CN108226826B - 一种单片磁导计、单片试样测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单片磁导计、单片试样测量装置及测量方法，该单片磁导计包括：U型双磁轭、框架、初级绕组、H线圈对、次级绕组，其中，框架位于U型双磁轭之间；初级绕组分布于框架上；待测试样设置于框架中，H线圈对位于待测试样下方；次级绕组位于初级绕组内部，次级绕组包括分别绕制的三个子绕组：左侧绕组、中间绕组、右侧绕组，左侧绕组、中间绕组和右侧绕组分别设有输入端口和输出端口，通过接入不同子绕组的输入端口及输出端口，选择接入左侧绕组、中间绕组、右侧绕组中的一个或多个。通过实施本发明，提高了待测试样磁场强度测量的准确性；可以测量待测试样不同区域的磁性能参数，提高了适应性，操作简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及电磁测量技术领域，具体涉及一种单片磁导计、单片试样测量装置及测量方法。
背景技术
非晶合金铁心配电变压器空载损耗低，仅相当于普通三级能效硅钢变压器的35％，节能降损效果明显。目前对于我们关注的非晶合金带材的空载损耗磁性能的常用测试方法有环形试样法和单片试样法，环形试样测试方法的主要缺点是制备过程冗长，需要励磁线圈均匀地绕在整个圆环的周围，绕制后样品还需要减压和退火处理，尤其是在低励磁情况下测量误差更为明显。因此对于非晶合金带材磁性能参量的测量，环形试样的测量方法受到了限制。
单片试样测试方法对使用的单片磁导计的制备和测量方法具有较高的要求，而现有测量装置中的单片磁导计多采用单个H线圈，实际测量中不对称磁轭涡流会引起样品表面磁场强度的测量误差；并且现有测量装置中的单片磁导计一旦制成次级绕组就固定了匝数，因此只能测量固定尺寸样品的固定区域，适应性较差，在对比样品区域均匀性进行检测时，需要使用不同尺寸的磁导计并频繁更换样品，操作复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中单片磁导计采用单个H线圈测量待测样品的磁场强度存在较大的误差；并且现有单片磁导计对样品的适应性差，在对比样品区域均匀性进行检测时操作复杂，需要使用不同尺寸磁导计并频繁更换样品的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种单片磁导计，包括：U型双磁轭、框架、初级绕组、H线圈对、次级绕组，其中，所述框架位于所述U型双磁轭之间；所述初级绕组分布于所述框架上；待测试样设置于所述框架中，所述H线圈对位于试样下方；所述次级绕组位于所述初级绕组内部，所述次级绕组包括分别绕制的三个子绕组：左侧绕组、中间绕组、右侧绕组，所述左侧绕组、中间绕组和右侧绕组分别设有输入端口和输出端口，通过接入不同子绕组的输入端口及输出端口，选择接入所述左侧绕组、中间绕组、右侧绕组中的一个或多个。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述U型双磁轭由软磁材料构成。
结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述初级绕组绕制一层或多层。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种单片试样测量装置，包括：交流磁化电源、无感精密电阻器、测量装置及本发明第一方面所提供的单片磁导计，其中，所述交流磁化电源用于为所述单片磁导计供电；所述无感精密电阻器的一端与所述交流磁化电源连接，所述无感精密电阻器的另一端与所述单片磁导计连接；所述测量装置用于测量所述单片磁导计中所述H线圈对的感应电压及所述次级绕组的感应电压，并根据所述H线圈对的感应电压及所述次级绕组的感应电压计算所述待测试样的磁性能参量。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述磁性能参量包括：磁场强度、磁极化强度、比总损耗。
结合第二方面，在第二方面第二实施方式中，所述无感精密电阻为四端电阻，所述四端电阻包括：两个电流端及两个电压端，其中，所述两个电流端与所述初级绕组串联，所述两个电压端与所述测量装置连接。
根据第三方面，本发明实施例提供一种单片试样测量方法，所述单片试样测量方法应用于本发明第二方面提供的单片试样测量装置中，该单片试样测量方法包括：将待测试样置于所述单片磁导计中；接入不同子绕组的输入端口及输出端口，以选择接入所述左侧绕组、中间绕组、右侧绕组中的一个或多个；测量所述单片磁导计中所述H线圈对的感应电压及所述次级绕组的感应电压，并根据所述H线圈对的感应电压及所述次级绕组的感应电压计算所述待测试样的磁性能参量。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的单片磁导计，通过H线圈对的设置，提高了待测试样磁场强度测量的准确性；并且通过接入不同子绕组的输入端和输出端，可以测量待测试样不同区域的磁性能参数，提高了磁导计的适应性，并且在对比待测试样区域均匀性进行检测时，操作简单方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中单片磁导计的结构示意图；
图2为本发明实施例1中磁轭的尺寸示意图；
图3为本发明实施例2中单片试样测量装置的结构示意图；
图4为本发明实施例3中单片试样测量方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种单片磁导计，如图1所示，该单片磁导计包括：U型双磁轭1、框架2、初级绕组3、H线圈对4、次级绕组5。其中，框架2位于U型双磁轭1之间；初级绕组3分布于框架2上。实际检测中，待测试样6放置于框架2中，H线圈对4包括两个H线圈，H线圈对4位于试样下方；次级绕组5位于初级绕组3内部，次级绕组5包括分别绕制的三个子绕组：左侧绕组51、中间绕组52、右侧绕组53，左侧绕组51、中间绕组52和右侧绕组53分别设有输入端口和输出端口，通过接入不同子绕组的输入端口及输出端口，选择接入左侧绕组51、中间绕组52、右侧绕组53中的一个或多个。
本发明实施例提供的单片磁导计，提高了测量待测试样6磁场强度的准确性，并且提高了单片磁导计的适用范围，通过简单操作就可以实现对待测试样6区域均匀性的检测。
在一较佳实施例中，上述U型双磁轭1由低剩磁、低磁阻和低损耗的软磁材料组成，且其横截面积远大于待测试样6的横截面积。
具体地，在一实施例中，如图1所示，上述U型双磁轭1分为上磁轭和下磁轭，上磁轭与下磁轭尺寸相同，且上磁轭与下磁轭对称放置，其中上磁轭可以拆卸，如图2所示，上述上磁轭及下磁轭的尺寸为：磁轭高度为80～120mm，宽度为200mm，内侧长为220mm，磁极面宽度为25mm，两个磁极面应为平行的平面，尺寸公差均小于0.1mm。
具体地，在一实施例中，上述初级绕组3至少长230mm，用直径为1.0mm的铜芯漆包线绕200匝，可以绕制一层或多层，均匀分布在整个框架2上。
具体地，在一实施例中，例如当上述次级绕组5的三个子绕组：左侧绕组51为110匝，中间绕组52为170匝，右侧绕组53为110匝时，如果要测试整个待测试样6区域，就从左侧绕组51输入端口接入，左中右三个绕组都串联在一起，从右侧绕组53输出端口接出，那么次级绕组5为390匝，得到的是整个待测试样6区域的磁性能参量；如果只需要测试待测试样6的中间区域，就只接入中间绕组52的输入端口及输出端口，匝数是170匝，得到中间区域的磁性能参量；如果需要测试待测试样6的左侧和中间区域，就从左侧绕组51的输入端口接入，左中两个绕组串联，从中间绕组52的输出端口接出，次级绕组5的匝数为280匝，得到除去右侧部分的磁性能参量，以此类推，对于同一个待测试样6，能灵活测试不同区域的磁性能参量，方便对比待测试样6的区域均匀性，而不用频繁的更换待测试样6，也无需重复使用多个不同尺寸的磁导计。
具体地，在一实施例中，上述H线圈对4应绕制在非铁磁性电绝缘矩形板上。板的宽度为100mm～120mm，高度不大于3mm。
具体地，在一实施例中，上述待测试样6的尺寸为265mm(长)×142mm(宽)。
实施例2
本发明实施例提供一种单片试样测量装置，如图3所示，包括：交流磁化电源210、无感精密电阻器220、测量装置230及单片磁导计240，其中，该单片磁导计240可为上述实施例1所述的单片磁导计，详细内容请参见实施例1中所述，在此不再赘述。
交流磁化电源210用于为单片磁导计240供电；无感精密电阻器220的一端与交流磁化电源210连接，无感精密电阻器220的另一端与单片磁导计240连接；测量装置230用于测量单片磁导计240中H线圈对4的感应电压及次级绕组5的感应电压，并根据H线圈对4的感应电压及次级绕组5的感应电压计算待测试样6的磁性能参量。
在一较佳实施例中，上述磁性能参量包括：磁场强度、磁极化强度、比总损耗等。
具体地，使用上述单片试样测量装置对待测试样6进行磁性能参量测量的步骤如下：
选取非晶合金带材单片试样尺寸为265mm×142mm，厚度为25μm，无明显毛刺和变形的平直长方形，在氮气气氛保护、350℃条件下退火热处理2小时(h)。
用精度0.01g的天平将待测试样6称取质量m后，放入单片磁导计240中。
按照公式(1)计算待测试样6的有效截面积：
其中，A为待测试样6的横截面积，单位为m2；；m为待测试样6的质量，单位为kg；lm为待测试样6的长度，单位为m；ρ为待测试样6的密度，单位为kg/m3。
测试前对待测试样6进行交流退磁。通过测量装置230在一个或几个磁化周期中测试UH(t)和U2(t)，根据公式(2)和(3)分别计算磁场强度H和磁极化强度J。
其中，H(t)为t时刻的磁场强度，单位为A/m；μ0为常数，真空中的磁导率，单位为H/m；NHAH为H线圈的绕线面积，单位为m2；UH(t)为t时刻的H线圈对4的感应电压，单位为V；H(0)为t＝0时的磁场强度，单位为A/m。
其中，J(t)为t时刻的磁极化强度，单位为T；N2为次级绕组5的匝数；A为待测试样6的横截面积，单位为m2；U2(t)为t时刻的次级绕组5的感应电压，单位为V；J(0)为t＝0时的磁极化强度，单位为T。
测试过程中，H(t)和J(t)构成的磁滞回线应与原点成中心对称图形，比总损耗Ps则相当于由H(t)和J(t)组成的磁滞回线的面积，Ps按照公式(4)计算得出。
其中，Ps为待测试样6的比总损耗，单位为W/kg；ρ为待测试样6的密度，单位为kg/m3；f为频率，单位为Hz；T为周期，单位为s；N2为次级绕组5的匝数；A为待测试样6的横截面积，单位为m2；H(t)为t时刻的磁场强度，单位为A/m；J(t)为t时刻的磁极化强度，单位为T；U2(t)为t时刻的次级绕组5的感应电压，单位为V。
本发明实施例提供的单片试样测量装置，通过利用单片磁导计实现了对待测试样磁性能参量的检测，提高了测量待测试样6磁场强度的准确性，并且提高了磁导计的测量范围，通过简单操作就可以实现对待测试样6区域均匀性的检测。
实施例3
本发明实施例提供一种单片试样测量方法，如图4所示，该单片试样测量方法可应用于实施例2所描述的单片试样测量装置，包括：
步骤S1：将待测试样6置于单片磁导计240中；
步骤S2：接入不同子绕组的输入端口及输出端口，以选择接入左侧绕组、中间绕组、右侧绕组中的一个或多个；
步骤S3：测量单片磁导计240中H线圈对4的感应电压及次级绕组5的感应电压，并根据H线圈对4的感应电压及次级绕组5的感应电压计算待测试样6的磁性能参量。
具体地，上述单片试样测量方法采用的是H线圈测试法，使用整周期同步采样技术，对测试数据进行采集。通过如图3所示的测量装置230同步采样H线圈对4中的感应电压、次级绕组5感应电压，完整记录整周期信号波形，并计算得出磁场强度、磁极化强度、比总损耗等磁性能参量。计算得出该磁场强度、磁极化强度、比总损耗等磁性能参量的过程可参见实施例2中所述。
具体地，上述待测试样6尺寸为265mm×142mm，厚度为25μm，无明显毛刺和变形的平直长方形，在进行上述测量方法前，上述待测试样6需要在氮气气氛保护、350℃条件下进行退火热处理2小时，然后再将上述待测试样6用精度0.01g的天平称取质量后平整的放入上述单片磁导计240中。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种单片磁导计，其特征在于，包括：U型双磁轭(1)、框架(2)、初级绕组(3)、H线圈对(4)、次级绕组(5)，其中，
所述框架(2)位于所述U型双磁轭(1)之间；
所述初级绕组(3)分布于所述框架(2)上；
待测试样(6)设置于所述框架(2)中，所述H线圈对(4)位于待测试样(6)下方；
所述次级绕组(5)位于所述初级绕组(3)内部，所述次级绕组(5)包括分别绕制的三个子绕组：左侧绕组(51)、中间绕组(52)、右侧绕组(53)，所述左侧绕组(51)、中间绕组(52)和右侧绕组(53)分别设有输入端口和输出端口，通过接入不同子绕组的输入端口及输出端口，选择接入所述左侧绕组(51)、中间绕组(52)、右侧绕组(53)中的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的单片磁导计，其特征在于，所述U型双磁轭(1)由软磁材料构成。
3.根据权利要求1所述的单片磁导计，其特征在于，所述初级绕组(3)绕制一层或多层。
4.一种单片试样测量装置，其特征在于，包括：交流磁化电源(210)、无感精密电阻器(220)、测量装置(230)及如权利要求1至3中任一项所述的单片磁导计(240)，其中，
所述交流磁化电源(210)用于为所述单片磁导计(240)供电；
所述无感精密电阻器(220)的一端与所述交流磁化电源(210)连接，所述无感精密电阻器(220)的另一端与所述单片磁导计(240)连接；
所述测量装置(230)用于测量所述单片磁导计(240)中所述H线圈对(4)的感应电压及所述次级绕组(5)的感应电压，并根据所述H线圈对(4)的感应电压及所述次级绕组(5)的感应电压计算所述待测试样(6)的磁性能参量。
5.根据权利要求4所述的单片试样测量装置，其特征在于，所述磁性能参量包括：磁场强度、磁极化强度、比总损耗。
6.根据权利要求4所述的单片试样测量装置，其特征在于，所述无感精密电阻(220)为四端电阻，所述四端电阻包括：两个电流端及两个电压端，其中，所述两个电流端与所述初级绕组(3)串联，所述两个电压端与所述测量装置(230)连接。
7.一种单片试样测量方法，其特征在于，所述单片试样测量方法应用于如权利要求4-6中任一项所述的单片试样测量装置，包括：
将待测试样(6)置于所述单片磁导计(240)中；
接入不同子绕组的输入端口及输出端口，以选择接入所述左侧绕组(510)、中间绕组(520)、右侧绕组(530)中的一个或多个；
测量所述单片磁导计(240)中所述H线圈对(4)的感应电压及所述次级绕组(5)的感应电压，并根据所述H线圈对(4)的感应电压及所述次级绕组(5)的感应电压计算所述待测试样(6)的磁性能参量。
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