NL7906646A - Inrichting voor het magnetisch beproeven van ferro- magnetisch materiaal. - Google Patents

Description

« ... fc S/tj/lh/99

Inrichting voor het magnetisch beproeven van ferro-magnetisch materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op het magnetisch beproeven van ferro-magnetisch materiaal, en in het bijzonder betrekking op inrichtingen voor het continu magnetisch beproeven van electrisch staalplaat, d.w.z. plaat die bedoeld is om 5 een deel te vormen van de magnetische kringloop van electri-sche inrichtingen, zoals transformatoren, motoren en generatoren.

De vervaardiging van ferro-magnetische plaat of ferro-magnetisch strookmateriaal, in het bijzonder magnetisch 10 zachte plaat en strook zoals zacht staal met een laag koolstofgehalte of electrische staalsoorten met silicium in concentraties tot 6 gew. %, omvat een aantal warmtebehandelingen om de gewenste mechanische en magnetische eigenschappen te verkrijgen. Gebleken is dat de verschillende warmtebehande-15 lingen waaraan de plaat wordt onderworpen, in het bijzonder de laatste warmtebehandeling, de magnetische eigenschappen in aanzienlijke mate beinvloeden, en de omstandigheden waaronder de warmtebehandelingen plaatsvinden moeten op de één of andere wijze beheerst worden om de magnetische eigenschappen 20 binnen aanvaardbare grenzen te houden. Eén belangrijk magnetische parameter die binnen bepaalde grenzen geregeld moet worden is het totale vermogensverlies dat optreedt in de plaat wanneer deze door een wisselend veld wordt geexciteerd; daar deze parameter een aanvaard kwaliteitskriterium is, is een 25 nauwkeurige meting van dat vermogensverlies belangrijk.

Op conventionele wijze wordt het vermogensverlies vastgesteld waardoor kleine strookmonsters te beproeven die af gesneden worden van produktiemateriaal en die in een magnetische kringloop worden aangebracht. Een bekende werkwijze 30 voor het beproeven van het vermogensverlies is bekend als de werkwijze van Epstein. Dit is een statistische werkwijze en deze wordt erdoor gekenmerkt dat slechts relatief onregelmatige beproeving van op een continue lijn vervaardigde strook raogelijk is.

7906646 ' -**> - ' '* , -2-

Wanneer strook vervaardigd wordt op een continue lijn, moet de nauwkeurige meting van het vermogensver.lies relatief snel gebeuren wanneer de hoeveelheid van het vervaardigde strookmateriaal met onjuiste magnetische eigenschappen 5 tot een minimum beperkt moet worden of wanneer de produktié-snelheid niet verlaagd moet worden wanneer strookmonsters worden afgesneden en gemeten volgens de Epstein-methode.

In het Engelse octrooischrift no. 1427703 wordt een inrichting beschreven voor het continu beproeven van 10 electrisch staal strookmateriaal met een werkwijze die het magnetiseren van de strook omvat in een bepaald gebied wanneer dit het einde van de lijn nadert en het meten van het geïnduceerde magnetische veld met behulp van geschikte sensoren.

Het kernverlies kan dan wordt afgeleid en worden vertaald voor 15 het vertonen van een meting van de aangelegde en de geïnduceerde magnetische velden.

Om zowel een hoog nauwkeurigheidsniveau en een hoog niveau van consistentie in de metingen van het kernver-lies te bereiken, moet een uniform magnetisatieniveau worden 20 verkregen over tenminste dat gebied van de strook waar de sensoren gevoelig zijn.. In de inrichting welke in een andere octrooiaanvrage van ons wordt beschreven, wordt de strook uniform gemagnetiseerd door een om een geschikte vorminrich-ting gewonden electromagneet, welke dat gedeelte van de strook 25 dat beproefd wordt omgeeft. Een dergelijke vorm van electromagneet begrenst echter de beproevingsprocedure tot die waarbij magnetische velden worden gebruikt met krachtlijnen die tenminste nagenoeg dezelfde richting verlopen als de voort-bewegingsrichting van de strook waardoor geen mogelijkheid 30 bestaat om de magnetisatie van de strook te beproeven dwars op deze richting. Ook treden problemen op bij het geleiden van de strook door de electromagneet, in het bijzonder wanneer deze voorzien is van afsluitingen die dienen om de rand-effekten van de electromagneet te compenseren en andere veld-35 verstoringen.

* Daar de magnetische beproeving van zoveel iso- tropisch als anisotropisch electrisch staalplaat of strookmateriaal met verschillende veldrichting in sterke mate be- 79 0 6 6 4 6 * » :$ -3- langrijker aan het worden is, is het een doel van de huidige uitvinding middelen te verschaffen voor het continu magnetiseren van een gedeelte van een strook in elke willekeurige veldrichting.

5 Overeenkomstig het breedste aspect van de huidige uitvinding, omvat een inrichting voor het magnetisch beproeven van plaat of strookmateriaal een magnetiseringssysteem dat op een afstand van elkaar liggende reeksen van tenminste nagenoeg evenwijdige rechtlijnige geleiders omvat die nabij 10 het vlak van de te beproeven plaat of het strookmateriaal worden ondersteund, waarbij deze geleiders zodanig zijn aangesloten dat een magnetische stroom loopt zodanig dat de in de reeksen opgewekte velden tegengesteld gericht zijn. Met deze vorm zal het veld in de ruimte tussen de reeksen tenminste 15 nagenoeg loodrecht op het vlak van de plaat of strook staan.

Het magnetische veld dat gebruikt wordt voor het beproeven van de plaat of het strookmateriaal is dat veld dat opgewekt wordt in het gebied van de plaat of strook waarover de geleiders van elke reeks zich uitstrekken? met de speciale 20 vorm van evenwijdige en rechtlijnige geleiders, wordt een beproevingsveld met de bestmogelijke mate van homogeniteit bereikt. Door gebruik te maken van de uitvinding, zal het in de strook geïnduceerde veld zich loodrecht op het vlak van de strook uitstrekken en kan dit dienovereenkomstig gemakkelijk 25 worden gedetecteerd en gemeten onafhankelijk van de richting daarvan. Daar de reeksen geleiders in het magnetiseringssysteem van de uitvinding slechts nabij het vlak van de plaat of strook zijn geplaatst, en deze niet omhullen, kan de richting van het door de reeksen opgewekte veld zonder probleem over 30 300°C worden geroteerd, om het te beproeven in meerdere richtingen mogelijk te maken.

Om verstoring van het door de reeksen opgewekte veld verder te verminderen, worden de afzonderlijke geleiders in de reeksen onderling verbonden met verdere geleiders die 35 zich loodrecht op de reeksen uitstrekken. Met deze vorm van kringloop zal het door de stroom in de andere geleiders opgewekte magnetische veld ook tenminste geen component hebben in de richting van het magnetische veld zoals wordt gebruikt 7906646 -4- voor het beproeven; verstoring van het beproevingsveld wordt dus verder vermeden.

Geschikte reeksen geleiders worden naast elk van de vlakken van de plaat of strook die beproefd wordt aange-5 bracht, om de sterkte en homogeniteit van het beproevingsveld te verbeteren.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, worden de reeksen geleiders gecombineerd met een zacht magnetische afsluiting die dient om de reluctantie van de magneti-10 sche kringloop die de plaat of strook welke beproefd wordt omvat, te verminderen. De afsluitingen hebben gewoonlijk de vorm van een centrale poot en twee buitenste poten waarvan de vrije einden vlak bij het vlak van de plaat of strook eindi- , gen. In het geval wanneer een paar reeksen nabij tenminste . 15 één vlak van de plaat of strook zijn aangebracht, wordt elke reeks van het paar in de ruimte tussen de centrale poot en de respectieve buitenste poot van de afsluiting geplaatst. Wanneer reeksen nabij elk van de vlakken van de plaat of strook worden aangebracht, worden twee tenminste nagenoeg identieke 20 afsluitingen aangebracht symetrisch over de plaat.

Om te verzekeren dat de magnetische beproevings-inrichting volgens de uitvinding in elke richting gebruikt kan worden, moet de sensor voor het detecteren van de intensiteit van het magnetische veld, zoals geïnduceerd in de plaat 25 of strook door het aangelegde veld, ook over 360° geroteerd kunnen worden. Wanneer de sensor op geschikte wijze een spoel is, die inductief gekoppeld is met het te meten veld, moet de spoel zodanig worden aangebracht dat deze gesneden kan worden door het te meten veld, onafhankelijk van de richting van het 30 veld.

In een uitvoeringsvorm omvat de sensor een platte spoel die nabij het vlak van de strook ligt in de ruimte tussen de geleiderreeksen. In deze constructie, omsluit de spoel het magnetische veld dat loodrecht op het vlak van de 35 strook staat. Ook kan de electromagneet zodanig worden aangebracht dat deze een gedeelte van het aangelegde of geïnduceerde magnetische veld omsluit dat zich buiten de rand van de . strook uitstrekt.

7906646 -5-

In het geval waarin het magnetische systeem een magnetische kern omvat, kan de spoel om de gehele spoel, of om een gedeelte daarvan worden gewonden. De sensorspoel wordt gewoonlijk om een centraal gedeelte van de kern gewikkeld om 5 verstorende randeffekten te vermijden,door dat gedeelte te omsluiten door aangebracht openingen.

Hierna zullen uitvoeringsvormen van de uitvinding worden beschreven aan de hand van de bijgevoegde tekeningen.

Figuur 1 is een bovenaanzicht van een stuk strook-10 materiaal van staal, dat bedoeld is voor electromagnetische toepassingen waarbij op een afstand van elkaar liggende reeksen geleiders worden getoond overeenkomstig de uitvinding, voor het induceren van een magnetisch veld in de strook.

Figuur 2 is een perspectivisch zijaanzicht van • 15 de strook van figuur 1, waarin op een afstand van elkaar liggende reeksen geleiders worden getoond nabij elk vlak van de strook.

Figuur 3 is een doorsnede van de strook uit de figuren 1 en 2, waarin de magnetische veldlijnen in de strook 20 worden getoond wanneer deze gemagnetiseerd wordt door het inschakelen van de reeksen geleiders.

Figuur 4 is een perspectivisch zijaanzicht van de geleiderreeksen van figuren 1 en' 2, omsloten in een magnetische kern.

25 Figuur 5 is een bovenaanzicht van de constructie van figuur 1, met inbegrip van een spoel voor het detecteren van het in de strook geïnduceerde magnetisch veld, door het inschakelen van de geleiderreeksen.

Figuur 6 toont een andere constructie van de spoel 30 voor het detecteren van het in de strook van figuur 3 geïnduceerde magnetische veld.

In figuur 1 wordt een continue strook 2 van staal weergegeven die bedoeld is om gebruikt te worden voor electromagnetische toepassingen, waarbij deze strook in de richting 35 van de pijl beweegt en op een plaats nabij het einde van de lijn, waarin deze is bewerkt. In het algemeen zal de plaats waar het staal beproefd wordt op magnetische eigenschappen liggen na de laatste warmtebehandeling en afwerking, en wan- 70 0 6 fi L ft * ** 1 i -6- neer de strook in de toestand is waarin deze opgespoeld kan worden. Op deze plaats en voor het beproeven op de wijze zoals beschreven in ons engelse octrooischrift no. 1427703/ wordt de strook uniform gemagnetiseerd in een gekozen richting die, 5 in de beschreven uitvoeringsvormen, dwars staat op de voort-bewegingsrichting van de strook.

De strook wordt gemagnetiseerd door het magnetisch veld dat wordt opgewekt door een electrische stroom door twee -reeksen, 6 en 8, van evenwijdige rechtlijnige geleiders, die 10 door een ruimte 10 van elkaar worden gescheiden. De reeksen zijn in serie geschakeld met een stroombron (niet getoond) zodat de stroom in alle geleiders van reeks 6 in dezelfde richting verloopt en tegengesteld aan de richting van de stroom in de geleiders van de reeks 8.

15 Overeenkomstig de uitvinding, zullen de geleiders in de reeks 6 en de geleiders in de reeks 8 elk, wanneer deze ingeschakeld worden, een magnetisch veld produceren voor het beproeven van de strook. Het veld zal tenminste nagenoeg homogeen zijn over het door de op een afstand van elkaar liggende 20 geleiders bestreken gebied en hierdoor zal een overeenkomend, ' tenminste nagenoeg homogeen magnetisch veld in de strook 2 worden geïnduceerd. Zoals in figuur 3 wordt getoond, is de richting van de door de reeksen 6 en 8 geinduceerde velden tegengesteld zodat, in de ruimte tussen de reeksen de flux van 25 de strook tenminste nagenoeg loodrecht op het vlak van de strook zal staan. De magnetische kringlopen zullen buiten de strook worden gesloten door het veld dat zich van de ruimte 10 af uitstrekt, en de strook binnentreedt ter plaatse van de vrije randen.

30 Door de afzonderlijke geleiders in de reeksen te verbinden met geleiders die zich langs de richting van het geinduceerde veld uitstrekken, zal het door deze leidingen opgewekte veld geen component hebben in de richting van het geinduceerde veld, dat geproduceerd is door het inschakelen 35 van de geleiderreeksen. Hierdoor zal weer een minimale verstoring van het geinduceerde veld worden geproduceerd. Bij voorkeur geschiedt de verbinding met de stroombron ook met behulp van leidingen die zich in de richting van de leidingen welke 7906646 . «- >* -7- geleiders verbinden uitstrekken, waarbij het door de reeksen geïnduceerde veld tenminste nagenoeg onaangetast blijft.

Figuur 2 toont reeksen geleiders, die symmetrisch zijn aangebracht ten opzichte van de reeksen 6 en 8, maar 5 nabij het andere vlak van de strook 2. Deze andere reeksen 12,14 zijn op overeenkomstige wijze met elkaar verbonden en met de stroombron.

Figuur 4 toont het magnetische systeem van figuur 2 waarbij echter de op een afstand van elkaar liggende reek-10 sen geleiders nabij de vlakken aan weerszijden van de strook 2 worden cmsloten binnen ferro-magnetische afsluitingen 16 en 18«

Elk van de afsluitingen omvat een centrale poot tezamen met twee buitenste poten, waarbij de vrije einden 15 daarvan eindigen direkt nabij het vlak van de strook 2, om de magnetische reluctantie tot een minimum te beperken. Zoals in figuur 4 'wordt getoont, worden de reeksen 6 en 8 omsloten door een kern 16, resp. aan weerszijden van de centrale poot? op overeenkomstige wijze worden de reeksen 12,14 nabij het vlak 20 .aan de andere zijde van de strook 2 in een kern 18 omsloten resp. aan weerszijden van de centrale poot.

De kernen 16 en 18 verminderen de reluctantie van de magnetische kringloop met inbegrip van de strook 2 en vergroten de sterkte van het geïnduceerde magnetische veld zonder 25 een toename in de benodigde stroom voor het van energie voorzien van de geleiderreeksen. De kernen verbeteren ook de homogeniteit van het veld zonder dat de mogelijkheid om de strook te magnetiseren in elke gewenste richting wordt belemmerd.

Bij het magnetisch beproeven van ferro-plaat of 30 strookmateriaal, wordt een eigenschap van de strook afgeleid door het veld te meten dat in de strook wordt geïnduceerd door een aangelegd magnetisch veld of een funktie van de sterkte van het aangelegde veld. De grootte van het aangelegde veld wordt gemeten nabij de strook met algemeen bekende middelen? 35 het geïnduceerde magnetische veld wordt gemeten waarbij de strook zich in de positie bevindt in het bijbehorende vlak.

In de beide gevallen moet een sensor worden gebruikt die reageert oo een veldsterkte en rotatie over 360° mogelijk maakt.

7906646 -8-

Figuren 5 en 6 tonen verschillende uitvoeringsvormen van een sensor in de vorm van een spoel die een magnetisch veld kan meten dat in een bewegende strook is geïnduceerd door het aangelegde magnetische veld, dat overeenkomstig 5 de uitvinding wordt opgewekt. In figuur 5, die een bovenaanzicht is van de strook waarbij zich nabij een vlak op een afstand van elkaar liggende reeksen 20,24 bevinden van magneti-seer-geleiders, omvat de sensor een spoel 22 die evenwijdig ligt aan het vlak van de strook 2 en een aanzienlijk gedeelte 10 van het magnetische veld kan onderscheppen dat zich uitstrekt van de strook loodrecht op het. vlak daarvan in de ruimte tussen de reeksen. De emk, opgewekt door de spoél, is evenredig met het geïnduceerde veld en kan worden vergeleken met het aangelegde veld om een indicatie te verkrijgen van de kwali-- 15 teit van de strook. In een andere uitvoeringsvorm, waarin de geleiderreeksen van figuur 5 binnen de poten van een magnetische kern worden omsloten, kan de sensorspoel 22 in een vergelijkbare positie worden gebruikt maar aangebracht in de tussenruimte tussen de vrijliggende vlakken van de centrale poten 20 in de strook. Dergelijke zoekspoelen kunnen nabij elk van de vlakken van de strook worden aangebracht overeenkomstig de opstelling van de geleiderreeksen die gebruikt worden voor de magnetisatie.

Figuur 6 toont een alternatieve vorm van een 25 spoelsensor, die gebruikt wordt in het geval waarin de geleiderreeksen zijn opgenomen in een magnetische kern. In dit geval wordt het in de strook geïnduceerde magnetische veld door een spoel gedetecteerd die de flux meet in tenminste een gedeelte van de kern. Zoals in de tekening wordt getoond, 30 worden vier op geschikte wijze verbonden spoelen symmetrisch aangebracht zodanig dat een centraal gedeelte van de kern wordt omsloten, alhoewel verdere spoelers gebruikt kunnen worden nabij de axiale einden aan weerszijden. De lus van elke spoel wordt gesloten doordat deze zich uitstrekt door een 35 opening die aangebracht is in het geschikte gedeelte van de kern overeenkomstig het gedeelte van de flux dat daarin moet worden gedetecteerd. Deze vorm van sensorspoelconstractie heeft het voordeel dat deze synchroon met de kern en met het 7906646 <r -9- magnetiseringssysteem voortbewogen kan worden.

De spoel of spoelen in de uitvoeringsvorm van figuur 6 detecteren de flux die de magnetische kringloop buiten de strook zelf sluit. Een gedeelte van deze flux zal 5 de magnetische kringloop sluiten in de lucht buiten de afsluiting; vanwege de hoge permeabiliteitverhouding. van het materiaal van de omsluiting en de lucht, is het gedeelte van de flux dat zich buiten de omsluiting bevindt verwaarloosbaar, 7906646

Claims (11)

1. 2. Inrichting volgens conclusie 1, 10 met het kenmerk, dat de afzonderlijke geleiders in de reeks onderling worden verbonden door andere geleiders die zich loodrecht op de richting van de reeksen uitstrekken.
2. 3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat reeksen geleiders nabij elk van de vlak-15 ken van de te beproeven plaat of strook zijn aangebracht.
3. 4. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de reeksen geleiders worden gecombineerd met een zacht magnetische afsluiting, welke dient om de reluctantie van de magnetische kringloop welke de be- 20 proefde strook of plaat omvat, te verminderen.
4. 5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een afsluiting een centrale poot en twee buitenste poten omvat waarvan de vrije einden dicht bij het vlak van de plaat of strook eindigen.
5. 6. Inrichting volgens ëén van -de voorgaand con clusies, met het kenmerk, dat de reeks geleiders zodanig zijn gemonteerd dat zij kunnen roteren om een as loodrecht op het vlak van de beproefde plaat of strook.
6. 7. Inrichting volgens éën van de voorgaande con-30 clusies, gekenmerkt door sensormiddelen voor het detecteren van de intensiteit van het in de beproefde plaat of strook geïnduceerde magnetische veld.
7. 8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de sensormiddelen een inductief met de 35 plaat of strook gekoppelde spoel omvatten.
8. 9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de sensor een vlakke spoel omvat die na- 7906646 * * » -11- bij het vlak van de plaat of strook ligt en in de ruimte tussen de geleiderreeksen.
9. 10. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk/ dat de spoel zodanig is aangebracht dat deze . 5 een gedeelte van het veld omsluit dat zich buiten de rand van de plaat of strook uitstrekt.
10. 11. Inrichting volgens conclusie 8/ met het kenmerk, dat de spoel gewikkeld om een magnetische afsluiting of. om een gedeelte daarvan, waarin de reeksen ge-10 leiders zijn opgenomen.
11. 12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de spoel om een centraal gedeelte van een magnetische afsluiting is gewikkeld. 7906646