Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów ElektrycznychNr 64 Politechniki Wrocławskiej Nr 64Studia i Materiały Nr 30 2010

pomiary anizotropii właściwości magnetycznych, pola wirujące

Jerzy BAJOREK*, Dominika GAWORSKA-KONIAREK**

NOWA METODA POMIARU ANIZOTROPIIWŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH

BLACH ELEKTROTECHNICZNYCH I UKŁADDO WYZNACZANIA WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH

W POLACH WIRUJĄCYCH

Przedstawiono dyskusję czynników wpływających na wyniki oceny anizotropii właściwości ma-gnetycznych blach elektrotechnicznych metodą anizometru indukcyjnego. Zaproponowano sposóbeliminacji zasadniczej wady tej metody i przedstawiono propozycję nowej metody pomiaru anizotro-pii właściwości magnetycznych blach. Zaprezentowano również wyniki badań obu metod i ich ocenęmerytoryczną. Uzasadniono potrzebę stosowania zaproponowanej nowej metody pomiaru anizotropiiwłaściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych.

1. WSTĘP

Postęp w zakresie jakości blach elektrotechnicznych stawia coraz większe a częstonowe wymagania w zakresie metrologii pomiaru ich właściwości magnetycznych. Doty-czą one zarówno pomiaru właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych dlapotrzeb projektowych optymalnych ekonomicznie magnetowodów jak i wpływu procesutechnologicznego na ich właściwości magnetyczne. Ponadto coraz częściej występujekonieczność określenia właściwości blach elektrotechnicznych w głębokich nasyceniach.

Duży postęp w zakresie układów elektronicznych o wielkiej skali integracji orazmożliwości przetwarzania analogowego i numerycznego nie rozwiązuje wyżej posta-wionych wymagań. Powodem jest nieliniowość, niejednoznaczność i niejednorodnośćferromagnetyków. Ponadto trudności zapewnienia poprawnych warunków magnesowa-nia obiektu i poboru sygnałów pomiarowych w zasadniczy sposób wpływają na niepew-ność pomiaru właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych. Z tego powodu_________

* Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych.** Instytut Elektrotechniki, Oddział Wrocław.

424

parametry magnetyczne i warunki, w jakich powinny być badane, precyzują normytechniczne. Jednakże warunki, w których wykonywane są pomiary, bardzo często od-biegają od warunków rzeczywistych w jakich pracują magnetowody. Wartości parame-trów magnetycznych uzyskiwane w znormalizowanych aparatach probierczych (aparatEpsteina, Single Sheet Tester) nie uwzględniają szeregu właściwości blach w zakresiekształtu i wykrojów elementów np. dla maszyn wirujących [3]. Pomiary zazwyczaj wy-konywane są wyłącznie dla próbek ciętych wzdłuż i w poprzek kierunku walcowania.W praktyce konieczna jest znajomość parametrów magnetycznych blach elektrotech-nicznych dla dowolnego kierunku magnesowania. Pomiary takie realizowane na kilkasposobów. Najprostszym jest pomiar w standardowej ramie Epsteina próbek ciętych podróżnymi kątami względem kierunku wyróżnionego. Takie postępowanie jest bardzopracochłonne i czasochłonne a tym samym kosztowne. Pozbawiony tych wad jest układanizometru indukcyjnego (rys. 1). Kierunek pomiaru właściwości magnetycznych bada-nego materiału ustawia się poprzez obrót próbki kołowej w polu magnetycznym. Od-mianą tej metody jest zastosowanie obrotowego jarzma magnesującego nad powierzch-nią badanego materiału [6]. Natężenie pola magnetycznego mierzone jest metodąbezpośrednią a indukcja za pomocą cewek obejmujących przekrój poprzeczny obszarupomiarowego badanej próbki (rys. 2). Nie wdając się w warunki magnesowania obiektui pomiaru podstawowych wielkości magnetycznych (choć są bardzo istotne z punktuwidzenia niepewności pomiaru) podkreślić należy, że powyższe sposoby oceny anizo-tropii charakteryzują się bardzo istotną wadą. Wymagają bowiem mechanicznego pozy-cjonowania próbki względem układu magnesującego i czujników pomiarowych lubukładu magnesującego względem próbki i czujników pomiarowych. Powoduje to zmia-nę warunków magnesowania próbki wywołaną konsekwencją jej pozycjonowaniai w konsekwencji wzrost niepewności pomiaru. Wadę tą dodatkowo potęguje potrzebawyznaczanie anizotropii. Polega ona bowiem na określeniu różnic wartości mierzonychwielkości. Konieczne jest więc stosowanie układu pomiarowego o dużej rozdzielczościi dokładności pomiaru mierzonej wielkości. Podkreślić należy, że powyższe metody niezapewniają sinusoidalnego przebiegu indukcji w próbce co całkowicie dyskwalifikujeich przydatność do wyznaczenia anizotropii stratności. Mogą być stosowane wyłączniedo wyznaczenia anizotropii indukcji (magnesowalności).

Rys. 1. Anizometr indukcyjny z obracaną próbką [5]Fig. 1. Induction anisometer with revolved sample [5]

425

Rys. 2. Anizometr z obracanym jarzmem [6]Fig. 2. Anisometer with rotated yoke [6]

Autorzy artykułu proponują nową metodę wyznaczenia anizotropii dowolnych wiel-kości magnetycznych blach elektrotechnicznych bez mechanicznej ingerencji w struktu-rę: układ magnesujący, próbka i czujniki pomiarowe.

2. ZASADA NOWEJ METODY WYTWARZANIAPOLA MAGNESUJĄCEGO O DOWOLNYM KIERUNKU

Wyeliminowanie zasadniczej wady klasycznych układów pomiarowych wymaga za-pewnienia nastawy dowolnej wartości i kierunku pola magnesującego bez naruszania razustawionej struktury: obwód magnesujący, próbka i czujniki pomiarowe. Takie rozwią-zanie znacząco zwiększa dokładność pomiaru eliminując:

– niepowtarzalność pozycjonowania próbki względem układu magnesującego,– niepowtarzalność pozycjonowania czujników pomiarowych względem próbki

i układu magnesującego,– niepewność nastawy żądanego kierunku magnesowania próbki względem pola

magnesującego,– zmiany warunków magnesowania próbki,Postawiony cel można osiągnąć stosując dwa źródła pola magnesującego, ustawione

ortogonalnie względem siebie (rys. 3). Źródłami pól są magnetowody z odpowiednimiuzwojeniami magnesującymi. Próbka badanej blachy elektrotechnicznej w postaci kołalub kwadratu jest stabilnie mocowana w głowicy pomiarowej umieszczonej w szczeliniemagnetowodów układu magnesującego (rys. 5). Magnetowody zasilane są napięciemsinusoidalnym z dwóch niezależnych wzmacniaczy mocy przy zerowym przesunięciufazowym. Zadając odpowiednie wartości indukcji w próbce dla każdego kanału od-dzielnie, uzyskuje się żądaną wartość i odchylenie wektora indukcji względem osiwspółrzędnych układu magnesującego. Wartości nastaw w poszczególnych kanałach

426

dla żądanej wartości wypadkowej wektora indukcji Bm i kąta jego odchylenia od osi Yukładu magnesującego można wyznaczyć z równań (rys. 3)

Θcosmm BYB = (1)

Θ= sinmm BXB (2)

gdzie: BmY wartość indukcji magnetycznej w torze Y, BmX wartość indukcji magne-tycznej w torze X.

Rys. 3. Schemat wymuszenia położenia wektora magnetyzacjiprzy przemagnesowaniu przemiennym w układzie do pomiaru w polach wirujących [5]

Fig. 3. Schematic showing magnetization vector position forcingat alternating remagnetization in system for measurements in rotating fields

Przykładowo, zadanie w obu torach pomiarowych wartości indukcji przy którejma być mierzona stratność, spowoduje odchylenie wypadkowego wektora indukcjio tej samej wartości o kąt 45° od osi Y układu magnesującego. Dalsze zwiększaniekąta do wartości 90° uzyskuje się przez zmniejszanie wartości indukcji w torze Yprzy stałej wartości indukcji w torze X. Przesuwając fazę napięcia toru Y o 180°i zwiększając wartość indukcji przy stałej wartości indukcji toru X uzyskuje sięprzesunięcie wektora indukcji do 135°. Dalsze zwiększanie kąta do 180° uzyskujesię zmniejszając indukcję w torze X itd. [2]. Ortogonalny układ jarzm magnesują-cych zasilanych niezależnie napięciem o odpowiedniej fazie, pozwala więc precy-zyjnie zadawać dowolny kierunek i wartość przemiennego pola magnesującego.Podkreślić należy, że przedstawiony układ probierczy (jarzmo magnesujące) jestściśle zgodny z układem probierczym do pomiaru dynamicznych właściwości ma-

427

gnetycznych blach elektrotechnicznych w polach wirujących. Charakter wymusza-nego pola magnesującego uwarunkowany jest jedynie przesunięciem fazowym na-pięć zasilających poszczególne jarzma układu probierczego zwanego również Rota-tional Single Sheet Tester (RSST).

3. POMIAR WIELKOŚCI MAGNETYCZNYCH

Poprawny pomiar podstawowych wielkości magnetycznych bezwzględnie wymagazapewnia jednorodnego rozkładu składowej stycznej natężenia pola magnetycznegona powierzchni badanej próbki. Spełnienie tego warunku na całej powierzchni próbkijest praktycznie nierealne. Znacznie korzystniejszym rozwiązaniem jest ograniczeniepomiaru do obszaru obiektu na którym powyższy warunek jest praktycznie (najlepiej)spełniony [1]. Z tego powodu w układzie zastosowano bezpośredni pomiar natężeniapola magnetycznego i indukcji. Nieruchome zamocowanie próbki i czujników polaprzy zmiennym kierunku pola magnesującego, wymaga stosowania czujników pomia-rowych w obu osiach współrzędnych układu magnesującego (rys. 3). Pozwalają onezmierzyć składowe wektora mierzonej wielkości niezależnie od kierunku magnesowa-nia próbki. Z tego powodu zastosowano dwie ortogonalnie ustawione płaskie cewkiskładowej stycznej natężenia pola magnetycznego H o wymiarach (20 × 20)mm.

Rys. 4. Schematyczna zasada pomiaru właściwości magnetycznychw systemie pomiarowym w polach wirujących [2]

Fig. 4. Schematic principle of measuring magnetic propertiesin measuring system in rotating fields [2]

428

Umieszczono je centralnie w środku układu magnesującego (rys. 4) tak, że ich osie sązgodne z kierunkami jarzm magnesujących. W celu pomiaru indukcji w każdej próbcewywiercono, odległe o 10 mm od jej środka, cztery otwory o średnicy ∅ 0,7 mm.Nawinięto przez nie również dwie ortogonalnie ustawione cewki do pomiaru siłyelektromotorycznej generowanej przez strumień magnetyczny objęty ich przekrojami(rys. 4). Przedstawiony sposób pomiaru i ułożenia czujników wielkości magnetycz-nych jest również identyczny jak w przypadku pomiaru w polach wirujących. W tymprzypadku pole wiruje z określoną prędkością względem próbki. Stosuje się różnestopnie przemagnesowywania eliptycznego próbki którego szczególnym przypadkiemjest przemagnesowywanie kołowe (stała wartość wirującego wektora indukcji).W przypadku anizotropii właściwości magnetycznych blach, pomiar wykonywany jestprzy przemagnesowywaniu polem przemiennym również o stałej wartości szczytowejindukcji lub natężenia pola magnetycznego dla różnych kierunków magnesowanapróbki. Należy więc podkreślić, że układ probierczy do pomiaru dynamicznych wła-ściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych w polach wirujących jest bardzodobrze przystosowany również dla potrzeb pomiaru anizotropii w polach przemien-nych. W obu przypadkach pomiar stratności bezwzględnie wymaga zapewnienia sinu-soidalnego przebiegu pochodnej indukcji po czasie. Manualna realizacja powyższegowymagania jest wręcz niemożliwa. Konieczne jest stosowanie wyspecjalizowanejaparatury pomiarowej.

4. BADANIA MAGNETYCZNE

Celem wykonanych badań było określenie poprawności wyników otrzymanychnową metodą pomiaru anizotropii polegającą na zmianie kierunku pola magnesują-cego z poziomu programu komputerowego systemu pomiarowego, poprzez porów-nanie z wynikami otrzymanymi metodą anizometru indukcyjnego. Obydwa badaniaprzeprowadzono za pomocą wyspecjalizowanego systemu pomiarowego MAG-TD200firmy „R&J Measurement”. Przystosowany jest on do pomiarów w polach przemien-nych i wirujących o dowolnej eliptyczności przy jednoczesnym zachowaniu sinu-soidalnego przebiegu indukcji w badanej próbce. Umożliwia nastawę dowolnegoprzesunięcia fazowego miedzy przebiegami wymuszającymi pole magnesujące.MAG-TD200 w sposób automatyczny wymusza w próbce żądaną wartość indukcjii zapewnia sinusoidalny jej przebiegu dla dowolnie wybranego kierunku pola ma-gnesującego. Pozwala również na pracę w opcji jednokanałowej dla kanału X lub Y(jeden tor magnesujący i pomiarowy) dla pól przemiennych oraz w opcji jednegotoru magnesującego i dwóch torów pomiarowych (X i Y). Ostatnia wymienionaopcja pracy systemu pomiarowego bardzo dobrze nadaję się do pomiarów wielkościmagnetycznych metodą anizometru indukcyjnego.

429

Badania przyprowadzono na próbkach blach w kształcie koła o średnicy 60 mm,wykonanych z blachy elektrotechnicznej anizotropowej oraz blachy elektrotechnicznejizotropowej.

Główny nacisk nałożono na określenie właściwości magnetycznych próbek w ści-śle określonym kierunku. Podstawowe pomiary w układzie anizometru wykonanopoprzez obrót próbki z krokiem 15° w zakresie 360°. W tym przypadku wykorzystanosystem pomiarowy MAG-TD200 w opcji: jeden tor magnesujący i dwa tory pomiaro-we. Przemienne pole magnesujące generowało jedno z jarzm, zapewniając żądanąwartość szczytową indukcji przy sinusoidalnym jej przebiegu w badanej próbce.Wielkości magnetyczne mierzone były przez dwa tory pomiarowe. Takie rozwiązaniepozwalało na przemieszczanie się czujników do pomiaru indukcji w raz z obracanąpróbką blachy elektrotechnicznej. W obu torach mierzone były wielkości proporcjo-nalne do indukcji i natężenia pola magnetycznego. Jednakże stałe i właściwe ułożenieczujnika natężenia pola magnetycznego w głowicy pomiarowej powodowało, że natę-żenie pola było mierzone tylko przez jeden tor pomiarowy. Drugi tor mierzył bardzomałe, losowo zmieniające się wartości sygnału świadczące o bardzo dobrym ustawie-niu czujników i symetrii jarzma magnesującego.

W przypadku nowej metody pomiaru anizotropii badania zostały wykonane dla za-danych kierunków i wartości maksymalnych indukcji lub natężenia pola magnetycz-nego próbki. Kierunek pola magnesującego próbkę zadawany był z poziomu progra-mu komputerowego systemu. W celu jednoznacznej oceny wyników, pomiarywykonano dla wyżej wskazanych kierunków magnesowania próbki

Obydwa rodzaje badań wykonano przy częstotliwości 50 Hz dla sinusoidalnego przebie-gu indukcji o amplitudzie Bm = 1,20 T. Odchyłka kształtu pochodnej indukcji po czasie odprzebiegu sinusoidalnego nie przekraczała 0,3% a dokładność nastawy indukcji ≤0,1%.W obu sposobach pomiaru anizotropii właściwości magnetycznych próbek, sygnały pomia-rowe były zbierane z tego samego obszaru pomiarowego za pomocą tych samych czujnikówi torów pomiarowych. Pozwala to przyjąć praktycznie taką samą niepewność przetwarzaniasygnału pomiarowego dla obu metod pomiarowych. Powtarzalność systemu dla pomiarustratności przy indukcji 1,2 T dla dwudziestu pomiarów nie przekracza 0,4%.

Układ probierczy wraz z cewkami natężenia pola magnetycznego systemu pomia-rowego MAG-TD200 zastosowany w badaniach przedstawia rys. 5. Powyższe danetechniczne wskazują, że zastosowany komputerowy system pomiarowy jest dokład-niejszy niż określają to wymagania norm w zakresie pomiaru właściwości magnetycz-nych blach elektrotechnicznych. Ponadto system ten przed rozpoczęciem badań zostałsprawdzony za pomocą wzorców materiałowych PTB.

Anizotropię stratności T badanych próbek wyznaczono na podstawie zależności dlablach nieorientowanych zawartej w normie technicznej PN-EN 10106:2009 [4].

10021

21 ⋅+−

=WWWWTA [%] (3)

430

gdzie: W1 – stratność próbek w kierunku prostopadłym do kierunku walcowania[W·kg–1], W2 – stratność próbek w kierunku walcowania [W·kg–1].

Rys. 5. Jarzmo do pomiaru właściwości magnetycznych w polach wirującychFig. 5. Yoke for measuring magnetic properties in rotating fields

Na potrzeby badań stosowanych metod pomiaru równanie (3) zmodyfikowano dopostaci:

100minmax

minmax ⋅+−

=ppppTA ΔΔ

ΔΔ [%] (4)

gdzie: Δpmax – maksymalna stratność całkowita dla określonej wartości indukcji [W·kg–1],Δpmin – minimalna stratność całkowita dla określonej wartości indukcji [W·kg–1].

5. WYNIKI POMIARÓW

Wyniki pomiarów stratności oraz natężenia pola magnetycznego badanych próbekw zależności od wartości i kierunku pola magnesującego próbkę względem osi Yukładu magnesującego dla:

– układu anizometru indukcyjnego (obracana próbka),– układu według nowej metody pomiaru anizotropii,

zestawione są w postaci tabelarycznej w tabelach 1–3 oraz graficznej na rys. 6–9.

431

Tabela 1. Anizotropia stratności całkowitej badanych blachTable 1. Anisotropy of total loss of tested sheets

Anizometr System pomiarowy

Δpmin Δpmax T Δpmin Δpmax TBlacha

[W/kg] [W/kg] [%] [W/kg] [W/kg] [%]

Izotropowa 1,40 0,97 18 1,41 0,96 19

Anizotropowa 1,37 0,61 38 1,41 0,58 42

Tabela 2. Porównanie otrzymanych wartości natężenie pola dla obu metod pomiarowych(μΑa – wartość natężenia pola otrzymana w układzie anizometru indukcyjnego,

μΑr – wartość natężenia pola otrzymana otrzymanych metodą sterowania systemem pomiarowymz poziomu programu komputerowego)

Table 2. Comparison of magnetic field strength values for two methods(μΑa – the field strength value obtained from the induction anisometer system,

μΑr – the field strength value obtained by the method of measuring system control through the software

Θμ Α a μ Α r δ p a p r δ μ Α a μ Α r δ p a p r δ

[-] [-] [%] [W·kg-1] [W·kg-1] [%] [-] [-] [%] [W·kg-1] [W·kg-1] [%]0 3349 3322 0,83 1,02 1,02 0,47 8457 8002 5,7 0,81 0,80 1,3

15 2680 2817 4,8 1,03 1,03 0,10 8297 7792 6,5 0,81 0,84 3,930 2543 2567 0,90 1,06 1,13 5,9 7793 7233 7,7 0,66 0,73 8,845 2824 2794 1,1 1,16 1,23 6,3 6147 6538 6,0 0,75 0,74 1,460 3396 3528 3,7 1,35 1,40 3,7 5477 5910 7,3 1,32 1,29 2,575 3835 4069 5,8 1,39 1,38 0,51 5508 5435 1,3 1,31 1,26 3,790 4325 4586 5,7 1,38 1,33 3,7 5519 5036 9,6 1,10 1,03 6,7105 5970 6127 2,6 1,26 1,28 1,7 5908 5701 3,6 0,96 1,00 3,4120 8809 8698 1,3 1,23 1,31 5,8 6402 6448 0,72 0,75 0,73 2,6135 9609 9843 2,4 1,16 1,28 9,5 6961 6794 2,5 0,62 0,64 2,8150 7251 7059 2,7 1,08 1,16 7,1 7966 7428 7,2 0,67 0,72 6,8165 4762 4957 3,9 1,02 1,06 4,2 8215 8842 7,1 0,83 0,83 0,12180 3511 3699 5,1 1,01 1,02 1,1 8262 7993 3,4 0,86 0,93 7,8195 3174 3117 1,8 0,98 1,02 4,5 8128 7905 2,8 0,78 0,83 7,0210 2691 2926 8,1 1,10 1,12 1,9 8008 7567 5,8 0,62 0,67 6,3225 2620 2822 7,2 1,23 1,32 7,3 7176 6585 9,0 0,63 0,62 0,81240 3000 3068 2,2 1,35 1,41 3,8 6102 6165 1,0 1,37 1,41 2,8255 3295 3504 6,0 1,39 1,38 0,80 5612 5457 2,8 1,36 1,39 2,6270 3662 3699 0,99 1,40 1,34 4,5 4429 4524 2,1 1,20 1,23 2,0285 5515 5375 2,6 1,27 1,28 0,67 4559 4846 5,9 0,99 1,03 4,1300 8607 8596 0,13 1,07 1,11 3,6 5636 6066 7,1 0,77 0,85 8,8315 9134 8783 4,0 1,01 1,08 5,9 6692 6794 1,5 0,61 0,62 0,81330 7210 6904 4,4 1,01 0,96 5,2 7390 7428 0,51 0,62 0,58 6,3345 4693 4430 5,9 0,97 0,96 0,68 8548 8842 3,3 0,82 0,89 7,3

[ o]

Blacha anizotropowa Blacha izotropowa

432

0100020003000400050006000700080009000

015

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165180

195

210

225

240

255

270

285

300

315

330

345

system pomiarowyanizometr

Bm = 1,20 T

μ A [-

]

Blacha izotropowa

μA = f(Θ)

Rys. 6. Natężenie pola magnetycznego dla układu anizometru indukcyjnegooraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy izotropowej

Fig. 6. Magnetic field strength for induction anisometer systemand for new method of measuring anisotropy – isotropic steel sheet

0100020003000400050006000700080009000

100000

1530

45

60

75

90

105

120

135

150165

180195

210

225

240

255

270

285

300

315

330345

system pomiarowyanizometr

Bm = 1,20 T

μ A [-

]

Blacha anizotropowa

μA = f(Θ)

Rys. 7. Natężenie pola magnetycznego dla układu anizometru indukcyjnegooraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy anizotropowej

Fig. 7. Magnetic field strength for anisometer induction systemand for new method of measuring anisotropy – anisotropic steel sheet

433

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,60

1530

45

60

75

90

105

120

135

150165

180195

210

225

240

255

270

285

300

315

330345

system pomiarowy

anizometr

Bm = 1,20 T

Δp = f(Θ)

Δp

[W·k

g-1]

Blacha anizotropowa

Rys. 8. Stratność dla układu anizometru indukcyjnegooraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy anizotropowej

Fig. 8. Loss for induction anisometer systemand for new method of measuring anisotropy – anisotropic steel sheet

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,60

1530

45

60

75

90

105

120

135

150165

180195

210

225

240

255

270

285

300

315

330345

system pomiarowy

anizometr

Bm = 1,20 T

Δp = f(Θ)

Δp

[W·k

g-1]

Blacha izotropowa

Rys. 9. Stratność dla układu anizometru indukcyjnegooraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy izotropowej

Fig. 9. Loss for induction anisometer systemand for new method of measuring anisotropy – isotropic steel sheet

434

6. WNIOSKI

Według opinii autorów pomiar indukcji z przekroju całej szerokości próbki (w przy-padku anizometru indukcyjnego) jest mało wiarygodny ze względu na niejednorodnyrozkład składowej stycznej natężenia pola magnetycznego na jej powierzchni. Zasadnymjest więc ograniczenie pomiarów do obszaru próbki gdzie powyższy warunek jest prak-tycznie spełniony. W przypadku metody anizometru indukcyjnego, konieczność obraca-nia badanej próbki wymusza potrzebę stosowania dwóch ortogonalnie ułożonych czuj-ników do pomiaru indukcji. Pociąga to za sobą konieczność stosowania dwóch torówprzetwarzania sygnału proporcjonalnego do indukcji, nie eliminując zasadniczej wadytej metody. Eliminacja jej wymaga zastosowania jarzma magnesującego w układzieortogonalnym wraz z niezależnymi torami zasilającym. Wymusza to w efekcie użyciawyżej opisanego jarzma probierczego i dwukanałowego systemu pomiarowegoz torami zasilania i przetwarzania sygnału proporcjonalnego do składowej stycznej natę-żenia pola magnetycznego i indukcji. Taka struktura układu pomiarowego odpowiadaściśle strukturze aparatury do pomiaru dynamicznych właściwości magnetycznychw polach wirujących. Według autorów jest to jedynie zasadna struktura układu pomia-rowego z punktu widzenia poprawności oceny anizotropii właściwości magnetycznychblach elektrotechnicznych. Jednocześnie podkreślić należy duże jej możliwości pomia-rowe. Pozwala bowiem na wyznaczenie wszystkich właściwości magnetycznych blachelektrotechnicznych w polach:

– przemiennych, nie tylko z znormalizowanych aparatach probierczych– wirujących w wyżej przedstawionym aparacie probierczym.Na podstawie przeprowadzonych badań anizotropii właściwości magnetycznych

próbek blach elektrotechnicznych za pomocą:– nowej metody nie wymagającej przemieszczania próbki i– metody anizometru indukcyjnego

stwierdzamy dużą zgodność otrzymanych wyników pomiarów. Podkreślić należy, że:badane próbki, czujniki wielkości magnetycznych i sposób ich pomiaru, obszar po-miarowy próbki oraz tory pomiaru sygnałów były te same. Należy więc uznać, żeróżnice wartości zmierzonych wielkości przy dużej dokładności i powtarzalności apa-ratury pomiarowej powodowane są wyłącznie przez naruszenia struktury: układ ma-gnesujący, próbka, czujniki pola oraz manualną dokładność nastawy obrotu próbkiw anizometrze indukcyjnym. Niepewność nastawy kierunku pola magnesującego dlanowej metody pomiaru anizotropii z poziomu programu komputerowego jest bowiempomijalnie mała w stosunku do nastawy manualnej próbki w przypadku anizometruindukcyjnego.

Ponadto dla zwiększenia wiarygodności porównań obu metod pomiarowych wy-konano bardziej rygorystyczne porównanie. Wyznaczono bowiem anizotropię natęże-nia pola magnesującego dla stałej wartości indukcji. Podkreślić należy, że szczytowe

435

wartości natężenia pola magnetycznego znacząco ulegają zmianie nawet dla bardzomałych zmian wartości indukcji. Jednak i w tym przypadku otrzymano również dużązgodność wyników niezależnie od rodzaju badanej próbki. Badania porównawcze obumetod pozwoliły wyznaczyć błąd powodowany metodą anizometru indukcyjnego. Napodstawie otrzymanych wyników osiąga on praktycznie 10%.

Podsumowując wyniki badań należy stwierdzić, że zaproponowana nowa metodapomiaru anizotropii jest poprawna i najbardziej zasadna merytorycznie. Istotną jejzaletą jest również sterowanie całą procedurą pomiaru z poziomu programu kompute-rowego systemem pomiarowego. Wszystkie procedury realizowane są automatyczniebez wpływu obsługi na niepewność uzyskiwanych wyników pomiarów.

LITERATURA

[1] BAJOREK J., BAJOREK R., Computerized system designed to measure the magnetic properties ofthe electrotechnical steel in rotational field, VI Krajowe Sympozjum Pomiarów Magnetycznych,Kielce 2000.

[2] BAJOREK J, GAWORSKA D., KONIAREK J., WĘGLIŃSKI B., Estimation of material’s magneticanisotropy and properties using computerized system for measurements in rotational fields, RaportPRE#11/2004 Instytutu Maszyn, Napędówi Pomiarów Elektrycznych, Politechnika Wrocławska,Wrocław 2004.

[3] BAKOŃ T., Measuring of magnetic properties of non-oriented silicon steel to allocate for construc-tion of rotating machines, VI Krajowe Sympozjum Pomiarów Magnetycznych, Kielce 2000.

[4] PN-EN 10106:2009 Cold rolled non-oriented steel sheet and strip delivered in the fully processedstate.

[5] SOIŃSKI M., Materiały magnetyczne w technice, COSiWSEP, 2002.[6] TUMAŃSKI S., Measurement of the anisotropy of electrical steels, VI Krajowe Sympozjum Po-

miarów Magnetycznych, Kielce 2000.

A NEW METHOD FOR MEASUREMENT THE ANISOTROPY OF THE MAGNETIC PROPERTIESOF ELECTRICAL STEEL SHEETS AND THE ARRANGEMENT FOR MEASUREMENT

OF MAGNETIC PROPERTIES UNDER ROTATIONAL FIELDS

The factors affecting the evaluation of the anisotropy of the magnetic properties of electrical sheetsby the induction anisometer method are discussed. A way of eliminating the main drawback of the thismethod is presented and a new method of measuring the anisotropy of the magnetic properties of electri-cal sheets is proposed. The two methods are compared and evaluated. The advantages of the new methodof measuring the anisotropy of the magnetic properties of electrical sheets are described.