專利名稱:測量交流磁性的自校裝置及方法
本發(fā)明屬于磁學(xué)計量測試技術(shù)領(lǐng)域：
。
對軟磁材料來說，大多是使用它們在交流磁場磁化下的特性。描述其交流磁性的參數(shù)有交流磁化曲線、磁滯回線、峰值磁導(dǎo)率等。當(dāng)前主要使用伏安法和交流磁性自動測量法等測量上述的交流磁性參數(shù)。而對這些交流磁性測量裝置的校準(zhǔn)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB-3655-83 1983-05-02發(fā)布的《電工鋼片(帶)磁性能測量方法》進(jìn)行的。按照該文件第7節(jié)“測量裝置的檢定”，對交流磁性測量裝置的校準(zhǔn)是采用計量部門發(fā)放的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行的。它是一種傳統(tǒng)的校準(zhǔn)裝置和方法，在國內(nèi)外廣泛使用著。這種方法對交流磁化曲線量值傳遞的準(zhǔn)確度在最好的情況下也只能達(dá)到±1.5%;標(biāo)準(zhǔn)樣品的性能隨時間、溫度變化而變化，且這種變化是不可逆的;另外標(biāo)準(zhǔn)樣品對外界電磁場干擾敏感，因此樣品的保存條件要求復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈替代標(biāo)準(zhǔn)樣品，以消除標(biāo)準(zhǔn)樣品隨時間、溫度、外界電磁場的影響，從而提高測量裝置的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度。同時，可以達(dá)到對交流磁性測量裝置進(jìn)行自校的目的。
本發(fā)明中測量交流磁性的自校裝置，其發(fā)明要點(diǎn)在于采用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M替代標(biāo)準(zhǔn)樣品，作為自校裝置的組成部分。標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M是不含鐵芯的，無取向的，其精度為1×10-3～1×10-4。
該裝置的磁通波形發(fā)生器鐵芯，可采用園環(huán)形的硅鋼或鐵鎳合金材料。當(dāng)為硅鋼鐵芯時，其外徑可為80～110毫米，內(nèi)徑可為40～70毫米，橫截面積可為4～5平方厘米，線圈初級匝數(shù)可為100～200匝，次級匝數(shù)可為100～300匝;當(dāng)為鐵鎳合金材料時，其外徑可為50～60毫米，內(nèi)徑可為30～40毫米，橫截面積可為1～2平方厘米，線圈初級匝數(shù)可為50～80匝，次級匝數(shù)可為70～100匝。
本發(fā)明中測量交流磁性裝置的自校方法，其發(fā)明要點(diǎn)在于使用上述測量交流磁性裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，是將標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M的互感系數(shù)標(biāo)稱值視為標(biāo)準(zhǔn)量，同時電源頻率f在400～5000赫范圍內(nèi)變化。當(dāng)f調(diào)節(jié)為這個范圍內(nèi)某一值時，將電源U的輸出電壓調(diào)節(jié)在0.1～5伏范圍內(nèi)而進(jìn)行自校。
對附圖1所示的裝置校準(zhǔn)時，把標(biāo)準(zhǔn)互感線圈的互感系數(shù)標(biāo)稱值M視為標(biāo)準(zhǔn)量，另一方面在互感線圈的互感系數(shù)M1值為已知的情況下，當(dāng)電源頻率f給定為某一值時(f的范圍為400～5000赫)，可在0.1～5伏范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電源U的輸出電壓值U。對于一個U值，可對應(yīng)的由電壓平均值測量儀表
U1、
U2測量出一組
U1和
U2值，將5～10組U1和U2值分別代入公式M＝M1U2/
U1計算出標(biāo)準(zhǔn)互感線圈的互感系數(shù)M值，這樣可相應(yīng)求出5～10個M值，然后取算術(shù)平均值。把由此得到的計算值和標(biāo)稱值進(jìn)行比較，即可得到校準(zhǔn)誤差，從而對這種交流磁性測量裝置進(jìn)行了校準(zhǔn)。根據(jù)誤差分析和在“軟磁材料音頻磁特性國家標(biāo)準(zhǔn)裝置”上的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電壓平均值測量儀表
U1和
U2的誤差小于±0.1%，互感線圈的互感系數(shù)M1的誤差小于±0.1%時，本發(fā)明的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5%，比一般的標(biāo)準(zhǔn)樣品法準(zhǔn)確度高3倍。
在磁測量中，大量遇到的是失真波形，當(dāng)在高磁感應(yīng)下進(jìn)行測量時，磁場和磁通波形的畸變是極為嚴(yán)重的，失真度達(dá)到30～40%。為了模擬到能在這種畸變的波形下進(jìn)行校準(zhǔn)，發(fā)明人研制了一種磁通波形發(fā)生器。在交流磁性測量裝置中增設(shè)了磁通波形發(fā)生器以后，就可以在各種畸變波形下進(jìn)行校準(zhǔn)。對附圖2所示的裝置進(jìn)行校準(zhǔn)時，其方法步驟完全同于對圖1所示的裝置進(jìn)行校準(zhǔn)的方法步驟。
用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈和帶(或不帶)磁通波形發(fā)生器的技術(shù)方案，同樣適用于校準(zhǔn)另外一種伏安法測量交流磁性裝置(該裝置的初級回路電流，峰值由電阻測量)。
對附圖3或附圖4所示的裝置校準(zhǔn)時，把標(biāo)準(zhǔn)互感線圈的互感系數(shù)標(biāo)稱值M視為標(biāo)準(zhǔn)量;另一方面在電阻的阻值R為已知的情況下，當(dāng)電源頻率f給定為某一值時(f的范圍為400～5000赫)，在0.1～5伏范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電源U的輸出電壓值U，對于一個U值，可對應(yīng)的由電壓峰值測量儀表Um、電壓平均值測量儀表
U2測量出一組Um和
U2值，將5～10組Um和
U2值分別代入公式M＝
U2R/4fUm計算出互感線圈的互感系數(shù)M值，這樣可相應(yīng)求出5～10個M值，然后取算術(shù)平均值。把由此得到的計算值和標(biāo)稱值進(jìn)行比較，即可得到校準(zhǔn)誤差，從而對這種交流磁性測量裝置進(jìn)行了校準(zhǔn)。當(dāng)電壓峰值測量儀表Um的誤差小于±0.4%，電壓平均值測量儀表
U2的誤差小于±0.1%，電阻R的誤差小于±0.1%時，其校準(zhǔn)準(zhǔn)確度也優(yōu)于±0.5%。
用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈和帶(或不帶)磁通波形發(fā)生器的技術(shù)方案，也同樣適用于校準(zhǔn)交流磁性自動測量裝置。
對附圖5或附圖6所示的裝置進(jìn)行校準(zhǔn)時，將對應(yīng)于φm和φm′的電壓分別輸入到X-Y函數(shù)記錄儀中，在電阻R的阻值R為已知的情況下，當(dāng)電源頻率f給定為某一值時(f的范圍為400～5000赫)，在0.1～5伏范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電源U的輸出電壓值時，X-Y函數(shù)記錄儀即自動地劃出φm～φm′曲線。φm＝ImM＝UmM/R，它表示由電阻上電流峰值計算的磁通峰值。而φm′＝
U2/4f，它表示由標(biāo)準(zhǔn)互感線圈次級感應(yīng)電壓平均值計算的磁通峰值。顯然對于給定的電源電壓U和頻率f，φm值和φm′值從理論上說應(yīng)該相等。所畫出的曲線應(yīng)是一條通過原點(diǎn)且與x軸夾角為45度的直線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是由于采用的標(biāo)準(zhǔn)互感線圈系數(shù)隨頻率、溫度和外界電磁場干擾的變化小，穩(wěn)定性也好，所以用來自校交流磁性測量裝置時，其準(zhǔn)確度可優(yōu)于±0.5%，比傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法的準(zhǔn)確度高3倍;附圖2、附圖4和附圖6所示的自校裝置由于增設(shè)了磁通波形發(fā)生器，從而可以模擬到在磁測量中遇到的嚴(yán)重畸變波形下進(jìn)行校準(zhǔn)，使校準(zhǔn)過程能夠更符合實(shí)際情況;對附圖1和附圖2所示的裝置進(jìn)行校準(zhǔn)時，計算公式中不含電源頻率f項，避免了電源頻率f的誤差影響，從而顯示出該方法突出的優(yōu)越性，而傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法要受電源頻率f的誤差影響;對附圖5和附圖6所示的自動測量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)時，可自動地劃出校準(zhǔn)曲線(即φm-φm′曲線)，從而使校準(zhǔn)工作直觀化，簡化了校準(zhǔn)過程。同時也為電子計算機(jī)的自動測試提供了條件。
附圖1為用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈校準(zhǔn)伏安法測量交流磁性裝置的電原理圖(該裝置的初級回路電流峰值用互感線圈測量)。圖中1為交流電源U，2為互感線圈M1，3為電壓平均值測量儀表
U1，4為標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M，5為電壓平均值測量儀表
U2。
附圖2為用帶有磁通波形發(fā)生器的電源和標(biāo)準(zhǔn)互感線圈校準(zhǔn)伏安法測量交流磁性裝置的電原理圖(該裝置的初級回路電流峰值用互感線圈測量)。圖中1為交流電源U，6為磁通波形發(fā)生器，2為互感線圈，3和5分別為電壓平均值測量儀表
U1和
U2，4為標(biāo)準(zhǔn)互感線圈。
附圖3為用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈校準(zhǔn)另一種伏安法測量交流磁性裝置的電原理圖(該裝置的初級回路電流峰值用電阻測量)。圖中1為交流電源U，7為電阻R，8為電壓峰值測量儀表Um，4為標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M，5為電壓平均值測量儀表
U2。
附圖4為用帶有磁通波形發(fā)生器的電源和標(biāo)準(zhǔn)互感線圈校準(zhǔn)另一種伏安法測量交流磁性裝置的電原理圖(該裝置的初級回路電流峰值用電阻測量)。圖中1為交流電源U，6為磁通波形發(fā)生器，7為電阻，8為電壓峰值測量儀表Um，4為標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M，5為電壓平均值測量儀表
U2。
附圖5為用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈校準(zhǔn)交流磁性自動測量裝置的電原理圖。圖中1為交流電源U，7為電阻R，4為標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M，9為X-Y函數(shù)記錄儀，10為X-Y函數(shù)記錄儀的X軸輸入端，11為X-Y函數(shù)記錄儀的Y軸輸入端。
附圖6為用帶有磁通波形發(fā)生器的電源和標(biāo)準(zhǔn)互感線圈校準(zhǔn)交流磁性自動測量裝置的電原理圖。圖中1為交流電源U，6為磁通波形發(fā)生器，7為電阻，4為標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M，9為X-Y函數(shù)記錄儀，10為X-Y函數(shù)記錄儀的X軸輸入端，11為X-Y函數(shù)記錄儀的Y軸輸入端。
附圖7為φm-φm′曲線。
發(fā)明人曾在“軟磁材料音頻磁特性國家標(biāo)準(zhǔn)裝置”上，對附圖2所示的裝置應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行了校準(zhǔn)。該測量裝置的準(zhǔn)確度為±1.5%，所用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈M為英國Sullivan R 1966型，標(biāo)稱值為1000微亨，精度在1千赫時為1×10-4，校準(zhǔn)時將1000微亨視為M的標(biāo)準(zhǔn)量，電壓平均值測量儀表
U1和
U2的誤差小于±0.1%，互感線圈的互感系數(shù)M1的名義值為1016.5微亨，其誤差小于±0.1%。校準(zhǔn)結(jié)果如下表所示頻率(赫) M計算值(微亨) 與標(biāo)準(zhǔn)量的相對誤差(%)400 1008.2 +0.821000 1001.3 +0.132000 996.0 -0.405000 998.0 -1.20表中的M計算值是用以下方法計算的先將電源頻率固定為某一頻率，分別把電源電壓調(diào)節(jié)為0.1伏、1伏、2伏、3伏、4伏、5伏，相應(yīng)的由電壓平均值儀表測量出6組
U1和
U2值，再將每組
U1和
U2分別代入公式M＝M1U2/
U1計算出M值，然后對6個M值取算術(shù)平均值，即可得到表中的M計算值。
從上表可看出M的計算值與標(biāo)準(zhǔn)量的相對誤差在±1.2%以內(nèi)。它顯然小于被校裝置的準(zhǔn)確度和本發(fā)明的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度的均方根之和。由誤差分析足以證明本發(fā)明的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度在±0.5%以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測量交流磁性的自校裝置，其特征在于該裝置中采用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈(4)，替代了傳統(tǒng)校準(zhǔn)裝置中的標(biāo)準(zhǔn)樣品，標(biāo)準(zhǔn)互感線圈在交流工作狀態(tài)下的精度為1×10-3～10-4。
2.按照權(quán)利要求
1所說的測量交流磁性的自校裝置，其特征在于該裝置設(shè)有磁通波形發(fā)生器(6)，磁通波形發(fā)生器(6)的鐵芯采用園環(huán)形的硅鋼或鐵鎳合金材料，當(dāng)為硅鋼鐵芯時，其外徑為80～110毫米，內(nèi)徑為40～70毫米，橫截面積為4～5平方厘米，線圈初級匝數(shù)為100～200匝，次級匝數(shù)為100～300匝;當(dāng)為鐵鎳合金鐵芯時，其外徑為50～60毫米，內(nèi)徑為30～40毫米，橫截面積為1～2平方厘米，線圈初級匝數(shù)為50～80匝，次級匝數(shù)為70～100匝。
3.一種測量交流磁性裝置的自校方法，其特征在于該方法采用上述測量交流磁性的自校裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，并將標(biāo)準(zhǔn)互感線圈(4)的互感系數(shù)標(biāo)稱值視為標(biāo)準(zhǔn)量;同時令電源頻率f在400～5000赫范圍內(nèi)變化，當(dāng)f調(diào)節(jié)為這個范圍的某一值時，將電源U(1)的輸出電壓調(diào)節(jié)在0.1～5伏范圍內(nèi)，在這種情況下進(jìn)行自校。
4.按照權(quán)利要求
3所說的測量交流磁性裝置的自校方法，應(yīng)用于校準(zhǔn)伏安法測量交流磁性裝置，而該裝置的初級回路電流峰值用互感線圈(2)測量時，其特征是對于電源U(1)的每一個輸出電壓U值，相應(yīng)的由電壓平均值測量儀表
U1(3)、
U2(5)測量出一組
U1和
U2值，將5～10組
U1和
U2值分別代入公式M＝M1U2/
U1計算出標(biāo)準(zhǔn)互感線圈的互感系數(shù)M值，這樣相應(yīng)求出5～10個M值，然后取算術(shù)平均值，把由此得到的計算值和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，即得到校準(zhǔn)誤差，從而對這種交流磁性測量裝置進(jìn)行了校準(zhǔn)。
5.按照權(quán)利要求
3所說的測量交流磁性裝置的自校方法，應(yīng)用于校準(zhǔn)伏安法測量交流磁性裝置，而該裝置的初級回路電流峰值用電阻(7)測量時，其特征是對于電源U(1)的每一個輸出電壓U值，相應(yīng)的由電壓峰值測量儀表Um(8)、電壓平均值測量儀表
U2(5)測量出一組Um和
U2值，將5～10組Um和
U2值分別代入公式M＝
U2R/4fUm計算出標(biāo)準(zhǔn)互感線圈的互感系數(shù)M值，這樣相應(yīng)求出5～10個M值，然后取算術(shù)平均值，把由此得到的計算值與標(biāo)稱值進(jìn)行比較，即得到校準(zhǔn)誤差，從而對這種交流磁性測量裝置進(jìn)行了校準(zhǔn)。
6.按照權(quán)利要求
3所說的測量交流磁性裝置的自校方法，應(yīng)用于校準(zhǔn)交流磁性自動測量裝置時，其特征是在電阻R(7)為已知的情況下，將對應(yīng)于φm和φm′的電壓分別輸入到x-y函數(shù)記錄儀(9)的x端(10)和y端(11)，x-y函數(shù)記錄儀即自動地劃出φm-φm′曲線。φm-φm′曲線是一條通過原點(diǎn)且與x軸夾角為45度的直線，觀察其線性度即得到被校裝置的準(zhǔn)確度，φm表示由電阻R上電流峰值計算的磁峰值;φm′表示由標(biāo)準(zhǔn)互感線圈(4)次級感應(yīng)電壓平均值計算的磁通峰值。
專利摘要
測量交流磁性的自校裝置及方法，是用標(biāo)準(zhǔn)互感線圈替代標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行自校的，校準(zhǔn)準(zhǔn)確度為±0.5％。用于校準(zhǔn)伏安法測量交流磁性的裝置，還可用于校準(zhǔn)交流磁性自動測量裝置。對后者它所畫出的校準(zhǔn)曲線是一條通過原點(diǎn)，且與X軸夾角為45度的直線，觀察其線性度即可得到被校裝置的準(zhǔn)確度。當(dāng)電源通過磁通波形發(fā)生器供給校準(zhǔn)裝置時，就可以模擬到通常遇到的各種畸變波形下，對上述的各種測量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號G01R35/00GK85103660SQ85103660
公開日1986年7月2日 申請日期1985年5月19日
發(fā)明者劉興民 申請人:陜西省計量測試研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan