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GB／T 3658-2022 软磁金属材料和粉末冶金材料20Hz～100kHz频率范围磁性能的环形试样测量方法.pdf

B 一磁通密度峰值，单位为特斯拉(T)； |U丨一一次级电压整流后的平均值，单位为伏(V)； f 一一磁化频率，单位为赫兹（Hz)； A 一试样的横截面积，单位为平方米（m²）； N2次级绕组的匝数。 注：数字采样技术的应用见附录D。 由于试样和次级绕组之间有空气间隙，可能要对磁通密度进行修正，修正量取决于磁场强度的高低 和试样与次级绕组横截面积的比值。磁通密度峰值的修正值（B)由式(8)计算：

对于相应的磁场强度峰值和磁通密度峰值，有效幅值磁导率应由式（9)计算：

B a.rms 一 μo√2H

相对幅值磁导率（μ0047 中庭花篮式玻璃幕墙施工组织设计，)通常由式（10)表示：

6.4.4磁化曲线的测定

如6.4.1所述，应对试样进行退磁，然后逐步增加磁化电流，即获得磁场强度和磁通密度的相应值， 并绘制出交流磁化曲线

用功率表法测量比总损料

除了用环样代替爱泼斯坦方圈，测量原理与GB/T3655描述的内容相似，使用的仪器应能在需 率下进行测量。比总损耗的测量应在正弦磁通密度的条件下进行。对某些试样，可通过模拟或 术的方法控制次级感应电压的波形（见附录E)，以确保维持磁通密度的正弦波形。 装置与试样上的绕组应按图2的电路进行连接

图2传统模拟功率表法的电路示意图（也可表示数字功率表法的测量原理）

对数字采样技术，图3给出了一种可行的电路结构示例。此时，数字控制器配合支持软件起到图 中所示的示波器、功率表和电压表的作用。 注1：磁性测量设备校准方案见附录B。 注2：图3不是唯一可行的数字采样技术应用的电路结构，见附录D。

图3采用数字采样技术的功率表法的电路示意图

应使用经校准的平均值电压表或数字控制器测量次级感应电压整流后的平均值（见图2和图3)。 次级回路中的负载应足够小（见附录C)，因而要求使用具有高输人阻抗（通常大于1MΩ)的数字电压表 （准确度为土0.5%或更优）或数字控制器。 注：数字采样技术的应用见附录D。

7.2.2有效值电压表

应使用经校准的有效值电压表或数字控制器测量次级电压有效值（见图2和图3）。次级回路中的 负载应足够小（见附录C)，因而要求使用具有高输人阻抗（通常大于1MΩ)的数字电压表（准确度为 土0.5%或更优）或数字控制器。 注：数字采样技术的应用见附录D。

应使用经校准的与电路相匹配的低功率系数（通常cos低至0.01，要求高时cos低至0.005)的功 率表（准确度为土0.5%或更优)或数字控制器测量功率（见图2和图3)，其电压回路的输人阻抗宜足够 高（直流电阻为50Ω/V以上，并至少为其电抗的5000倍，见附录C)。 注：数字采样技术的应用见附录D。

7.4比总损耗的测量程序

试样应按照6.4.1进行退磁。然后增大磁化绕组的电流，直到显示整流后的平均电压的电压表的 电压值与由公式（7)计算得出的磁通密度相对应。

记录次级感应电压的整流后的平均值和有效值 ，应按6.2计算并确认次级波形的波形系数，然后记 录功率表的测量值， 注：数字采样技术的应用见附录D。

功率表测得的功率（P。）包含了次级回路中仪表消耗的功率，由于次级感应电压基本上是正弦的 次近似值等于U/R。 因此，试样的总损耗（P）应按式（11)计算：

式中： P。 一 计算得到的试样总损耗，单位为瓦特（W)； Pm 功率表测得的功率，单位为瓦特（W)； N 一 初级绕组的匝数； U2 一 次级感应电压的有效值，单位为瓦特（W)； R 与次级绕组连接的仪表总等效电阻，单位为欧姆（Ω) 比总损耗P.由P。除以试样质量得到，见式（12)：

P 试样的比总损耗，单位为瓦特每千克（W/kg）； 2 试样的质量，单位为千克（kg）。

在20Hz~20kHz频率范围： 比总损耗测量的再现性：通过相对标准偏差表示为3%； 幅值磁导率测量的再现性：通过相对标准偏差表示为4%； 磁场强度、磁化电流和磁感应强度的再现性：通过相对标准偏差表示应不大于5%。 注1：在高于20kHz的频率范围，测量结果的再现性与测量设备的配置和测量条件相关，需另行评估。 注2：对相关测量过程分析并对测量结果的不确定度的不同影响因素予以识别和评估，将有利于测量结果的应用

在20Hz~20kHz频率范围： 比总损耗测量的再现性：通过相对标准偏差表示为3%； 幅值磁导率测量的再现性：通过相对标准偏差表示为4%； 磁场强度、磁化电流和磁感应强度的再现性：通过相对标准偏差表示应不大于5%。 注1：在高于20kHz的频率范围，测量结果的再现性与测量设备的配置和测量条件相关，需另行评估。 注2：对相关测量过程分析并对测量结果的不确定度的不同影响因素予以识别和评估，将有利于测量结果的应用，

测试报告应包含以下内容： a 本文件编号； b） 试样的类型和序列号或标识； 试样上的初级磁化绕组和次级绕组的匝数； d 1 试样的质量和尺寸，以及(对于薄的材料)材料的密度； e) 频率； f) 使用的测试方法； 环境温度；

测试报告应包含以下内容： a 本文件编号； b） 试样的类型和序列号或标识； 试样上的初级磁化绕组和次级绕组的匝数； d 1 试样的质量和尺寸，以及(对于薄的材料)材料的密度； e) 频率； f) 使用的测试方法； 环境温度；

h) 试样的表面温度； i) 测定磁通密度峰值的方法； j） 波形特征：正弦波次级感应电压或正弦波磁化电流； k) 测定磁化电流峰值的方法； 1) 测量结果和（适用时）相关不确定度。

附录B （资料性） 磁性测量设备校准方案

本文件的再现性验证以及更高准确度的测量要求均依赖于磁性测量设备的校准，通常校准包含以 下内容： a）电压、电流、频率、相位和功率等基本电参量的校准； b）磁性能参数的校准。 本附录推荐应用频率范围为20Hz～20kHz。对高于20kHz频率的情况可参照本附录，但注意其 他因素对结果的影响。

B.2基本电参量的校准

使用稳定的功率源，为被校磁性测量设备提供电压、电流和功率信号，将功率分析仪接人测量电路 得到标准电参量值，与被校磁性测量设备的相应电参量示值进行比较，完成基本电参量的校准，并符合 6.2、7.2和7.3的要求，校准线路示意图如图B.1所示

图B.1基本电参量的校准线路示意图

基本电参量的校准需注意： 校准范围需覆盖被校磁性测量设备的频率与相位范围以及所有的电压和电流量程

基本电参量的校准需注意：

言，需包含电压与电流的所有组合量程； b) ）校准功率时，功率因数的设定范围需覆盖0.005～1； ?+ 功率源需具有电压和电流幅值、频率、相位可调的功能，且足够稳定，其电压、电流和功率的短 期稳定度（每分钟）需优于被校磁性测量设备的最大允许误差绝对值的1/10； d）功率分析仪可集成在功率源内，亦可单独外置，其对应功能的最大允许误差绝对值（或不确定 度）不大于被校磁性测量设备最大允许误差绝对值的1/3； e) 2 磁性能参数是由测量得到的电参量及样品参数通过公式计算得出的，因此，设备还需要验证计 算公式的正确性。

B.3磁性能参数的校准

由于磁性测量设备测量的磁性能参数是由测量得到的电参量及样品参数通过计算得出的，另外部 分磁性测量设备的电源输出端钮（接初级绕组）因未预留作为电流输人的专用校准端钮而导致功率源校 准电参量的方法无法进行校准，故采用典型样品作为负载并通过功率分析仪对电磁测量参数进行比较 的校准方法也是可以的。但是该方法的校准参数范围受限于样品的种类与尺寸及激励条件，即难以覆 盖所有电压量程、电流量程及相互组合的功率量程的量值校准。 因此采用该方法时，样品选取宜尽量覆盖试验室日常进行测量的材料样品的种类与尺寸，同时通过 改变励磁条件实现整个测量范围的校准；该方法不宜用于磁性测量设备出厂前校准。 磁性能参数的校准线路示意图如图B.2所示。

图B.2磁特性参数的校准线路示意图

磁性能参数的校准需注意： a) 选用典型的软磁环样，在各种测试点下进行校准； b）功率分析仪测量基本电参量后，根据本文件中的相关公式计算得到相应的磁性能参数实际值，

磁性能参数的校准需注意： a) 选用典型的软磁环样，在各种测试点下进行校准； b）功率分析仪测量基本电参量后，根据本文件中的相关公式计算得到相应的磁性能参数实际值，

与被校磁性测量设备相应的磁性能参数示值进行比较，完成磁性能参数的校准； C2 采用多次测量取平均值可减少电源不稳定性与测量不同步等带来的误差。

B.4测量与校准的注意事项

为了得到材料准确的磁性能参数，保证磁性测量设备校准合格是必要条件而非充分条件，测试人员 还要注意以下条件。 a）环境温度、湿度，环境磁场值和电场强度等。 b）材料取样及样品的制作过程。 c）样品的磁性能还原，且测量前对样品进行退磁。 d）测量条件下，样品的磁化过程；励磁电源输出电流不能含有直流分量。 e） 初级和次级绕组的匝数应与仪器的测量范围匹配，连接导线宜尽量短。 f) 磁性测量设备励磁与感应电压的波形系数是否符合要求。 g）校准时宜考虑功率分析仪输人阻抗对测量的影响。

为了得到材料准确的磁性能参数，保证磁性测量设备校准合格是必要条件而非充分条件，测试人员 还要注意以下条件。 a）环境温度、湿度，环境磁场值和电场强度等。 b）材料取样及样品的制作过程。 c）样品的磁性能还原，且测量前对样品进行退磁。 d）测量条件下，样品的磁化过程；励磁电源输出电流不能含有直流分量。 e）初级和次级绕组的匝数应与仪器的测量范围匹配，连接导线宜尽量短。 f) 磁性测量设备励磁与感应电压的波形系数是否符合要求。 g）校准时宜考虑功率分析仪输人阻抗对测量的影响。

当频率高于工频时，就会出现与试样上的绕组相关的附加损耗。这些损耗来自： B 试样上的初级绕组和次级绕组间形成的绕线间电容， D 次级绕组至测量仪器之间的导线电容， > 测量仪器输人电路的电容和电阻， H) 次级绕组绝缘材料的介电损耗

附录C （资料性） 为使附加损耗降至最低而对绕组和所用仪器的要求

附加损耗降至最低而对绕组和所用仪器的要求

附加损耗的量通过仔细选择绕组线，绕制方法和所用仪器降至最低。 为使绕线绝缘材料引起的介电损耗降至最低，宜采用具有较低介电损耗的绝缘材料，例如，聚四氟 乙烯（PTEE)或聚乙烯。 如可能，初级绕组和次级绕组宜分开以减小相互间形成的电容。 次级绕组至测量仪器之间的连接导线宜采用低介电损耗的绝缘，并按需要尽可能缩短连接导线， 测量仪器宜具有低的输人电容和高的输人电阻，以免对次级电路形成负荷，

33#、36#住宅楼改造工程施工组织设计方案.doc附录D （资料性） 用于磁性能测定和空气磁通补偿的数字采样技术

数字采样技术是一种先进的技术，完全适用于本标准测量程序的电气部分。将其应用于功率表法， 即将次级感应电压U2(t)和与初级线圈串联的无感精密电阻两端的电压U（t)数字化，通过演算这些 数据测定试样的磁性能（见图3)。 为此，这些电压的瞬时值u2和u（j为采样序列值下标），被采样保持电路在一个窄小和等距的时 间段内同时采样并保存的与时间相关的电压信号，由模数转换器（ADC)迅即将它们转换成数字值。这 些在一个或多个周期内的数据对集，随同试样及设置参数，提供了一次测量的完整信息。用计算机处理 这些数据，并确定本文件所涉及的所有磁性能。 在常规频率范围，数字采样技术已充分地体现了其应用价值，而在中频范围也期望得到应用，如在 本文件正文所描述的测量程序中应用。由于快速采样保存电子技术的发展，这是可以实现的。图2的 电路图同样适用于模拟方法和数字采样技术；图3所示的数字采样技术对应的数据采集装置和软件组 合系统可实现图1和图2中所有测量仪器的功能。次级感应电压正弦波的控制也可通过数字方法实 现，相关技术的目的和程序与本附录不同，具体见附录E。 本附录有助于理解本文件采用的数字采样技术对所能达到的精度的影响。这对于用常规的ADC 电路、瞬态记录仪和支持软件构建可行的数字采样的功率表而言是很重要的。数字采样技术可提供较 低的不确定度，但不当的使用会造成较大的误差。 注：数字采样技术的原理和应用被广泛收录在许多论文和著作中（「5和[67）

数字采样法的原理是用有限时间间隔（△t)替代无限小的时间间隔（dt)对电压进行离散取值，见 式(D.1)：

式中： t一采样点间的时间间隔，单位为秒(s)； T一励磁周期的时长，单位为秒(s)； n一一一个周期内瞬时值的采样数； f一一励磁频率，单位为赫兹（Hz)； f，一一采样频率，单位为点每秒（点/s)。 为获得更低的不确定度，励磁周期的时长除以采样点间的时间间隔，即f、/f，需为整数（奈奎斯特 条件(6)，采样频率（f.)宜大于输人信号带宽的两倍。 注1：如果不能满足奈奎斯特条件，例如采样频率计和信号发生器的频率计不同步，准确性的损失通过增加至少 5倍的采样频率弥补。 试样上的绕组与测量装置数字元器件的连接见图3。 电源通常由一个计算机控制的数字信号发生器和一个功率放大器组成。宜在数字信号发生器和功 率放大器之间连接一个低通滤波器，防止对数字控制器的干扰信号。数字控制器通常为经过校准的功

1）括号中的数字为所列文献序列号。

率分析仪或由计算机控制的经校准的数字采集系统。数字控制器宜具有高输入阻抗（在并联90pF~ 150pF电容时通常大于1MΩ)，避免对次级电路构成负载。数字控制器的采样时钟宜与数字信号发生 器的时钟同步（奈奎斯特条件)。 数字控制器将无感精密电阻上的电压和次级绕组的感应电压同时数字化，分别得到瞬时值um和 R'+RR+R2 进行修正高速公路特大桥冬季施工方案，以补偿仪器测量电路中的电阻产生的电压 降，修正值按式（D.2）和式（D.3）计算：