(高清版)GBT 19346.3-2021 非晶納米晶合金測試方法 第3部分：鐵基非晶單片試樣交流磁性能

非晶納米晶合金測試方法第3部分：鐵基非晶單片試樣交流磁性能國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T19346.3—2021/IEC60404-16:2018 1 1 1 14.1測量方法和原理 1 34.3磁導(dǎo)計 34.4電源 44.5測量裝置 4 4 55.1測量原理 55.2測量準(zhǔn)備 65.3電源調(diào)節(jié) 6 6 66.2磁場強度的測定 76.3比總損耗的測定 7 7 8附錄A(資料性)單片測試儀測量鐵基非晶合金帶材的要求 9A.1試樣形狀 9 9A.3磁軛 9 9 9A.6磁屏蔽 A.7不定期檢查已安裝H線圈穩(wěn)定性的方法 附錄B(資料性)測量磁性能和數(shù)字化空氣磁通補償?shù)臄?shù)字采樣法 B.2技術(shù)細(xì)節(jié)和要求 B.4數(shù)字空氣磁通補償 Ⅱ附錄C(資料性)數(shù)字法對磁極化強度波形正弦的控制 附錄NA(資料性)檢測報告 2圖2H線圈法測量原理示意圖 2 3圖4采用數(shù)字采樣法的H線圈法電路圖 5Ⅲ——GB/T9637—2001電工術(shù)語磁性材料與元件(eqvIEC60050-221:1990);——GB/T2900.60—2002電工術(shù)語電磁學(xué)(eqvIEC60050-121:1998);GB/T19346.3—2021/IEC60 第1部分：環(huán)形試樣交流磁性能：鐵基非晶合金帶材是通過快速凝固和直接鑄造工藝生產(chǎn)的，主要用于制作工頻(50Hz和60Hz)標(biāo)準(zhǔn)IEC60404-3[11]。本文件中采用了幾乎完全適用的功率表法，但是用磁化電流測量磁場強度的常用方法(M適用于這種材料，因為對厚度更薄及磁性更軟的試樣，磁軛對損耗測量的影響H線圈(H線圈法)測量磁場強度的功率表法。針對SST和鐵基非晶合金帶材試樣已經(jīng)開展過國際循1GB/T19346.3—2021/IEC6下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不IEC60050-121國際電工術(shù)語第121部分：電磁學(xué)(InternationalElectrotechnicalIEC60050-221國際電工術(shù)語第221部分：磁性材料與元件(InternationalElectrotechnicalVocabulary—Chapter221:Magneticmaterialsandcomponents)IEC60404-8-11磁性材料第8-11部分：單項材料規(guī)范半工藝狀態(tài)交貨的鐵基非晶帶材(Magneticmaterials—Part8-11:SpecificationsIEC60050-121和IEC60本文件采用磁場線圈測量磁場強度(“H線圈法”)的功率表法。磁路的閉合由一個單獨的U形磁2GB/T19346.3—2021一個安裝在試樣下方的H線圈，用于檢測試樣表面的磁場強度。閉合磁路的組成部分包括一個單獨的U形磁軛，磁軛的橫截面積遠(yuǎn)大于試樣的橫截面積(見圖1)。注1:附加一個上磁軛會使具有較大磁致伸縮材料的磁性能劣化，因此，測量試樣磁性能時不軛仍然可用于在沒有試樣的條件下對磁軛進行退磁及測量磁軛的損耗。圖2是用H線圈法的功率表法的測量原理，包括單片磁導(dǎo)計和測量設(shè)備的連接。注2:圖2是按數(shù)字采樣法的基本原則表述的，其中有些測量功能通過軟件實現(xiàn)。關(guān)于數(shù)字采樣法的應(yīng)用見4.6和附錄B。～——電源：N?——初級線圈；N?——次級線圈；圖2H線圈法測量原理示意圖注3:H線圈的感應(yīng)電壓Un(t)可用于空氣磁通的各種補償方法(見4.3.4和B.4)和次級電壓U?(t)的正弦波形控制(見5.3和附錄C)。3GB/T19346.3—2021/IEC60404-試樣應(yīng)按照IEC60404-8-11的要求制取。試樣的長度應(yīng)不小于280mm,即磁軛兩磁極的外沿間的距離。雖然位于磁極面外的試樣部分對從鐵基非晶合金帶材上剪切的試樣應(yīng)為固定長度，無明顯的毛刺或機械變形。試樣應(yīng)平直且為磁導(dǎo)計包括多個線圈和U形磁軛(見圖1)。4GB/T19346.3—2021/IEC6初級線圈長度應(yīng)不小于230mm。次級線圈長度應(yīng)為120mm±1mm,并位于初級線圈的中心位 緣矩形板上。板的寬度應(yīng)為120mm±1mm,高度應(yīng)為3mm±0.2mm。H線圈的匝面積可通過將其放入一個直徑和長度足夠容納整個H線圈的螺線管所產(chǎn)生的均勻磁可采用數(shù)字空氣磁通補償法實現(xiàn)(見B.4)。電源由一個程控的任意波形發(fā)生器和一個功率放大器或者集成這兩種功能的儀器組成(見圖4頻率的測量準(zhǔn)確度應(yīng)控制在±0.1%之內(nèi)或者更好。次級電壓的波形宜盡可能地保持正弦。不僅應(yīng)保持次級電壓的波形系數(shù)在1.111的±1%范圍內(nèi)，測量裝置應(yīng)滿足以下要求：在實際的功率因數(shù)和峰值因數(shù)條件下，功率的測量準(zhǔn)確度應(yīng)控制在士0.5%之內(nèi)或者更好；電壓的測量準(zhǔn)確度應(yīng)控制在士0.5%之內(nèi)或者更好。5不不析儀組成，并由軟件提供如圖2所示的功率表和電壓表的功能。19346.3—2021/IEC60404-16:=H?u?d→.(0注1:圖4中未包含數(shù)字空氣磁通補償(J=B-μo×H),以下信號需要測量：應(yīng)完整記錄一個磁化周期信號UH(t)和U?(t)的數(shù)據(jù)集，為該次測量提供完整信息。鐘應(yīng)與任意波形發(fā)生器的時鐘保持同步。也可不同步采樣，但需要更高的采樣率以達到相同的精度(見數(shù)字信號分析儀通過測量軟件計算磁性能。5測量程序5.1測量原理裝置與線圈按圖2或圖4連接。6如果使用數(shù)字采樣法，次級線圈感應(yīng)電壓U?(t)和H線圈中感應(yīng)電壓Un(t)應(yīng)作為時試樣長度和試樣質(zhì)量的測量準(zhǔn)確度應(yīng)在±0.1%范圍內(nèi)。裝入試樣并使其處在線圈縱軸和橫軸的l——試樣的長度，單位為米(m);次級電壓的波形U?(t)應(yīng)保證只有基波。另外，H(t)和J(t)構(gòu)成的磁滯回線應(yīng)保持中心對稱。6磁性能的測定磁極化強度J(t)按式(2)計算： (2)7GB/T19346.3—2021磁場強度H(t)按式(3)計算：t輔助時間變量。注：H線圈的匝面積的測量方法見4.3.3。比總損耗P。對應(yīng)于磁場強度H(t)和磁極化強度J(t)組成的磁滯回線所包絡(luò)的面積。N?——次級線圈的匝數(shù)；U2(t)——空氣磁通補償后的次級感應(yīng)電壓8GB/T19346.3—2021/IEC63%或者更小，80A/m時的磁極化強度峰值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差約為1%,在1.3T和1.4T的比視在功率的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差約為6%。9A.2H線圈法常規(guī)功率表法測量磁化電流的磁場強度(MC法)的結(jié)果包含了磁軛的磁性能，所使用H線圈法，關(guān)鍵是把H線圈的輸出信號與次級線圈的輸出信號進行共地處理，見有效地減少高頻噪聲對H線圈信號的干擾。同時H線圈應(yīng)具有更大的匝面積并使用低噪聲的前置放大器將H線圈信號放大。推薦使用一個純凈的直流電源給前置放大器供電，可使其免受工頻噪聲的A.3磁軛H線圈感應(yīng)的電壓Un(t)是很微弱的，而且很容易引入高頻噪聲。為了降低輸出信號的噪聲，線勵磁電流的測量使用一個準(zhǔn)確度優(yōu)于士0.1%的無感精密電阻器以實現(xiàn)數(shù)字法對磁極化強度波形GB/T19346.3—2021/IEC60A.7不定期檢查已安裝H線圈穩(wěn)定性的方法在將H線圈安裝到線圈架后，H線圈的匝面積可通過將H線圈和一個參考H線圈放入沒有試樣GB/T19346.3—2021/IEC(資料性)測量磁性能和數(shù)字化空氣磁通補償?shù)臄?shù)字采樣法B.1概述數(shù)字采樣法是一種先進的技術(shù)，完全適用于本文件測量程序的電氣部分[3~[5]。將其應(yīng)用到H線圈法中，即將次級感應(yīng)電壓U?(t)和H線圈的感應(yīng)電壓Un(t)數(shù)字化，通過分析這些數(shù)據(jù)來測定試樣的磁性能。因此，這些電壓的瞬時值u2和u1(j為采樣序列值下標(biāo))由采樣保持電路在一個窄小和等距的時間段內(nèi)對此與時間相關(guān)的電壓信號同步采樣并保持。然后由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)立即將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。在一個或多個周期內(nèi)采樣的數(shù)據(jù)對集，以及試樣和設(shè)置參數(shù)，提供了一次測量的完整信息。可用計算機處理此數(shù)據(jù)集，并測定本文件所涉及的所有磁性能。數(shù)字采樣法應(yīng)用于本文件的主體部分所述的測量程序。圖4所示的H線圈的功率法電路采用的數(shù)字采樣法是基于圖2所示電路原理；數(shù)字采樣法允許通過數(shù)字采樣裝置和軟件組合系統(tǒng)實現(xiàn)圖2中測量設(shè)備的所有功能。通過計算軟件實現(xiàn)部分或全部測量功能。磁極化強度正弦波的控制也可通過數(shù)字采樣法來實現(xiàn)，不過其計算過程不同于本附錄。更多信息參考附錄C。本附錄有助于理解本文件采用的數(shù)字采樣法所能達到的精度的影響。需要特別注意的是，因為用ADC電路、瞬態(tài)記錄儀和支持軟件很容易構(gòu)建數(shù)字采樣功率表，而數(shù)字采樣法可產(chǎn)生較低的不確定度，但使用不當(dāng)會造成較大的誤差。B.2技術(shù)細(xì)節(jié)和要求數(shù)字采樣法的原理是用有限的時間間隔△t替代無限小的時間間隔dt對電壓進行離散取值，見式(B.1):△t——采樣點的間隔時間，單位為秒(s);n——一個周期內(nèi)的采樣數(shù)；f——勵磁頻率，單位為赫茲(Hz);f.——采樣頻率，單位為點數(shù)每秒(s-1)。為獲得更低的不確定度，勵磁周期的長度除以采樣點間的時間間隔，即f?/f,需為整數(shù)(奈奎斯特條件),采樣頻率f。應(yīng)大于輸入信號帶寬的兩倍7]。磁導(dǎo)計的連接見圖4。功率電源通常由一個可程控的數(shù)字信號發(fā)生器和一個功率放大器組成。在任意波形發(fā)生器和功率放大器之間應(yīng)插入一個防混疊的低通濾波器。測量設(shè)備應(yīng)由每個信號通道的前置放大器、一個已校準(zhǔn)的數(shù)字化儀和一個數(shù)字信號分析儀(通常是一臺個人電腦)組成，前置放大器將輸入信號放大到適合數(shù)字化的高信噪比電壓。測量儀器將次級線圈中感應(yīng)的電壓和H線圈中感應(yīng)的電壓同步數(shù)字化為瞬時值u?;和uH;。數(shù)字GB/T19346.3—2021/IEC60數(shù)字信號集U?(t)和Un(t)可由計算機處理，或使用數(shù)字信號處理器(DSP)在沒有中間儲存的情況下使用足夠快的數(shù)字乘法器和加法器進行處理。只有當(dāng)采樣頻率f和勵磁頻率f是由一個共用的此時，Un(t)和U?(t)使用具有足夠精度的每周期進行128個點采樣的方式進行掃描(1000Hz以上每周期64個點采樣就足夠了)。根據(jù)香農(nóng)定理，這個數(shù)字是由H(t)信號中的最高相關(guān)頻率決定的，規(guī)定的功率測量的不確定度(即0.5%)。功率因數(shù)cos(φ)越低，相移偏差的影響就越大(φ是兩個電壓B.3校準(zhǔn)U?(t)=U2m(t)—C·Un(t)…………U?e(t)——補償后的次級感應(yīng)電壓，單位為伏特(V);過測量儀器次級線圈上未補償電壓的0.1%,對應(yīng)最大磁場強度的條件如80A/m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(guān)的相移和線圈阻抗的(資料性)數(shù)字法對磁極化強度波形正弦的控制采用傳統(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(dāng)磁極化強度增加到超過磁化曲線膝點時，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振蕩效應(yīng)的影響。忽略寄生電容的影響，反饋到任意波形發(fā)生器的電壓Ug(t)可通過式(C.1)Ug(t)——反饋到任意波形發(fā)生器的電壓，單位為伏特(V);J(t)——設(shè)定的磁極化強度，單位為特斯拉(T);A——試樣的橫截面積，單位為平方米(m2);μo——磁性常數(shù)，真空中的磁導(dǎo)率(4π×10-7H/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Ui+1(t)可由式(C.2)計算得出。在這種情況下，電壓Ui+1(t)可根據(jù)次級線圈的被測感應(yīng)電壓U?(t)與設(shè)定點的次級線圈的感應(yīng)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?+1(t)——第(i+1)步反饋給任意波形發(fā)生器的電壓，單位為伏特(V);U;(t)——當(dāng)達到設(shè)定的磁極化強度時計算出的次級線圈的感應(yīng)電壓，單位為伏特(V);U?(t)—次級線圈的感應(yīng)電壓，單位為伏特(V)。因為用數(shù)字方式控制信號是一個磁化、采集信號、退磁和控制信號的重復(fù)過程，所以信號控制的總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)到U;+1(t)之間不停切換的裝置來省略退磁過程。檢測報告[1]IEC60404-3:2010Magneticmaterials—Part3:Methodsofmeasurementofthemagneticpropertiesofelectricalsteel[2]IEC60404-6:2003Magneticmaterials—Part6:Methodsofmeasurementofthemagneticpropertiesofmagneticallysoftme[3]ISHIHARA,Y.InvestigationonmeasurementmethodsofmagneticpropertiesofFe-basedamorphousstripbasedforanIECstandard.Int.J.AppliedEl[4]BIRKELBACH,G.HEMPEL,K.A.ahysteresismeasurementswithwell-definedtimedependenceoftheflMagn.,MAG-22(1986)p.5[5]BERTOTTI,G.,FERRARA,E.,FIORILLO,F.andPASQUALE,M.,Lossmeasure-technique.J.Ap