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GB／T 19346.3-2021 非晶纳米晶合金测试方法 第3部分：铁基非晶单片试样交流磁性能.pdf19346.3—2021/IEC6040
1）方括号内的数字指参考文献！
非晶纳米晶合金测试方法
本文件采用磁场线圈测量磁场强度（“H线圈法”)的功率表法。磁路的闭合由一个单独的U形磁 轭构成。 将一片非晶合金试样放人以下两个线圈内： 初级线圈SZDB／Z 318-2018 纯电动公共汽车运营应急处置规范，外层（磁化线圈）； 次级线圈.内层（感应电压线圈）
初级线圈长度应不小于230mm。次级线圈长度应为120mm土1mm，开位于初级线圈的中心位 置。初级线圈和次级线圈应绕制在非磁性电绝缘矩形框架上。 框架的尺寸如下： 用于线圈部分的长度：235mm±5mm； 一内部高度：3mm±1mm； 外部高度：≤15mm，推荐12mm 初级线圈由一个在整个长度上连续均匀缠绕的线圈制成。比如用铜芯直径为1.0mm的漆包线绕 220匝并均匀分布在整个框架上，可绕制一层或多层。 次级线圈由一个连续均匀、长度为120mm士1mm的线圈制成，其匝数取决于测量仪器的特性， 般只需绕一层。 H线圈的长度和次级线圈的长度相同，并位于初级线圈的中心位置。H线圈应绕制在非磁性电绝 缘矩形板上。板的宽度应为120mm±1mm，高度应为3mm土0.2mm。 H线圈应嵌人样品支撑板中，且支撑板上表面和H线圈上表面之间的间距应为1mm士0.2mm。 H线圈的匝面积可通过将其放人一个直径和长度足够容纳整个H线圈的螺线管所产生的均匀磁 场中进行校准。
4.3.4空气磁通补偿
空气磁通对次级电压的影响应进行补偿。 可采用数字空气磁通补偿法实现（见B.4）
建议在单片测试仪上安装 对试样的 化（见附录A
电源由一个程控的任意波形发生器和一个功率放大器或者集成这两种功能的仪器组成（见图4）。 任意波形发生器将合成一个幅值和频率均可通过外部编程调节的磁化波形信号。在任意波形发生 器和功率放大器中应插人一个低通滤波器，防止测量信号混叠。 频率的测量准确度应控制在士0.1%之内或者更好。 次级电压的波形宜尽可能地保持正弦。不仅应保持次级电压的波形系数在1.111的士1%范围内 而且应使次级电压的谐波含量尽量少。有很多方式可实现这一要求，如附录C介绍的数字方式。 功率放大器应具有低输出阻抗和高稳定度的电压和频率特性，且电压中的噪声足够低。测量过程 中，电压和频率应始终稳定在士0.2%范围内。 功率放大器应是双极型.具有低噪声和电压、频率宽量程
测量装置应满足以下要 数条件下，功率的测量准确度应控制
数字采样法的典型电路完全适用于这种测量，见图4。在这种情况下，使用H线圈和积分器的方 确定磁场强度（技术细节见附录B）。测量装置通常由前置放大器、一个数字化仪和一个数字信号
如果便用数字采样法，次级线圈感应电压U（t)和H线圈中感应电压U（t)应作为时间函数信号 测量。 磁场强度H（t）、磁极化强度J（t）、比总损耗P。和比视在功率S。由U（t)和U²（t)计算得出。 注：数字采样法的技术细节和要求见附录B
试样长度和试样质量的测量准确度应在士0.1%范围内。装人试样并使其处在线圈纵轴和横轴 试样的横截面积按式（1）计算
式中： A 试样的横截面积，单位为平方米（m²）； m 试样的质量，单位为千克（kg）； 试样的长度，单位为米（m）； Om 被测材料的密度，单位为千克每立方米（kg/m）。 试样在测量前应进行退磁，初始退磁场值要高于被测的磁场强度值，通过缓慢减小相应的励磁电流 到零进行退磁
通常需要在特定频率下设定单个或一组磁极化强度峰值J和磁场强度峰值H。 测量比总损耗P：、比视在功率S。、磁场强度的有效值H和磁场强度峰值H，需要通过调整电源来 设置磁极化强度峰值了。 测量磁极化强度峰值了，需要设置磁场强度峰值H。 在一个或几个磁化周期中测量U（t)和U（t），然后由式（2)和式（3)分别计算得到丁和H的值 电源的输出应缓慢增加直到丁或H达到设定值，在测量过程中电源的输出不应过冲。 次级电压的波形U。（t)应保证只有基波。另外，H(t)和J(t)构成的磁滞回线应保持中心对称
6.1磁极化强度的测定
磁极化强度I(t)按式(2)计算：
J(t) 磁极化强度，单位为特斯拉（T)； N2 —一次级线圈的匝数； A 试样的横截面积，单位为平方米（m"）； U (t) 次级感应电压，单位为伏特（V)； 辅助时间变量
磁场强度H(t)按式(3)计算：
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H(t) : .·(3
注：H线圈的匝面积的测量方法见4.3.3
6.4比视在功率的测定
比视在功率S.按式（5)计算：
式中： S, 试样的比视在功率，单位为伏安每千克（VA/kg）； 磁化频率，单位为赫兹（Hz)； 被测材料的密度，单位为千克每立方米（kg/m3）； H 磁场强度H（t)的有效值，单位为安培每米（A/m）； 磁极化强度J（t)的有效值,单位为特斯拉（T)。
H(t) H(t)U'(t)dt PmN,A ....( 4 ) Q
按照本文件规定的方法测量，检测结果的再现性在1.3T和1.4T的比总损耗的相对标准偏差为 3%或者更小，80A/m时的磁极化强度峰值的相对标准偏差约为1%，在1.3T和1.4T的比视在功率 的相对标准偏差约为6%。 注：检测报告的内容可参考附录NA
单片测试仪测量铁基非晶合金带材的要求
常规功率表法测量磁化电流的磁场强度（MC法）的结果包含了磁轭的磁性能，所以它不适合测量 博的和低损耗的材料，比如铁基非晶合金带材。相比之下，H线圈的功率表法（H线圈法）只测量了样 品中间一部分的磁性能而不包含磁轭的磁性能。因此，MC法测量的损耗值通常比H线圈法测量的损 毛值要高。 使用H线圈法，关键是把H线圈的输出信号与次级线圈的输出信号进行共地处理，见图4。它能 效地减少高频噪声对H线圈信号的干扰。同时H线圈应具有更大的匝面积并使用低噪声的前置放 大器将H线圈信号放大。推荐使用一个纯净的直流电源给前置放大器供电，可使其免受工频噪声的 干扰。 采用多周期同步平均的信号可有效去除信号中的噪声，但对工频于扰引起的噪声作用不大，
磁轭的材料在低磁化条件下应具有低的剩磁与比总损耗，以减少试样的直流偏磁。软磁铁氧体材 斗是制作磁轭的理想材料。 单磁轭比双磁轭更合适。因为非晶合金带材对压力很敏感，在磁轭磁极面部分的试样受到上磁轭 重产生的压力，磁性能会劣化；而且，如果试样的两端被夹在磁轭磁极面时，铁基非晶合金带材较大的 滋致伸缩会在材料上产生应力。比起单磁轭中磁通量的非对称转换引起薄的试样中的涡流损耗，这些 因素产生的影响更大，
H线圈感应的电压U（t)是很微弱的，而且很容易引人高频噪声。为了降低输出信号的噪声 与测量设备之间的连线应按图4连接，每组连线在测量设备前面连接到一点并做共地处理
励磁电流的测量使用一个准确度优于土0.1%的无感精密电阻器以实现数学法对磁极化强度波形 正弦的控制（见附录C）。为了减小磁极化强度波形的失真，电阻值一般不超过12。 无感精密电阻器应为额定功率满足要求的四端电阻，其两个电流端串联在初级线圈中，两个电位端 连接到测量装置的输人通道中
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告方向上有微弱的各向异性，所以，尽管磁导计的磁轴与地磁场方向成直角，地磁场在很大程度 可在与主轴成斜角的方向对试样进行磁化。磁屏蔽罩可避
A.7不定期检查已安装H线圈稳定性的方法
在将H线圈安装到线圈架后，H线圈的匝面积可通过将H线圈和一个参考H线圈放入没有试样 的线圈中间得到的磁场强度峰值的比较来确定。参考H线圈应先在均匀磁场中校准。 另一种简单的方法是不使用参考线圈，即在没有试样的测量装置中，在初级线圈中输人稳定且已知 励磁电流，将H线圈的输出与之前记录的参考值进行比较。这种简单方法的优点是避免了通过参考 我圈的定位引人的误差。 注：H线圈的匝面积可通过将其放人一个直径和长度足够容纳整个H线圈的螺线管所产生的均匀磁场中进行校 准，见4.3.3。
测量磁性能和数字化空气磁通补偿的数字采样法
数子米样法是一种允进的技不，元全道用于本文件测量程序的电气部分 将其应用到H线圈法中，即将次级感应电压U2（t)和H线圈的感应电压U（t)数字化，通过分析 这些数据来测定试样的磁性能。 因此，这些电压的瞬时值u2:和u1(为采样序列值下标)由采样保持电路在一个窄小和等距的时间 段内对此与时间相关的电压信号同步采样并保持。然后由模数转换器（ADC)立即将它们转换成数字 值。在一个或多个周期内采样的数据对集，以及试样和设置参数，提供了一次测量的完整信息。可用计 算机处理此数据集，并测定本文件所涉及的所有磁性能。 数字采样法应用于本文件的主体部分所述的测量程序。图4所示的H线圈的功率法电路采用的 数字采样法是基于图2所示电路原理；数字采样法允许通过数字采样装置和软件组合系统实现图2中 测量设备的所有功能。通过计算软件实现部分或全部测量功能。磁极化强度正弦波的控制也可通过数 字采样法来实现，不过其计算过程不同于本附录。更多信息参考附录C。 本附录有助于理解本文件采用的数学采样法所能达到的精度的影响。需要特别注意的是，因为用 ADC电路、瞬态记录仪和支持软件很容易构建数字采样功率表，而数字采样法可产生较低的不确定度， 但使用不当会造成较大的误差。 注：数字采样法的原理和实现在很多论文和书上有深入的介绍。如果要深人了解，可参考这些出版物[6~[8]，此处 不再详述。
数字采样法的原理是用有限的时间间隔△t替代无限小的时间间隔dt对电压进行离散取值，见 式（B.1）：
信号分析仪将u2和uH的数据阵列在一个磁化周期内分别转换成电压为U。（t)和U（t)的数字信号。 磁极化强度J（t）由U（t）根据式（2）计算得出。 磁场强度H（t）由U（t）根据式（3)计算得出。 比总损耗P，即J（t）和H（t)形成的磁滞回线的面积，由式（4)计算得出。 数学信号集U。（t)和U（t）可由计算机处理，或使用数学信号处理器（DSP)在没有中间储存的情 兑下使用足够快的数字乘法器和加法器进行处理。只有当采样频率于。和励磁频率于是由一个共用的 高频时钟导出，使于。/f比为正整数，才能保证满足奈奎斯特条件。 此时，U（t)和U，（t)使用具有足够精度的每周期进行128个点采样的方式进行扫描（1000Hz以 上每周期64个点采样就足够了）。根据香农定理，这个数字是由H（t）信号中的最高相关频率决定的， 通常不高于常规频率中的第41次谐波9。但是，一些商用数据采集设备可能与励磁频率不同步，因此， f。/f的比值不是整数，即不满足奈奎斯特条件。在这种情况下，采样频率应大大提高（每周期500个点 采样或更高），以使真实周期长度与最接近的采样点时间的偏差保持较小。在较高频率下应用，采用相 对较低的频率采样应满足奈奎斯特条件。建议使用抗混叠低通滤波器汀，以消除不相关的高频分量，否 则会与数字采样过程相互作用产生混叠噪声[8]。 关于幅值分辨率，文献[71.[9]研究表明，在12位分辨率以下数字化误差较大，特别是对于高硅含量 的无取向材料。因此，推荐采用给定幅值至少12位的分辨率。此外，两个传输信号的电压通道之间不 应发生明显的相移。在中频测量中一个特别重要的条件是该相移应很小，以确保不影响保证本文件所 现定的功率测量的不确定度（即0.5%）。功率因数cos（）越低，相移偏差的影响就越大（是两个电压 信号的基波分量之间的相位差）。信号放大器最好是直流耦合，以避免任何低频相移。但是，信号放大 可用数字矫止补偿去除此直流偏置
本文件的再现性验证要求对测量设备进行仔细校准。测量装置能通过一个已校准的交流标准源溯 原到国家标准上[8]。将交流标准源连接到输入信号通道，然后对每个信号通道在不同频率下的信号幅 直、各信号通道之间的相位移进行校准，并在数字信号分析仪中进行修正。任何情况下，均不可使用标 隹样品校准设备，因为非晶合金带材对重复测量过程中可能施加在样品上的应力非常敏感
B.4数字空气磁通补偿
U2（t）一补偿后的次级感应电压，单位为伏特（V)； U2m（t）一一未补偿的次级感应电压，单位为伏特（V）； C 一补偿系数； U（t）一H线圈的感应电压，单位为伏特（V)。 补偿系数值的调整：在磁导计中无试样的情况下，当交流电通过初级励磁线圈时，补偿电压应不超 过测量仪器次级线圈上未补偿电压的0.1%JGJ6-2011 高层建筑筏形与箱形基础技术规范.pdf，对应最大磁场强度的条件如80A/m。 数字空气磁通补偿的优势在于可避免由于使用互感器而引起的和频率相关的相移和线圈阻抗的 增大
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数字法对磁极化强度波形正弦的控制
采用传统的模拟反馈方法很难使磁极化强度波形达到规定的正弦。当磁极化强度增加到超过磁 线膝点时，有可能产生不稳定和自振荡。采用数字反馈的方法可免受自振荡效应的影响。忽略寄 容的影响,反馈到任意波形发生器的电压U,(t)可通过式(C.1)计算[4].5J.10].11)
........(C..)
式中： U（t） 反馈到任意波形发生器的电压，单位为伏特（V）； G 功率放大器的增益； N 初级线圈的匝数； N2 次级线圈的匝数； J（t） 设定的磁极化强度，单位为特斯拉（T）； H（t） 磁场强度，单位为安培每米（A/m）； I（t） 磁化电流，单位为安培（A）； A 试样的横截面积，单位为平方米（m）； A 初级线圈的有效横截面积，单位为平方米（m）； 1m 约定有效磁路长度，单位为米（m），lm=0.24m； 磁性常数，真空中的磁导率（4元×10H/m）； R 磁化电路的总串联电阻，单位为欧姆（Q）。 还有另一种控制信号波形的计算方法。第(i十1)步反馈给程控任意波形发生器的电压U+（t)可 式（C.2)计算得出。在这种情况下，电压U;+（t)可根据次级线圈的被测感应电压U，（t）与设定点的 欠级线圈的感应电压U，（t)的差值计算得出。一且达到磁极化规定的波形因数值1.111的士1%范围 内.送代停止
U:+1（t)一第（i十1)步反馈给任意波形发生器的电压，单位为伏特（V)； K 负反馈常数，小于1的正数； G 功率放大器的增益； U;(t) 一一当达到设定的磁极化强度时计算出的次级线圈的感应电压，单位为伏特（V)； U2(t) 次级线圈的感应电压，单位为伏特（V）。 因为用数字方式控制信号是一个磁化、采集信号、退磁和控制信号的重复过程，所以信号控制的总 时间比模拟方式更长。为了减少总的控制时间，可采用特制的能在信号U：（t)到Ui+1（t)之间不停切换 的装置来省略退磁过程
如适用，检测报告可包括以下内容： 本文件编号； b） 试样基本参数：试样的名称、编号、质量、密度、尺寸和有效截面积等 C） 如适用重庆市房屋建筑抗震加固设计导则（重庆市住房和城乡建设委员会2020年9月）.pdf，试样状态及热处理制度； 测量条件：测量频率、磁场强度或磁极化强度和波形系数等； e) 使用的测量方法； f) 测量的环境条件； g）测量结果
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