申请/专利权人：武汉钢铁有限公司

申请日：2018-12-17

公开（公告）日：2021-01-08

公开（公告）号：CN109541507B

主分类号：G01R33/12(20060101)

分类号：G01R33/12(20060101);G01R33/04(20060101);G01R33/06(20060101);G01R33/10(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.08#授权;2019.04.23#实质审查的生效;2019.03.29#公开

摘要：本发明公开了一种用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，包括U型上磁轭、U型下磁轭、初级线圈绕组、次级线圈绕组、H线圈绕组及支撑板；次级线圈绕组位于初级线圈绕组内部且均布置在支撑板上，待测试样放置于支撑板上且位于次级线圈绕组中间，H线圈绕组位于待测试样下表面中间部位的下方；H线圈绕组包括3～5个大小相等、等间距分布且串联布置的H线圈单元，所有H线圈单元沿待测试样的中心轴对称分布在待测试样下表面中间部位的下方。还提供一种检测装置和检测方法，采用H线圈绕组直接测量电工钢带单片试样的磁极化强度和采用数字空气磁通补偿的检测方法测得的结果更接近样品真实值。

主权项：1.一种用于取向硅钢片性能检测检测装置的检测方法，其特征在于：包括交流磁化电源8、无感精密电阻器10、双路同步采样测量装置11及单片磁导计，以及与所述交流磁化电源并联的频率计；所述单片磁导计包括U型上磁轭1、U型下磁轭2、初级线圈绕组4、次级线圈绕组3、H线圈绕组及支撑板6；所述U型上磁轭1与所述U型下磁轭2对称布置且对合形成一个封闭磁轭，所述支撑板6位于封闭磁轭的内部；所述次级线圈绕组3位于所述初级线圈绕组4内部且均布置在所述支撑板6上，待测试样65放置于支撑板6上且位于次级线圈绕组3中间，H线圈绕组位于待测试样5下表面中间部位的下方；其特征在于：所述H线圈绕组包括3～5个大小相等、等间距分布且串联布置的H线圈单元7，所有H线圈单元7沿待测试样5的中心轴对称分布在待测试样5下表面中间部位的下方；所述单片磁导计中的每个H线圈单元7的两端均与所述双路同步采样测量装置11相连，所述单片磁导计中的次级线圈绕组3两端与所述双路同步采样测量装置11相连；所述无感精密电阻器10的一端与所述交流磁化电源8的一端连接，所述无感精密电阻器10的另一端与所述单片磁导计中的初级线圈绕组4的一端连接，所述初级线圈绕组4的另一端与所述交流磁化电源8的另一端连接，所述无感精密电阻10的两端与所述双路同步采样测量装置11并联；检测装置的检测方法为：将待测试样置于单片磁导计中；测量单片磁导计中所有H线圈单元的H线圈单元感应电压UHt及测量次级线圈绕组感应电压U2t；计算所有H线圈单元感应电压UHt之和的均值UH0t，并根据数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压U2Ct计算所述待测试样的磁性能参量；其中，数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压 式中：U2Ct为补偿后的次级线圈绕组感应电压；U2t为测量次级线圈绕组感应电压；U1t为无感精密电阻Rn两端电压；R为无感精密电阻Rn的电阻值；C为补偿系数，补偿系数值的调整是以在没有待测试样的情况下当交流电通过初级线圈绕组时补偿电压不超过测试仪器次级线圈绕组未补偿电压的0.1％。

全文数据：用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计、检测装置及检测方法技术领域本发明属于取向硅钢产品检测技术领域，具体涉及一种用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计、检测装置及检测方法。背景技术当前，中国已成为取向硅钢生产在世界版图中最核心的一环，同时，交流磁性能是硅钢产品的核心指标，也是变压器、电机行业进行变压器设计、产品应用过程中的核心竞争性指标，是体现节能、环保的重要参数。因此，如何准确评价硅钢产品的磁性能成为了电工行业的重要课题。目前，国内取向硅钢电工钢单片交流磁性能测量主要使用标准GBT13789-2008《用单片测试仪测量电工钢带片磁性能的方法》，通常又称为“励磁电流法”，在约定的有效磁路长度下，调整次级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。中国发明专利申请申请公布号CN108226826、申请公布日2018.6.29公开了一种单片磁导计、单片试样测量装置及测量方法，主要对初级、次级线圈绕组进行了规范，用于测量非晶合金等窄带试样不同区域的磁性能，但只能针对小尺寸如265mm×142mm的试样，而无法对大尺寸500mm×500mm单片试样表面的实际磁场强度进行准确衡量。发明内容本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种更接近样品真实值的用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计、检测装置及检测方法。为实现上述目的，本发明所设计的用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，包括U型上磁轭、U型下磁轭、初级线圈绕组、次级线圈绕组、H线圈绕组及支撑板；所述U型上磁轭与所述U型下磁轭对称布置且对合形成一个封闭磁轭，所述支撑板位于封闭磁轭的内部；所述次级线圈绕组位于所述初级线圈绕组内部且均布置在所述支撑板上，待测试样放置于支撑板上且位于次级线圈绕组中间，H线圈绕组位于待测试样下表面中间部位的下方；所述H线圈绕组包括3～5个大小相等、等间距分布且串联布置的H线圈单元，所有H线圈单元沿待测试样的中心轴对称分布在待测试样下表面中间部位的下方。进一步地，每个所述H线圈单元均采用直径为D的铜线在长度为250±1mm、宽度为85±0.2mm的不导电非磁性的板材上连续、均匀缠绕成长度为l的1层线圈，每相邻两匝之间无间隙，l＝D×绕组匝数，且l小于板材的长度；其中，铜线直径D为0.15～0.25mm，l为180～220mm。进一步地，每相邻两个所述H线圈单元的间距为20～30mm。进一步地，D为0.2mm、l为200±0.2mm。进一步地，所述初级线圈绕组、所述次级线圈绕组和所有所述H线圈单元均从同一端开始缠绕且绕制方向相同。还提供一种用于取向硅钢片性能检测的检测装置，包括交流磁化电源、无感精密电阻器、双路同步采样测量装置及单片磁导计，以及与所述交流磁化电源并联的频率计；其中，所述单片磁导计为权利要求1所述的单片磁导计，所述单片磁导计中的每个H线圈单元的两端均与所述双路同步采样测量装置相连，所述单片磁导计中的次级线圈绕组两端与所述双路同步采样测量装置相连；所述无感精密电阻器的一端与所述交流磁化电源的一端连接，所述无感精密电阻器的另一端与所述单片磁导计中的初级线圈绕组的一端连接，所述初级线圈绕组的另一端与所述交流磁化电源的另一端连接，所述无感精密电阻的两端与所述双路同步采样测量装置并联。最后还提供一种如上述所述检测装置的检测方法，所述检测方法为：将待测试样置于单片磁导计中；测量单片磁导计中所有H线圈单元的H线圈单元感应电压UHt及测量次级线圈绕组感应电压U2t；计算所有H线圈单元感应电压UHt之和的均值UH0t，并根据数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压U2Ct计算所述待测试样的磁性能参量；其中，数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压式中：U2Ct为补偿后的次级线圈绕组感应电压；U2t为测量次级线圈绕组感应电压；U1t为无感精密电阻Rn两端电压；R为无感精密电阻Rn的电阻值；C为补偿系数，补偿系数值的调整是以在没有待测试样的情况下当交流电通过初级线圈绕组时补偿电压不超过测试仪器次级线圈绕组未补偿电压的0.1％。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1本发明单片磁导计是采用H线圈绕组电感线圈直接测量电工钢带片单片试样的磁极化强度，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；2采用数字空气磁通补偿的检测方法测得的比总损耗、励磁功率等测量结果明显低于GBT13789-2008方法的测量结果，本方法直接测量的结果更接近样品真实值。附图说明图1为本发明用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计横截面示意图；图2为为本发明用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计纵截面示意图；图3为本发明用于取向硅钢片性能检测的检测装置结构简图。其中：U型上磁轭1、U型下磁轭2、次级线圈绕组3、初级线圈绕组4、待测试样5、支撑板6、H线圈单元7、交流磁化电源8、频率计9、无感精密电阻器10、双路同步采样测量装置11。具体实施方式下面结合附图、具体实施例和对比例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。如图1、图2所示的用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，包括U型上磁轭1、U型下磁轭2、初级线圈绕组4、次级线圈绕组3、H线圈绕组及支撑板6。其中，U型上磁轭1与U型下磁轭2尺寸相同，U型上磁轭1与U型下磁轭2对称布置且对合形成一个封闭磁轭，支撑板6位于封闭磁轭的内部；次级线圈绕组3位于初级线圈绕组4内部且均布置在支撑板6上，待测试样5放置于支撑板6上且位于次级线圈绕组3中间；H线圈绕组位于待测试样5下表面中间部位的下方，用于检测待测试样5表面的磁场强度。因单片待测试样尺寸为500mm×500mm，由于待测试样本身性能的均匀性问题，即H线圈绕组的设计应尽可能地覆盖整个待测试样的面积，但H线圈绕组过大、绕线过密，又会带来H线圈绕组分布电容过大、测量结果偏高的问题。因此，本发明的单片磁导计中H线圈绕组包括3～5个本实施例中优选为4个大小相等且等间距分布的H线圈单元7，每相邻两个H线圈单元7的间距为20～30mm，并串联布置，所有H线圈单元7沿待测试样5的中心轴对称分布在待测试样下表面中间部位的下方。另外，初级线圈绕组4、次级线圈绕组3和所有H线圈单元7均从同一端开始缠绕且绕制方向相同。由于待测试样5的尺寸为500mm×500mm，因此，每个H线圈单元7均采用直径为D的铜线在长度为250±1mm、宽度为85±0.2mm、厚度为1±0.1mm的不导电非磁性的板材上连续、均匀、紧密缠绕成长度为l的1层线圈，l＝D×绕组匝数，且l小于板材的长度。因线圈绕组绕线电阻与铜线直径D成反比，但线圈绕组间的分布电容与铜线直径D成正比，加上H线圈感应电压是本身很微弱，因此，为了尽量降低绕线电阻的分布电容和额外损耗功率，必须合理配置铜线直径D与绕组匝数，即本实施例中，铜线直径D为0.15～0.25mm优选0.2mm，l为180～220mm优选200±0.2mm。待测试样与U型上磁轭1和U型下磁轭2构成封闭的磁场回路，且封闭磁轭的横截面积远大于待测试样5的横截面积，通过测量H线圈绕组的平均H线圈感应电压UHt来获得磁场强度，再通过次级线圈绕组的测量次级线圈绕组感应电压U2t获取磁通密度即可测量待测试样的磁特性。本发明单片磁导计是采用H线圈绕组电感线圈直接测量电工钢带片单片试样的磁极化强度，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。如图3所示为用于取向硅钢片性能检测的检测装置，包括交流磁化电源8、无感精密电阻器10、双路同步采样测量装置11及单片磁导计，以及与交流磁化电源8并联的频率计9；其中，单片磁导计为上述的单片磁导计，在此不再赘述，交流磁化电源8用于为单片磁导计供电。无感精密电阻器10的一端与交流磁化电源8的一端连接，无感精密电阻器10的另一端与单片磁导计中的初级线圈绕组4的一端连接，初级线圈绕组4的另一端与交流磁化电源8的另一端连接；单片磁导计中的每个H线圈单元7的两端均与双路同步采样测量装置11相连，单片磁导计中的次级线圈绕组3两端与双路同步采样测量装置11相连，无感精密电阻10的两端还与双路同步采样测量装置11并联，即双路同步采样测量装置用于测量单片磁导计中所有H线圈单元的H线圈单元感应电压UHt之和的均值UH0t测量每个H线圈单元的电压，然后就平均值、次级线圈绕组5的测量次级线圈绕组感应电压U2t及无感精密电阻两端的电压U1t，并计算所有H线圈单元感应电压UHt之和的均值UH0t。H线圈绕组因所获取的信号通常在毫伏级，须采用低噪声放大器和抑制各种噪声才能得到好的再现性。使用一个纯净的直流电源给前置放大器供电，可以使其免受工频噪声的干扰。在磁化待测试样时，因线圈内的空气场同样会被磁化，这会带来额外的功率损耗，造成待测试样损耗偏高的假象，因此，必须对空气磁通的影响进行补偿。当前一般通过互感线圈来实现，但是，互感线圈的绕组间电容耦合会导致次级电压发生显著的相位移，从而使损耗测量出现相应的误差，因此，必须确保互感线圈不会导致次级电压发生显著的相位移。采用互感线圈，随着测量频率的变化，相应的相位移不可避免，在此基础上，本方法提出使用数字空气磁通补偿，其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位移和线圈阻抗的增大。数字空气磁通补偿用类似于互感器的原理来实施：式中：U2Ct为补偿后的次级线圈绕组感应电压；U2t为测量次级线圈绕组感应电压；U1t为无感精密电阻Rn两端电压；R为无感精密电阻Rn的电阻值；C为补偿系数，补偿系数值的调整是以在没有待测试样的情况下当交流电通过初级线圈绕组时补偿电压不超过测试仪器次级线圈绕组未补偿电压的0.1％，即不超过测量次级线圈绕组感应电压U2t的0.1％。上述检测装置的检测方法如下：将待测试样置于单片磁导计中；测量单片磁导计中所有H线圈单元的H线圈单元感应电压UHt及测量次级线圈绕组感应电压U2t；计算所有H线圈单元感应电压UHt之和的均值UH0t，并根据数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压U2Ct计算所述待测试样的磁性能参量。经大量试验，使用本发明单片磁导计、检测装置、检测方法测得的比总损耗、励磁功率等测量结果明显低于GBT13789-2008方法的测量结果，通常情况下，在工频和磁极化强度1.7T条件下测量的取向硅钢单片试样的比总损耗低5～10％、励磁功率低10～20％，本方法直接测量的结果更接近样品真实值。而GBT13789-2008方法测量结果明显偏高，致使硅钢产品等级至少降低一个牌号，不利于硅钢产品产出，用户电机或变压器设计。

权利要求：1.一种用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，包括U型上磁轭1、U型下磁轭2、初级线圈绕组4、次级线圈绕组3、H线圈绕组及支撑板6；所述U型上磁轭1与所述U型下磁轭2对称布置且对合形成一个封闭磁轭，所述支撑板6位于封闭磁轭的内部；所述次级线圈绕组3位于所述初级线圈绕组4内部且均布置在所述支撑板6上，待测试样65放置于支撑板6上且位于次级线圈绕组3中间，H线圈绕组位于待测试样5下表面中间部位的下方；其特征在于：所述H线圈绕组包括3～5个大小相等、等间距分布且串联布置的H线圈单元7，所有H线圈单元7沿待测试样5的中心轴对称分布在待测试样5下表面中间部位的下方。2.根据权利要求1所述用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，其特征在于：每个所述H线圈单元7均采用直径为D的铜线在长度为250±1mm、宽度为85±0.2mm的不导电非磁性的板材上连续、均匀缠绕成长度为l的1层线圈，每相邻两匝之间无间隙，l＝D×绕组匝数，且l小于板材的长度；其中，铜线直径D为0.15～0.25mm，l为180～220mm。3.根据权利要求1所述用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，其特征在于：每相邻两个所述H线圈单元7的间距为20～30mm。4.根据权利要求2所述用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，其特征在于：D为0.2mm、l为200±0.2mm。5.根据权利要求2所述用于取向硅钢片性能检测的单片磁导计，其特征在于：所述初级线圈绕组4、所述次级线圈绕组3和所有所述H线圈单元7均从同一端开始缠绕且绕制方向相同。6.一种用于取向硅钢片性能检测的检测装置，其特征在于：包括交流磁化电源8、无感精密电阻器10、双路同步采样测量装置11及单片磁导计，以及与所述交流磁化电源并联的频率计；其中，所述单片磁导计为权利要求1所述的单片磁导计，所述单片磁导计中的每个H线圈单元7的两端均与所述双路同步采样测量装置11相连，所述单片磁导计中的次级线圈绕组3两端与所述双路同步采样测量装置11相连；所述无感精密电阻器10的一端与所述交流磁化电源8的一端连接，所述无感精密电阻器10的另一端与所述单片磁导计中的初级线圈绕组4的一端连接，所述初级线圈绕组4的另一端与所述交流磁化电源8的另一端连接，所述无感精密电阻10的两端与所述双路同步采样测量装置11并联。7.一种如权利要求6所述检测装置的检测方法，其特征在于：所述检测方法为：将待测试样置于单片磁导计中；测量单片磁导计中所有H线圈单元的H线圈单元感应电压UHt及测量次级线圈绕组感应电压U2t；计算所有H线圈单元感应电压UHt之和的均值UH0t，并根据数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压U2Ct计算所述待测试样的磁性能参量；其中，数字空气磁通补偿计算补偿后的次级线圈绕组感应电压式中：U2Ct为补偿后的次级线圈绕组感应电压；U2t为测量次级线圈绕组感应电压；U1t为无感精密电阻Rn两端电压；R为无感精密电阻Rn的电阻值；C为补偿系数，补偿系数值的调整是以在没有待测试样的情况下当交流电通过初级线圈绕组时补偿电压不超过测试仪器次级线圈绕组未补偿电压的0.1％。

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