用单片测试仪测量电工钢片磁性能的方法

1.试验原理

将一块电工钢片试样放入两个线圈内，外部线圈是初级绕组（磁化绕组），内部线圈是次级绕组（感应电压绕组）。两个相同磁轭是闭合磁路的组成部分，磁轭的横截面积比试样的横截面积大得多，如图8-47所示。

为了使上部磁轭在试样上的压力对测量的影响减至最小应配备悬挂装置，以平衡该磁轭的部分质量。环境温度的变化应保持在一定的范围内，防止因热胀冷缩在试样中产生应力。

图8-47 试验装置示意图

2.磁导计

（1）磁轭　每个U形磁轭都由多片绝缘的取向硅钢或镍铁合金制成，它应有低的磁阻，并且在磁极化强度为1.5T和频率为50Hz的情况下其比总损耗不大于1.0W/kg。为了减小涡流的影响，并使磁通在磁轭内的分布均匀，磁轭应由一对C形磁心或粘结的叠积式磁心构成，拐角处应按交叠方式对接。磁轭的磁极面宽度应为（25±1）mm。每个磁轭的两个磁极面应是共面的，其平面度误差要在0.5mm以内。两磁轭的相对极面之间在任意点的间隙不得超过0.005mm，并且为了避免在试样中引起机械应力，两个磁轭都应该是刚性的。每个磁轭的高度都应该在90～150mm之间，每个磁轭的宽度应为（500±5）mm，内侧长度为（450±1）mm，如图8-48所示。

图8-48 磁轭尺寸图

在磁轭竖直臂之间应有放置试样的非导电无磁性的支撑物。该支撑物应放在与磁极共面的中心位置，以使试样直接与极面接触并且中间无任何间隙。上部磁轭应能向上移动以便插入试样。插入试样后上部磁轭应与下部磁轭准确地闭合。上部磁轭的悬吊应平衡其部分质量，并使试样受到的力为100～200N。对于无取向的材料，为了只测量一个试样，可选择方形的磁轭。将试样转向90°就可以测定水平轧制方向和垂直轧制方向的特性。

（2）绕组　初级和次极绕组长至少应为440mm，并绕制在不导电的非磁性矩形框架上。框架的长度为（445±2）mm，内部宽度为（510±1）mm，内部高度为3～5mm，高度不大于15mm。初级绕组可以由5个或5个以上相同尺寸和相同匝数的线圈并联，并在整个长度上缠绕，如图8-49所示。

图8-49 初级绕组的5个线圈示意图

（3）空气磁通补偿　对空气磁通的影响应进行补偿，这可以通过互感线圈来实现。互感线圈的初级绕组与磁导计的初级绕组串联，而互感线圈的次级绕组与磁导计的次级绕组反向串联。互感值的调整方法为：当测试装置中无试样时，在初级绕组中通一交流电，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%。这样，在串联的次级绕组中感应电压整流后的平均值与试样中磁极化强度的峰值成正比。

（4）试样　试样的长度不小于500mm。虽然位于磁极面外的试样部分对测量的影响可以忽略，但此部分的长度取决于试样放入和取出是否方便，试样的长度不宜过长。试样的宽度应尽可能的大，最大可以等于磁轭的宽度。为尽量保证测量的准确，试样的最小宽度不应小于磁轭宽度的60%。剪切好的试样不能有明显的毛刺或机械变形。试样应平直。在剪切时，以剪切好的试样的边缘作为基准方向。基准方向与轧制方向之间的夹角允许有下述误差：对于晶粒取向钢片为±1°；对于无取向的钢片为±5°；对于无取向的钢片，应取两个试样，一个平行于轧制方向，而另一个垂直于轧制方向。若试样是正方形的，则仅需要取一个试样。

（5）电源　电源应具有低内阻和高度稳定的电压和频率。在测量时，电压和频率应保持恒定在±0.2%之内。此外，次级感应电压的波形应尽可能保持正弦，最好保持次级电压的波形因数在1.111×（1±1%）之内。

3.比总损耗的测量

（1）测量方法　带有试样的单片测试仪相当于一个空载变压器，其比总损耗用图8-50所示的电路测量。

（2）测量步骤　包括测量准备、电源调整等。

1）测量试样长度的误差在±0.1%以内，测量试样质量的误差在±0.1%以内。装入试样并使其处在测试线圈纵横轴的中心，放下被部分平衡的上部磁轭。测量前试样应通过慢慢减小交变磁场的方法进行退磁，这个退磁的磁场强度要比被测量值高。

图8-50 比总损耗的测定电路图

—平均整流电压测量表 —有效值电压测量表 T—互感线圈 L—试样框架

2）调整电源，使次级整流电压的平均值为：

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式中 ——次级整流电压的平均值，单位为V；

A——试样的横截面积，单位为m²；

N₂——磁导计的次级绕组的匝数；

R_i——次级回路中仪器的总电阻，单位为Ω；

R_t——磁导计的次级绕组和互感线圈的次级绕组的串联电阻，单位为Ω；

f——频率，单位为Hz；

J_p——磁极化强度的峰值，单位为T。横截面积A由下式给出：

式中 m——试样的质量，单位为kg；

l——试样的长度，单位为m；

ρ_m——试样材料密度的约定值，单位为kg/m³。

3）确认初级回路电流表的数值（如果有电流表的话），以保证功率表的电流不过载；将电流表短路并重新调整次级电压；确认次级电压的波形，并读取功率表的示值。

（3）数据处理　比总功率损耗按下式计算：

式中 P（总）——试样的比总功率损耗，单位为W/kg；

P——功率表测量的功率，单位为W；

N₁——初级绕组的匝数；

N₂——次级绕组的匝数；

R_i——次级回路中仪表的总电阻，单位为Ω；

——次级整流电压的平均值，单位为V；

m——试样的质量，单位为kg；

l——试样的长度，单位为m；

l_m——约定的磁路长度，单位为m。