一种电工钢矫顽力的测量方法和系统与流程

本发明涉及检测领域，具体涉及一种电工钢矫顽力的测量方法和系统。

背景技术：

取向硅钢广泛应用于电子和电力等工业领域。取向硅钢的矫顽力值是其主要磁性能指标之一。现行测量硅钢矫顽力的方式主要是利用单片标准的爱波斯坦试样(sst)，将硅钢成品加工成矩形状的标准试样，再通过实验仪器例如单片测试仪进行标准化测量。该方法在使用方法和试样加工上都存在一定的限制，由于必须将试样加工成单片标准的爱波斯坦试样(sst)，因此存在一定的滞后性，无法实现在线测量。

技术实现要素：

发明人发现了一种电工钢矫顽力的软测量的方法，即通过建立电工钢巴克豪森电压均方根值与矫顽力关系的数学模型，然后通过测定电工钢的巴克豪森电压均方根值，代入到上述数学模型经过计算得到电工钢矫顽力，达到取向电工钢矫顽力的测量目的。

由于测量电工钢的巴克豪森噪声值无需将试样加工为标准形状的矩形试样，因此本发明方法可以检测任意形状的试样，检测更方便快捷，能实现在线测量。发明人出人意料地发现，本发明检测方法与标准方法相比偏差较小，能满足测量精度要求。

本发明建立了一定磁感应强度条件下的取向电工钢矫顽力与巴克豪森噪声均方根电压值间关系数学模型，通过测量巴克豪森噪声计算得到矫顽力。在一定磁感应强度下用巴克豪森信号测量仪检测到的巴克豪森信号值(电压均方根值)作为变量输入，通过模型计算得到矫顽力作为输出数据。

本发明一方面提供一种测量电工钢矫顽力f的方法，包括，测量电工钢的巴克豪森电压均方根值u，并根据电工钢的巴克豪森矫电压均方根值u与电工钢矫顽力f的线性函数关系，计算并获得电工钢矫顽力f。

在一个实施方案中，测量电工钢矫顽力f的方法包括，将电工钢的巴克豪森电压均方根值u代入以下算式中的步骤：

若所述电工钢为普通取向电工钢，则代入到第一算式：f＝a1u+b1，a1＝656～657，b1＝55～56(例如a1＝656.61，b1＝55.54)；

若所述电工钢为高磁感取向电工钢，则代入到第二算式：f＝a2u+b2，a2＝462～463，b2＝80～82(例如a2＝462.30，b2＝81.08)。

本发明又一方面提供，一种用于测量电工钢矫顽力f的设备，包括，

巴克豪森噪声电压均方根值测量单元，其用于测量电工钢的巴克豪森电压均方根值u；

计算单元，其用于根据电工钢的巴克豪森矫电压均方根值u与电工钢矫顽力f的线性函数关系，计算电工钢矫顽力f；

可选地，还包括：

输出单元：输出电工钢矫顽力值。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力的设备还包括一个外磁场施加单元，用于在测量时提供外磁场以控制电工钢的磁感应强度。

在一个实施方案中，巴克豪森电压均方根值测量单元将电工钢的巴克豪森电压均方根值u输入到计算单元。

在一个实施方案中，计算单元将矫顽力计算结果输入到输出单元。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力的设备中，所述计算单元用于根据以下算式计算电工钢矫顽力f；

若所述电工钢为普通取向电工钢，则根据第一算式：f＝a1u+b1，a1＝656～657，b1＝55～56(例如a1＝656.61，b1＝55.54)；

若所述电工钢为高磁感取向电工钢，则根据第二算式：f＝a2u+b2，a2＝462～463，b2＝80～82(例如a2＝462.30，b2＝81.08)。

本发明又一方面提供一种用于测量电工钢矫顽力的系统，包括，

巴克豪森噪声电压均方根值测量模块，其用于测量电工钢的巴克豪森电压均方根值u；

计算模块，其用于根据电工钢的巴克豪森矫电压均方根值u与电工钢矫顽力f的线性函数关系，计算电工钢矫顽力f；

可选地，还包括：

输出模块：输出电工钢矫顽力f。

在一个实施方案中，巴克豪森电压均方根值测量模块将电工钢的巴克豪森电压均方根值u输入到计算模块。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力的系统还包括一个外磁场施加模块，用于在测量时提供外磁场以控制电工钢的磁感应强度。

在一个实施方案中，计算模块将矫顽力计算结果输入到输出模块。

在一个实施方案中，输出模块包括文字或图形显示界面。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力的系统中，所述计算模块根据以下算式计算电工钢矫顽力f；

若所述电工钢为普通取向电工钢，则根据第一算式：f＝a1u+b1，a1＝656～657，b1＝55～56(例如a1＝656.61，b1＝55.54)；

若所述电工钢为高磁感取向电工钢，则根据第二算式：f＝a2u+b2，a2＝462～463，b2＝80～82(例如a2＝462.30，b2＝81.08)。

在一个实施方案中，所述电工钢为取向电工钢，例如普通级取向电工钢或高磁感取向电工钢。

在一个实施方案中，所述电工钢为片状或带状。

在一个实施方案中，所述电工钢为是含si0.5～6.5wt％(例如0.5～5.5％，再例如0.5～4.5％)的fe合金；

优选地，所述电工钢还含有不高于0.08的c。

在一个实施方案中，所述电工钢为中华人民共和国国家标准gb/t2521-2008冷轧取向和无取向电工钢带/片中规定的电工钢带或电工钢片。

在一个实施方案中，测量电工钢矫顽力f的方法，该方法测量处于外磁场环境中的电工钢矫顽力f。

在一个实施方案中，测量电工钢矫顽力f的方法，所述外磁场环境的磁通量峰值为在0.1～2t(例如0.3t、0.5t、0.7t、0.9t、1.1t、1.3t、1.5t、1.7t)。

在一个实施方案中，测量电工钢矫顽力f的方法，该方法测量一定磁感应强度条件下的电工钢的矫顽力。

在一个实施方案中，所述磁感应强度为0.1～2t(例如0.3t、0.5t、0.7t、0.9t、1.1t、1.3t、1.5t、1.7t)。

在一个实施方案中，测量电工钢矫顽力f的方法，所述

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力f的设备，该设备用于测量处于外磁场环境中的电工钢矫顽力f。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力f的设备，所述外磁场环境的磁通量峰值为在0.1～2t(例如0.3t、0.5t、0.7t、0.9t、1.1t、1.3t、1.5t、1.7t)。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力f的系统，该系统用于测量处于外磁场环境中的电工钢矫顽力f。

在一个实施方案中，用于测量电工钢矫顽力f的系统，所述外磁场环境的磁通量峰值为在0.1～2t(例如0.3t、0.5t、0.7t、0.9t、1.1t、1.3t、1.5t、1.7t)。

在一个实施方案中，电工钢是含si0.5～6.5wt％(例如0.5～5.5％，再例如0.5～4.5％)的fe合金。

在一个实施方案中，电工钢是含si2.9～3.5wt％(例如2.9～3.3％，再例如2.9～3.1％)的fe合金。

在一个实施方案中，电工钢是取向电工钢。

在一个实施方案中，电工钢是普通取向电工钢，即cgo(conventionalgradesofgrain-oriented)。

在一个实施方案中，电工钢是高磁感取向电工钢，即hgo或hib(highpermeabilitygrainoriented)。

在一个实施方案中，所述电工钢是冷轧取向电工钢。

在一个实施方案中，高磁感取向电工钢的磁极化强度b(h＝800a/m)大于或等于1.85t，优选大于或等于1.88t。

在一个实施方案中，普通取向电工钢的磁极化强度b(h＝800a/m)优选小于或等于1.88t，再优选小于或等于1.85t，优选大于或等于1.75t，优选大于或等于1.78t，例如1.75～1.85t，例如1.78～1.88t。

在一个实施方案中，电工钢的含碳量不超过0.08wt％，例如不超过0.05wt％。

在一个实施方案中，电工钢含mn，例如0.005～3.0wt％，例如0.05～0.1wt％。

在一个实施方案中，电工钢含s，例如0.02wt％以下。

在一个实施方案中，电工钢含cu，例如0.01～0.5wt％，例如0.01～0.3wt％，例如0.01～0.1wt％，例如0.01～0.07wt％。

在一个实施方案中，电工钢含p，例如0.005～0.5wt％，例如0.01～0.1％例如0.01～0.02wt％。

在一个实施方案中，电工钢含al，例如0.02wt％以下，例如0.01wt％以下。

在一个实施方案中，电工钢为电工钢片或电工钢带，其厚度不超过0.56mm。

在一个实施方案中，电工钢片呈板状，宽度至少是厚度的10倍。

在一个实施方案中，电工钢为电工钢片或电工钢带，其厚度为0.20～0.65mm，例如0.20mm、0.23mm、0.27mm、0.30mm、0.35mm、0.5mm或0.65mm。

在一个实施方案中，电工钢的宽度为700～1300mm(例如800～1000mm)。

在一个实施方案中，所述电工钢所含其它元素的比例并不使其具有其它合金钢的特性。

在一个实施方案中，电工钢片或电工钢带两面涂覆有绝缘涂层。

在一个实施方案中，对于普通取向电工钢，电工钢矫顽力与巴克豪森噪声电压值均方根值间的数学模型为：

f＝656.61u+55.54

其中，u代表巴克豪森电压均方根，量纲为mv；f代表矫顽力，量纲为a/m。

在一个实施方案中，对于高磁感取向电工钢，电工钢矫顽力与巴克豪森噪声电压值均方根间的线性关系模型为：

f＝462.30u+81.08

其中，u代表巴克豪森电压均方根，量纲为mv；f代表矫顽力，量纲为a/m。

在一个实施方案中，待测电工钢样品的长宽可以是任意尺寸，例如符合巴克豪森测量仪测量要求的任意尺寸，例如大于30mm×30mm的任意尺寸，例如50mm×50mm，例如100mm×100mm等等，500mm×500mm，700mm×700mm。

在一个实施方案中，电工钢符合中华人民共和国国家标准gb/t2521.2-2008《冷轧取向和无取向电工钢带(片)》的规定，例如符合其中的冷轧取向硅钢的规定。

术语解释：

巴克豪森噪声：当磁畴壁在一有限体积内产生的脉冲迭加在一起时，便聚成一种可测到的如同噪声信号的电信号，称之为巴克豪森噪声。巴克豪森电压均方根值u是指巴克豪森噪声信号的等效电压的均方根值。

矫顽力：是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度b并不退到零，只有在原磁化产相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场成为矫顽磁场，又称矫顽力。

磁感应强度是指试样受交变磁化时，特定磁场强度峰值的磁感应强度峰值，磁感应强度的符号为b，单位为t(特斯拉)。

除非特别说明，％是wt％。

巴克豪斯电压均方根值单位为mv；

矫顽力单位为a/m。

本发明的有益效果：

(1)本发明测量方法能够无需将电工钢裁切加工成尺寸为标准爱波斯坦单片试样(例如350mm×30mm×0.3mm)，对任意尺寸的电工钢都可检测并准确获得电工钢矫顽力；

(2)由于制备试样的步骤被简化，本发明能够实现对电工钢的在线测量、实时测量、随地测量，方便快捷；

(3)本发明测量的电工钢矫顽力与单片测试仪测试标准爱波斯坦试样获得的矫顽力十分接近，误差不超过5％。

(4)本发明检测方法/系统/设备不需要对测量对象进行标准化加工，能够用于硅钢矫顽力的在线检测。

(5)本发明检测方法/系统/设备在不同的磁感应强度下均可实现在线即时测量硅钢的矫顽力。

(6)本发明检测方法具有检测灵敏度高、测试结果可靠性和重复性好的优点，检测设备重量轻，体积小，检测速度快，特别适合在现场进行在线检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1实施例1用于检测电工钢矫顽力的设备示意图；

其中，1-外磁场施加单元，110-信号发生器，120-磁感应强度控制器，130-线圈，140-铁芯，2-巴克豪森信号测量仪探头，3-待检测取向电工钢，4-计算单元，5-输出单元；

图中，bn值表示巴克豪森噪声电压均方根值。

图2为实施例1的矫顽力测量值(图中直线)与对比例1的矫顽力测量值(图中数值点)的对比示意图。

图3为实施例3的矫顽力测量值(图中直线)与对比例3的矫顽力测量值(图中数值点)的对比示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式：

以下实施例利用本发明的巴克豪森检测设备/系统对普通取向电工钢和高磁感取向电工钢进行检测。

图1实施例1用于检测电工钢矫顽力的设备示意图；

其中，1-外磁场施加单元，110-信号发生器，120-磁感应强度控制器，130-线圈，140-铁芯，2-巴克豪森信号测量仪，3-待检测取向电工钢，4-计算单元，5-输出单元。

检测电工钢矫顽力的设备包括，外磁场施加单元1，巴克豪森信号测量仪2，计算单元4和输出单元5。外磁场施加单元用于施加外磁场以控制待检测电工钢的磁感应强度。巴克豪森信号测量仪2用于测量待检测电工钢的巴克豪森电压均方根值u。

外磁场施加单元1包括信号发生器110、磁感应强度控制器120，线圈130，铁芯140。信号发生器110向磁感应强度控制器发出指令信号，磁感应强度控制器向线圈130输出电流，使得线圈130和铁芯140附近产生所需的外磁场。外磁场施加单元1用于在电工钢的附近形成外加磁场。

巴克豪森信号测量仪2能够件检测得到的巴克豪森电压均方根值u，并将结果输入到计算单元4。

计算单元4用于根据以下算式计算电工钢矫顽力f；

若所述电工钢为普通取向电工钢，则根据第一算式：f＝656.61u+55.54；

若所述电工钢为高磁感取向电工钢，则根据第二算式：f＝462.30u+81.08。

计算单元4将计算所得电工钢矫顽力值f输入到输出单元5，输出单元5能够将电工钢矫顽力值f以图形或文字的形式输出。

外磁场施加单元1包括信号发生器110，磁感应强度控制器120，线圈130和铁芯140。

实施例1

测量不同磁感应强度条件下普通取向电工钢的矫顽力。

(1)普通取向电工钢化学成分的重量百分比c：0.03％，si：3.05％，mn：0.07％，s：0.02％，cu：0.03％，p：0.01％，al：0.01％，余量为fe；

(2)对普通取向电工钢成品板材直接检测，长宽500×500mm，厚度0.3mm；

(3)用巴克豪森信号测量仪对步骤2)的试样进行巴克豪森信号检测，获得巴克豪森电压均方根值u；

(4)按以下公式根据巴克豪森电压均方根值u求解普通取向电工钢矫顽力f；

f＝656.61u+55.54。

对比例1

测量不同磁感应强度条件下普通取向电工钢的矫顽力。

(1)普通取向电工钢化学成分同实施例1。

(2)对成品板材进行加工取样，沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样；

(3)采用单片测试仪对所选取的标准爱波斯坦试样进行单片标准的爱波斯坦试样测量，获得普通取向电工钢矫顽力。

实施例1和对比例1对普通取向电工钢的巴克豪森电压均方根值和矫顽力的检测结果如下表1所示。图2为实施例1的矫顽力测量值(图中直线)与对比例1的矫顽力测量值(图中数值点)的对比示意图。

表1

测量结果表明：实施例1测量获得的电工钢矫顽力与对比例1十分接近，偏差不超过4％。

还参照实施例1的方法，检测了700mm×700mm×0.5mm的普通取向硅钢试样，并与标准方法对比，偏差同样不超过4％。

实施例2

测量不同磁感应强度条件下普通取向电工钢的矫顽力。

(1)普通取向电工钢化学成分的重量百分比c：0.09％，si：3.21％，mn：0.10％，s：0.05％，cu：0.04％，p：0.03％，al：0.03％，余量为fe；

(2)对普通取向电工钢成品板材直接检测，长宽500mm×500mm，厚度0.3mm；

(3)用巴克豪森信号测量仪对步骤2)的试样进行巴克豪森信号检测，获得巴克豪森电压均方根值u；

(4)按以下公式根据巴克豪森电压均方根值u求解普通取向电工钢矫顽力f；

f＝656.61u+55.54。

对比例2

测量不同磁感应强度条件下普通取向电工钢的矫顽力。

(1)普通取向电工钢化学成分同实施例1。

(2)对成品板材进行加工取样，沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样；

(3)采用单片测试仪对所选取的标准爱波斯坦试样进行单片标准的爱波斯坦试样测量，获得普通取向电工钢矫顽力。

实施例2和对比例2对普通取向电工钢的巴克豪森电压均方根值和矫顽力的检测结果如下表2所示。

表2

测量结果表明：实施例2测量获得的电工钢矫顽力与对比例2十分接近，偏差不超过2.5％。

还参照实施例2的方法，检测了700mm×700mm×0.5mm的普通取向硅钢试样，并与标准方法对比，偏差同样不超过4％。

实施例3

测量不同磁感应强度条件下高磁感取向电工钢的矫顽力。

(1)高磁感取向电工钢化学成分的重量百分比c：0.05％，si：3.09％，mn：0.07％，s：0.02％，cu：0.07％，p：0.02％，al：0.01％，余量为fe；

(2)对普通取向电工钢成品板材直接检测，长宽500mm×500mm，厚度0.3mm；

(3)用巴克豪森信号测量仪对步骤(2)的试样进行巴克豪森信号检测，获得巴克豪森电压均方根值u；

(4)按以下公式根据巴克豪森电压均方根值u求解高磁感取向电工钢矫顽力f：

f＝462.30u+81.08。

对比例3

测量不同磁感应强度条件下高磁感取向电工钢的矫顽力。

(1)高磁感取向电工钢化学成分同实施例2。

(2)对成品板材进行加工取样，沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样；

(3)采用单片测试仪对步骤(2)的标准爱波斯坦试样进行单片标准的爱波斯坦试样测量，获取高磁感取向电工钢矫顽力。

图3为实施例3的矫顽力测量值(图中直线)与对比例3的矫顽力测量值(图中数值点)的对比示意图。实施例3和对比例3在不同磁感应强度下测量的巴克豪森电压均方根值和矫顽力值如表3所示。

表3

测量结果表明：实施例3测量获得的电工钢矫顽力与对比例3十分接近，偏差不超过5％。

还参照实施例3的方法，检测了700mm×700mm×0.5mm的高磁感取向硅钢试样，并与标准方法对比，偏差同样不超过5％。

实施例4

测量不同磁感应强度条件下高磁感取向电工钢的矫顽力。

(1)高磁感取向电工钢化学成分的重量百分比c：0.10％，si：3.28％，mn：0.09％，s：0.05％，cu：0.10％，p：0.03％，al：0.03％，余量为fe；

(2)对普通取向电工钢成品板材直接检测，长宽500mm×500mm，厚度0.3mm；

(3)用巴克豪森信号测量仪对步骤(2)的试样进行巴克豪森信号检测，获得巴克豪森电压均方根值u；

(4)按以下公式根据巴克豪森电压均方根值u求解高磁感取向电工钢矫顽力f：

f＝462.30u+81.08。

对比例4

测量不同磁感应强度条件下高磁感取向电工钢的矫顽力。

(1)高磁感取向电工钢化学成分同实施例3。

(2)对成品板材进行加工取样，沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样；

(3)采用单片测试仪对步骤(2)的标准爱波斯坦试样进行单片标准的爱波斯坦试样测量，获取高磁感取向电工钢矫顽力。

实施例4和对比例4在不同磁感应强度下测量的巴克豪森电压均方根值和矫顽力值如表4所示。

表4

测量结果表明：实施例4测量获得的电工钢矫顽力与对比例4十分接近，偏差不超过2.5％。

还参照实施例4的方法，检测了700×700×0.5mm的高磁感取向硅钢试样，并与标准方法对比，偏差同样不超过2.5％。

由以上实施例可知，本发明矫顽力测试方法测量得到的电工钢矫顽力与采用单片测试仪测量得到的电工钢矫顽力十分接近，偏差小于5％。

而且，本发明测试方法无需将试样加工成标准爱波斯坦试样，检测方法更加方便快捷。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案，其均应涵在本发明请求保护的技术方案范围当中。