仪表电动单元组合仪表差动变压器差动变压器负重传感器负重传感器电位器电位器自然冷却和水冷自然冷却和水冷单机和双机工作单机和双机工作控制电路控制电路磁粉制动器磁粉制动器传感器传感器二、各部分的作用二、各部
13、分的作用1、弹性缓冲辊（浮动辊）：吸收瞬时变化、弹性缓冲辊（浮动辊）：吸收瞬时变化的能量，使张力变化得到缓冲减弱。的能量，使张力变化得到缓冲减弱。3、电气控制装置：、电气控制装置：张力反馈信号经比例积分等控制电路的处张力反馈信号经比例积分等控制电路的处理理，使磁粉制动器的励磁电流、制动力矩发生使磁粉制动器的励磁电流、制动力矩发生变化变化，实现对，实现对纸卷张力的稳定调节。纸卷张力的稳定调节。不同的张力控制系统，采用的控制电路、传不同的张力控制系统，采用的控制电路、传感器及磁粉制动器也不同。感器及磁粉制动器也不同。2、张力检测机构与阻尼机构：、张力检测机构与阻尼机构：张力发生变化时，摆动辊在纸带
14、张力作张力发生变化时，摆动辊在纸带张力作用下产生偏移并使传感器动作。用下产生偏移并使传感器动作。三、控制原理三、控制原理 尽管张力控制系统结构各异，但其控制原理尽管张力控制系统结构各异，但其控制原理基本相同，都设有基本相同，都设有“手动手动”与与“自动自动”两种控制两种控制状态。状态。开机前开机前，将系统置，将系统置“手动手动”位，此时系统为位，此时系统为开环控制，磁粉制动器的励磁电流可进行手动调开环控制，磁粉制动器的励磁电流可进行手动调节，即进行纸张节，即进行纸张张力值预选张力值预选。开机时开机时，置，置“自动自动”位，系统为闭环控制，位，系统为闭环控制，即由摆动辊及传感器将检测出的张力变化
15、信号反即由摆动辊及传感器将检测出的张力变化信号反馈到控制电路输入端，与给定信号综合后的差值馈到控制电路输入端，与给定信号综合后的差值信号经比例积分，功率放大到可控整流电路，使信号经比例积分，功率放大到可控整流电路，使磁粉制动器的励磁电流不断改变，其制动力矩也磁粉制动器的励磁电流不断改变，其制动力矩也随之变化，从而使纸张张力维持恒定。随之变化，从而使纸张张力维持恒定。动作过程：动作过程：张力变化张力变化位移变化位移变化电压电压信号信号与给定信号与给定信号综合后的差值信号经比例积分，功率放大到可综合后的差值信号经比例积分，功率放大到可控整流电路控整流电路磁粉制动器的励磁电流改变磁粉制动器的励磁电流
16、改变制制动力矩也随之变化动力矩也随之变化从而使纸张张力维持恒定。从而使纸张张力维持恒定。1、张力检测、张力检测张力正常张力正常摆动辊所受摆动辊所受张力与弹簧力平衡。张力与弹簧力平衡。张力发生变化张力发生变化摆动辊位移摆动辊位移张力摆动辊、阻张力摆动辊、阻尼机构等驱动滑动臂滑动尼机构等驱动滑动臂滑动滑动臂带动电刷在滑动臂带动电刷在电阻丝上滑动电阻丝上滑动在电阻丝上取得一电压数值在电阻丝上取得一电压数值作为作为张力反馈信号张力反馈信号。滑动臂滑动臂弹性金属片弹性金属片电刷电刷电阻丝电阻丝系统控制作用可表示为：系统控制作用可表示为：2 2、张力自动调节系统方框图、张力自动调节系统方框图张力反馈信号与
17、给定信号综合张力反馈信号与给定信号综合其差值输入比例其差值输入比例积分等控制电路积分等控制电路使磁粉制动器的励磁电流、制使磁粉制动器的励磁电流、制动力矩发生变化动力矩发生变化纸卷张力稳定调节。纸卷张力稳定调节。四、电路工作原四、电路工作原理理1、给定、比例积分、比例放大与反馈电路给定元件、自动调节器、功率放大元件、执行元件和给定元件、自动调节器、功率放大元件、执行元件和反馈元件反馈元件比例积分调节器（比例积分调节器（N1,R1,R3,C1)RP2给定电压信号给定电压信号RP3电压反馈信号电压反馈信号比例积分调节器（比例积分调节器（N1,R1,R3,C1)RP2给定电压信号给定电压信号RP3电压
18、反馈信号电压反馈信号比例调节器比例调节器(N2,R8,R9,R10,R13)手动手动-预选张力值预选张力值调整调整-“-“给给 定定”信信号的调整。号的调整。自动自动系统的自动系统的自动跟踪控制跟踪控制-15V比例调节器比例调节器(N2,R8,R9,R10,R13)手动手动-预选张力值预选张力值调整调整-“-“给给 定定”信信号的调整。号的调整。自动自动系统的自动系统的自动跟踪控制跟踪控制-15V功率放功率放大大可控硅可控硅VT1,VT2组成单相半控桥式整流电路组成单相半控桥式整流电路整流输出直流经过电阻整流输出直流经过电阻R41R41通入励磁线圈，使制动器通入励磁线圈，使制动器产生制动力矩。
19、产生制动力矩。(1)给定信号的调整与开机准备给定信号的调整与开机准备开环与闭环开环与闭环工作状态工作状态:“手动手动”:开环状态，开环状态，“自动自动”:闭环工作状态闭环工作状态-15V(1)给定信号的调整与开机准备给定信号的调整与开机准备“手动手动”:张力预张力预选选调调RP4 RP4:负电压比例放大负电压比例放大得正得正U U02,02,-15VU02)15(41302VRRUP U U0202 V V11 11 V V1 12 2导通导通 晶闸管晶闸管V VT1T1、V VT2T2导通导通励磁励磁线圈得直流电流线圈得直流电流调整到张力调整到张力 预选张力值预选张力值 U02“给给 定定”
20、信号调整信号调整NINI及及N2N2工作，工作，积分电路不起作用积分电路不起作用调调RP2RP2正电压放大正电压放大负负U U0101正正U U0202励磁线圈得到电流励磁线圈得到电流“给定给定”电位器电位器RP2RP2：调整调整RP2RP2使电流表指向预选值使电流表指向预选值15VU02U01(2)系统的自动跟踪控制系统的自动跟踪控制N1N1为比例积分为比例积分调节器调节器开关开关“自动自动”档，调档，调RP2RP2、RPlRPl使张力为预选值。使张力为预选值。电位器调好后，在整个印刷过程不要再调节。电位器调好后，在整个印刷过程不要再调节。15VU02U01(2)系统的自动跟踪控制系统的自动
21、跟踪控制A A、B B点固定不动点固定不动U U gU fU：D点电位点电位U g：给定电压：给定电压U f：反馈电压：反馈电压U U g U f张力变化张力变化c c点产生位移点产生位移U f变化变化U改变改变 UU改变改变电路运算控制电路运算控制励磁电流改变励磁电流改变制动力矩变化制动力矩变化张力稳定。张力稳定。U U gU f例如例如：张力张力C C向右移动向右移动U Uf fU 励磁电流励磁电流制动力矩制动力矩张力回到原值。张力回到原值。张力张力 C C向左移动向左移动U Uf f U 励磁电流励磁电流 制动力矩制动力矩张力回到原值张力回到原值2、宽脉冲触发与功率放大电路、宽脉冲触发与
22、功率放大电路U02宽脉冲触发宽脉冲触发电路电路U02U00时：时：U020 0时：时：U020 V11V11导通导通V12V12导通导通IC2向向C6充电充电单结管导通单结管导通RR3838上产生脉上产生脉冲电压。冲电压。IC2 功率放大电路功率放大电路R R3838上产生脉冲电压上产生脉冲电压VT1VT1、VT2VT2导通导通RR4141上输出直流电流上输出直流电流制动力拒制动力拒3、直流稳压电、直流稳压电源源 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为测量转化为电感量电感量的一种装置。的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型
23、可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型第五节 电感式传感器电感式接近传感器（金属）电感式接近传感器（金属）一、自感式传感器F F220V准备工作准备工作基本工作基本工作原理演示原理演示电感传感器的基本工作原理演示F F气隙气隙电感电感电流电流 20 2NALN：线圈匝数；：线圈匝数；A：气隙的有效截面积；气隙的有效截面积；0：真空磁导率；：真空磁导率；：气隙厚度。气隙厚度。20 2NAL1 气隙厚度变化型20 2NAL可变导磁面积型可变导磁面积型2 气隙面积变化型3 螺管型二、差动变压器式传感器 一次线圈一次线圈N1N1，二次线圈二次线圈N21N21、N2N2等。等。当当N1N1上加上加
24、Ui后，将在后，将在N2N2上产生上产生UO O。在全波整流电在全波整流电路中，两个二路中，两个二次线圈串联，次线圈串联，总电压等于两总电压等于两个二次线圈的个二次线圈的电压之和。电压之和。差动变压器式传感器的等效电路 结构特点：结构特点：两个二次线圈反两个二次线圈反向串联，组成差向串联，组成差动输出形式。动输出形式。请将二次请将二次线圈线圈N21、N22的的有关端点正确地有关端点正确地连接起来，并指连接起来，并指出哪两个为输出出哪两个为输出端点。端点。WW1W2Esx-x工作原理工作原理:互感现象互感现象.EwEout差动变压器式传感器的工作原理单螺管线圈型单螺管线圈型螺管线圈差动螺管线圈差
25、动双螺管线圈差动型双螺管线圈差动型传感器测量电路传感器测量电路差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量 案例：案例：张力测量张力测量差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器液位测量原理液位测量原理电感式传感器的应用 位移测量位移测量 轴向式电感轴向式电感 测微器的外形测微器的外形 航空插头航空插头红宝石测头红宝石测头其他电感测微头模拟式及数字式电感测微仪机械及气动元件电感测微器电感测微器汽缸汽缸 气水分离器气水分离器（供气三联件）（供气三联件）储气罐储气罐导气管导气管 气压表气压表（0.4MPa左右）左右）电感式不圆度计原理 该圆度计采用该圆度计采用旁向式电
26、感测微头旁向式电感测微头电感式不圆度测试系统旁向式电感测微头旁向式电感测微头电感式不圆度测量系统外形（参考洛阳汇智测控技术有限公司资料）旋转盘旋转盘 测量测量头头不圆度测量打印电感式轮廓仪 旁向式旁向式电感电感 测微头测微头电感式滚柱直径分选装置 图图3-14 滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置 1 1气缸气缸 2 2活塞活塞 3 3推杆推杆 4 4被测滚柱被测滚柱 55落料管落料管 6 6电感测微器电感测微器 7 7钨钢测头钨钢测头 8 8限位挡板限位挡板 9 9电磁翻板电磁翻板 10 10容器（料斗）容器（料斗）电感式滚柱直径分选装置 测微仪测微仪圆柱滚子圆柱滚子电感式滚柱直径分选装置（外形
27、）滑道滑道分选仓位分选仓位轴承滚子外形轴承滚子外形（参考中原量仪股份有限公司资料）（参考中原量仪股份有限公司资料）电感式滚柱直径分选装置外形落料振动台落料振动台滑道滑道11个分选仓位个分选仓位（参考无锡市通达滚（参考无锡市通达滚子有限公司资料）子有限公司资料）废料仓废料仓电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）汽缸汽缸控制键盘控制键盘直径测微装置直径测微装置长度测微装置长度测微装置滑道滑道电感传感器在粗糙度测量中的应用 手持式粗糙度仪 触针触针:金刚石圆锥；金刚石圆锥；针尖圆弧半径：针尖圆弧半径：5m5m；可存储可存储500500个粗糙度参数值及个粗糙度参数值及4 4组轮廓数据；组轮廓数据；可进
28、行粗糙度参数的打印；可进行粗糙度参数的打印；可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等各种复杂表面进行测试；杂表面进行测试；五、压力测量 1压力输入接压力输入接头头 2波纹膜盒波纹膜盒 3电缆电缆 4印制线路板印制线路板 5差动线圈差动线圈 6衔铁衔铁 7电源变压器电源变压器 8罩壳罩壳 9指示灯指示灯 10密封隔板密封隔板 11安装底座安装底座电感式压力传感器电感式压力传感器压力测量用的膜盒 膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是膜盒由两片波纹膜片焊接而成。所谓波纹膜片是一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两一种压有同心波纹的圆形薄膜。当膜片四周固定，两侧
29、面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能侧面存在压差时，膜片将弯向压力低的一侧，因此能够将压力变换为够将压力变换为直线直线位移。位移。粗糙度仪外形金刚石测头金刚石测头粗糙度测量结果打印（1）粗糙度测量结果打印（2）计重供给自动控制计重供给自动控制计重：给料、秤重、排出计重：给料、秤重、排出间歇式计量供给的自动控制间歇式计量供给的自动控制连续式计量供给的自动控制连续式计量供给的自动控制 作业过程中，给料、称重、排出连作业过程中，给料、称重、排出连续进行，不存在暂停时间。续进行，不存在暂停时间。计量供给的自动控制计量供给的自动控制第六节 电涡流传感器 电涡流传感器的原理电涡流传感器的原理及应用
30、及应用电涡流传感器工作原理 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距圈与金属板的距离离x 减小时，电减小时，电涡流线圈的等效涡流线圈的等效电感电感L 减小，等减小，等效电阻效电阻R 增大。增大。感抗感抗XL 的变化比的变化比 R 的变化的变化 大大 得得 多，流过电涡流多，流过电涡流线圈的电流线圈的电流 i1 增增大。大。电涡流的应用 在我们日常生活中经常可以遇到 干净、干净、高效的高效的 电磁炉电磁炉集肤效应 当高频（当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施左右）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加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，
31、将产生时，将产生高频磁场高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，。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被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并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）。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。频率等有关。频率f越高，电涡流的渗透越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。的深度就越浅，集肤效应越严重。二、等效阻抗分析 原线圈的等效阻抗原线
32、圈的等效阻抗Z Z变化：变化：),(fZZ 间距间距x的测量：的测量：如果如果f、r不变，不变，Z就成为就成为间距间距x的单值函数，这样的单值函数，这样就成为非接触地测量位移就成为非接触地测量位移的传感器。的传感器。多种用途：多种用途：x、f不变，不变，就可以检测与表面电导率就可以检测与表面电导率有关的有关的表面温度、表面表面温度、表面裂纹等参数裂纹等参数，或者用来检，或者用来检测与材料磁导率测与材料磁导率 有关的有关的材料型号、表面硬度材料型号、表面硬度等参等参数。数。电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理高频电流通高频电流通过励磁线圈，过励磁线圈，产生交变磁产生交变磁场，在铁质场，在铁质锅底
33、会产生锅底会产生无数的电涡无数的电涡流，使锅底流，使锅底自行发热，自行发热，烧开锅烧开锅 内内 的的 食食 物。物。电涡流传感器结构及特性交变磁场交变磁场电涡流探头电涡流探头外形外形高频反射电涡流探头内部结构1电涡流线圈电涡流线圈 2探头壳体探头壳体 3壳体上的位置调节壳体上的位置调节螺纹螺纹 4印制线路板印制线路板 5夹持螺母夹持螺母 6电源指示灯电源指示灯 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 CZF-1系列传感器的性能 分析上表请得出结论：分析上表请得出结论：探头的直径与测量范围及分辨力之间有探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？何关系？大直径电
34、涡流探雷器 测量转换电路 一、调幅式（一、调幅式（AM）电路）电路 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(100kHz1MHz）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，引起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最终输出的直流电压终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。两者之间的距离等参数）。部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数 人的手、泥土或装满水的玻璃杯
35、能对振荡器的振幅人的手、泥土或装满水的玻璃杯能对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什么？产生明显的衰减吗？为什么？二、调频（FM）式电路(100kHz1MHz）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，电涡改变时，电涡流线圈的电感量流线圈的电感量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行显示或记录时，必须使用鉴频器，用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将将 f转换为电压转换为电压 Uo 。01 4-32fLC鉴频器特性 鉴频器的输出电压与输入频率
36、成正比鉴频器的输出电压与输入频率成正比使用鉴频器使用鉴频器可以将可以将 f 转换为电压转换为电压 Uo电涡流传感器的应用 电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的响，例如金属材料的厚度、尺寸、形状、厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等电导率、磁导率、表面因素、距离等。只。只要固定其他因素就可以用电涡流传感器来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。因此电涡流传感器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。的应用领域十分广泛。),(fZZ 电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电涡流位移传感器是一种输出为模拟电
37、压的电子器件。电子器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面）将产生一个交变磁场。工作面）将产生一个交变磁场。当金属物体接近当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高此感应面时，金属表面将吸取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衰减，频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距根据衰减量的变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。离、振动等参数。这种位移传感器属于非接触测量，工作时不这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，寿命较长，可在各受灰尘等非金属
38、因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。种恶劣条件下使用。一、位移测量一、位移测量 位移测量仪数显数显位移测量仪及探头位移测量仪及探头位移测量包含：位移测量包含：偏心、间隙、偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来程、宽度等等。来自不同应用领域的自不同应用领域的许多量都可归结为许多量都可归结为位移或间隙变化。位移或间隙变化。电涡流位移传感器的距离与输出电压特性曲线11量程为量程为10mm 210mm 2量程为量程为16mm 316mm 3量程为量程为20mm20mm420mA电涡流位移传感器外形齐
39、平式电涡流位移传感器外形齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。齐平式传感器安装时可以不高出安装面，不易被损害。V系列电涡流位移传感器外形齐平式齐平式V系列电涡流位移传感器性能一览表 位移传感器的分类测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪 测量冷轧板厚度测量冷轧板厚度板厚：板厚：l=L（l1l2）测量尺寸、公差及零件识别通过测量间隙来通过测量间隙来测定测定 热膨胀引起的上下平移热膨胀引起的上下平移测量封口机工作间隙间隙越大，间隙越大，电涡流越小电涡流越小测量注塑机开合模的间隙间距间距案例：连续油管的椭圆度测量案例：连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Refer
40、ence Circle二、振动测量偏心和振动检测偏心和振动检测测量各种振动测量各种振动的振幅、频谱的振幅、频谱分布等参数。分布等参数。通过测量间隙来测量径向跳动测量弯曲、波动、变形 对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，对桥梁、丝杆等机械结构的振动测量，须使用多个传感器。须使用多个传感器。振动测量 测量悬臂梁的测量悬臂梁的振幅及频率振幅及频率汽轮机叶片测试汽轮机叶片测试振动测量用电涡流探用电涡流探头、调幅法头、调幅法测量简谐振测量简谐振动时，探头动时，探头的输出波形。的输出波形。产品：产品：调频法测量振动的波形三、转速测量 60 fnz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
41、为，频率计的读数为f（单位为（单位为Hz），则转轴的转速），则转轴的转速n（单位为（单位为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其与齿轮的相对位置60 fnz齿轮转速测量例：例：下图中，设齿数下图中，设齿数z z=48，测得频率，测得频率 f=120Hz，求该齿轮的转速，求该齿轮的转速n。电动机转速测量四、镀层厚度测量 由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。由于存在集肤效应，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铜箔作出“厚度厚度-输出输出”电压的标定曲线，以便测量电压的标定曲
42、线，以便测量时对照。时对照。电涡流涂层厚度仪 电涡流涂层厚度仪原理五、电涡流式通道安全检查门 安检门的内部设置有发射线圈和安检门的内部设置有发射线圈和接收线圈。当有金属物体通过时，接收线圈。当有金属物体通过时，交变磁场就会在该金属导体表面交变磁场就会在该金属导体表面产生电涡流，会在接收线圈中感产生电涡流，会在接收线圈中感应出电压，计算机根据感应电压应出电压，计算机根据感应电压的大小、相位来判定金属物体的的大小、相位来判定金属物体的大小。大小。在安检门的侧面还安装一在安检门的侧面还安装一台台“软软x x光光”扫描仪，它对人体、扫描仪，它对人体、胶卷无害，用软件处理的方法，胶卷无害，用软件处理的方
43、法，可合成完整的光学图像。可合成完整的光学图像。安检门演示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六、电涡流表面探伤 手持式裂纹测量仪手持式裂纹测量仪油管探伤油管探伤滚子涡流探伤机 滚子涡流探伤机滚子涡流探伤机是由计算机控制的轴是由计算机控制的轴承滚子表面微裂纹探承滚子表面微裂纹探伤的专用设备，可探伤的专用设备，可探出深出深 30m的表面微小的表面微小裂纹。裂纹。手提式探伤仪外形（参考厦门爱德华检测设备有限公司资料）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台式电涡流探伤仪花瓣阻抗图第七节第七节 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 应变效应应变效应：导体或半导体材料在外界
44、力的作用下，导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化。变化。组成：组成：电阻应变片、测量转换电路等电阻应变片、测量转换电路等。一、应变片片的工作原理2llRAr金属丝受拉时，金属丝受拉时，l 变长、变长、r 变小，导致变小，导致R变大变大。应变片应变片 金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形阻值随着所受机械变形(伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生的变化而发生变化象。变化象。应变片的工作原理 2llRAr例如例如：金属丝金属丝受拉时，受拉时，l将变长、将变长、r变小
45、，均导致变小，均导致R变大变大某些某些半导体半导体受拉时，受拉时，将变大，导致将变大，导致R变大。变大。上述任何一个参数变换均会引起电阻变化。上述任何一个参数变换均会引起电阻变化。金属应变片的电阻金属应变片的电阻R R为为 实验证明：实验证明：R R与与 x的关系在很大范围内是线性的的关系在很大范围内是线性的 2-1xRKRK电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度 x材料力学中的轴向应变材料力学中的轴向应变 对金属材料，它的轴向应变最好不要大于对金属材料，它的轴向应变最好不要大于1 10-3，即即1000 m/m，否则有可能超过材料的极限强度而导致，否则有可能超过材料的极限强度而导致断裂。断裂。
46、金属材料：金属材料：K K 略微不同，一般为略微不同，一般为2 2左右。左右。半导体材料：半导体材料：其感受到应变时，电阻率其感受到应变时，电阻率 会产生很大会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。的变化，所以灵敏度比金属材料大几十倍。灵敏度：灵敏度：轴向应变轴向应变 x：x=/l x通常很小，常用通常很小，常用10-6表示。表示。应变片用于测量力F的计算公式 2-2RFKRAE由材料力学可知，由材料力学可知，x=F/（AE），所以），所以 R/R又可又可表示为表示为只要设法测出只要设法测出 R R/R R的数值，即可获知试件受力的数值，即可获知试件受力的大小，例如可用于电子秤的称重。
47、的大小，例如可用于电子秤的称重。K K：应变片的灵敏度应变片的灵敏度A A：试件的横截面积试件的横截面积：弹性模量弹性模量二、应变片的种类与结构金属应变片金属应变片金属丝式金属丝式(使用最早使用最早)箔式箔式(应用较多应用较多,材料多为铜镍合金材料多为铜镍合金)薄膜式薄膜式半导体应变片半导体应变片:优点：灵敏度大优点：灵敏度大;体积小体积小;缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。箔式应变片的外形应变计金属应变计金属应变计4 4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等
48、）。蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。1 1）几何参数：表距）几何参数：表距L L和丝栅宽度和丝栅宽度b b，制造厂常用，制造厂常用 b bL L表示。表示。2 2）电阻值：应变计的原始电阻值。）电阻值：应变计的原始电阻值。3 3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。三、应变片的主要参数三、应变片的主要参数应变片主要性能指标举例上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据上表中，哪几个型号是半导体应变片？依据是什么？是什么？半导体应变片及金属丝式应变片的结构半导体应变片半导体应变片外形外形金属丝式应变片的金属丝式应变片的内部结构内部结构1.1.目测
49、电阻应变片有无折痕目测电阻应变片有无折痕.断丝等断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。2.2.用数字万用表测量应变片电阻值大用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5欧姆欧姆.3.3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.4.应变片粘贴应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴在应变片基底上挤一小滴502502胶水，胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位
50、置。轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。四、电阻应变片的选择、粘贴技术四、电阻应变片的选择、粘贴技术5.5.焊线焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6.6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于大于500M500M欧。欧。7.7.应变片保护：用应变片保护：用704704硅橡胶覆于应变片上，防止硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。受潮。四、应变片的粘贴：1.去污：去污：采用采用手持砂轮工具手持砂轮工具除去构件表面除去构件表面的油污、漆、的油污、漆、锈斑等，并用锈斑等，并用细纱布交叉打细纱布交叉打磨出细纹
