(高清版)GBT 3655-2022 用愛潑斯坦方圈測量電工鋼帶(片)磁性能的方法

代替GB/T3655—2008國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I Ⅲ 1 1 1 24.125cm愛潑斯坦方圈法的原理 24.2試樣 24.325cm愛潑斯坦方圈 24.4空氣磁通補償 3 4 4 5 5 55.1測量的準備 55.2電源的調(diào)節(jié) 55.3功率的測量 65.4比總損耗的計算 6 6 7 76.2測量 7 97直流測量的通則 7.125cm愛潑斯坦方圈法的原理 7.325cm愛潑斯坦方圈 7.4空氣磁通補償 7.6設備準確度 8直流磁極化強度的測定 8.1測量的準備 8.2磁極化強度的測定 ⅡGB/T3655—20228.3磁滯回線的測定 附錄A(資料性)本文件與IEC60404-2:1996結構編號對照一覽表 附錄B(資料性)本文件與IEC60404-2:1996技術差異及其原因 附錄C(資料性)用于磁性能測定的數(shù)字采樣法 附錄D(資料性)磁性測量設備的確認和校準方案 附錄E(資料性)數(shù)字法對磁極化強度波形正弦的控制 24 25Ⅲ本文件代替GB/T3655—2008《用愛潑斯坦方圈測量電工鋼片(帶)磁性能的方法》,與1本文件適用于晶粒取向和晶粒無取向電工鋼帶(片)頻率上限為400Hz的交流磁性能的測量及直愛潑斯坦方圈適用于測量由各級別電工鋼帶(片)制取的試樣。其交流磁性能的測定是在給定的磁測量在環(huán)境溫度(23±5)℃下進行，測量前試樣先退磁。更高頻率下的測量按照GB/T10129的下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文GB/T2521.1全工藝冷軋電工鋼第1部分：晶粒無取向鋼帶(片)(GB/T2521.1—2016,IEC60404-8-4:20GB/T2521.2全工藝冷軋電工鋼第2部分：晶粒取向鋼帶(片)(GB/T2521.2—2016,IEC60404-8-7:20GB/T2900.60電工術語電磁學[GB/T2900.60—2002,eqvIEC60050(121):1998]GB/T9637電工術語磁性材料與元件[GB/T9637—2001,eqvIEC60050(221):1990]GB/T10129電工鋼帶(片)中頻磁性能測量方法(GB/T10129—2019,IEC60404-10:2016,GB/T13012軟磁材料直流磁性能的測量方法(GB/TGB/T17951.2半工藝冷軋無取向電工鋼帶(GB/T17951.2—2014,IECGB/T19289電工鋼帶(片)的電阻率、密度和疊裝系數(shù)的測量方法(GB/T19289—2019,2試樣的樣片用雙搭接接頭方式(見圖1)裝成一個方框，并形成長度和橫截面積都相等的四束。樣 組成試樣的樣片數(shù)應是4的整數(shù)倍，并且符合相關的產(chǎn)品標準規(guī)定。對于長度為280mm的試線圈安裝在一個絕緣的無磁性的底板上，形成一個方框(見圖2)。由樣片的內(nèi)緣形成的正方形邊長為220+!mm(見圖2)。34個線圈中的每一個都應有2個繞組： (1)lm——約定的有效磁路長度(lm=0.94m),單位為米(m);4.4空氣磁通補償空氣磁通補償?shù)幕ジ芯€圈放置在4個線圈所圍空間的中心，其軸線垂直于4個線圈軸線構成的平面?；ジ芯€圈的初級繞組應與愛潑斯坦方圈的初級繞組串聯(lián)，互感線圈的次4組非公共端間測量的電壓不大于愛潑斯坦方圈次級繞組本身電壓的0.1%。對于比總損耗、比視在功率和磁場強度的有效值測量，次級電壓的波形因數(shù)應在士1%之內(nèi)(1.111應使用具有有效值測量準確度為±0.2%或更好的電壓表，內(nèi)阻不小于1000Q/V。5應使用具有峰值測量準確度為±0.2%或更好的電壓表，內(nèi)阻不小于1000a/V。4.7頻率測量應使用具有準確度為士0.1%或更好的頻率計。應使用在實際功率因數(shù)和波形因數(shù)下準確度為士0.5%或更好的功率表。功率表電壓回路的直流電阻至少應為電抗的5000倍，除非功率表對電抗進行了補償。5比總損耗的測量步驟5.1測量的準備愛潑斯坦方圈和測量設備應按圖3連接。稱量試樣，稱量誤差在士0.1%以內(nèi)。稱量后，樣片應在拐角處按雙搭接方式平行于軋制方向和半數(shù)是垂直于軋制方向剪切時，軋制方向剪切的條片應插入方里，而那些垂直于軋制方向剪切的樣片插入另外兩個分支里。應注意確保在搭接部分片與片之間的空氣間隙盡可能小。允許在每個搭接角處垂直于樣片的搭接面施加一個大約1N的力。5.2電源的調(diào)節(jié)方圈次級電壓整流后的平均值|U?|達到預定值。|U?|預定值由所要求的磁極化強度值通過式(2)N?——次級線圈的匝數(shù)；6每立方米(kg/m3)。5.3功率的測量初級回路的電流表應短路，必要時重新調(diào)節(jié)次級電壓。應按4.5的內(nèi)容測定次級電壓的波形因功率表測量的功率Pm包含了次級回路中儀表的損耗。因此，試樣的總損耗功率P。應按式(4) (4)P.—-計算出的試樣損耗，單位為瓦特(W);N?——初級線圈的匝數(shù)；N?-——次級線圈的匝數(shù)；Pm——功率表測量的功率，單位為瓦特(W);測量的比總損耗P,按式(5)計算，P.除以試樣的有效質(zhì)量m.。 (5)m——試樣的總質(zhì)量，單位為千克(kg);使用本章敘述的方法所得到結果的再現(xiàn)性用相對標準偏差表示，磁極化強度在晶粒取向電工鋼的7試樣與4.2要求一致。6.2測量磁極化強度的峰值應按照第5章敘述的內(nèi)容，以測量的次級電壓整流后的平均值按式(2)計算6.2.2磁場強度的有效值磁場強度的有效值應由圖4所示回路中的有效值電流表測量的電流有效值計算得出。另一種方法應使用一個典型值為0.1Ω~1Ω,準確度為0.1%的精密電阻，接入電路取代電流表，再按照4.6的要愛潑斯坦方圈的次級電壓，使磁極化強度的峰值達到設定值。測 (6)I?——勵磁電流的有效值，單位為安培(A);N?—初級線圈的匝數(shù)。8磁場強度的峰值應由勵磁電流的峰值I?得出，用圖5所示的峰值電壓表，通過測量一個準確度為0.1%的已知阻值的精密電阻R上的電壓降計算得到。對于這個測量，次級電壓的波形因數(shù)允許超過規(guī)定值(見4.5)。圖5用峰值電壓表測量磁場強度峰值的電路原理圖 (7)N?——初級線圈的匝數(shù)。另一種勵磁電流I?的峰值的測定方法，電路如圖6所示，應通過測量準確度為0.5%的互感器Mp次級繞組電壓整流后的平均值得出?；ジ衅鞯某跫壚@組與愛潑斯坦法必須確保(如通過觀察示波器的波形)該互感器次級繞組的電壓波形中，每個周期不應出現(xiàn)兩個以上的過零。電壓表可以用測量愛潑斯坦方圈次級電壓的同一電壓表。用這種方法，磁場強度的峰值應按 (8)N?——初級線圈的匝數(shù)；lm——有效磁路長度，單位為米(m)(lm=0.94m);9Rm——次級回路的電阻，單位為歐姆(Q);圖6用互感器Mp測量磁場強度峰值的電路原理圖6.2.4比視在功率對于設定的磁極化強度和頻率值，測量相應的勵磁電流(見6.2.2)和愛潑斯坦方圈次級電壓的有效值。電壓有效值的測量應使用符合4.6要求的電壓表，在愛潑斯坦方圈的次級繞組的兩端測得。比視在功率由式(9)給出： (9)式中：S,——比視在功率，單位為瓦每千克(W/kg);ī——勵磁電流的有效值，單位為安培(A);N?——初級線圈的匝數(shù)；m。——試樣的有效質(zhì)量，單位為千克(kg);N?——次級線圈的匝數(shù)；l——試樣的樣片長度，單位為米(m);m——試樣的總質(zhì)量，單位為千克(kg);lm——約定的有效磁路長度，單位為米(m)(lm=0.94m)。6.3再現(xiàn)性使用本章敘述的方法所得到結果的再現(xiàn)性基本上取決于使用的測量儀表的準確度和測量設備需關注的物理細節(jié)。當所用儀表的準確度為±0.5%或更好時，測量結果的再現(xiàn)性用相對標準偏差表示，約為2%,而比視在功率的再現(xiàn)性用相對標準偏差表示，范圍在不小于2%(對低于磁化曲線膝點的磁極化強度值)且不大于7%(對于接近飽和的磁極化強度值)。7直流測量的通則試樣與4.2要求一致。25cm愛潑斯坦方圈的結構要求與4.3一致?？諝獯磐ㄑa償?shù)囊笈c4.4一致。電源應提供能夠產(chǎn)生所要求的最大磁場強度的額定電流。其波紋系數(shù)應小于1%,并且電流的穩(wěn)定性應使所產(chǎn)生的相對磁通量的變化不大于0.2%。應使用準確度為士0.3%或更好的磁通積分器。應使用準確度為士0.2%或更好的電流表。愛潑斯坦方圈和測量設備應按圖7連接。試樣按照5.1所述內(nèi)容進行稱量并裝入愛潑斯坦方圈。并換向的直流電流進行退磁，換向的頻率約為每秒鐘兩次。退磁電流產(chǎn)生的磁場強度的初始值應比先8.2磁極化強度的測定串連，電壓的接線端與X-Y記錄儀的X接。也可用繪圖儀或計算機接口替代X-Y記錄儀。N?——愛潑斯坦方圈初級繞組的匝數(shù)；lm——約定的有效磁路長度，單位為米(m)(lm=0.94m)。RR圖8連續(xù)記錄法的直流測試電路原理圖應記錄磁化電流和磁通測量值的變化，磁極化強度值應由磁通測量值的變K?—磁通積分器的校正系數(shù)，單位為伏特秒(Vs);a;——磁通積分器的示值；用本章描述的程序獲得的結果的再現(xiàn)性用相對標準偏差表示為1.0%。9測試報告a)本文件編號；j)測量結果。(資料性)本文件與IEC60404-2:1996結構編號對照一覽表表A.1給出了本文件與IEC60404-2:1996結構編號對照一覽表。表A.1本文件與IEC60404-2:1996結構編號對照情況IEC60404-2:1996結構編號11223435465768798附錄A附錄B附錄C附錄A表B.1本文件與IEC60404-2:1996本文件的結構編號原因11.增加注1行業(yè)中有采用本標準方法在較高溫度下檢測磁性能的應用31.用GB/T9637代替IEC60050-221電磁學(GB/T2900.60—2002,eqvIEC60050(121):1998)”1.GB/T9637—2001等效采用IEC60050(221):1990;2.GB/T10129—2019修改采用IEC60404-10:2016;3.部分電磁術語未包含在GB/T9637中，需增加引用文2002,eqvIEC60050(121):1998)”1.用GB/T17951.2代替IEC60404-8-33.用GB/T2521.2代替IEC60404-8-71.GB/T17951.2—2014修改采用IEC60404-8-3:2005:2.GB/T2521.1—2016修改采用IEC60404-8-4:2013;3.GB/T2521.2—2016修改采用IEC60404-8-7:2008用的方圈尺寸應在檢測報告中注明?！痹瞿軝z測設備上的應用0.2%”IEC60404-2:2008的技術要求低于GB/T3655—2008的要求，維持GB/T3655—2008的要求不變GB/T13012—2008等同采用IEC60404-9GB/T19289—2019等同采用IEC60404-1(資料性)C.1概述數(shù)字采樣法是一種先進的技術，完全適用于本文件測量程序的電氣部分壓U?(t)及與初級線圈串聯(lián)的無感精密電阻兩端的電壓U?(t)(見圖5)數(shù)字化，并通過采樣保持電路對與時間相關的電壓信號采集并保持，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD字值。在一個或多個周期內(nèi)采樣的數(shù)據(jù)對集、試樣以及設置參數(shù)構成一次測量的全部信息。通過計算數(shù)字采樣法可用于本文件正文部分所描述的測量步驟。圖3的電路圖可同等地應用于模擬采樣或數(shù)字采樣。數(shù)字采樣法通過包含數(shù)字采樣裝置和軟件的綜合系統(tǒng)可實現(xiàn)圖3至圖8中所有測量部件的功能。次級電壓正弦波形的控制也可通過數(shù)字采樣法來實現(xiàn)，但技術手本附錄有助于理解數(shù)字采樣法對本文件測量方法的精度的影響。其重要性在于，通過使用ADCC.2技術細節(jié)和要求數(shù)字采樣法的原理是用有限時間間隔△t替代無限小的時間間隔dt對電壓進行離散取值，見式n——一個周期內(nèi)的采樣數(shù)；件),采樣頻率f,應大于輸入信號帶寬的兩倍。N?——次級線圈的匝數(shù)；j——瞬時值序列號；n——一個周期內(nèi)的瞬時采樣數(shù)；N?——初級線圈的匝數(shù)；lm——約定有效磁路長度，單位為米(m),(lm=0.94m);R——與初級線圈中串聯(lián)的無感精密電阻R的電阻值(見圖5),單位為歐姆(Ω);u?——無感精密電阻兩端的電壓，單位為伏特(V);H——磁場強度的峰值，單位為安培每米(A式使用快速數(shù)字乘法器和加法器進行處理，無需中間儲存。只有當采樣頻率f,和磁化頻率f是由一過每周期采樣128次的方式掃描即可具有足夠精度。根據(jù)香農(nóng)定理，這是由H(1)信號中的最高相關期采樣500次或更高),以減小真實周期長度與相鄰的采樣點時間的偏差。在高頻率下應用領域(例如料。因此，對于給定的幅值建議采用至少12位分辨率。此外，兩個傳輸信號的導致數(shù)字計算結果的顯著誤差。可采用數(shù)字矯正補償去除此直流偏置。C.3數(shù)字空氣磁通補償數(shù)字空氣磁通補償可用類似于互感器的原理來實施，見式(C.6):式中：U?e(t)——補償后的次級感應電壓，單位為伏特(V);U?m(t)——未補償?shù)拇渭壐袘妷海瑔挝粸榉?V);R——與初級繞組串聯(lián)的無感精密電阻R。的電阻值，單位為歐姆(Ω);U?(t)——無感精密電阻R。兩端的電壓，單位為伏特(V)。首先，精確電阻R。的電壓U?(t)被微分，并避免有電流信號引入相移和明顯放大的噪聲。一種可能的方法是采用五點數(shù)值微分或十二點數(shù)值微分。補償系數(shù)值的調(diào)整是以在沒有試樣的情況下，當交流電通過初級勵磁線圈時，補償電壓應不超過測量儀器次級線圈上未補償電壓的0.1%。數(shù)字空氣磁通補償?shù)膬?yōu)勢在于可避免由于使用互感器而引起的和頻率相關的相移和線圈阻抗的增大。C.4校準為實現(xiàn)本文件規(guī)定的重復性和再現(xiàn)性要求，應對測量設備進行仔細校準。兩個電壓通道(含前置放大器和ADC)可使用已校準的參考交流電壓源進行校準。此外，兩個通道的相位性能及其與頻率的相關性需要確認，并在計算機的處理過程中考慮。任何情況下，只使用標準樣品校準設備是不夠的，因為這種校準方式的有效性僅針對特定的材料和測量條件的組合。(資料性)D.1概述本文件交流磁性測量的再現(xiàn)性驗證以及更高準確度的測量要求均依賴于周期性校準及期間核查，亦可用于設備驗收的首次校準。重要測量設備可以采用a)、b)、c)同時進行按照以下步驟及圖D.1所示，依次對方圈4個線圈的初級和次級繞組的匝數(shù)進行確認。a)將一片繞制有固定匝數(shù)繞組的典型試圖D.1確認方圈繞組匝數(shù)的示意圖式中：Us——試樣繞組的電壓值，單位為伏特(V);Ns——試樣繞組的匝數(shù)；U?——方圈初級繞組的電壓值，單位為伏特(V);N?——方圈中待確認線圈的初級繞組標稱匝數(shù)；U?——方圈次級繞組的電壓值，單位為伏特(V);N?——方圈中待確認線圈的次級繞組標稱匝數(shù)；D.2.3空氣磁通補償?shù)拇_認D.2.3.1采用互感器線圈補償法當測試裝置中無試樣時，在初級繞組中通交流電，使在次級繞組非公共端間測量的電壓不大于磁導計次級繞組本身電壓的0.1%。D.2.3.2采用數(shù)字補償法M——互感系數(shù)；D.3基本電參量的校準1——功率源；I?——初級電流；U?——次級電壓。圖D.2基本電參量的校準方案示意圖a)校準范圍應覆蓋被校磁性測量設備的頻率范圍、相位范圍以及電壓和電流量程，對功率而言，應包含電壓與電流的組合量程；b)校準功率時，功率因數(shù)的設定范圍應覆蓋0.005～1;c)功率源應具有電壓和電流幅值、頻率、相位可調(diào)的功能，且足夠穩(wěn)定，其電壓、電流和功率的短期穩(wěn)定度(每分鐘)應優(yōu)于被校磁性測量設備的最大允許誤差絕對值的1/10;d)功率分析儀可集成在功率源內(nèi)，亦可單獨外置，對應功能的最大允許誤差絕對值(或不確定度)應不大于被校磁性測量設備最大允許誤差絕對值的1/3;e)被校磁性測量設備基本電參量的校準是D.3磁性測量參量校準的基礎。D.4磁性測量參量的校準由于交流磁性測量的參量是由測量得到的電參量及樣品參數(shù)通過計算得出的，另外部分交流磁性測量的電源輸出端鈕(接初級繞組)因未預留作為電流輸入的專用校準端鈕，而導致功率源校準電參量的方法無法進行校準，故采用典型樣品作為負載并通過功率分析儀對磁性測量參量進行比較的校準方法也是可以的。但是該方法的校準參數(shù)范圍受限于樣品的種類與尺寸及激勵條件，即難以覆蓋所有電壓量程、電流量程及相互組合的功率量程的量值校準。因此采用該方法時，樣品選取應盡量覆蓋試驗室日常進行測量的材料樣品的種類與尺寸，同時通過改變勵磁條件實現(xiàn)整個測量范圍的校準；該方法不宜用于磁性測量設備出廠前校準。磁性測量參量的校準線路示意圖如圖D.3所示。圖D.3磁性測量參量的校準線路示意圖b)功率分析儀測量基本電參量后，應根據(jù)本文件中的相關公式計算得到相應的磁性測量參量實c)采用多次測量取平均值可減少電源不穩(wěn)定性與測量不同步等帶來的誤差；d)在測量磁性能的同時，可對次級感應電壓的波形因數(shù)進行確認。取向電工鋼的磁極化強度在應電壓的波形因數(shù)應符合4.5中的要求。磁滯回線的示意圖見圖D.4所示。圖D.4典型試樣在J=0.1T時的磁滯回線示意圖K——磁滯回線的對稱度；D.5測量與校準的注意事項b)材料取樣及樣品的制作過程；f)校準時應考慮功率分析儀輸入(資料性)采用傳統(tǒng)的模擬反饋方法很難使磁極化強度波形達到規(guī)定的正弦。當磁極化曲線膝點時，有可能產(chǎn)生不穩(wěn)定和自振蕩。采用數(shù)字反饋的方法可免受自……(E.1)N?——初級線圈的匝數(shù)；N?——次級線圈的匝數(shù)；μo——磁性常數(shù)，真空中的磁導率(4π×10-?H/m);Rs——磁化電路的總串聯(lián)電阻，單位為歐姆(Q);lm——約定有效磁路長度(lm=0.94m),單位為米(m)。還有另一種控制信號波形的計算方法。第(i+1)步反饋給程控任意波形發(fā)生器的電壓U;+1(t)可由式(E.2)計算得出。在這種情況下，電壓U?+1(t)可根據(jù)次級線圈的被測感應電壓U?(t)與設定點的次級線圈的感應電壓U,(t)的差值計算得出。一旦達到磁極化規(guī)定的波形因數(shù)值1.111的士1%范圍U?(t)——當達到設定的磁極化強度時計算出的次級線圈的感應電壓，單位為伏特(V);K——負反饋常數(shù)，小于1的正數(shù)；N?——初級線圈的匝數(shù)；G——功率放大器的增益；U,(t)——當達到設定的磁極化強度時計算出的次級線圈的感應電壓，單位為伏特(V);時間比模擬方式更長。為了減少總的控制時間，可采用特制的能在信號U:(t)~U+1(t)之[1]FIORILLO,F.Measurementandcharacterizationofmagneticmaterials.ElsevierSerElectromagnetism.AcademicPress(2004),ISBN:0-12-257251-3.[2]AnnexB:“Sinusoidalwaveformcontrolbydigitalmeans”fromneticmaterials—Part6:Methodsofmeasurementofthemagneticpropertiesofmagneticallysoftme-tallica