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书书书犐犆犛７７．０４０．９９犎２１中华人民共和国国家标准犌犅／犜３９０４２—２０２０电工钢单片磁性能测试 犎线圈法犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狅犳狋犺犲犿犪犵狀犲狋犻犮狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犲犾犲犮狋狉犻犮犪犾狊狋犲犲犾狊犫狔犿犲犪狀狊狅犳犪狊犻狀犵犾犲狊犺犲犲狋狋犲狊狋犲狉—犎犮狅犻犾犿犲狋犺狅犱２０２００７２１发布２０２１０２０１实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会发布目 次前言Ⅰ…………………………………………………………………………………………………………引言Ⅱ…………………………………………………………………………………………………………１ 范围１………………………………………………………………………………………………………２ 规范性引用文件１…………………………………………………………………………………………３ 术语和定义１………………………………………………………………………………………………４ 测量原理１…………………………………………………………………………………………………５ 测量装置１………………………………………………………………………………………………… ５．１ 通则１………………………………………………………………………………………………… ５．２ 磁轭３………………………………………………………………………………………………… ５．３ 线圈４………………………………………………………………………………………………… ５．４ 电源６………………………………………………………………………………………………… ５．５ 数字控制系统６………………………………………………………………………………………６ 试样７………………………………………………………………………………………………………７ 测量７……………………………………………………………………………………………………… ７．１ 测量准备７…………………………………………………………………………………………… ７．２ 磁极化强度的测量７………………………………………………………………………………… ７．３ 磁场强度的测量８…………………………………………………………………………………… ７．４ 比总损耗的测量８…………………………………………………………………………………… ７．５ 比视在功率的测量８…………………………………………………………………………………８ 测试结果及再现性８………………………………………………………………………………………９ 测试报告９…………………………………………………………………………………………………附录Ａ（资料性附录） 测量磁性能的数字采样技术１０……………………………………………………附录Ｂ（资料性附录） 使用Ｈ线圈测量电工钢带（片）单片试样的技术说明１１………………………附录Ｃ（资料性附录） Ｈ线圈法与励磁电流法测量晶粒取向电工钢带（片）单片试样结果的比较案例１２………………………………………………………………………………犌犅／犜３９０４２—２０２０前 言 本标准按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ１８３）归口。本标准起草单位：武汉钢铁有限公司、江苏省沙钢钢铁研究院有限公司、长沙天恒测控技术有限公司、冶金工业信息标准研究院。本标准主要起草人：向前、周新华、吴圣杰、黄双、王玉婕、马允敏、舒子奇、张俊鹏、刘宝石。Ⅰ犌犅／犜３９０４２—２０２０引 言 本标准是在国家电子工业制造水平、精度达到国际先进水平的前提下，基于用单片测试仪测量电工钢带（片）单片试样磁性能的现状，为适应电工钢带（片）单片试样磁性能测量的发展要求，提出的电工钢带（片）单片试样磁性能的直接测量方法。本标准与ＧＢ／Ｔ１３７８９相比，主要区别在于：———测量原理不同：本标准推荐的是采用Ｈ线圈直接测量电工钢带（片）单片试样的磁场强度，不再需要约定有效磁路长度，消除了约定有效磁路长度所带来的系统误差，测量的比总损耗值更接近于真实值。而ＧＢ／Ｔ１３７８９通常又称为“励磁电流法”，在约定的有效磁路长度下，调整Ｂ线圈电压使待测试样达到规定的磁极化强度后测量，这是一种间接测量方法。但是，由于有效磁路长度只是一个约定值，随着研究的深入，发现有效磁路长度会随着单片磁导计的材料及制作工艺、试样及不同测试条件等因素不断变化，实际变化的有效磁路长度与约定有效磁路长度的偏差带来了测量上的系统误差，使测量结果偏离了真实值。———测量结果不同：经大量试验，使用本标准测量的比总损耗、比视在功率等测量结果明显低于ＧＢ／Ｔ１３７８９推荐方法的测量结果，该测量偏差与试样材质、厚度、测量条件等显著相关，通常情况下，本标准在工频和磁极化强度１．７Ｔ条件下测量的晶粒取向电工钢带（片）单片试样的比总损耗低５％～８％，比视在功率低１０％～２０％。Ⅱ犌犅／犜３９０４２—２０２０电工钢单片磁性能测试 犎线圈法１ 范围本标准规定了在工频条件下，采用Ｈ线圈测量电工钢带（片）单片试样的磁场强度，并通过单片磁导计测试电工钢比总损耗、磁极化强度及比视在功率的测试方法。本标准适用于晶粒取向或晶粒无取向电工钢带（片）单片试样磁性能的检测。２ 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ２９００．６０ 电工术语 电磁学ＧＢ／Ｔ３１０２．５ 电学和磁学的量和单位ＧＢ／Ｔ９６３７ 电工术语 磁性材料与元件ＧＢ／Ｔ１３７８９ 用单片测试仪测量电工钢片（带）磁性能的方法ＧＢ／Ｔ１９２８９ 电工钢带（片）的电阻率、密度和叠装系数的测量方法３ 术语和定义ＧＢ／Ｔ２９００．６０、ＧＢ／Ｔ３１０２．５、ＧＢ／Ｔ９６３７界定的以及下列术语和定义适用于本文件。３．１犎线圈 犎犮狅犻犾靠近试样表面放置的、用于直接检测试样真实磁场强度的空心线圈。４ 测量原理试样与磁轭构成封闭的磁场回路，通过探测Ｈ线圈上的感应电压来获得穿过试样的磁场强度，再通过Ｂ线圈（感应电压线圈，又称为次级线圈）感应电压获取磁极化强度，即可测量试样的磁特性。５ 测量装置５．１ 通则电工钢试样放置于线圈骨架中间，线圈骨架外绕有两层线圈，外部为励磁线圈（又称为初级线圈），内部为Ｂ线圈，另外在靠近试样下表面的线圈骨架上还放置了一组Ｈ线圈，如图１所示。１犌犅／犜３９０４２—２０２０说明：Ｔｙ———上磁轭；Ｂｙ———下磁轭；Ｔｓ———测试试样；Ｃ———磁导计线圈（见５．３）。图１ 单片磁导计示意图磁导计和线圈的连接如图２所示。以下信号应通过数字控制系统进行实时波形记录：ａ） 与励磁线圈串联的无感精密电阻Ｒｎ两端的电压犝１（狋）；ｂ）Ｂ线圈（见５．３）感应电压犝２（狋）；ｃ）Ｈ线圈（见５．３）感应电压犝Ｈ（狋）。为了获取完整的测量信息，犝Ｈ（狋）、犝２（狋）和犝１（狋）这几组信号的采样时间都应该是磁化周期的整数倍。数字采样技术的应用、犝１（狋）和由犝１（狋）计算的磁极化电流犐（狋）用于数字的空气磁通补偿、以及Ｂ线圈感应电压犝２（狋）波形系数的控制参见附录Ａ。２犌犅／犜３９０４２—２０２０ 说明：～ ———电源（通常由一个可程序控制的任意波形发生器和一个功率放大器组成）；Ｈｚ———频率计；Ｖ———电压计；Ｎ１———励磁线圈；Ｎ２———Ｂ线圈；Ｈ———Ｈ线圈；Ｒｎ———无感精密电阻，与励磁线圈串联，用于测量励磁电流；Ｄ———双路同步采样测量系统，与交流励磁源保持同步的双路采样，具有测量与运算分析等功能；犝２（狋）———Ｂ线圈感应电压；犝Ｈ（狋）———Ｈ线圈感应电压；犝１（狋）———无感精密电阻Ｒｎ两端的电压；Ｍ———空气磁通线圈，当采用空气磁通数字补偿时，可以无此部件。图２ 犎线圈法测量电路示意图测试装置应由磁轭、线圈、电源、数字控制系统等组成。５．２ 磁轭制作磁轭的材料应具有低的剩磁、低的磁阻和尽可能低的比总损耗，例如高牌号的晶粒取向电工钢片或镍合金等，Ｕ型磁轭可采用多片叠压而成。使用晶粒取向电工钢片制作磁轭时，加工后的电工钢片应进行去应力退火。为保证测量的准确性，磁轭还应满足以下条件：ａ） 频率为５０Ｈｚ时，磁轭在磁极化强度为４０ｍＴ、１．５Ｔ下对应的比总损耗不应超过１．０ｍＷ／ｋｇ、１．０Ｗ／ｋｇ；ｂ） 每个磁轭的两个磁极面应是共面的，其公差应在０．５ｍｍ范围内，两磁轭的相对极面之间在任意点的间隙都不应超过０．０５ｍｍ，且为避免在试样中引起机械应力，两个磁轭都应是刚性的；ｃ） 每个磁轭的高度应在９０ｍｍ～１５０ｍｍ之间，长度应为５００＋５０ｍｍ，内侧宽度应为４５０ｍｍ±１ｍｍ，磁轭磁极面宽度应为２５ｍｍ±１ｍｍ，如图３所示。若使用其他尺寸的磁轭，应保证测量结果的准确性。３犌犅／犜３９０４２—２０２０单位为毫米图３ 磁轭尺寸示意图磁轭竖直臂之间应有放置试样的支撑面，由绝缘、非导磁材料制成，且支撑面与磁极面应共面，以保证待测试样与支撑面间无任何缝隙。上部磁轭应能向上移动以便插入试样，放入试样后，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重量，并使试样受力在１００Ｎ～２００Ｎ之间。５．３ 线圈５．３．１ 通则磁导计线圈包括励磁线圈、Ｂ线圈、Ｈ线圈、空气补偿线圈，如图４所示。励磁线圈、Ｈ线圈和Ｂ线圈应从各自线圈架的同一端开始缠绕，且绕线方向应相同。单位为毫米犪） 横截面图图４ 磁轭、线圈示意图４犌犅／犜３９０４２—２０２０单位为毫米犫） 纵截面图说明：Ｎ１———励磁线圈；Ｎ２———Ｂ线圈；Ｔｓ———测试试样；Ｈｃ———Ｈ线圈；Ｓｋ———骨架；Ｓｐ———支撑板；Ｔｙ———上磁轭；Ｂｙ———下磁轭。图４（续）５．３．２ 励磁线圈、犅线圈励磁线圈、Ｂ线圈应绕在长度至少为４４０ｍｍ的非磁性矩形框架上，框架的尺寸如下：ａ） 长度：４４５ｍｍ±２ｍｍ；ｂ） 内部宽度：５１０ｍｍ±１ｍｍ；ｃ） 内部高度：５ ０－２ｍｍ；ｄ） 高度：不大于２０ｍｍ。励磁线圈由５个相同尺寸、匝数的线圈并联，并在整个长度上缠绕。Ｂ线圈采用直径０．５ｍｍ的漆包铜线在２００ｍｍ±０．５ｍｍ的线圈架上连续、均匀、对称地缠绕１层，匝数由磁测仪的特性决定。５．３．３ 犎线圈Ｈ线圈由４个线圈串联构成，每个线圈用直径０．２ｍｍ的漆包铜线在长度为２５０ｍｍ±１ｍｍ、宽度为８５ｍｍ±０．２ｍｍ、厚度为１ｍｍ±０．１ｍｍ的板状、不导电的非磁性的材料上连续、均匀、紧密缠绕成２００ｍｍ±０．２ｍｍ的单层线圈。５犌犅／犜３９０４２—２０２０５．３．４ 空气补偿线圈空气磁通对次级电压的影响应进行补偿，这可以通过互感线圈来实现。互感线圈的初级与磁导计的初级串联，而互感线圈的次级与Ｂ线圈反向串联。互感线圈的调整方法为：当测试装置中无试样时，在励磁线圈中通交流电，使在Ｂ线圈和互感线圈串联后测量的电压不大于磁导计在有试样且犑＝１．０Ｔ时Ｂ线圈感应电压的０．１％。这样，串联的Ｂ线圈感应电压绝对值的平均值正比于试样中磁极化强度的峰值。单片磁导计亦可采用空气磁通数字补偿，参见附录Ｂ。在低磁场强度下进行比总损耗的测量时空气磁通可以不补偿。５．４ 电源５．４．１ 通则电源由一个程序控制的任意波形发生器和一个功率放大器或者集成这两种功能的仪器组成。电源应具有低内阻和高度稳定的电压和频率，在测量时，电压和频率的波动范围应保持恒定在±０．２％之内。Ｂ线圈中的感应电压应尽可能保持正弦，最好保持Ｂ线圈中的次级电压的波形因数在１．１１１±１％之内。这可以通过各种方法达到，例如降低电源内阻和励磁线圈中的直流电阻元件，或通过放大器给Ｂ线圈初级端感应电压施加负反馈来保证其正弦态。注：波形因数为次级电压有效值与平均值之比。５．４．２ 任意波形发生器任意波形发生器将合成一个幅值和频率均可通过外部编程调节的磁化波形信号，由Ｄ／Ａ转换器在外部时钟频率下连续地将信号转换为电压，这个外部时钟与测量装置的Ａ／Ｄ转换器的采样时钟也应