电工钢片磁性能检测技术分析

新型电工钢片磁性能无损检测的原理及装置，可用于生产线上及实验室。它可以方便地得到电工钢片基本磁化曲线、磁滞回线和损耗曲线等磁性能参数。同时，可以对整张钢片的各个部分进行检测，从而得到用一般方法不能获得的磁性能分布参数。

一、检测结构和原理

检测装置基本结构如图所示。图中1为上下两个完全对称的同心圆柱形磁轭，它由内磁极（8）、外磁极（9）及磁轭盖（10）组成。两个磁轭紧贴在被测电工钢片（7）上。磁轭圆柱形内磁极铁芯上绕有励磁线圈（3）及磁通测量线圈（4）。励磁线圈由外加励磁电源供电。当励磁电流通过线圈（3）时，产生工作磁通。通过磁轭的内磁极铁芯流向被测电工钢片（7），并经过外磁极铁芯及磁轭盖返回，形成闭合磁路。磁通在磁通测量线圈（4）上感生电势，经积分电路（2）输出磁通，同时，紧贴在被测电工钢片上的磁位计（6）感生的电势经积分电路（5）输出电工钢片上半径r1、r2之间的磁位差F。

二、无损检测原理

1、磁通?准及磁位差F的测量。当励磁电流以某一频率变化时，被测钢片r1至r2区域中形成了无数个大小不同的磁滞回线，并同时完成呈周期性质的反复过程。不同的r处B和H处于不同的磁滞回线上。工作磁通?准达到最大值?准m时，各处的B及H都达到最大值，即都处于磁滞回线的顶点。而这些点连起来，便得到交流磁化曲线。

设?准(t1)=?准m，此时F(t1)=Fm，磁通?准及磁势F的瞬时值表达式为：

?准(t)=　e1(t)dt+?准mF(t)=-　e2(t)dt+Fm(1)

式中e1、e2分别对应于磁通测量线圈及磁位计的感应电压。N为磁通测量线圈的匝数，no和S分别为磁位计单位长度匝数及截面。不同r处的B为：

B（r，t）＝ (2)

式中b为电工钢片的厚度，而流入被测钢片的磁通为2。

2、基本磁化曲线的求得。钢片磁化曲线H(B)可由适当的函数来逼近。

通过对超定方程组的计算，便可算出未知数ai(i=0,1,…n)。于是得到磁化曲线的函数表达式。超定方程组可以用任何合适的方法求得，最小二乘法为一种较为常用的计算方法。

3、磁滞回线的求得。为说明求解方法，先将钢片被测区域r1至r2分成n等分，则有：

ri=r1+i[　](3)

假定ri处的磁滞回线按+Bmi-Bmi方向变化时，符合H=Hi(B)的函数关系式。则按-Bmi+Bmi方向变化时的磁滞回线的函数关系式为H=-Hi(-B)。不同ri处的磁滞回线是不同的，即Hi(B)≠Hk(B),(k≠i,k,i为1，2，…，n)。同时假定ri-1～ri段的磁滞回线符合H=Hi(B)的函数式。

但总的来讲，回线测量要比基本磁化曲线工作量要大些。为进一步降低工作量，可以先取一个比较小的磁通峰值?准mA，整个钢片工作在一个比较小的磁感应值下，这样就可以使待定系数比较少，也就减少了运算工作量。然后在比较大的磁通峰值?准mB下进行测定，这时磁通峰值在?准mA以下的回线都为已知，磁通峰值在?准mA～?准mB段的回线才是待求的，故减少了工作量。虽然计算工作次数增多，但每次计算工作量却减少很多。只要不过度地增加计算的次数，总的来讲还是合算的。

4、损耗曲线的测量。（1）用磁通和磁位差表示的电工钢片损耗表达式。若已知材料磁滞回线，就可以求出损耗。但从上面分析可知，求磁滞回线要比求基本磁化曲线工作量大得多。当没有要求磁滞回线的情况下，可以由一种直接方法求取。（2）假设用Bm的多项式表示的损耗表达式。用多项式来拟合电工钢片单位体积功率损耗Pv(Bm)：

Pv=　akbkm(4)

于是，钢片r1至r2被测区域的功率损耗P(　m)为：

（3）损耗表达式中常数的确定。对应于m+1个不同工作磁通　mi(m＞n)，有：

P(?准m0)=2πb　ak（　）krdrP(?准m1)=2πb　ak　（　）krdrP(　)=2πb　ak（　）krdr(6)

检测装置与计算机、励磁电源组成的无损检测系统在检测过程中，钢片厚度b的测量关系到该检测装置的测量准确度及使用的便捷与否。为适合该装置测厚的具体要求，可采用声学原理及某些电、磁测量方法的测厚仪，原则上可使仪器外形做得较小，并具有相当的准确度。

厚度测量误差是该装置测量误差的主要因素，若要进一步提高系统的测量准确度，首先要从减少厚度测量误差着手。而这个任务是个不小的课题，本文不打算涉及。但针对该装置的具体情况，进一步进行研究是有可能将厚度测量的准确度提高到满意的程度。如超声测量从灵敏度来讲有可能达到1μm以下，如果在钢片的边缘利用目前具有足够准确度的仪器进行测量，并用其校正超声测量的准确度，在钢片的中部使用超声测量，则既解决了测量的准确度，又使设备外形减小，使用灵活。当然，具体的实施是有相当工作量的。

（作者单位：鸡西矿业集团平岗煤矿）

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。