1、教師授課方案教師授課方案授課班級09D電氣1、電氣2授課日期課節2課堂類型講授課題第四章 電渦流傳感器第一節電渦流傳感器的工作原理第二節電渦流傳感器的結構與特性第三節測量轉換電路第四節電渦流傳感器的應用第四節電渦流接近開關教學目的與要求【知識目標】1、了解電渦流傳感器的工作原理2、掌握電渦流傳感器的測量轉換電路（AM、FM） 3、了解電渦流傳感器的應用 4、電渦流式接 近開關的原理、結構、特性參數、應用及掌握接線方法。【能力目標 】培養學生NPN、PNP常開、常閉接線的技能及理論聯系 實際的能力。【職業目標 】通過學生理論及技能的學習， 培養學生愛崗敬業的情感目標。重點難點重點：1、掌握電渦流

2、傳感器的測量轉換電路（ AM、FM） 2、電渦流式 接近開關的接線難點：電渦流式接近開關 NPN、OC門常開輸出電路教具教學輔助活動教具：微波爐、電渦流傳感器、多媒體課件、習題冊 教學輔助活動：提問、學生討論一節教學復習分鐘講課1、了解電渦流傳感器的工作原理2、掌握電渦流傳感器的測量轉換電路（ AM、FM）3、了解電渦流傳感器的應用4、電渦流式接近開關的原理、結構、特性參 數、應用及掌握接線方法。78分鐘小結利用10分鐘時間與學生互動答疑10分鐘作業習題冊第四章電渦流傳感器習題2分鐘任課教師：葉睿2011年：1月20日審查教師簽字：年 月曰（首頁）教案附頁【復習提問】上節課知識點： 因上節課做

3、過階段性復習第四章電渦流式傳感器第一節電渦流傳感器的工作原理【本節內容設計】通過課件與教師講授電渦流效應及肌膚效應，掌握電渦流傳感器 的工作原理、并舉例電磁爐的工作加以鞏固。【授課內容】一、電渦流效應以及集膚效應金屬導體置于變化的磁場中時，導體表面就會有感應電流產生。 電流的流線在金屬體內自行閉合，這種由電磁感應原理產生的旋渦狀 感應電流稱為電渦流，這種現象稱為電渦流效應。當高頻（100kHz左右）信號源產生的高頻電壓施加到一個靠近金 屬導體附近的電感線圈L1時，將產生高頻磁場H10如被測導體置于 該交變磁場范圍之內時，被測導體就產生電渦流 i2。i2在金屬導體的 縱深方向并不是均勻分布的，而

4、只集中在金屬導體的表面，這稱為集 膚效應（也稱趨膚效應）。二、結論：如果控制上式中的f、br不變，電渦流線圈的阻抗 Z 就成為間距x的單值函數，這樣就成為非接觸位移傳感器。如果控制x、ii、f不變，就可以用來檢測與表面電導率 有關的 表面溫度、表面裂紋等參數，或者用來檢測與材料磁導率 以有關的材 料型號、表面硬度等參數。高頻電流通過勵磁線圈，產生交變磁場，在鐵質鍋底會產生無數 的電渦流，使鍋底自行發熱，燒開鍋 內的 食物。第二節傳感器的結構及特性【本節內容設計】通過課件與教師簡介電渦流傳感器的探頭及特性【授課內容】一、電渦流探頭結構電渦流傳感器的傳感元件是一只線圈， 俗稱為電渦流探頭。激勵源

5、頻率較高（數十千赫至數兆赫）。1電渦流線圈 2探頭殼體 3殼體上的位置調節螺紋4印制電路板5夾持螺母 6電源指示燈 7閾值指示燈 8輸出屏蔽電纜線9 一電纜插頭- 特性探頭的直徑越大，測量范圍就越大，但分辨力就越差，靈敏度也 降低。舉例：大直徑電渦流探雷器定性測量。探頭的直徑越大，測量 范圍也越大，分辨力越差，靈敏度越低。三、被測體材料、形狀、大小對靈敏度的影響1、被測體為圓盤狀物體的平面時，物體的直徑大于線圈直徑的2倍以 上，否則將使靈敏度降低；被測體為軸狀圓柱體的圓弧表面時，它 的直徑應大于線圈直徑的4倍以上。2、被測物體厚度為0.2mm3、測量時，盡量避開其它導體，以免干擾磁場，引起線圈

6、的附加損失。第三節傳感器的測量轉換電路【本節內容設計】通過課件與教師講授電渦流傳感器的測量轉換電路重點使學生掌 握（AM FM兩種轉換電路。應用、以及電渦式接近開關，重點使學 生掌握測量轉換電路、電渦流式接近開關的接線。【授課內容】一、調幅式轉換電路（AM ）1、諧振時：石英振蕩器產生穩頻穩幅高頻振蕩電壓 （100kHz1MHz ）用于激勵電渦流線圈。金屬材料遠離探頭，調節 C0,廣生諧振輸出較大Uo2、被測體靠近探頭時：在高頻磁場中產生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經高 放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓 Uo反映了金屬體對電渦 流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數）。被測體可

7、以是導磁性物體也可以是非導磁性物體，與探頭間距越小，輸出電壓就越低。缺點是：不是線性關系，必須用千分尺逐點標定后經計算機線性化 處理用數碼管顯示。溫漂較大，需要采取補償電路定頻調幅式測量轉換電路二、調頻式電路（FM在電渦流傳感器中，以LC振蕩器的頻率f作為輸出量。當電渦流 線圈與被測體的距離x改變時，電渦流線圈的電感量 L也隨之改變， 引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可以通過F/V轉換器（又稱 為鑒頻器），將f轉換為電壓U。，由表頭顯示出電壓值。也可以直接 將頻率信號（TTL電平）送到計算機的計數/定時器，測量出頻率的變 化。鑒頻器特性如圖所示。FWLEil!牛尚版成大案如州曲IM洲卷FW

8、LEil!牛尚版成大案如州曲IM洲卷調頻式測量轉換電路原理框圖及特性a）信號流程b）鑒頻器特性第四節電渦流傳感器的應用【本節內容設計】通過課件與教師講授電渦流傳感器的應用【授課內容】電渦流探頭線圈的阻抗受眾多因素影響，例如金屬材料的厚度、 尺寸、形狀、電導率、磁導率、表面因素、距離等。只要固定一個量 就可以用電渦流傳感器來測量剩下的一個因素。應用十分廣泛，屬于 定性測量。如果要做定量測量，也要用到前面學習的逐點標定、計算機線性 糾正。本節課就位移、振動、轉速、鍍層厚度、安全檢查門、表面探 傷六個應用加以學習。位移測量測量過程電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬電壓的電子器件。接通電源后，在電渦流探

9、頭的有效面（感應工作面）將產生一個交變磁場。當金屬物體接近此感應面時，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩 能量，使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據衰減量的變化，可地計 算出與被檢物體的距離、振動等參數。這種位移傳感器屬于非接觸測 量，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，壽命較長，可在各種惡劣 條件下使用。三、振動測量測量過程：用多個傳感器放在機械不同部位檢測，得到各個位置的振幅值和 相位值，畫出振動波形圖，由頻譜儀分析輸出波形的振幅及頻率，頻 譜儀在第九章學習。三、轉速測量測量過程：若轉軸上開z個槽（或齒），頻率計的讀數為f （單位為Hz）,則 轉軸的轉速n （單位為r/min ）的計算公式為

10、：fn 60 一 z圖48轉速測量a）帶有凹槽的轉軸及輸出波形 b）帶有凸槽的轉軸及輸出波形1傳感器 2被測物四、鍍層厚度測量測量過程：由于存在集膚效應，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可 先用電渦流測厚儀對標準厚度的鍍層和銅箔作出厚度-輸出”電壓的標定曲線，以便測量時對照。五、安全門檢查 測量過程安檢門的內部設置有發射線圈和接收線圈。 當有金屬物體通過時， 10KHz的音頻信號產生的交變磁場就會在該金屬導體表面產生電渦 流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據感應電壓的大小、相位 來判定金屬物體的大小。在安檢門的側面還安裝一臺 軟x光”掃描儀, 它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合

11、成完整的光學圖像。 六、表面探傷 測量過程：檢查金屬表面（已涂防銹漆）的裂紋以及焊接處的缺陷等。在探 傷中，傳感器應與被測導體保持距離不變。由于缺陷將引起導體電導 率、磁導率的變化，使電渦流變小，從而引起輸出電壓的變化。第五節接近開關及應用【本節內容設計】通過課件與教師講授電渦式接近開關，重點使學生掌握電渦流式 接近開關的接線。【授課內容】接近開關又稱無觸點開關，它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫 米）內檢測有無物體靠近。當物體與其接近到設定距離時，就發出動 作信號，多數能直接驅動中間繼電器。用于高速計數、測速，確定物體存在和位置，測量物體和液位，用于人體保護和防盜以及無觸點按鈕。一、接近開關的

12、特點：與機械開關相比，接近開關具有如下特點：非接觸檢測，不影 響被測物的運行工況；不產生機械磨損和疲勞損傷，工作壽命長； 響應快，一般響應時間可達幾毫秒或十幾毫秒； 采用全密封結構， 防潮、防塵性能較好，工作可靠性強；無觸點、無火花、無噪聲， 所以適用于要求防爆的場合（防爆型）；輸出信號大，易于與計算機 或PLC等接口；體積小，安裝、調整方便。它的缺點是“觸點”容 量較小，輸出短路時易燒毀。接近開關的分類自感式、差動變壓器式：對導磁物體電渦流式：對導電良好的金屬電容式：對接地的金屬或地電位的導電物體磁性干簧開關（干簧管）：對磁性較強的物體霍爾式：對磁性物體光電傳感器、微波和超聲波傳感器屬于電子

13、開關，檢測距離可較大。接近開關的主要性能指標（1）額定動作距離 在規定的條件下所測定到的接近開關的動作距離 （單位為mm）；（2）工作距離 接近開關在實際使用中被設定的安裝距離。 在此距離 內，不產生誤動作；（3）動作滯差 指動作距離與復位距離之差的絕對值。滯差大，對外 界的干擾以及被測物的抖動等的抗干擾能力就強；（4）重復定位精度（重復性）它表征多次測量動作距離。其數值的離 散性的大小一般為動作距離的1%5%。離散性越小，重復定位 精度越高。（5）動作頻率指每秒連續不斷地進入接近開關的動作距離后又離開 的被測物個數或次數。四、接近開關的規格及接線方式接近開關的一種典型三線制接線方式引線的顏色

14、：棕色引線為正電源（1835V）;藍色接地（電源負極）；黑色為輸 出端。接近開關的一種典型三線制接線方式及特性 a）三線制接近開關 b） NPN、OC門常開輸出電路接法 分析工作過程：當被測物體未靠近接近開關時，UB=0, |B=0, OC門截止，OUT端為高阻態（接入負載后為接近電源電壓的高電平）；當被測體靠近到 動作距離（xnin）時，OC門的輸出端對地導通，OUT端對地為低電平 （約0.3V）。將中間繼電器KA跨接在+VCC與OUT端上時，KA就處 于吸合（得電）狀態。當被測物體遠離該接近開關，到達 xmax時，OC門再次截止，KA 失電。通常將接近開關設計為具有“施密特特性”，及為接近

15、開關的 動作滯差（也稱為“動作回差” ）0回差越大，抗機械振動干擾的能力 就越強。接續流二極管的原因工作過程中，若續流二極管 VD虛焊或未接，當接近開關復位的 瞬間，KA產生的過電壓（e=-N di/dt）有可能將OC門擊穿。注意事項：如果不慎將+Vcc與OUT端短接，在接近開關動作時，就會有過電 流流入OC門的集電極，并可能將其燒毀。五、接近開關的應用1、生產工件加工定位與計數待加工的金屬工件運送到5時，該接近開關動作，傳送機構減速； 工件到6時，接近開關動作，傳動帶停止，同時，接近開關動作一次， 計數一次。2、成品零件缺位檢測在流水線的最后一道工序，安裝一套多種微型開 關的裝置，位置與被檢測零件位置對應，調節每個接近開關的靈敏度， 缺少零件時報警。知識小結:通過對電渦流式傳感器的原理、測量轉換電路、應用