第4章焊接传感器
第四篇力敏传感器
第四章力敏传感器教学目标：1．了解弹性敏感元件的特性和要求。
2．了解几种常用测力称重传感器的特点、3．掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应4．了解电桥电路的作用。
5．掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。
6．理解压电式传感器的工作原理。
了解它的特点。
7．了解它们的应用。
力敏传感器是使用很广泛的一种传感器。
它是生产过程中自动化检测的重要部件。
它的种类很多，有直接将力变换为电量的如压电式、压阻式等，有经弹性敏感元件转换后再转换成电量的如电阻式、电容式和电感式等。
它主要用于两个方面：测力和称重。
本章介绍电阻应变式传感器、压阻式和压电式传感器。
§4-1（传感器中的）弹性敏感元件一、弹簧管压力表的组成：（如图4-1）图4-1弹簧管压力表的组成框图弹簧管——弹性敏感元件：将输入压力转换成自身的变形量（应变、位移或转角）。
二、弹性元件的基本特性：1．变形：物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象。
2．弹性：物体因受外力作用而产生变形，外力去掉后又恢复原状的特性。
3．弹性元件：具有弹性变形特性的物体。
4．弹性变形：弹性元件受外力作用而产生的变形。
5．弹性特性：作用在元件上的外力与相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。
（1）刚度：弹性元件产生单位变形所需的力。
（2）灵敏度：在单位力作用下弹性元件产生的变形。
刚度和灵敏度表示了弹性元件的软硬程度。
元件越硬，刚度越大，单位力作用下变形越小，灵敏度越小。
6．线性弹性元件：刚度和灵敏度为常数，作用力F与变形X成线性关系。
三、弹性敏感元件的基本要求及类型：弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。
它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。
基本要求：（1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。
（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。
（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。
自动检测技术(化工版)教案：第四章 电涡流式传感器
自动检测技术(化工版）教案：第四章电涡流式传感器➢教学要求1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。
2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。
3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。
4．掌握电涡流式传感器的应用。
5．掌握接近开关的分类和特点。
➢教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示➢教学课时3学时➢教学内容：第一节电涡流传感器工作原理一、电涡流效应（演示）从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。
从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。
二、等效阻抗分析图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。
分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L 串联的回路。
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：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，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。
第二节电涡流传感器结构及特性一、电涡流探头结构（实物演示）电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。
线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。
CZF-1系列电涡流探头的性能：表4-1 CZF-1系列传感器的性能提问：请同学由上表分析得出结论：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。
二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。
第三节测量转换电路（简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。
）一、调幅式电路调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。
图4-3：高频调幅式电路的原理框图。
调幅式缺点：电压放大器的放大倍数的漂移会影响测量精度，必须采取各种温度补偿措施。
二、调频式电路联系收音机，说明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。
传感器第四章思考题与习题
第四章 思考题与习题1、如何改善单组式变极距型电容传感器的非线性答：对于变极距单组式电容器由于存在着原理上的非线性，所以在实际应用中必须要改善其非线性。
改善其非线性可以采用两种方法。
（1）使变极距电容传感器工作在一个较小的范围内（μm 至零点几毫米），而且最大△δ应小于极板间距δ的1/5—1/10。
（2）采用差动式，理论分析表明，差动式电容传感器的非线性得到很大改善，灵敏度也提高一倍。
2、单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对覆盖部分的宽度为4mm ，两极板的间隙为，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度若两极板相对移动2mm ，求其电容变化量。
（答案为mm,） 已知：b =4mm ，δ=，ε0=×10－12F/m 求：（1）k=；(2)若△a=2mm 时 △C=。
解：如图所示∵ δεδεab S C ==； a Ck ∆∆=；pF mm mmmm mm pF a b b a a ab C 142.05.024/1085.8)(3000=⨯⨯⨯=∆=∆--=∆-δεδεδε mm pF mmpFa C k /07.02142.0=∆∆=3、画出并说明电容传感器的等效电路及其高频和低频时的等效电路。
答：电容传感器的等效电路为：其中：r ：串联电阻（引线、焊接点、板极等的等效电阻）； L ：分布电感（引线、焊接点、板极结构产生的）；CP ：引线电容（引线、焊接点、测量电路等形成的总寄生电容） C0：传感器本身电容；Rg ：漏电阻（极板间介质漏电损耗极板与外界的漏电损耗电阻） 低频时等效电路和高频时等效电路分别为图（a ）和图(b)：4、设计电容传感器时主要应考虑哪几方面因素答：电容传感器时主要应考虑四个几方面因素：(1)减小环境温度湿度等变化所产生的影响，保证绝缘材料的绝缘性能；（2）消除和减小边缘效应；（3）减小和消除寄生电容的影响；（4）防止和减小外界干扰。
5、何谓“电缆驱动技术”采用它的目的是什么答：电缆驱动技术，即：传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与信号传输线（即电缆芯线）通过1 ：1放大器而为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。
第四章 电弧焊自动控制基础——【《熔焊方法及设备(第2版)》王宗杰】
下三种：
• (1)行程转换 即按预定的空间距离进行程序转换。常用于全位置 环缝焊时的过程参数的分段转换、环缝焊到终点时自动停止、焊 枪自动返回等。常用行程开关来实现。
• (2)时间转换 即按预定的时间间隔进行程序转换。例如，保护气
提前给送和滞后停止、焊丝返烧熄弧等即属此类。可以使用延时 继电器或延时电路来实现。
线分别表示保护气体流量、冷却水流量和焊接速
度随时间的变化。也可将这些曲线放到一个坐标
图中。
图4-1 熔化极气体保护焊程序循环图示例
4.1.2电弧焊程序自动控制转换的类型和实现方法
• 1.程序自动控制转换的类型
•
除了需接受必要的外部人工操作指令（如启动、停止、急
停）以外，电弧焊的程序转换都应自动地实现。其转换方式有以
逻辑组合有“或”、“与”、“非”三种，复
杂一些的程序控制系统可以由它们复合而成。 其中，逻辑“或”组合实例如图4－2a所示，只
要气流预检开关S1、提前送气继电器K1的触点 和滞后停气时间继电器KT1的触点中有一个接通， 电磁气阀YV就可以接通。图4－2b是逻辑“与”
组合实例，不考虑空载接通开关S2，只有当中 间继电器K1的触点和时间继电器KT2的触点都接 通时，才能使继电器K2工作。
可以改变延时时间。该电路的缺点是延时精度易受网压波动 的影响。
焊接激光传感器
焊接激光传感器激光传感器是一种常用的测量设备。
它具有高精度、快速响应、无接触、不易受环境影响等优点，在工业自动化生产中被广泛使用。
而焊接激光传感器则是一种特殊的激光传感器，它可以用来检测焊接过程中的温度和变形，从而辅助焊接质量的控制。
工业生产中的焊接是一项非常重要的工艺。
好的焊接质量可以保证产品的安全性、使用寿命和外观质量，同时也可以提高生产效率和降低生产成本。
而传统的焊接检测方法主要是通过目视和尺寸量测来判断焊接是否合格。
这种方法需要有经验的专业人员来进行判断，同时也有一定的主观性和误差。
而激光焊接传感器的出现，可以帮助我们实现自动、准确、实时、非接触的焊接质量检测。
焊接激光传感器主要由激光器、光学系统、探测器和信号处理器等部分组成。
在焊接过程中，激光器会向焊接区域发射激光，光学系统会将光束聚焦到焊缝上，探测器则会测量光线的反射和散射，进而计算出焊接区域的温度和变形情况。
信号处理器会将测量到的信号进行处理，最终输出焊接质量的评估结果。
整个过程是自动化的，可以实现实时的焊接质量检测。
焊接激光传感器可以应用于很多焊接工艺中，如点焊、线焊、激光焊、电极焊等。
它可以检测焊接过程中的温度分布和变形量，并且可以实时调整焊接参数，使焊接质量得到控制和提高。
在汽车、航空、机械、电子等工业领域，焊接激光传感器已经被广泛使用，并且得到了很好的效果。
当然，焊接激光传感器也存在一些缺陷和不足之处。
首先，它的成本比较高，需要专业的公司或研究机构来进行开发和生产。
其次，对于一些复杂的焊接结构或工艺过程，传感器的测量精度可能会受到一定的限制。
此外，焊接激光传感器在使用过程中也需要进行维护和校准，以保证其稳定性和可靠性。
总的来说，焊接激光传感器是一种非常有前景的技术，可以实现自动化、准确、实时、非接触的焊接质量检测和控制。
随着科技的不断进步和应用领域的扩大，它将会在工业生产中发挥越来越重要的作用。
传感器技术在焊接中的应用
传感器技术在焊接中的应用引言焊接作为一种常用的金属连接技术，广泛应用于各行各业。
然而，传统的焊接技术在一些特殊情况下表现得并不十分理想，这就需要借助传感器技术来提高焊接的精度、效率和质量。
本文将深入探讨传感器技术在焊接中的应用，以及这些应用带来的好处。
传感器的种类及原理在了解传感器在焊接中的应用之前，首先需要了解一些常用的传感器种类及其工作原理。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、力传感器等。
这些传感器利用不同的物理效应，如电阻、压阻、电容等来感知焊接过程中的各种参数。
传感器在焊接过程中的应用温度传感器的应用1.监测焊接温度：通过安装温度传感器在焊接区域，可以实时监测焊接温度，确保焊接过程中的温度控制在合适的范围。
2.焊接界面温度分布：利用多个温度传感器在焊接区域不同位置采集数据，分析焊接界面温度的分布情况，优化焊接参数，提高焊接质量。
压力传感器的应用1.确保合适的焊接压力：通过安装压力传感器在焊接头部，可以实时监测焊接过程中的焊接压力，确保压力控制在合适的范围，避免焊接过程中产生气孔和夹渣等缺陷。
2.检测焊接接头质量：利用压力传感器可以检测焊接接头的强度，通过比较实际压力与标准压力的差异，判断焊接接头的质量，并及时调整焊接参数。
湿度传感器的应用1.控制焊接环境湿度：焊接过程中，湿度对焊接质量有很大影响。
安装湿度传感器可以实时监测焊接环境的湿度，及时调整焊接环境，保证焊接质量稳定。
2.预防氧化：湿度传感器可以用于检测焊接过程中的湿度变化，及时采取措施防止氧化物的生成，提高焊接质量。
力传感器的应用1.确保合适的焊接压力：力传感器可以用于监测焊接头部的压力，确保焊接过程中施加的力度适中，避免焊接接头变形或者断裂。
2.检测焊接强度：通过力传感器检测焊接接头的拉伸力或者压缩力，判断焊接强度是否符合标准要求，用于判定焊接质量。
传感器在焊接中的优势1.实时监测：传感器可以实时监测焊接过程中的参数，及时反馈给控制系统，使得焊接过程更加可控，提高生产效率。
传感器在焊接过程中的应用重点
传感器在焊缝跟踪过程中的应用引言我们这学期学习了《传感器与检测技术》。
了解到了传感器在现代生产生活中起着越来越重要的作用，同时在焊接过程中也越来越受到重视。
现在的焊接要求精确化，智能化，自动化,在这些要求中往往离不开一个重要的技术~~传感器技术，本文我们就来研究传感器在焊接过程中的应用。
、传感器根据国家标准GB7665-87,传感器定义为：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件装置。
传感器作为检测工具，要求检测研究对象的物理或化学的信息，其工作过程要求稳定、可靠、精度高，所以对传感器有以下几个要求：(1适应恶劣环境能力强传感器一般工作环境十分广，从极寒至酷热地区，许多在露天环境下工作，能抗飞沙走石、灰尘，还应耐潮湿，较高的抗盐类腐蚀、酸性腐蚀的能力，有抗污染气体干扰的能力，能适应在高温、极寒、强烈振动、冲击以及在其他条件下正常工作的能力，还应抗噪声能力强，信噪比高。
(2价格适中，适于大批量生产要求传感器一致性好，适宜自动化批量生产，对加工设备有较高要求，以便排除人工操作带来的不一致性和失误。
(3稳定性和可靠性高传感器是一种高精度检测仪器，在军事、航空、航天中应用都有严格要求，产品都须经过严格测试才能应用。
所以传感器生产是一种高新技术的具体运用和体现。
一种传感器是否有较高的技术附加值体现在所包含的技术含量和加工工艺的技术是否高新。
有部分传感器由于其应用环境的状况需金属封装，一般采用焊接密封，如压力传感器、力传感器、霍尔传感器、光电传感器、温度传感器等，这类传感器内部有敏感元件和集成电路，充惰性气体或抽真空与外界隔绝，有耐压、气密性要求，另有焊接强度要求和漏气率要求，对焊接质量要求高，而且焊接过程中要求变形小，不能对内部元件和微电路有损坏。
目前传感器密封焊接有电阻焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊和激光焊。
所谓焊缝跟踪，即以焊炬为被控对象，电弧（焊炬相对于焊缝中心位置的偏差作为被调量，通过视觉传感、接触传感、超声波传感、电弧传感等多种传感测量手段，控制焊炬使其在整个焊接过程中始终与焊缝对口。
传感器原理及应用第四章 电容式传感器
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电容式油量表
电容 传感器
油箱
液 位 传 感 器
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同轴连接器 刻度盘
伺服电动机
电容式压差传感器
外
结
形
构
应Leabharlann 用1-硅油 2-隔离膜 3-焊接 密封圈 4-测量膜片（动电
测 量 液
极） 5-固定电极
位
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电容式加速度传感器
结构 1-定极板 2-质量块 3-绝缘体 4-弹簧片
钻地导弹
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轿车安全气囊
ΔC U0 C0 U
差动脉冲调宽测量转换电路
初始时，C1＝C2，输出电压平均值为零。 测量时， C1≠C2 ，输出电压Uo与电容的
差值成正比。
7
差动脉冲调宽测量转换电路
与电桥电路相比，差动脉宽电路只采用 直流电源，不需要振荡器，只要配一个 低通滤波器就能工作，对矩形波波形质 量要求不高，线性较好，不过对直流电 源的电压稳定度要求较高。
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指纹识 别手机
汽车防盗 指纹识别
趣味小制作－电容式接近开关
电阻 电容 三极管 二极管 电感 继电器 电极片 电源 开关、导线。
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制作提示
为了较好地演示制作好的电路，将继电 器触点（虚线所连的触点）所在的控制 电路接上，为了直观，控制对象可选择 灯或喇叭。 接近开关的检测物体，并不限于金属导 体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。 制作时要考虑环境温度、电场边缘效应 及寄生电容等不利因素的存在。
8
运算放大器式测量转换电路
输出电压
Uo
C Cx
Ui
如果传感器为平板形
电容器，则
Uo
CU i
A
d
此电路能解决变极距型电容式传感器的
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二、焊接传感器概述
定义： 对于电弧焊用的传感器，目前还没有明确的定义。一 般认为：检测工件接头的位置．坡口的形状、有无障 碍物和定位等构件状态及检测焊丝伸出长度，电弧和 熔池状况，焊道外观等焊接固有特性和状态并将检测 的结果转换为电信号的装置，都称为电弧焊传感器．
•在电弧焊中，焊接传感器按照使用目的，可分为三类：
(2)圆筒的环缝焊接 若焊缝的坡口加工能保证环缝中心线本身 是在一个平面上并且该平面垂直于圆筒的轴线，则由于转胎 不精确而造成的工件轴向位移，可以由焊缝跟踪系统来自动 跟随，且不带来附加跟踪误差。
(3)焊缝为曲线见图，显然传感器检测点的偏移量不等于焊嘴 距焊缝中心的偏移且以检测点来替代跟踪点(电弧处)必然会带 来附加跟踪误差。．焊缝曲率越大则附加误差越大．消除此误 差的方法之一是，为左右跟踪作两套伺服机构，即传感器与焊 嘴分别驱动，．传感器在A点检测出偏差信号，使伺服机构2即 刻动作，令传感器回到平衡位置．此偏差信号延时再送给伺服 机构1，即等到焊嘴达到A点时，才进行跟踪，消除偏差。
第三类传感器可同时完成上述两项功能，它也仅占焊接传
感器使用总量的10%．
•焊缝位置自动跟踪传感器的分类
焊பைடு நூலகம்位置 自动跟踪 传感器可 按很多方 式分类。
•焊缝自动跟踪传感器的附加跟踪误差
原因：一般情况下，焊缝自动跟踪传感器所检测到的标志点与
要控制的电弧中心点之间有一定的距离，这一距离将带来附加 的跟踪误差，因为传感器是与焊嘴刚性固定在一起的，现分别 介绍如下。
y12
三、电涡流传感器
定义：涡流: 金属导体至于变化着的磁场中，导体内就 会产生感生电流，这种电流像水中的漩涡那样在导体内 转圈，所以称之为电涡流或涡流。 涡流传感器：就是在这种涡流效应的基础上奖励起来 的传感器。 形成涡流必须具备下列两个条件：1、存在交变磁场；2、 导体处于交变磁场中。 涡流式传感器组成：1、产生交变磁场的通电线圈何至于 线圈附近因而处于交变磁场中的金属导体两部分组成。其 中金属导体也可以是被测对象本身。
•焊缝自动跟踪传感器系统 焊缝自动跟踪传感器系统由传感器、信号处理器和伺服装置 三部分组成， 1.传感器检测到的信息，经处理后最终用于推动伺服装置以 便对焊接位置进行适时调整，实现焊接过程的自动跟踪。 从传感器系统的结构来看，它是以电弧(焊炬)相对于焊缝(坡 口)中心位置的偏差作为被调量。以焊炬位移量作为操作量 的闭环控制系统。当电弧相对于焊缝中心位置发生偏差时， 传感器能自动检测出这一偏差，输出信号，实时地调整焊炬 运动，使之准确地与焊缝对中. 实际生产中经常要求同时进行焊炬左右位置和高低位置的自 动跟踪。这种双向焊缝跟踪系统更具有实用价值。
1．电弧摆动式
它从电弧摆动的自身电参数的变化中。找出焊缝自动跟踪信号， 因此传感器的检测点就是电弧中心点。在实时跟踪控制中没有 附加的跟踪误差。 2．传感器固定于焊嘴的侧面见图4.2a，由于辅助跟踪基准 线平行于焊缝中心线，故左右跟踪的检测点与电弧中心点的 距离没有附加的跟踪误差，若线不平行，则带来附加误差。
机械—光电式
机械—光电式传感器见图4.5c．它与机械—开关式相似，但 在触杆的上端装有一个发光二极管．当焊嘴偏离焊缝中心使 触杆偏转时，光束指向两个光电接收管中之一,此两个光电管 就象开关一样接通电动机的控制电路,实现自动跟踪。
机械传感器的特点及应用范围
机械式传感器比较便宜，适用于各种焊接力法和各种金属 材料的焊接场合，但由于它是靠导杆(轮)与工件的接触来 导向，故运行时容易失去跟踪点(因坡口或缝隙的加工装配 不均匀性引起)，为避免此情况，往往要限制焊接速度不能 太快，此外，导杆(轮)的磨损也要影响传感器的精度。由 于机械传感器结构简单，维护方便，不怕电弧的磁。光、 烟尘、飞溅等干扰，故巳应用于生产实际。
1、跟踪白线的光学传感器（旁侧）
它的跟踪基准是用白漆在钢板接缝一侧画出与焊缝平行 的宽为1~2mm的白线，如图4.2a，当入射光照在白线上时， 反射光很强，溴钨灯光源经透镜在钢板上形成一个长方 形光斑，这光斑又经透镜系统在光电元件接收屏上形成 一个放大了的反射光斑，光电元件屏上图4.12
安装二只光电接收管，当钢板上的白线位于光斑中心 位置时 ( 图 4.2b)．光斑的中心带很亮，二只光电管受 光面积相等，它们的输出信号也相等，当白线偏于光 斑中心一侧时(图4.2 c，d)，两光电管的输出不等，其 差值即可作为左右跟踪信号，它的检测精度取决于焊 嘴高度误差和白线与焊缝的平行度等，其优点是传感 器安装在焊炬侧面而能梢除附加的导前跟踪误差。
图4.2
3. 传感器固定于焊嘴的前方
见图4.2b，传感器检测出焊缝中心点的位置，导前于焊嘴 一段距离，这种分离带来的附加跟踪误差与焊缝形状有关。
(1)焊缝为直线 可通过传感器与焊嘴位置的初始调整，来消 除附加误差，其方法是：将焊嘴的初始位置对准焊缝中心后， 调整传感器的横向位置，使之输出信号为零，由于焊缝是直 线，故在焊接过程中传感器检测点的偏移量恒等于焊嘴与焊 缝中心的偏移量，因而没有附加的跟踪误差。
四、光学传感器 光电式传感器(包括激光，红外传感器)是目前研究最多的一 类焊缝自动跟踪传感器。据统计，焊工在手弧焊操作时，有 80%的信息来自视觉，因而用光学方法进行焊缝检测是最有 前途的跟踪方法之一 光电传感器：凡存跟踪信号的获取过程中进行了由光信号到 电信号转换的传感器统称为光电式传感器 按光源特征分类有白光，激光，红外三种，按检测特征分有 单光点式传感器和视觉传感器两类。 前者以半个或几个光电接收管为检测元件，习惯上也简称为 光学传感器 视觉传感器则以集成光电器件在视场范围进行扫描检测，显 然它必须要用微机进行信号处理，本节介绍几种较成熟的光 学传感器，视觉传感器则在下一节叙述。
二、电磁感应式传感器
电磁感应式跟踪传感器是一种非接触式传感器，它可按频率 分为普通频率式 (简称：电磁传惑器 )和高频式(简称涡流传感 器)两种，电磁传感器的频率低于10 kHz，涡流传感器的频率 则力30~160kHz。
电磁传感器的工作原理 电磁传感器实质上是共用初级线圈的两个变压器，见图 4.6，绕在中柱上的初级线圈通以交流电压Uy，两个次级 线圈为反极性串联，输出电压U0=U1-U2当传感器对准焊 缝中心时，主磁通在两个侧柱的分配相等，即，两个次 级线圈感应电势相同，故总的输出电压U0=0．若传感器 偏离焊缝中心,则主磁通在两个侧柱的分配不相等，即， 则次级有一个差动信号输出。
第一类传感器主要用于检测构件位置。坡口位置或焊缝中心
线位置以达到焊缝位置自动跟踪的目的，简称为焊缝位置自动 跟踪传感器．它约占焊接传感器使用总量的80％．因此本节对 传感器概况的介绍主要是对焊缝位置自动跟踪传感器而言．
第二类传感器主要是在焊接过程中用以自动检测焊接条件
（例如坡口尺寸等)以实时自动控制焊接工艺参数来适应每一 时刻的焊接状况，称为焊接条件实时跟踪传感器．
第四章 焊接传感器
1、背景
电弧焊来说，要实现其自动控制，进而实现焊接的智能 化，很重要的—点就是传感器的使用．
在焊接过程中，首先应该使电弧与焊缝对中，这是保 证焊接质量的关键。随着焊接自动化的发展，焊缝自 动跟踪用传感器显得越来越重要 为了提高焊接过程的自动化程度．除了控制电弧对焊缝的自 动跟踪之外，还应实时控制焊接质量．为此需要在焊接过程 中检测焊接坡口的状况，如宽度、深度、面积等；以及检测 焊接熔池的状况，如熔宽，熔深和背面焊道的成形等．以便 能实时地调整焊接参数，保证良好的焊接质量．这就是智能 化焊接，是焊接自动化的发展方向．
涡流传感器的特点
上述电磁式传感器易受强大焊接电流的电磁干扰，且体积 较大．此外它只适用于工件是铁磁材料．涡流传感器则由于 其频率甚高而能克服这些缺点。 涡流传感器的特点是体积小巧，所有的金属材料焊接时都 能使用，当然焊接非沃磁材料时灵敏度较低，由于密封很 好而可用于水下焊接跟踪。
涡流传感器的工作原理 其结构见图4.10，在初级线圈）上加高频电流 ( f=30~120kHz)，次级线圈 2 、 3 反极性串联．其工作原 理见图4.11a，初级高额电流产生高频主磁通，它在工 件表面产生涡流，此涡流所生的磁力线要削弱主磁通， 因而影响到次级的感应电势e2,e3,涡流强则使e2,e3减小。 注意到涡流不能穿过工件边界的缝隙(图36-11a)，故涡 流在工件两边的分布与线圈1和工件的对中情况有关， 若线圈1与工件对中，则两边涡流对称分布。次级感应 电势e2＝e3,此时传感器输出信号E0=e2-e3=0，即为平衡 状态。若线圈1与工件不对中，例如偏左面．则左边工 件的涡流强，e3减小，则E0=e2-e3>0，输出信号驱使马 达动作，使传感器和焊炬自动对准焊缝中心。传感器 的灵敏度曲线见图36-11b，信号的极性与大小决定于偏 离焊缝中心的方向和偏移量。
U0的极性 (相位)和大小取决于传感器与焊缝中心偏差的方向 和大小，这种传感器的灵敏度取决于电源频率和电压，铁心 材料和尺寸、传感器高度等因素，为了缩小传感器体积和提 高抵抗焊接时电磁干扰的能力，一般电源频率取 6 ～l0kHz、 电压U0 = 20 V。
这种高频电源可采用晶体管多谐振荡器，铁心可采用硅钢片 或电阻率高的铁氧体材料．后者因其居里点低，饱和磁通密 度随温度变化的敏感性大，故使用时要采取适当降温隔热措 施提高工作稳定性。 传感器的安装高度一般取 10~15 mm，安装过高则灵敏度降 低，过低则容易受工件高低不平及振动等因素影响而使工作 可靠性降低。
2.信号处理器 信号处理器对传送来的电信号进行处理， 包括去除噪声干扰，将调制信号解调、放大及运算，最 后经功率放大部分输出驱动信号给伺服装置。
3.伺服装置是一个小型的电动伺服控制系统，它一 般采用伺服电机、步进电机等
二、机械传感器
1.机械传感器的跟踪原理 机械传感器是一种接触式传感器。 它以导杆或导轮在焊炬前方探测 焊缝位置，见图4.4。它分为机械 式和机械电子式两种。前者是靠 焊缝形状对导杆 ( 轮 ) 的强制力来 导向，后者是当焊炬与焊缝中心 线发生偏离时，导杆经电子装置 发出信号(它能表示偏离的大小与 方向)再控制驱动装置使焊炬及传 感器恢复正确位置，此时传感器 输出信号为零，实现自动跟踪。 机械电子式传感器可按机电信号 转换方式分为(图4.5).