(高清版)GBT 3655-2022 用爱泼斯坦方圈测量电工钢带(片)磁性能的方法

代替GB/T3655—2008国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 1 1 24.125cm爱泼斯坦方圈法的原理 24.2试样 24.325cm爱泼斯坦方圈 24.4空气磁通补偿 3 4 4 5 5 55.1测量的准备 55.2电源的调节 55.3功率的测量 65.4比总损耗的计算 6 6 7 76.2测量 7 97直流测量的通则 7.125cm爱泼斯坦方圈法的原理 7.325cm爱泼斯坦方圈 7.4空气磁通补偿 7.6设备准确度 8直流磁极化强度的测定 8.1测量的准备 8.2磁极化强度的测定 ⅡGB/T3655—20228.3磁滞回线的测定 附录A(资料性)本文件与IEC60404-2:1996结构编号对照一览表 附录B(资料性)本文件与IEC60404-2:1996技术差异及其原因 附录C(资料性)用于磁性能测定的数字采样法 附录D(资料性)磁性测量设备的确认和校准方案 附录E(资料性)数字法对磁极化强度波形正弦的控制 24 25Ⅲ本文件代替GB/T3655—2008《用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法》,与1本文件适用于晶粒取向和晶粒无取向电工钢带(片)频率上限为400Hz的交流磁性能的测量及直爱泼斯坦方圈适用于测量由各级别电工钢带(片)制取的试样。其交流磁性能的测定是在给定的磁测量在环境温度(23±5)℃下进行，测量前试样先退磁。更高频率下的测量按照GB/T10129的下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T2521.1全工艺冷轧电工钢第1部分：晶粒无取向钢带(片)(GB/T2521.1—2016,IEC60404-8-4:20GB/T2521.2全工艺冷轧电工钢第2部分：晶粒取向钢带(片)(GB/T2521.2—2016,IEC60404-8-7:20GB/T2900.60电工术语电磁学[GB/T2900.60—2002,eqvIEC60050(121):1998]GB/T9637电工术语磁性材料与元件[GB/T9637—2001,eqvIEC60050(221):1990]GB/T10129电工钢带(片)中频磁性能测量方法(GB/T10129—2019,IEC60404-10:2016,GB/T13012软磁材料直流磁性能的测量方法(GB/TGB/T17951.2半工艺冷轧无取向电工钢带(GB/T17951.2—2014,IECGB/T19289电工钢带(片)的电阻率、密度和叠装系数的测量方法(GB/T19289—2019,2试样的样片用双搭接接头方式(见图1)装成一个方框，并形成长度和横截面积都相等的四束。样 组成试样的样片数应是4的整数倍，并且符合相关的产品标准规定。对于长度为280mm的试线圈安装在一个绝缘的无磁性的底板上，形成一个方框(见图2)。由样片的内缘形成的正方形边长为220+!mm(见图2)。34个线圈中的每一个都应有2个绕组： (1)lm——约定的有效磁路长度(lm=0.94m),单位为米(m);4.4空气磁通补偿空气磁通补偿的互感线圈放置在4个线圈所围空间的中心，其轴线垂直于4个线圈轴线构成的平面。互感线圈的初级绕组应与爱泼斯坦方圈的初级绕组串联，互感线圈的次4组非公共端间测量的电压不大于爱泼斯坦方圈次级绕组本身电压的0.1%。对于比总损耗、比视在功率和磁场强度的有效值测量，次级电压的波形因数应在士1%之内(1.111应使用具有有效值测量准确度为±0.2%或更好的电压表，内阻不小于1000Q/V。5应使用具有峰值测量准确度为±0.2%或更好的电压表，内阻不小于1000a/V。4.7频率测量应使用具有准确度为士0.1%或更好的频率计。应使用在实际功率因数和波形因数下准确度为士0.5%或更好的功率表。功率表电压回路的直流电阻至少应为电抗的5000倍，除非功率表对电抗进行了补偿。5比总损耗的测量步骤5.1测量的准备爱泼斯坦方圈和测量设备应按图3连接。称量试样，称量误差在士0.1%以内。称量后，样片应在拐角处按双搭接方式平行于轧制方向和半数是垂直于轧制方向剪切时，轧制方向剪切的条片应插入方里，而那些垂直于轧制方向剪切的样片插入另外两个分支里。应注意确保在搭接部分片与片之间的空气间隙尽可能小。允许在每个搭接角处垂直于样片的搭接面施加一个大约1N的力。5.2电源的调节方圈次级电压整流后的平均值|U₂|达到预定值。|U₂|预定值由所要求的磁极化强度值通过式(2)N₂——次级线圈的匝数；6每立方米(kg/m³)。5.3功率的测量初级回路的电流表应短路，必要时重新调节次级电压。应按4.5的内容测定次级电压的波形因功率表测量的功率Pm包含了次级回路中仪表的损耗。因此，试样的总损耗功率P。应按式(4) (4)P.—-计算出的试样损耗，单位为瓦特(W);N₁——初级线圈的匝数；N₂-——次级线圈的匝数；Pm——功率表测量的功率，单位为瓦特(W);测量的比总损耗P,按式(5)计算，P.除以试样的有效质量m.。 (5)m——试样的总质量，单位为千克(kg);使用本章叙述的方法所得到结果的再现性用相对标准偏差表示，磁极化强度在晶粒取向电工钢的7试样与4.2要求一致。6.2测量磁极化强度的峰值应按照第5章叙述的内容，以测量的次级电压整流后的平均值按式(2)计算6.2.2磁场强度的有效值磁场强度的有效值应由图4所示回路中的有效值电流表测量的电流有效值计算得出。另一种方法应使用一个典型值为0.1Ω~1Ω,准确度为0.1%的精密电阻，接入电路取代电流表，再按照4.6的要爱泼斯坦方圈的次级电压，使磁极化强度的峰值达到设定值。测 (6)I₁——励磁电流的有效值，单位为安培(A);N₁—初级线圈的匝数。8磁场强度的峰值应由励磁电流的峰值I₁得出，用图5所示的峰值电压表，通过测量一个准确度为0.1%的已知阻值的精密电阻R上的电压降计算得到。对于这个测量，次级电压的波形因数允许超过规定值(见4.5)。图5用峰值电压表测量磁场强度峰值的电路原理图 (7)N₁——初级线圈的匝数。另一种励磁电流I₁的峰值的测定方法，电路如图6所示，应通过测量准确度为0.5%的互感器Mp次级绕组电压整流后的平均值得出。互感器的初级绕组与爱泼斯坦法必须确保(如通过观察示波器的波形)该互感器次级绕组的电压波形中，每个周期不应出现两个以上的过零。电压表可以用测量爱泼斯坦方圈次级电压的同一电压表。用这种方法，磁场强度的峰值应按 (8)N₁——初级线圈的匝数；lm——有效磁路长度，单位为米(m)(lm=0.94m);9Rm——次级回路的电阻，单位为欧姆(Q);图6用互感器Mp测量磁场强度峰值的电路原理图6.2.4比视在功率对于设定的磁极化强度和频率值，测量相应的励磁电流(见6.2.2)和爱泼斯坦方圈次级电压的有效值。电压有效值的测量应使用符合4.6要求的电压表，在爱泼斯坦方圈的次级绕组的两端测得。比视在功率由式(9)给出： (9)式中：S,——比视在功率，单位为瓦每千克(W/kg);ī——励磁电流的有效值，单位为安培(A);N₁——初级线圈的匝数；m。——试样的有效质量，单位为千克(kg);N₂——次级线圈的匝数；l——试样的样片长度，单位为米(m);m——试样的总质量，单位为千克(kg);lm——约定的有效磁路长度，单位为米(m)(lm=0.94m)。6.3再现性使用本章叙述的方法所得到结果的再现性基本上取决于使用的测量仪表的准确度和测量设备需关注的物理细节。当所用仪表的准确度为±0.5%或更好时，测量结果的再现性用相对标准偏差表示，约为2%,而比视在功率的再现性用相对标准偏差表示，范围在不小于2%(对低于磁化曲线膝点的磁极化强度值)且不大于7%(对于接近饱和的磁极化强度值)。7直流测量的通则试样与4.2要求一致。25cm爱泼斯坦方圈的结构要求与4.3一致。空气磁通补偿的要求与4.4一致。电源应提供能够产生所要求的最大磁场强度的额定电流。其波纹系数应小于1%,并且电流的稳定性应使所产生的相对磁通量的变化不大于0.2%。应使用准确度为士0.3%或更好的磁通积分器。应使用准确度为士0.2%或更好的电流表。爱泼斯坦方圈和测量设备应按图7连接。试样按照5.1所述内容进行称量并装入爱泼斯坦方圈。并换向的直流电流进行退磁，换向的频率约为每秒钟两次。退磁电流产生的磁场强度的初始值应比先8.2磁极化强度的测定串连，电压的接线端与X-Y记录仪的X接。也可用绘图仪或计算机接口替代X-Y记录仪。N₁——爱泼斯坦方圈初级绕组的匝数；lm——约定的有效磁路长度，单位为米(m)(lm=0.94m)。RR图8连续记录法的直流测试电路原理图应记录磁化电流和磁通测量值的变化，磁极化强度值应由磁通测量值的变K₁—磁通积分器的校正系数，单位为伏特秒(Vs);a;——磁通积分器的示值；用本章描述的程序获得的结果的再现性用相对标准偏差表示为1.0%。9测试报告a)本文件编号；j)测量结果。(资料性)本文件与IEC60404-2:1996结构编号对照一览表表A.1给出了本文件与IEC60404-2:1996结构编号对照一览表。表A.1本文件与IEC60404-2:1996结构编号对照情况IEC60404-2:1996结构编号11223435465768798附录A附录B附录C附录A表B.1本文件与IEC60404-2:1996本文件的结构编号原因11.增加注1行业中有采用本标准方法在较高温度下检测磁性能的应用31.用GB/T9637代替IEC60050-221电磁学(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.部分电磁术语未包含在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用的方圈尺寸应在检测报告中注明。”增能检测设备上的应用0.2%”IEC60404-2:2008的技术要求低于GB/T3655—2008的要求，维持GB/T3655—2008的要求不变GB/T13012—2008等同采用IEC60404-9GB/T19289—2019等同采用IEC60404-1(资料性)C.1概述数字采样法是一种先进的技术，完全适用于本文件测量程序的电气部分压U₂(t)及与初级线圈串联的无感精密电阻两端的电压U₁(t)(见图5)数字化，并通过采样保持电路对与时间相关的电压信号采集并保持，然后通过模数转换器(AD字值。在一个或多个周期内采样的数据对集、试样以及设置参数构成一次测量的全部信息。通过计算数字采样法可用于本文件正文部分所描述的测量步骤。图3的电路图可同等地应用于模拟采样或数字采样。数字采样法通过包含数字采样装置和软件的综合系统可实现图3至图8中所有测量部件的功能。次级电压正弦波形的控制也可通过数字采样法来实现，但技术手本附录有助于理解数字采样法对本文件测量方法的精度的影响。其重要性在于，通过使用ADCC.2技术细节和要求数字采样法的原理是用有限时间间隔△t替代无限小的时间间隔dt对电压进行离散取值，见式n——一个周期内的采样数；件),采样频率f,应大于输入信号带宽的两倍。N₂——次级线圈的匝数；j——瞬时值序列号；n——一个周期内的瞬时采样数；N₁——初级线圈的匝数；lm——约定有效磁路长度，单位为米(m),(lm=0.94m);R——与初级线圈中串联的无感精密电阻R的电阻值(见图5),单位为欧姆(Ω);u₁——无感精密电阻两端的电压，单位为伏特(V);H——磁场强度的峰值，单位为安培每米(A式使用快速数字乘法器和加法器进行处理，无需中间储存。只有当采样频率f,和磁化频率f是由一过每周期采样128次的方式扫描即可具有足够精度。根据香农定理，这是由H(1)信号中的最高相关期采样500次或更高),以减小真实周期长度与相邻的采样点时间的偏差。在高频率下应用领域(例如料。因此，对于给定的幅值建议采用至少12位分辨率。此外，两个传输信号的导致数字计算结果的显著误差。可采用数字矫正补偿去除此直流偏置。C.3数字空气磁通补偿数字空气磁通补偿可用类似于互感器的原理来实施，见式(C.6):式中：U₂e(t)——补偿后的次级感应电压，单位为伏特(V);U₂m(t)——未补偿的次级感应电压，单位为伏特(V);R——与初级绕组串联的无感精密电阻R。的电阻值，单位为欧姆(Ω);U₁(t)——无感精密电阻R。两端的电压，单位为伏特(V)。首先，精确电阻R。的电压U₁(t)被微分，并避免有电流信号引入相移和明显放大的噪声。一种可能的方法是采用五点数值微分或十二点数值微分。补偿系数值的调整是以在没有试样的情况下，当交流电通过初级励磁线圈时，补偿电压应不超过测量仪器次级线圈上未补偿电压的0.1%。数字空气磁通补偿的优势在于可避免由于使用互感器而引起的和频率相关的相移和线圈阻抗的增大。C.4校准为实现本文件规定的重复性和再现性要求，应对测量设备进行仔细校准。两个电压通道(含前置放大器和ADC)可使用已校准的参考交流电压源进行校准。此外，两个通道的相位性能及其与频率的相关性需要确认，并在计算机的处理过程中考虑。任何情况下，只使用标准样品校准设备是不够的，因为这种校准方式的有效性仅针对特定的材料和测量条件的组合。(资料性)D.1概述本文件交流磁性测量的再现性验证以及更高准确度的测量要求均依赖于周期性校准及期间核查，亦可用于设备验收的首次校准。重要测量设备可以采用a)、b)、c)同时进行按照以下步骤及图D.1所示，依次对方圈4个线圈的初级和次级绕组的匝数进行确认。a)将一片绕制有固定匝数绕组的典型试图D.1确认方圈绕组匝数的示意图式中：Us——试样绕组的电压值，单位为伏特(V);Ns——试样绕组的匝数；U₁——方圈初级绕组的电压值，单位为伏特(V);N₁——方圈中待确认线圈的初级绕组标称匝数；U₂——方圈次级绕组的电压值，单位为伏特(V);N₂——方圈中待确认线圈的次级绕组标称匝数；D.2.3空气磁通补偿的确认D.2.3.1采用互感器线圈补偿法当测试装置中无试样时，在初级绕组中通交流电，使在次级绕组非公共端间测量的电压不大于磁导计次级绕组本身电压的0.1%。D.2.3.2采用数字补偿法M——互感系数；D.3基本电参量的校准1——功率源；I₁——初级电流；U₂——次级电压。图D.2基本电参量的校准方案示意图a)校准范围应覆盖被校磁性测量设备的频率范围、相位范围以及电压和电流量程，对功率而言，应包含电压与电流的组合量程；b)校准功率时，功率因数的设定范围应覆盖0.005～1;c)功率源应具有电压和电流幅值、频率、相位可调的功能，且足够稳定，其电压、电流和功率的短期稳定度(每分钟)应优于被校磁性测量设备的最大允许误差绝对值的1/10;d)功率分析仪可集成在功率源内，亦可单独外置，对应功能的最大允许误差绝对值(或不确定度)应不大于被校磁性测量设备最大允许误差绝对值的1/3;e)被校磁性测量设备基本电参量的校准是D.3磁性测量参量校准的基础。D.4磁性测量参量的校准由于交流磁性测量的参量是由测量得到的电参量及样品参数通过计算得出的，另外部分交流磁性测量的电源输出端钮(接初级绕组)因未预留作为电流输入的专用校准端钮，而导致功率源校准电参量的方法无法进行校准，故采用典型样品作为负载并通过功率分析仪对磁性测量参量进行比较的校准方法也是可以的。但是该方法的校准参数范围受限于样品的种类与尺寸及激励条件，即难以覆盖所有电压量程、电流量程及相互组合的功率量程的量值校准。因此采用该方法时，样品选取应尽量覆盖试验室日常进行测量的材料样品的种类与尺寸，同时通过改变励磁条件实现整个测量范围的校准；该方法不宜用于磁性测量设备出厂前校准。磁性测量参量的校准线路示意图如图D.3所示。图D.3磁性测量参量的校准线路示意图b)功率分析仪测量基本电参量后，应根据本文件中的相关公式计算得到相应的磁性测量参量实c)采用多次测量取平均值可减少电源不稳定性与测量不同步等带来的误差；d)在测量磁性能的同时，可对次级感应电压的波形因数进行确认。取向电工钢的磁极化强度在应电压的波形因数应符合4.5中的要求。磁滞回线的示意图见图D.4所示。图D.4典型试样在J=0.1T时的磁滞回线示意图K——磁滞回线的对称度；D.5测量与校准的注意事项b)材料取样及样品的制作过程；f)校准时应考虑功率分析仪输入(资料性)采用传统的模拟反馈方法很难使磁极化强度波形达到规定的正弦。当磁极化曲线膝点时，有可能产生不稳定和自振荡。采用数字反馈的方法可免受自……(E.1)N₁——初级线圈的匝数；N₂——次级线圈的匝数；μo——磁性常数，真空中的磁导率(4π×10-⁷H/m);Rs——磁化电路的总串联电阻，单位为欧姆(Q);lm——约定有效磁路长度(lm=0.94m),单位为米(m)。还有另一种控制信号波形的计算方法。第(i+1)步反馈给程控任意波形发生器的电压U;+1(t)可由式(E.2)计算得出。在这种情况下，电压U₁+1(t)可根据次级线圈的被测感应电压U₂(t)与设定点的次级线圈的感应电压U,(t)的差值计算得出。一旦达到磁极化规定的波形因数值1.111的士1%范围U₁(t)——当达到设定的磁极化强度时计算出的次级线圈的感应电压，单位为伏特(V);K——负反馈常数，小于1的正数；N₁——初级线圈的匝数；G——功率放大器的增益；U,(t)——当达到设定的磁极化强度时计算出的次级线圈的感应电压，单位为伏特(V);时间比模拟方式更长。为了减少总的控制时间，可采用特制的能在信号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