CN103278698B - 一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法 - Google Patents

一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法,属于材料领域;该装置包括信号发生器、控制器、铁芯、巴克豪森检测器和铁损值输出装置,所述的控制器内包括磁感应强度控制器和巴克豪森噪声-铁损转换器;本发明主要用于在线检测硅钢的铁损,不需要对测量对象进行标准化加工,且在不同的磁感应强度下均可实现铁损的在线即时测量;该检测方法具有检测灵敏度高、测试结果可靠性和重复性好的优点,检测设备重量轻,体积小,检测速度快,特别适合在现场进行在线检测。

Description

一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法
技术领域
本发明属于材料领域,特别涉及一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法。
背景技术
取向硅钢广泛应用于电力和电子等工业领域。取向硅钢的铁损值是其主要性能指标之一。现行测量硅钢铁损的方式主要有两种,一种是利用标准的爱波斯坦试样(SST),将硅钢成品加工成矩形状的标准试样,再通过实验仪器进行标准化测量,在使用方法和试样加工上都存在一定的限制,由于存在滞后性,无法实现在线测量;另一种是使用硅钢铁损值的在线测量仪,但在线测量仪的精度值还不是很高。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法,以达到提高检测灵敏度、可靠性、重复性,减轻装置重量,减小装置体积的目的。
一种取向硅钢铁损值的测量装置,该装置包括信号发生器、控制器、铁芯、巴克豪森检测器和铁损值输出装置,其中,所述的控制器内包括磁感应强度控制器和巴克豪森噪声-铁损转换器;所述的信号发生器的输出端连接控制器内磁感应强度控制器的一个输入端,控制器内磁感应强度控制器的输出端通过磁化线圈连接铁芯,上述铁芯的底部设置有被测硅钢,硅钢上设置有巴克豪森检测器,所述巴克豪森检测器的输出端连接控制器内磁感应强度控制器的另一个输入端和巴克豪森噪声-铁损转换器的输入端,控制器内巴克豪森噪声-铁损转换器的输出端连接铁损值输出装置的输入端。
所述的巴克豪森检测器包括探头和A/D转换器,其中,探头的输出端连接A/D转换器的输入端。
采用取向硅钢铁损值的测量装置进行测量的方法,包括以下步骤:
步骤1、采用磁感应强度控制器设置用户所需目标磁感应强度值及允许误差值;
步骤2、信号发生器发出低频的正弦波信号;
步骤3、巴克豪森噪声检测器检测实际磁感应强度值,并将上述实际磁感应强度值反馈给磁感应强度控制器;
步骤4、磁感应强度控制器判断反馈的磁感应强度值是否在误差允许范围内,若是,则执行步骤5,否则,调整磁感应强度控制器,并返回执行步骤3;
步骤5、采用巴克豪森噪声检测器检测被测硅钢的巴克豪森噪声值,并发送至巴克豪森噪声-铁损转换装置,确定巴克豪森噪声值均方根,根据上述均方根确定铁损值;
步骤6、铁损值输出装置显示铁损值数据结果。
步骤5所述的根据上述均方根确定铁损值,公式如下:
对于普通取向硅钢,巴克豪森噪声值均方根与铁损值间的转换公式如下:
TScq=2.374ZScq–0.217   (1)
其中,ZScq代表巴克豪森噪声值均方根,单位为mV;TScq代表铁损,单位为W/Kg;
对于高磁感取向硅钢,巴克豪森噪声值均方根与铁损值间的转换公式如下:
TShq=2.167ZShq–0.254   (2)
其中,ZShq代表巴克豪森噪声值均方根,单位为mV;TShq代表铁损,单位为W/Kg。
本发明优点:
本发明一种取向硅钢铁损值的测量装置及方法,主要用于在线检测硅钢的铁损,不需要对测量对象进行标准化加工,且在不同的磁感应强度下均可实现铁损的在线即时测量;该检测方法具有检测灵敏度高、测试结果可靠性和重复性好的优点,检测设备重量轻,体积小,检测速度快,特别适合在现场进行在线检测。
附图说明
图1为本发明一种实施例的整体结构框图;
图2为本发明一种实施例的取向硅钢铁损值的测量装置进行测量的方法流程图;
图3为本发明第一种实施例的普通取向硅钢软测量方法输入输出值与SST标准测量值对比示意图;
图4为本发明第二种实施例的高磁感取向硅钢软测量方法输入输出值与SST标准测量值对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
如图1所示,一种取向硅钢铁损值的测量装置,该装置包括信号发生器1、控制器2、铁芯3、巴克豪森检测器4和铁损值输出装置5组成,其中,所述的控制器2内包括磁感应强度控制器和巴克豪森噪声-铁损转换器;所述的信号发生器1的输出端连接控制器2内磁感应强度控制器的一个输入端,控制器2内磁感应强度控制器的输出端通过磁化线圈连接铁芯3,上述铁芯3的底部设置有被测硅钢,硅钢上设置有巴克豪森检测器4,所述巴克豪森检测器4的输出端连接控制器2内磁感应强度控制器的另一个输入端、巴克豪森噪声-铁损转换器的输入端,控制器2内巴克豪森噪声-铁损转换器的输出端连接铁损值输出装置的输入端。所述的巴克豪森检测器包括探头和信号转换器,其中,探头的输出端连接信号转换器的输入端。
本发明实施例中,信号发生器1采用Agilent33520A系列波形发生器,通过USB接口连接控制器2,用于发出低频的正弦波信号;
控制器2采用装有控制系统的PC机或单片机,控制器2内包括磁感应强度控制器和巴克豪森噪声-铁损转换器;控制系统可由c语言实现,主要由带有反馈的控制系统组成;用户设定目标磁感应强度和允许误差值,并将数据传递给巴克豪森检测器4,巴克豪森检测器4将实际的磁感应强度值反馈给磁感应强度控制器。
巴克豪森检测器4由巴克豪森噪声检测探头和A/D转换器组成。巴克豪森噪声检测探头采用以数字信号处理器DSP和嵌入式信号处理器ARM相结合的用于巴克豪森无损应力检测的便携式设备。在低频正弦波信号激励下,取向硅钢内部的磁畴发生不可逆跳跃产生巴克豪森噪声信号,取向硅钢表面的磁畴变化引发巴克豪森噪声信号的变化,检测的巴克豪森均方电压值会随之变化。信号转换器采用单一输入输出端的A/D转换器AD7606,由DB1端口输出至控制器2。
巴克豪森噪声-铁损转换器采用设置有将巴克豪森噪声与铁损进行转换功能的PC机,或设置有将巴克豪森噪声与铁损进行转换功能的传感器,本实施例中采用PC机实现。
铁损值输出装置采用具有体积小、抗干扰性能佳的输出显示器,通过标准的数字化通讯接口(RS485)与控制器相连接。
实施例1
普通取向硅钢化学成分的重量百分比C:0.03%,Si:3.05%,Mn:0.07%,S:0.02%,Cu:0.03%,P:0.01%,Al:0.01%,余量为Fe;对成品板材进行加工取样,沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样;将所选取的标准爱波斯坦试样置于装置的下方待检测;
采用取向硅钢铁损值的测量装置进行测量的方法,流程图如图2所示,包括以下步骤:
步骤1、采用磁感应强度控制器设置用户所需目标磁感应强度值及允许误差值;
设定目标磁感应强度值分别为0.4T、0.5T、0.6T、0.7T、0.8T、0.9T、1.0T、1.1T、1.2T、1.3T,设定允许误差值为±0.5%;
步骤2、信号发生器发出低频的正弦波信号;
步骤3、巴克豪森噪声检测器检测实际磁感应强度值,并将上述实际磁感应强度值反馈给磁感应强度控制器;
步骤4、磁感应强度控制器判断反馈的磁感应强度值是否在误差允许范围内,若是,则执行步骤5,否则,调整磁感应强度控制器,并返回执行步骤3;
步骤5、采用巴克豪森噪声检测器检测被测硅钢的巴克豪森噪声值,并发送至巴克豪森噪声-铁损转换器,确定巴克豪森噪声值(电压值)均方根,根据上述均方根确定铁损值;
根据电压均方根确定铁损值,公式如下:
对于普通取向硅钢,巴克豪森噪声值均方根与铁损值间的转换公式如下:
TScq=2.374ZScq–0.217   (1)
其中,ZScq代表输入值即巴克豪森噪声值均方根,单位为mV;TScq代表输出值即铁损,单位为W/Kg;
步骤6、铁损值输出装置显示铁损值数据结果。
如图3所示,对所选取的标准爱波斯坦试样进行SST测量,获取标准化测量的普通取向硅钢铁损值以进行对比研究;
普通取向硅钢检测结果如表1:
表1
磁感应强度设定值(T) 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
巴克豪森噪声值(mV) 0.150 0.188 0.224 0.260 0.301
本发明得到的铁损值(W/Kg) 0.134 0.224 0.308 0.392 0.489
SST测量铁损参考值(W/Kg) 0.137 0.209 0.306 0.395 0.491
磁感应强度设定值(T) 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
巴克豪森噪声值(mV) 0.345 0.391 0.446 0.490 0.548
本发明得到的铁损值(W/Kg) 0.593 0.701 0.830 0.934 1.070
SST测量铁损参考值(W/Kg) 0.599 0.702 0.833 0.944 1.059
测量结果表明:采用软测量方法的计算值与对比实验中普遍采用的SST测量值接近,能够满足测量精度要求。
实施例2
高磁感取向硅钢化学成分的重量百分比C:0.05%,Si:3.09%,Mn:0.07%,S:0.02%,Cu:0.07%,P:0.02%,Al:0.01%,余量为Fe;对成品板材进行加工取样,沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样;将所选取的标准爱波斯坦试样置于装置的下方待检测;
采用取向硅钢铁损值的测量装置进行测量的方法,流程图如图2所示,包括以下步骤:
步骤1、采用磁感应强度控制器设置用户所需目标磁感应强度值及允许误差值;
设定目标磁感应强度值分别为0.4T、0.5T、0.6T、0.7T、0.8T、0.9T、1.0T、1.1T、1.2T、1.3T,设定允许误差值为±0.5%;
步骤2、信号发生器发出低频的正弦波信号;
步骤3、巴克豪森噪声检测器检测实际磁感应强度值,并将上述实际磁感应强度值反馈给磁感应强度控制器;
步骤4、磁感应强度控制器判断反馈的磁感应强度值是否在误差允许范围内,若是,则执行步骤5,否则,调整磁感应强度控制器,并返回执行步骤3;
步骤5、采用巴克豪森噪声检测器检测被测硅钢的巴克豪森噪声值,并发送至巴克豪森噪声-铁损转换器,确定巴克豪森噪声值(电压值)均方根,根据上述均方根确定铁损值;
对于高磁感取向硅钢,巴克豪森噪声值均方根与铁损值间的转换公式如下:
TShq=2.167ZShq–0.254   (2)
其中,ZShq代表输入值即巴克豪森噪声值均方根,单位为mV;TShq代表输出值即铁损,单位为W/Kg。
步骤6、铁损值输出装置显示铁损值数据结果。
如图4所示,对所选取的标准爱波斯坦试样进行SST测量,获取标准化测量的高磁感取向硅钢铁损值以进行对比研究;
高磁感取向硅钢检测结果如表2:
表2
磁感应强度设定值(T) 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
巴克豪森噪声值(mV) 0.170 0.209 0.242 0.282 0.327
本发明得到的铁损值(W/Kg) 0.113 0.198 0.271 0.358 0.455
SST测量铁损参考值(W/Kg) 0.129 0.208 0.262 0.357 0.449
磁感应强度设定值(T) 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
巴克豪森噪声值(mV) 0.385 0.447 0.498 0.550 0.590
本发明得到的铁损值(W/Kg) 0.581 0.715 0.826 0.938 1.025
SST测量铁损参考值(W/Kg) 0.573 0.719 0.819 0.946 1.033
测量结果表明:采用软测量方法的计算值与对比实验中普遍采用的SST测量值接近,能够满足测量精度要求。
采用此方法将硅钢的铁损值与产生磁化的电压数值对应起来,在同一阶梯电压下,硅钢的铁损值随磁场强度的变化发生线性变化,若磁化力得到某一量值,硅钢内的磁极分子会发生转动,在转动过程中出现的巴克豪森噪声信号值包含铁损的变化信息;通过检测系统的设计及对数据文件中的数据做相应的线性处理后,可以通过对巴克豪森噪声电压均方根值的检测实现对硅钢铁损的在线检测。
对经过不同处理后的普通取向硅钢和高磁感取向硅钢分别进行巴克豪森噪声测量、铁损值计算和测量,结果表明,采用软测量方法的计算值与对比实验中普遍采用的SST测量值接近,能够满足测量精度要求。

Claims (2)

1.一种取向硅钢铁损值的测量方法,该方法采用取向硅钢铁损值的测量装置,该装置包括信号发生器(1)、控制器(2)、铁芯(3)、巴克豪森检测器(4)和铁损值输出装置(5),其中,所述的控制器(2)内包括磁感应强度控制器和巴克豪森噪声-铁损转换器;所述的信号发生器(1)的输出端连接控制器(2)内磁感应强度控制器的一个输入端,控制器(2)内磁感应强度控制器的输出端通过磁化线圈连接铁芯(3),上述铁芯(3)的底部设置有被测硅钢,硅钢上设置有巴克豪森检测器(4),所述巴克豪森检测器(4)的输出端连接控制器(2)内磁感应强度控制器的另一个输入端和巴克豪森噪声-铁损转换器的输入端,控制器(2)内巴克豪森噪声-铁损转换器的输出端连接铁损值输出装置的输入端,其特征在于:方法包括以下步骤:
步骤1、采用磁感应强度控制器设置用户所需目标磁感应强度值及允许误差值;
步骤2、信号发生器发出低频的正弦波信号;
步骤3、巴克豪森噪声检测器检测实际磁感应强度值,并将上述实际磁感应强度值反馈给磁感应强度控制器;
步骤4、磁感应强度控制器判断反馈的磁感应强度值是否在误差允许范围内,若是,则执行步骤5,否则,调整磁感应强度控制器,并返回执行步骤3;
步骤5、采用巴克豪森噪声检测器检测被测硅钢的巴克豪森噪声值,并发送至巴克豪森噪声-铁损转换装置,确定巴克豪森噪声值均方根,根据上述均方根确定铁损值;
步骤6、铁损值输出装置显示铁损值数据结果。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢铁损值的测量方法,其特征在于:步骤5所述的根据上述均方根确定铁损值,公式如下:
对于普通取向硅钢,巴克豪森噪声值均方根与铁损值间的转换公式如下:
TScq=2.374ZScq-0.217   (1)
其中,ZScq代表巴克豪森噪声值均方根,单位为mV;TScq代表铁损,单位为W/Kg;
对于高磁感取向硅钢,巴克豪森噪声值均方根与铁损值间的转换公式如下:
TShq=2.167ZShq-0.254   (2)
其中,ZShq代表巴克豪森噪声值均方根,单位为mV;TShq代表铁损,单位为W/Kg。
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