用爱泼斯坦方圈测量电工钢片磁性能的方法带你get技能

1.试样

试样的样片用双搭接接头方式装成一个方框，并形成长度和横截面积都相等的四束，如图8-51所示。

1）样片应使用不产生明显边缘毛刺的方法剪切，如果有要求，应根据相关的产品标准进行热处理。样片宽度b为（30+0.2）mm，长度l为280mm≤l≤320mm，长度公差为±0.5mm。

2）当要沿轧制方向或垂直该方向剪切样片时，应以母板的轧制方向为参考。

图8-51 双搭接方式

3）对于规定方向和实际剪切方向之间的角度，晶粒有取向电工钢片为±1°；晶粒无取向电工钢片为±5°。

4）样片应平直。测量应在无附加绝缘的情况下进行。

5）组成试样的样片数应是4的倍数，对于长度为280mm的试样，试样的有效质量至少为240g。

2.25cm爱泼斯坦方圈

25cm爱泼斯坦方圈由4个线圈组成，构成试样的样片插入其中，如图8-52所示。

爱泼斯坦方圈应包含一个用于空气磁通补偿的互感线圈。支撑线圈的绕组骨架由硬的绝缘材料制成，如酚醛树脂纸板等。绕组骨架具有矩形横截面，其内部宽度为32mm，高度约为10mm。线圈安装在一个绝缘的无磁性的底板上，形成一个方框。由样片的内缘形成的正方形边长为220⁺¹_-1mm。

图8-52 标准25cm爱泼斯坦方圈（l_m=940mm）

4个线圈中的每一个都应有2个绕组：①初级绕组，外层（磁化绕组）；②次级绕组，内层（感应电压绕组）。在这些绕组之间可以加一层静电屏蔽。绕组应该均匀分布在至少190mm的长度上，每个线圈的匝数应为总线圈匝数的1/4。4个线圈的各初级绕组应串联，各次级绕组也应串联。初级和次级线圈的匝数应与电源、测量仪器和频率的特定条件匹配。常规使用的线圈总匝数为700匝或1000匝。

为了尽可能降低绕组阻抗的影响，方圈的结构应满足以下要求：

式中 R₁——初级线圈的电阻，单位为Ω；

R₂——次级线圈的电阻，单位为Ω；

L₁——初级线圈的电感，单位为H；

L₂——次级线圈的电感，单位为H；

N₁——初级线圈的匝数；

N₂——次级线圈的匝数。

例如，有下列特性的绕组就满足上述条件：

1）总匝数：N₁=700匝，N₂=700匝。

2）初级绕组（外层）：4个线圈各用标称截面积约为1.8mm²的双股铜线并排密绕3层，计175匝。

3）次级绕组（内层）：4个线圈各用标称截面积为0.8mm²的单股铜线绕1层，计175匝。

磁回路有效磁路长度l_m，按约定取0.94m。因此，有效质量m_a，即待测试样的磁性有效质量按下式计算：

式中 m_a——试样的有效质量，单位为kg；

m——试样的总体质量，单位为kg；

l——试样条片长度，单位为m；

l_m——约定的有效磁路长度，单位为m（l_m=0.94m）。

3.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与爱泼斯坦方圈的初级绕组串联，互感线圈的次级绕组反方向串联，如图8-53所示。

当爱泼斯坦方圈中无试样时，在初级绕组中通一交流电流，使在次级绕组非公共端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%。这样，在串联次级绕组中感应电压整流后的平均值正比于试样中磁极化强度的峰值。

图8-53 功率表法的电路原理图

T—空气磁通补偿的互感线圈

4.电源

电源应具有低内阻并能提供高度稳定的电压和频率。在测量时，电压和频率应保持恒定，波动在±0.2%之内。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该为1.11×（1±1%）。

5.比总损耗的测量步骤

（1）测量的准备　称量试样质量的误差在±0.1%以内。称量后样片应在拐角处以双搭接方式叠放在爱泼斯坦方圈中，在方圈的每一分支中样片的数目相同，使所形成的内缘正方形边长为（220±1）mm。当样片按半数是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圈的两个相对的分支里，而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约1N的力。待测试样应在一个初始磁场高于先前测试磁场的退磁场下，逐渐降低交流磁场进行退磁。

（2）电源的调节　电源的输出应缓慢增加，同时观察初级回路的电流表，确保功率表电流回路不过载，直到爱泼斯坦方圈次级电压整流后的平均值达到预定值。预定值由所要求的磁极化强度值按下式计算：

式中

——次级线圈感应电压的平均值，单位为V；

f——频率，单位为Hz；

N₂——次级线圈的匝数；

R_i——次级回路仪表的总电阻值，单位为Ω；

R_t——次级绕组和互感的串联电阻，单位为Ω；

A——试样的横截面积，单位为m²；

J_p——磁极化强度的峰值，单位为T。

试样的横截面积应按下式计算：

式中 A——试样的横截面积，单位为m²；

m——试样的总质量，单位为kg；

l——试样的样片长度，单位为m；

ρ_m——试样材料密度的约定值，单位为kg/m³。

（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。

（4）比总损耗的计算　功率表测量的功率P_m包含了次级回路中仪表的损耗。因此，试样的总损耗功率P_c应按下式计算：

式中 P_c——计算出的试样损耗功率，单位为W；(www.xing528.com)

N₁——初级线圈的匝数；

N₂——次级线圈的匝数；

P_m——功率表测量的功率，单位为W；

——次级整流电压的平均值，单位为V；

R_i——次级回路仪表的总电阻，单位为Ω。

测量的比总损耗P_s按下式计算：

式中 P_s——试样的比总损耗，单位为W/kg；

P_c——计算出的试样总损耗，单位为W；

m_a——试样的有效质量，单位为kg；

l——试样的样片长度，单位为m；

m——试样的总质量，单位为kg；

l_m——约定的有效磁路长度，单位为m。

6.磁极化强度峰值、磁场强度有效值、磁场强度峰值和比视在功率的测定

（1）磁极化强度的峰值　磁极化强度的峰值应以测量的次级电压整流后的平均值按公式计算得到。

（2）磁场强度的有效值　磁场强度的有效值应由图8-54回路中的有效值电流表测量的电流有效值计算得出。

磁场强度的有效值应按下式计算得出：

式中 H_a——磁场强度的有效值，单位为A/m；

N₁——初级线圈的匝数；

I_p1——励磁电流的峰值，单位为A；

l_m——有效磁路长度，单位为m（标准25cm爱泼斯坦方圈的l_m=0.94m）。

（3）磁场强度的峰值　磁场强度的峰值应由励磁电流的峰值I_p1得出，它是用图8-55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的。对于这个测量，次级电压的波形因数允许超过规定值。

图8-54 测量磁化电流有效值的电路原理图

T—空气磁通补偿的互感线圈

图8-55 用峰值电压表测量磁场强度峰值的电路原理图

T—空气磁通补偿的互感线圈

磁场强度的峰值应按下式计算：

式中 H_p——磁场强度的峰值，单位为A/m；

N₁——初级线圈的匝数；

I_p1——励磁电流的峰值，单位为A；

l_m——有效磁路长度，单位为m（标准25cm爱泼斯坦方圈的l_m=0.94m）。

（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和爱泼斯坦方圈次级电压的有效值，其比视在功率按下式计算：

式中 S_s——比视在功率，单位为W/kg；

N₁——初级线圈的匝数；

N₂——次级线圈的匝数；

I_a1——励磁电流的有效值，单位为A；

U_a2——次级线圈电压的有效值，单位为V；

l——试样的样片长度，单位为m；

m——试样的总质量，单位为kg；

l_m——有效磁路长度，单位为m（l_m=0.94m）。

7.直流法测量磁极化强度

（1）测量的准备　爱泼斯坦方圈和测量设备应按图8-56连接。

图8-56 不连续记录法的直流测试电路原理图

T—空气磁通补偿的互感线圈 —磁通积分器

试样应进行退磁，即在不断降低的交流磁场下退磁，或在爱泼斯坦方圈的初级线圈中通一逐渐减小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前测量所用的磁场强度大。

（2）磁极化强度的测量　非连续的磁极化强度值可以在相应的磁场强度下测得，或通过一系列非连续值得到磁化曲线。也可以采用连续测量的方法，如图8-57所示，将一个校准的四端电阻与爱泼斯坦方圈的磁化线圈串联，电压的接线端与X-Y记录仪的X输入端相接，磁通积分器的输出端与X-Y记录仪的Y输入端相接。也可用绘图仪或计算机接口替代X-Y记录仪。

图8-57 连续记录法的直流测试电路原理图

T—空气磁通补偿的互感线圈 —磁通积分器

磁场强度应通过测量爱泼斯坦方圈初级线圈的磁化电流，并按下式计算：

式中 H——磁场强度，单位为A/m；

N₁——爱泼斯坦方圈初级绕组的匝数；

I——磁化电流，单位为A；

l_m——规定的有效磁路长度，单位为m。