CN103713267A - 一种电工钢连续铁损测量线框 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电工钢连续铁损测量线框，横向安装在硅钢片生产线上，由里到外依次包括骨架、空气磁通补偿线圈、感应线圈、励磁线圈、直流磁场补偿线圈和环路线圈，各线圈间通过绝缘层隔离；骨架的开口尺寸需使硅钢片能从骨架的空腔中穿过；空气磁通补偿线圈用于抵消感应线圈所包围的空气产生的磁感应强度；感应线圈用于感应硅钢片的磁感应强度；励磁线圈用于对硅钢片施加励磁场；直流磁场补偿线圈用于对硅钢片施加与环境场相反方向且动态可调节的直流磁场；环路线圈用于测量环路磁场的大小。本发明的线框结构，能修正有效磁路长度，能动态自动调节地磁场及周围环境直流磁场对硅钢测量带来的误差，并满足安培环路电流法的测量条件。

Description

一种电工钢连续铁损测量线框

技术领域

本发明涉及硅钢技术领域，特别是涉及一种电工钢连接铁损测试线框。

背景技术

电工钢，也称硅钢片，其动态磁特性直接关系到机电产品的质量、安全性和能源消耗。现有硅钢片磁性测量通过采用爱泼斯坦方圈和单片测量法，其均为闭磁路测量，需要从硅钢卷带两端切取一段硅钢带，并从中剪切符合爱泼斯坦方圈和单片测量规格的样品进行测量，根据测量的铁损和磁感值对整卷硅钢片进行判级，这种测量方式一般很难代表整个硅钢带的磁性能，且对硅钢片的浪费十分惊人。同时，这些样品测量完以后就变成废铁，造成人力、物力和能源的浪费。最关键以及最为重要的一点是从硅钢卷带的头部和尾部分别截取测量样品，这并不能代表整卷硅钢的性能。由于加工工艺影响，其硅钢卷带的头部及尾部的性能（铁损和磁感）都较差，这将导致对整个硅钢卷带的判级偏低。

爱泼斯坦方圈和单片测量法的局限性以及不断涌现的测量需求促进了硅钢片在线测量技术的发展，而在线测量技术与爱泼斯坦方圈法和单片测量法最大的差别就在于测量线框的不同，其在线测量线框必须是开磁路的。

在硅钢片在线测量技术中，专利号为CN1928581A的专利《一种硅钢磁性能在线检测方法、线圈及系统》（以下简称参考专利）设计了一种测量线框，其从里到外由骨架、测量线圈和励磁线圈组成，测量线圈包括测量磁感和铁损的测量线圈及测量磁场的线圈，线圈之间通过绝缘层隔离，骨架中留有与硅钢生产线横向尺寸匹配的空腔，整个线圈设置于硅钢生产线上，并使生产线上传输的硅钢穿过骨架空腔。这种线框结构在一定程度上解决了采用爱泼斯坦方圈法和单片测量法存在的局限性，但随着电流法和磁场线圈法被延伸到开磁路测量时，其暴露出很多的缺点，不适用于安培环路电流法和磁场线圈法。

具体如下：安培环路电流法是闭磁路下通用磁场测量手段，基于材料被均匀磁化条件，明显地，在开磁路下，参考专利的线框结构无法满足的这个条件；磁场线圈法基于磁场强度切线分量连续边界条件，要求无限薄的磁场线圈贴紧被测样品表面，但在参考专利的线框结构中，其磁场线圈位于磁感应线圈外围，距离硅钢片距离远远大于额定距离，磁场线圈与被测样品的距离是无法满足磁场线圈法的边界条件，并且其测量数值仍然随样品的种类、宽度、厚度等变化而变化。

因此，参考专利的线圈结构过于简单，距离硅钢片距离较远，测量的硅钢片的磁场值与实际值产生较大的偏差。虽然实现了在线硅钢测量，但由于其简单的结构，导致其测量准确性较差，其测量结果随着硅钢片宽度、厚度、牌号种类的不同而改变，无法满足在线硅钢测量的实时判级。

另外，硅钢测量为交流测量，其地磁场（0.5Oe）以及其他环境直流磁场会使得交流磁滞回线产生严重畸变，交流磁滞回线的面积即为铁损（比总损耗）。因此，磁滞回线面积的改变对硅钢测量产生较大的偏差。而参考专利中没有直流磁场补偿线圈，无法对直流磁场进行补偿，因此其测量结果随环境的影响也较大。此外，硅钢片的比总损耗与磁感的测量结果与温度的改变有关系，而参考专利的测量线框中，没有单独设计测量硅钢带钢板的温度的部件，无法对硅钢片的温度测量进行补偿。

综上所述，本发明为解决当电流法和磁场线圈法被延伸到开磁路测量时，产生的测量结果误差大、测量不准确等问题，设计了一种新的线框结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电工钢连续铁损测量线框，用于解决当电流法和磁场线圈法被延伸到开磁路测量时，现有在线测量技术中存在的测量结果误差大、测量不准确等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电工钢连续铁损测量线框，横向安装在硅钢片生产线上，由里到外依次包括骨架、空气磁通补偿线圈、感应线圈、励磁线圈、直流磁场补偿线圈和环路线圈，各线圈间通过绝缘层隔离；

所述骨架，其开口尺寸需使生产线上的硅钢片能从骨架的空腔中穿过；

所述空气磁通补偿线圈，其用于抵消所述感应线圈所包围的空气产生的磁感应强度；

所述感应线圈，其用于感应硅钢片的磁感应强度；

所述励磁线圈，其用于对硅钢片施加励磁场；

所述直流磁场补偿线圈，所述直流磁场补偿线圈，其用于对硅钢片施加与环境场相反方向且动态可调节的直流磁场；

所述环路线圈，其用于测量环路磁场的大小。

本发明的有益效果是：本发明设计的线框结构，能有效修正有效磁路长度，大幅度降低测量结果随着样品的硅钢片宽度、厚度、牌号种类的不同而改变的程度；增加了直流磁场补偿线圈，能动态自动调节地磁场及周围环境直流磁场对硅钢测量带来的误差；增加了空气磁通补偿线圈，能抵消所述感应线圈所包围的空气产生的磁感应强度，提高了测量精度；增加了环路线圈，使线框结构能满足安培环路电流法的测量条件。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述骨架的开口尺寸至少大于硅钢片宽度的20%。

进一步，所述骨架的厚度大于80mm。

进一步，所述骨架采用合成树脂板，且其侧板为铝材。

进一步，所述骨架的一端侧板上安装有接线端子盒，用于通过接线端子盒中的屏蔽双绞线将测量线框连接至铁损仪。铁损仪即电工钢连续铁损测量装置，其与本发明的测量线框配合使用。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述骨架的开口尺寸至少大于硅钢片宽度的20%，是为防止生产线上硅钢片发生跑偏，确保能使硅钢带从线框空心骨架中穿过。另外，骨架的厚度大于80mm，是为了避免硅钢片在生产过程中发生的断带及剧烈抖动情况。骨架采用合成树脂板，其侧板为铝材，保证了骨架的质量符合生产要求。骨架上接线端子盒的设置，则保证了测量线框与铁损仪的稳定连接。

进一步，所述电工钢连续铁损测量线框安装在硅钢片生产线上时，需要采用与其重量相适应的固定台架作为支撑。

采用上述进一步方案的有益效果是：设计固定台架目的在于支撑整个测量线框进行工作。

进一步，所述感应线圈、直流磁场补偿线圈和环路线圈均匀对称地缠绕在骨架上下两侧的中央位置，所述空气磁通补偿线圈和励磁线圈则绕满整个骨架。

进一步，所述空气磁通补偿线圈和所述环路线圈均包括两个完全相同且串联反接的线圈。

采用上述进一步方案的有益效果是：上述各线圈的结构、位置及连接方式，能保证它们最大限度地发挥其功能。

进一步，所述电工钢连续铁损测量线框还包括一个温度传感单元，其安装在所述骨架中心的外侧位置。

进一步，所述温度传感单元采用铂电阻温度传感器。

采用上述进一步方案的有益效果是：硅钢片的比总损耗与磁感的测量结果与温度的改变有关系，本发明有单独设计的温度传感单元，用于测量硅钢带钢板的温度的部件，对硅钢片的温度测量进行了补偿。

附图说明

图1为本发明所述电工钢连续铁损测量线框的结构示意图；

图2为本发明所述电工钢连续铁损测量线框的应用示例图；

图3为本发明所述电工钢铁损测量线框采用环路线圈电流法的原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、骨架，2、空气磁通补偿线圈，3、感应线圈，4、励磁线圈，5、直流磁场补偿线圈，6、环路线圈，7、温度传感单元，8、硅钢片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例给出了一种电工钢连续铁损测量线框，横向安装在硅钢片生产线上，并与铁损仪配合使用，所述电工钢连续铁损测量线框由里到外依次包括骨架1、空气磁通补偿线圈2、感应线圈3、励磁线圈4、直流磁场补偿线圈5、环路线圈6和温度传感单元7，各线圈间通过绝缘层隔离。

所述骨架1，其开口尺寸需使生产线上的硅钢片能从骨架的空腔中穿过；

所述空气磁通补偿线圈2，其用于抵消所述感应线圈所包围的空气产生的磁感应强度；

所述感应线圈3，其用于感应硅钢片的磁感应强度；

所述励磁线圈4，其用于对硅钢片施加励磁场；

所述直流磁场补偿线圈5，其用于对硅钢片施加与环境场相反方向且动态可调节的直流磁场；

所述环路线圈6，其用于测量环路磁场的大小；

所述温度传感单元7，其安装在所述骨架中心的外侧位置，可以采用铂电阻温度传感器。

本实施例中，所述骨架的开口尺寸至少大于硅钢片宽度的20%，且厚度大于80mm；所述骨架采用合成树脂板，且其侧板为铝材。另外，所述骨架的一端侧板上安装有接线端子盒，用于通过接线端子盒中的屏蔽双绞线将测量线框连接至铁损仪。

此外，所述空气磁通补偿线圈2、感应线圈3、励磁线圈4、直流磁场补偿线圈5和环路线圈6均包括两个完全相同的线圈，且所述感应线圈3、直流磁场补偿线圈5和环路线圈6均匀对称地缠绕在骨架1上下两侧的中央位置，所述空气磁通补偿线圈2和励磁线圈4则绕满整个骨架1。另外，所述空气磁通补偿线圈2和所述环路线圈6均包括两个完全相同且串联反接的线圈。

如图2所示，本实施例所述的电工钢连续铁损测量线框，其沿生产线流动方向横向安装在硅钢片生产线上，并与铁损仪配合使用，其安装在硅钢片生产线上时，需要采用与其重量相适应的固定台架作为支撑。

本实施例的测量线框适用于环路线圈电流法（也称为有效磁路长度实时测量法），如图3所示，因为线框中材料非均匀磁化，选取中间最均匀一段构建安培环路，即图中A至F所示的环路，为更清楚地说明环路线圈电流法的工作原理，图中仅显示出骨架1、励磁线圈4、环路线圈6和硅钢片8。图中所示环路满足安培环路定理，有如下公式：

$\begin{array}{c}N\·I=H\·L_{\mathrm{AB}}+H_1\·L_{\mathrm{CD}}+\underset{\mathrm{BC}}{\∫}h\·\mathrm{dl}+\underset{\mathrm{DA}}{\∫}h\·\mathrm{dl}\\ N\·I=H\·L_{\mathrm{AB}}+H_2\·L_{\mathrm{EF}}+\underset{\mathrm{BE}}{\∫}h\·\mathrm{dl}+\underset{\mathrm{FA}}{\∫}h\·\mathrm{dl}\\ H=\frac{N\·I(H_1+H_2)/2-K/2}{L_{\mathrm{AB}}}\\ K=\underset{\mathrm{BC}}{\∫}h\·\mathrm{dl}+\underset{\mathrm{DA}}{\∫}h\·\mathrm{dl}+\underset{\mathrm{BE}}{\∫}h\·\mathrm{dl}+\underset{\mathrm{FA}}{\∫}h\·\mathrm{dl}=K_{1}I+X\end{array}---\left(1\right)$

其中H为硅钢片内部磁场（在AB范围内均匀分布），H₁为CD范围内实测的平均磁场，H₂为EF范围内实测的平均磁场，N为在AB范围内励磁线圈匝数，I为励磁电流，K是垂直硅钢片方向上的磁势。式中K包含的四个磁势是不能互相抵消的，这是由于励磁线圈长度有限造成的，幸运的是因为其与硅钢片垂直，硅钢片的退磁场磁力线的影响X是个小量，K主要来源于励磁线圈的电流，可通过空心线圈测量，并且与电流成线性关系，X是与硅钢片磁导率相关的，磁导率是非线性的，故可通过感应电压近似修正。利用上下两个安培环路相加计算磁场可有效防止由于硅钢生产过程中抖动带来影响，且测量结果受样品宽度、厚度、磁导率、抖动等动态条件的影响也不明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电工钢连续铁损测量线框，横向安装在硅钢片生产线上，其特征在于，由里到外依次包括骨架、空气磁通补偿线圈、感应线圈、励磁线圈、直流磁场补偿线圈和环路线圈，且各线圈间通过绝缘层隔离；

所述骨架，其开口尺寸需使生产线上的硅钢片能从骨架的空腔中穿过；

所述空气磁通补偿线圈，其用于抵消所述感应线圈所包围的空气产生的磁感应强度；

所述感应线圈，其用于感应硅钢片的磁感应强度；

所述励磁线圈，其用于对硅钢片施加励磁场；

所述直流磁场补偿线圈，其用于对硅钢片施加与环境场相反方向且动态可调节的直流磁场；

所述环路线圈，其用于测量环路磁场的大小。

2.根据权利要求1所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述骨架的开口尺寸至少大于硅钢片宽度的20%。

3.根据权利要求1所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述骨架的厚度大于80mm。

4.根据权利要求1中任一所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述骨架采用合成树脂板，且其侧板为铝材。

5.根据权利要求4所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述骨架的一端侧板上安装有接线端子盒，用于通过接线端子盒中的屏蔽双绞线将测量线框连接至铁损仪。

6.根据权利要求1所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述电工钢连续铁损测量线框安装在硅钢片生产线上时，需要采用与其重量相适应的固定台架作为支撑。

7.根据权利要求1所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述感应线圈、直流磁场补偿线圈和环路线圈均匀对称地缠绕在骨架上下两侧的中央位置，所述空气磁通补偿线圈和励磁线圈则绕满整个骨架。

8.根据权利要求7所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述空气磁通补偿线圈和所述环路线圈均包括两个完全相同且串联反接的线圈。

9.根据权利要求1至8中任一所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述电工钢连续铁损测量线框还包括一个温度传感单元，其安装在所述骨架中心的外侧位置。

10.根据权利要求9所述的电工钢连续铁损测量线框，其特征在于，所述温度传感单元采用铂电阻温度传感器。

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