Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 64 Politechniki Wrocławskiej Nr 64 Studia i Materiały Nr 30 2010 pomiary anizotropii właściwości magnetycznych, pola wirujące Jerzy BAJOREK*, Dominika GAWORSKA-KONIAREK** NOWA METODA POMIARU ANIZOTROPII WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH BLACH ELEKTROTECHNICZNYCH I UKŁAD DO WYZNACZANIA WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNYCH W POLACH WIRUJĄCYCH Przedstawiono dyskusję czynników wpływających na wyniki oceny anizotropii właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych metodą anizometru indukcyjnego. Zaproponowano sposób eliminacji zasadniczej wady tej metody i przedstawiono propozycję nowej metody pomiaru anizotropii właściwości magnetycznych blach. Zaprezentowano również wyniki badań obu metod i ich ocenę merytoryczną. Uzasadniono potrzebę stosowania zaproponowanej nowej metody pomiaru anizotropii właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych. 1. WSTĘP Postęp w zakresie jakości blach elektrotechnicznych stawia coraz większe a często nowe wymagania w zakresie metrologii pomiaru ich właściwości magnetycznych. Dotyczą one zarówno pomiaru właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych dla potrzeb projektowych optymalnych ekonomicznie magnetowodów jak i wpływu procesu technologicznego na ich właściwości magnetyczne. Ponadto coraz częściej występuje konieczność określenia właściwości blach elektrotechnicznych w głębokich nasyceniach. Duży postęp w zakresie układów elektronicznych o wielkiej skali integracji oraz możliwości przetwarzania analogowego i numerycznego nie rozwiązuje wyżej postawionych wymagań. Powodem jest nieliniowość, niejednoznaczność i niejednorodność ferromagnetyków. Ponadto trudności zapewnienia poprawnych warunków magnesowania obiektu i poboru sygnałów pomiarowych w zasadniczy sposób wpływają na niepewność 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 normy techniczne. Jednakże warunki, w których wykonywane są pomiary, bardzo często odbiegają od warunków rzeczywistych w jakich pracują magnetowody. Wartości parametrów magnetycznych uzyskiwane w znormalizowanych aparatach probierczych (aparat Epsteina, Single Sheet Tester) nie uwzględniają szeregu właściwości blach w zakresie kształtu i wykrojów elementów np. dla maszyn wirujących [3]. Pomiary zazwyczaj wykonywane są wyłącznie dla próbek ciętych wzdłuż i w poprzek kierunku walcowania. W praktyce konieczna jest znajomość parametrów magnetycznych blach elektrotechnicznych dla dowolnego kierunku magnesowania. Pomiary takie realizowane na kilka sposobów. Najprostszym jest pomiar w standardowej ramie Epsteina próbek ciętych pod różnymi kątami względem kierunku wyróżnionego. Takie postępowanie jest bardzo pracochłonne i czasochłonne a tym samym kosztowne. Pozbawiony tych wad jest układ anizometru indukcyjnego (rys. 1). Kierunek pomiaru właściwości magnetycznych badanego materiału ustawia się poprzez obrót próbki kołowej w polu magnetycznym. Odmianą tej metody jest zastosowanie obrotowego jarzma magnesującego nad powierzchnią badanego materiału [6]. Natężenie pola magnetycznego mierzone jest metodą bezpośrednią a indukcja za pomocą cewek obejmujących przekrój poprzeczny obszaru pomiarowego badanej próbki (rys. 2). Nie wdając się w warunki magnesowania obiektu i pomiaru podstawowych wielkości magnetycznych (choć są bardzo istotne z punktu widzenia niepewności pomiaru) podkreślić należy, że powyższe sposoby oceny anizotropii charakteryzują się bardzo istotną wadą. Wymagają bowiem mechanicznego pozycjonowania próbki względem układu magnesującego i czujników pomiarowych lub układu magnesującego względem próbki i czujników pomiarowych. Powoduje to zmianę warunków magnesowania próbki wywołaną konsekwencją jej pozycjonowania i w konsekwencji wzrost niepewności pomiaru. Wadę tą dodatkowo potęguje potrzeba wyznaczanie anizotropii. Polega ona bowiem na określeniu różnic wartości mierzonych wielkości. Konieczne jest więc stosowanie układu pomiarowego o dużej rozdzielczości i dokładności pomiaru mierzonej wielkości. Podkreślić należy, że powyższe metody nie zapewniają sinusoidalnego przebiegu indukcji w próbce co całkowicie dyskwalifikuje ich przydatność do wyznaczenia anizotropii stratności. Mogą być stosowane wyłącznie do 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 wielkości magnetycznych blach elektrotechnicznych bez mechanicznej ingerencji w strukturę: układ magnesujący, próbka i czujniki pomiarowe. 2. ZASADA NOWEJ METODY WYTWARZANIA POLA MAGNESUJĄCEGO O DOWOLNYM KIERUNKU Wyeliminowanie zasadniczej wady klasycznych układów pomiarowych wymaga zapewnienia nastawy dowolnej wartości i kierunku pola magnesującego bez naruszania raz ustawionej struktury: obwód magnesujący, próbka i czujniki pomiarowe. Takie rozwiązanie 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 odpowiednimi uzwojeniami magnesującymi. Próbka badanej blachy elektrotechnicznej w postaci koła lub kwadratu jest stabilnie mocowana w głowicy pomiarowej umieszczonej w szczelinie magnetowodów układu magnesującego (rys. 5). Magnetowody zasilane są napięciem sinusoidalnym z dwóch niezależnych wzmacniaczy mocy przy zerowym przesunięciu fazowym. Zadając odpowiednie wartości indukcji w próbce dla każdego kanału oddzielnie, uzyskuje się żądaną wartość i odchylenie wektora indukcji względem osi współrzędnych układu magnesującego. Wartości nastaw w poszczególnych kanałach
426 dla żądanej wartości wypadkowej wektora indukcji B m i kąta jego odchylenia od osi Y układu magnesującego można wyznaczyć z równań (rys. 3) B my = B m cosθ (1) B X = sin Θ m B m (2) gdzie: B m Y wartość indukcji magnetycznej w torze Y, B m X wartość indukcji magnetycznej w torze X. Rys. 3. Schemat wymuszenia położenia wektora magnetyzacji przy przemagnesowaniu przemiennym w układzie do pomiaru w polach wirujących [5] Fig. 3. Schematic showing magnetization vector position forcing at alternating remagnetization in system for measurements in rotating fields Przykładowo, zadanie w obu torach pomiarowych wartości indukcji przy której ma być mierzona stratność, spowoduje odchylenie wypadkowego wektora indukcji o tej samej wartości o kąt 45 od osi Y układu magnesującego. Dalsze zwiększanie kąta do wartości 90 uzyskuje się przez zmniejszanie wartości indukcji w torze Y przy stałej wartości indukcji w torze X. Przesuwając fazę napięcia toru Y o 180 i zwiększając wartość indukcji przy stałej wartości indukcji toru X uzyskuje się przesunięcie wektora indukcji do 135. Dalsze zwiększanie kąta do 180 uzyskuje się zmniejszając indukcję w torze X itd. [2]. Ortogonalny układ jarzm magnesujących zasilanych niezależnie napięciem o odpowiedniej fazie, pozwala więc precyzyjnie zadawać dowolny kierunek i wartość przemiennego pola magnesującego. Podkreślić należy, że przedstawiony układ probierczy (jarzmo magnesujące) jest ściśle zgodny z układem probierczym do pomiaru dynamicznych właściwości ma-
427 gnetycznych blach elektrotechnicznych w polach wirujących. Charakter wymuszanego pola magnesującego uwarunkowany jest jedynie przesunięciem fazowym napięć zasilających poszczególne jarzma układu probierczego zwanego również Rotational Single Sheet Tester (RSST). 3. POMIAR WIELKOŚCI MAGNETYCZNYCH Poprawny pomiar podstawowych wielkości magnetycznych bezwzględnie wymaga zapewnia jednorodnego rozkładu składowej stycznej natężenia pola magnetycznego na powierzchni badanej próbki. Spełnienie tego warunku na całej powierzchni próbki jest praktycznie nierealne. Znacznie korzystniejszym rozwiązaniem jest ograniczenie pomiaru do obszaru obiektu na którym powyższy warunek jest praktycznie (najlepiej) spełniony [1]. Z tego powodu w układzie zastosowano bezpośredni pomiar natężenia pola magnetycznego i indukcji. Nieruchome zamocowanie próbki i czujników pola przy zmiennym kierunku pola magnesującego, wymaga stosowania czujników pomiarowych w obu osiach współrzędnych układu magnesującego (rys. 3). Pozwalają one zmierzyć składowe wektora mierzonej wielkości niezależnie od kierunku magnesowania próbki. Z tego powodu zastosowano dwie ortogonalnie ustawione płaskie cewki składowej stycznej natężenia pola magnetycznego H o wymiarach (20 20)mm. Rys. 4. Schematyczna zasada pomiaru właściwości magnetycznych w systemie pomiarowym w polach wirujących [2] Fig. 4. Schematic principle of measuring magnetic properties in measuring system in rotating fields [2]
428 Umieszczono je centralnie w środku układu magnesującego (rys. 4) tak, że ich osie są zgodne z kierunkami jarzm magnesujących. W celu pomiaru indukcji w każdej próbce wywiercono, odległe o 10 mm od jej środka, cztery otwory o średnicy 0,7 mm. Nawinięto przez nie również dwie ortogonalnie ustawione cewki do pomiaru siły elektromotorycznej generowanej przez strumień magnetyczny objęty ich przekrojami (rys. 4). Przedstawiony sposób pomiaru i ułożenia czujników wielkości magnetycznych jest również identyczny jak w przypadku pomiaru w polach wirujących. W tym przypadku pole wiruje z określoną prędkością względem próbki. Stosuje się różne stopnie przemagnesowywania eliptycznego próbki którego szczególnym przypadkiem jest przemagnesowywanie kołowe (stała wartość wirującego wektora indukcji). W przypadku anizotropii właściwości magnetycznych blach, pomiar wykonywany jest przy przemagnesowywaniu polem przemiennym również o stałej wartości szczytowej indukcji lub natężenia pola magnetycznego dla różnych kierunków magnesowana próbki. Należy więc podkreślić, że układ probierczy do pomiaru dynamicznych właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych w polach wirujących jest bardzo dobrze przystosowany również dla potrzeb pomiaru anizotropii w polach przemiennych. W obu przypadkach pomiar stratności bezwzględnie wymaga zapewnienia sinusoidalnego przebiegu pochodnej indukcji po czasie. Manualna realizacja powyższego wymagania jest wręcz niemożliwa. Konieczne jest stosowanie wyspecjalizowanej aparatury pomiarowej. 4. BADANIA MAGNETYCZNE Celem wykonanych badań było określenie poprawności wyników otrzymanych nową metodą pomiaru anizotropii polegającą na zmianie kierunku pola magnesującego z poziomu programu komputerowego systemu pomiarowego, poprzez porównanie z wynikami otrzymanymi metodą anizometru indukcyjnego. Obydwa badania przeprowadzono za pomocą wyspecjalizowanego systemu pomiarowego MAG-TD200 firmy R&J Measurement. Przystosowany jest on do pomiarów w polach przemiennych i wirujących o dowolnej eliptyczności przy jednoczesnym zachowaniu sinusoidalnego przebiegu indukcji w badanej próbce. Umożliwia nastawę dowolnego przesunięcia fazowego miedzy przebiegami wymuszającymi pole magnesujące. MAG-TD200 w sposób automatyczny wymusza w próbce żądaną wartość indukcji i zapewnia sinusoidalny jej przebiegu dla dowolnie wybranego kierunku pola magnesującego. Pozwala również na pracę w opcji jednokanałowej dla kanału X lub Y (jeden tor magnesujący i pomiarowy) dla pól przemiennych oraz w opcji jednego toru magnesującego i dwóch torów pomiarowych (X i Y). Ostatnia wymieniona opcja pracy systemu pomiarowego bardzo dobrze nadaję się do pomiarów wielkości magnetycznych metodą anizometru indukcyjnego.
429 Badania przyprowadzono na próbkach blach w kształcie koła o średnicy 60 mm, wykonanych z blachy elektrotechnicznej anizotropowej oraz blachy elektrotechnicznej izotropowej. Główny nacisk nałożono na określenie właściwości magnetycznych próbek w ściśle określonym kierunku. Podstawowe pomiary w układzie anizometru wykonano poprzez obrót próbki z krokiem 15 w zakresie 360. W tym przypadku wykorzystano system pomiarowy MAG-TD200 w opcji: jeden tor magnesujący i dwa tory pomiarowe. Przemienne pole magnesujące generowało jedno z jarzm, zapewniając żądaną wartość szczytową indukcji przy sinusoidalnym jej przebiegu w badanej próbce. Wielkości magnetyczne mierzone były przez dwa tory pomiarowe. Takie rozwiązanie pozwalało na przemieszczanie się czujników do pomiaru indukcji w raz z obracaną próbką blachy elektrotechnicznej. W obu torach mierzone były wielkości proporcjonalne do indukcji i natężenia pola magnetycznego. Jednakże stałe i właściwe ułożenie czujnika natężenia pola magnetycznego w głowicy pomiarowej powodowało, że natężenie pola było mierzone tylko przez jeden tor pomiarowy. Drugi tor mierzył bardzo małe, losowo zmieniające się wartości sygnału świadczące o bardzo dobrym ustawieniu czujników i symetrii jarzma magnesującego. W przypadku nowej metody pomiaru anizotropii badania zostały wykonane dla zadanych kierunków i wartości maksymalnych indukcji lub natężenia pola magnetycznego próbki. Kierunek pola magnesującego próbkę zadawany był z poziomu programu komputerowego systemu. W celu jednoznacznej oceny wyników, pomiary wykonano dla wyżej wskazanych kierunków magnesowania próbki Obydwa rodzaje badań wykonano przy częstotliwości 50 Hz dla sinusoidalnego przebiegu indukcji o amplitudzie B m = 1,20 T. Odchyłka kształtu pochodnej indukcji po czasie od przebiegu sinusoidalnego nie przekraczała 0,3% a dokładność nastawy indukcji 0,1%. W obu sposobach pomiaru anizotropii właściwości magnetycznych próbek, sygnały pomiarowe były zbierane z tego samego obszaru pomiarowego za pomocą tych samych czujników i torów pomiarowych. Pozwala to przyjąć praktycznie taką samą niepewność przetwarzania sygnału pomiarowego dla obu metod pomiarowych. Powtarzalność systemu dla pomiaru stratności przy indukcji 1,2 T dla dwudziestu pomiarów nie przekracza 0,4%. Układ probierczy wraz z cewkami natężenia pola magnetycznego systemu pomiarowego MAG-TD200 zastosowany w badaniach przedstawia rys. 5. Powyższe dane techniczne wskazują, że zastosowany komputerowy system pomiarowy jest dokładniejszy niż określają to wymagania norm w zakresie pomiaru właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych. Ponadto system ten przed rozpoczęciem badań został sprawdzony za pomocą wzorców materiałowych PTB. Anizotropię stratności T badanych próbek wyznaczono na podstawie zależności dla blach nieorientowanych zawartej w normie technicznej PN-EN 10106:2009 [4]. W1 W2 T A = 100 [%] (3) W + W 1 2
430 gdzie: W 1 stratność próbek w kierunku prostopadłym do kierunku walcowania [W kg 1 ], W 2 stratność próbek w kierunku walcowania [W kg 1 ]. Rys. 5. Jarzmo do pomiaru właściwości magnetycznych w polach wirujących Fig. 5. Yoke for measuring magnetic properties in rotating fields Na potrzeby badań stosowanych metod pomiaru równanie (3) zmodyfikowano do postaci: T A Δp = Δp max max Δp + Δp min min 100 [%] (4) gdzie: Δp max maksymalna stratność całkowita dla określonej wartości indukcji [W kg 1 ], Δp min minimalna stratność całkowita dla określonej wartości indukcji [W kg 1 ]. 5. WYNIKI POMIARÓW Wyniki pomiarów stratności oraz natężenia pola magnetycznego badanych próbek w zależności od wartości i kierunku pola magnesującego próbkę względem osi Y układu 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 Blacha Tabela 1. Anizotropia stratności całkowitej badanych blach Table 1. Anisotropy of total loss of tested sheets Anizometr System pomiarowy Δp min Δp max T Δp min Δp max T [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 (μ Αa wartość natężenia pola otrzymana w układzie anizometru indukcyjnego, μ Αr wartość natężenia pola otrzymana otrzymanych metodą sterowania systemem pomiarowym z poziomu programu komputerowego) Table 2. Comparison of magnetic field strength values for two methods (μ Αa the field strength value obtained from the induction anisometer system, μ Αr the field strength value obtained by the method of measuring system control through the software Θ Blacha anizotropowa Blacha izotropowa [ o ] μ 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 3,9 30 2543 2567 0,90 1,06 1,13 5,9 7793 7233 7,7 0,66 0,73 8,8 45 2824 2794 1,1 1,16 1,23 6,3 6147 6538 6,0 0,75 0,74 1,4 60 3396 3528 3,7 1,35 1,40 3,7 5477 5910 7,3 1,32 1,29 2,5 75 3835 4069 5,8 1,39 1,38 0,51 5508 5435 1,3 1,31 1,26 3,7 90 4325 4586 5,7 1,38 1,33 3,7 5519 5036 9,6 1,10 1,03 6,7 105 5970 6127 2,6 1,26 1,28 1,7 5908 5701 3,6 0,96 1,00 3,4 120 8809 8698 1,3 1,23 1,31 5,8 6402 6448 0,72 0,75 0,73 2,6 135 9609 9843 2,4 1,16 1,28 9,5 6961 6794 2,5 0,62 0,64 2,8 150 7251 7059 2,7 1,08 1,16 7,1 7966 7428 7,2 0,67 0,72 6,8 165 4762 4957 3,9 1,02 1,06 4,2 8215 8842 7,1 0,83 0,83 0,12 180 3511 3699 5,1 1,01 1,02 1,1 8262 7993 3,4 0,86 0,93 7,8 195 3174 3117 1,8 0,98 1,02 4,5 8128 7905 2,8 0,78 0,83 7,0 210 2691 2926 8,1 1,10 1,12 1,9 8008 7567 5,8 0,62 0,67 6,3 225 2620 2822 7,2 1,23 1,32 7,3 7176 6585 9,0 0,63 0,62 0,81 240 3000 3068 2,2 1,35 1,41 3,8 6102 6165 1,0 1,37 1,41 2,8 255 3295 3504 6,0 1,39 1,38 0,80 5612 5457 2,8 1,36 1,39 2,6 270 3662 3699 0,99 1,40 1,34 4,5 4429 4524 2,1 1,20 1,23 2,0 285 5515 5375 2,6 1,27 1,28 0,67 4559 4846 5,9 0,99 1,03 4,1 300 8607 8596 0,13 1,07 1,11 3,6 5636 6066 7,1 0,77 0,85 8,8 315 9134 8783 4,0 1,01 1,08 5,9 6692 6794 1,5 0,61 0,62 0,81 330 7210 6904 4,4 1,01 0,96 5,2 7390 7428 0,51 0,62 0,58 6,3 345 4693 4430 5,9 0,97 0,96 0,68 8548 8842 3,3 0,82 0,89 7,3
432 system pomiarowy μ A = f(θ) anizometr 345 9000 0 15 330 8000 30 300 315 7000 6000 5000 4000 μa [-] 45 60 285 3000 2000 75 1000 270 0 90 255 B m = 1,20 T 105 240 120 225 135 210 150 Blacha izotropowa 195 180 165 Rys. 6. Natężenie pola magnetycznego dla układu anizometru indukcyjnego oraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy izotropowej Fig. 6. Magnetic field strength for induction anisometer system and for new method of measuring anisotropy isotropic steel sheet system pomiarowy μ A = f(θ) 285 270 anizometr 300 315 330 0 345 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 μa [-] 15 30 45 60 75 90 255 105 240 B m = 1,20 T 120 225 135 210 150 Blacha anizotropowa 195 180 165 Rys. 7. Natężenie pola magnetycznego dla układu anizometru indukcyjnego oraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy anizotropowej Fig. 7. Magnetic field strength for anisometer induction system and for new method of measuring anisotropy anisotropic steel sheet
433 system pomiarowy 345 anizometr 330 1,6 1,4 0 15 30 Δp = f(θ) 285 300 315 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Δp [W kg -1 ] 45 60 75 270 0,0 90 255 105 240 120 225 B m = 1,20 T 135 210 Blacha anizotropowa 195 180 165 150 Rys. 8. Stratność dla układu anizometru indukcyjnego oraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy anizotropowej Fig. 8. Loss for induction anisometer system and for new method of measuring anisotropy anisotropic steel sheet system pomiarowy anizometr 330 345 1,6 1,4 0 15 30 Δp = f(θ) 315 1,2 45 1,0 285 300 0,8 0,6 0,4 0,2 Δp [W kg -1 ] 60 75 270 0,0 90 255 105 240 120 225 B m = 1,20 T 135 210 150 Blacha izotropowa 195 180 165 Rys. 9. Stratność dla układu anizometru indukcyjnego oraz dla nowej metody pomiaru anizotropii dla blachy izotropowej Fig. 9. Loss for induction anisometer system and for new method of measuring anisotropy isotropic steel sheet
434 6. WNIOSKI Według opinii autorów pomiar indukcji z przekroju całej szerokości próbki (w przypadku anizometru indukcyjnego) jest mało wiarygodny ze względu na niejednorodny rozkład składowej stycznej natężenia pola magnetycznego na jej powierzchni. Zasadnym jest więc ograniczenie pomiarów do obszaru próbki gdzie powyższy warunek jest praktycznie spełniony. W przypadku metody anizometru indukcyjnego, konieczność obracania badanej próbki wymusza potrzebę stosowania dwóch ortogonalnie ułożonych czujników do pomiaru indukcji. Pociąga to za sobą konieczność stosowania dwóch torów przetwarzania sygnału proporcjonalnego do indukcji, nie eliminując zasadniczej wady tej metody. Eliminacja jej wymaga zastosowania jarzma magnesującego w układzie ortogonalnym wraz z niezależnymi torami zasilającym. Wymusza to w efekcie użycia wyżej opisanego jarzma probierczego i dwukanałowego systemu pomiarowego z torami zasilania i przetwarzania sygnału proporcjonalnego do składowej stycznej natężenia pola magnetycznego i indukcji. Taka struktura układu pomiarowego odpowiada ściśle strukturze aparatury do pomiaru dynamicznych właściwości magnetycznych w polach wirujących. Według autorów jest to jedynie zasadna struktura układu pomiarowego z punktu widzenia poprawności oceny anizotropii właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych. Jednocześnie podkreślić należy duże jej możliwości pomiarowe. Pozwala bowiem na wyznaczenie wszystkich właściwości magnetycznych blach elektrotechnicznych 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 pomiarowy próbki oraz tory pomiaru sygnałów były te same. Należy więc uznać, że różnice wartości zmierzonych wielkości przy dużej dokładności i powtarzalności aparatury pomiarowej powodowane są wyłącznie przez naruszenia struktury: układ magnesujący, próbka, czujniki pola oraz manualną dokładność nastawy obrotu próbki w anizometrze indukcyjnym. Niepewność nastawy kierunku pola magnesującego dla nowej metody pomiaru anizotropii z poziomu programu komputerowego jest bowiem pomijalnie mała w stosunku do nastawy manualnej próbki w przypadku anizometru indukcyjnego. Ponadto dla zwiększenia wiarygodności porównań obu metod pomiarowych wykonano bardziej rygorystyczne porównanie. Wyznaczono bowiem anizotropię natężenia pola magnesującego dla stałej wartości indukcji. Podkreślić należy, że szczytowe
435 wartości natężenia pola magnetycznego znacząco ulegają zmianie nawet dla bardzo małych zmian wartości indukcji. Jednak i w tym przypadku otrzymano również dużą zgodność wyników niezależnie od rodzaju badanej próbki. Badania porównawcze obu metod pozwoliły wyznaczyć błąd powodowany metodą anizometru indukcyjnego. Na podstawie otrzymanych wyników osiąga on praktycznie 10%. Podsumowując wyniki badań należy stwierdzić, że zaproponowana nowa metoda pomiaru anizotropii jest poprawna i najbardziej zasadna merytorycznie. Istotną jej zaletą jest również sterowanie całą procedurą pomiaru z poziomu programu komputerowego systemem pomiarowego. Wszystkie procedury realizowane są automatycznie bez wpływu obsługi na niepewność uzyskiwanych wyników pomiarów. LITERATURA [1] BAJOREK J., BAJOREK R., Computerized system designed to measure the magnetic properties of the 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 magnetic anisotropy and properties using computerized system for measurements in rotational fields, Raport PRE#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 construction 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 processed state. [5] SOIŃSKI M., Materiały magnetyczne w technice, COSiWSEP, 2002. [6] TUMAŃSKI S., Measurement of the anisotropy of electrical steels, VI Krajowe Sympozjum Pomiarów Magnetycznych, Kielce 2000. A NEW METHOD FOR MEASUREMENT THE ANISOTROPY OF THE MAGNETIC PROPERTIES OF 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 sheets by the induction anisometer method are discussed. A way of eliminating the main drawback of the this method is presented and a new method of measuring the anisotropy of the magnetic properties of electrical sheets is proposed. The two methods are compared and evaluated. The advantages of the new method of measuring the anisotropy of the magnetic properties of electrical sheets are described.