2.2.1 Konstrukce
2.2.1.1 Epsteinův přístroj
Epsteinův přístroj se skládá ze čtyř cívek, do kterých se vkládají pásky zkoušeného vzorku elektroplechu. Kostry cívek jsou vyrobeny z tvrdého isolačního materiálu, mají obdélníkový průřez s vnitřní šířkou 32 mm. Doporučovaná vnitřní výška je 10 mm. Cívky jsou upevněny na desce z isolačního a nemagnetického materiálu tak, že tvoří čtverec. Délka strany čtverce vnitřních hran pásků vloženého vzorku je (220 + 1 - 0) mm.
Každá cívka má dvě vinutí - vnější primární vinutí a vnitřní sekundární vinutí. Mezi nimi může být elektrostatické stínění. Vinutí musí být navinuto rovnoměrně na délce 190 mm, každá cívka má jednu čtvrtinu celkového počtu závitů. Primární vinutí všech cívek je sériově spojeno, stejně je sériově spojeno sekundární vinutí všech cívek. Počet závitů není předepsán, ale obvykle je 700 pro užívání při frekvenci 50 Hz.
K maximálnímu snížení vlivu impedancí vinutí musí tyto impedance splňovat tyto podmínky:
2 -6 2 -6
R /N ≤ 1,25 . 10 Ω, R /N ≤ 5 . 10 Ω, (1)
1 1 2 2
2 -9 2 -9
L /N ≤ 2,5 . 10 H, L /N ≤ 2,5 . 10 H, (2)
1 1 2 2
kde R a R jsou resistence primárního resp. sekundárního vinutí,
1 2
L a L jsou induktance primárního resp. sekundárního vinutí,
1 2
N a N jsou celkové počty závitů primárního a sekundárního vinutí.
1 2
Epsteinův přístroj musí být kompenzován s ohledem na magnetický tok vzduchem. Za tím účelem je uprostřed prostoru ohraničeného cívkami Epsteinova přístroje umístěna cívka vzájemné indukčnosti, její osa je kolmá k rovině tvořené osami cívek Epsteinova přístroje. Primární vinutí této kompenzační cívky je zapojeno v sérii s primárním vinutím Epsteinova přístroje a sekundární vinutí je zapojeno v sérii se sekundárním vinutím Epsteinova přístroje tak, aby indukovaná napětí v těchto sekundárních vinutích byla opačné polarity. Nastavení hodnoty kompenzační vzájemné indukčnosti je takové, že při průchodu střídavého proudu primárními vinutími při prázdném Epsteinově přístroji (vzorek není vložen) napětí měřené mezi volnými nespojenými konci sekundárních vinutí není větší než 0,1 % napětí na sekundárním vinutí nekompenzovaného Epsteinova přístroje.
2.2.1.2 Etalonové vzorky
Součástí měřicí sestavy jsou etalonové vzorky pro Epsteinův přístroj (dále jen "etalonové vzorky"). Tyto vzorky musí magnetickými vlastnostmi a hmotností pokrývat rozsah magnetických vlastností a hmotností vzorků, které jsou měřicí sestavou běžně měřeny.
Etalonové vzorky jsou vyrobeny z elektrotechnické oceli. Pásky etalonového vzorku musí být ploché, jsou stříhány bez viditelných otřepů a nerovných okrajů a pokud je to specifikováno, jsou tepelně zpracovány. Pásky musí být čisté, bez okují a jiných nečistot. Pásky vzorku mají následující rozměry:
šířka 30 mm ± 0,2 mm, délka je větší nebo rovna 280 mm a menší nebo rovna 320 mm.
Délka pásků musí být stejná s tolerancí ± 0,5 mm. Když jsou pásky stříhány rovnoběžně nebo kolmo se směrem válcování, okraje mateřského pásu nebo tabule jsou brány jako referenční směr. Pásky vzorku zhotoveného z orientovaného materiálu musí mít směr delší osy pásku odlišný od směru válcování nejvýše o ± 1°. U pásků vzorku zhotoveného z neorientovaného materiálu musí mít polovina pásků směr delší osy shodný se směrem válcování s tolerancí nejvýše ± 5° a druhá polovina pásků má směr delší osy kolmý na směr válcování s tolerancí nejvýše ± 5°. Na každém pásku musí být patrný směr válcování. Pásky s delší osou ve směru válcování se vkládají do protilehlých rovnoběžných cívek Epsteinova přístroje a pásky s delší osou kolmou na směr válcování se vkládají do zbývajících cívek.
Počet pásků vzorku je dělitelný čtyřmi. Aktivní hmotnost etalonového vzorku musí být nejméně 240 g pro vzorky dlouhé 280 mm.
Efektivní délka magnetického obvodu vzorku
l
m
je stanovena dohodou 0,94 m.
Aktivní hmotnost vzorku
m
a
je dána vztahem
m = m . l /4 l, (3)
a m
kde
l je délka pásku vzorku v m,
l je efektivní délka magnetického obvodu 0,94 m,
m
m je celková hmotnost vzorku v kg,
m je aktivní hmotnost vzorku v kg.
a
2.2.1.3 Měřicí sestava
2.2.1.3.1 Měřicí sestava pro měření měrných ztrát
Měřicí sestava pro měření měrných ztát je zapojena podle schématu na obrázku 1. Magnetovací proud je pomalu zvyšován až se dosáhne požadované střední hodnoty usměrněného napětí
|U |
2m
na sekundárním vinutí Epsteinova přístroje. Přičemž se ampérmetrem sleduje hodnota magnetovacího proudu, aby proudový obvod wattmetru nebyl přetížen. Střední hodnota napětí je vypočtena z požadované amplitudy magnetické polarizace podle:
|U | = 4 f N A J R /(R + R ), (4)
2m 2 a i i t
kde
|U | je střední hodnota usměrněného napětí indukovaného v sekundárním
2m
vinutí ve V,
f je frekvence v Hz,
N je celkový počet závitů sekundárního vinutí,
2
A je průřez vzorku v m2,
J je amplituda magnetické polarizace v T,
a
R je celková resistence přístrojů v sekundárním obvodu v Ω,
i
R je součet resistencí sekundárních vinutí Epsteinova přístroje
t
a kompenzační vzájemné indukčnosti,
Průřez vzorku se vypočte z rovnice
A = m/(4 l ρ ), (5)
m
kde
A je průřez vzorku ve čtverečních m,
m je celková hmotnost vzorku v kg,
l je délka pásků vzorku v m,
ρ je stanovená hustota materiálu vzorku v kg/m3.
m
Obrázek - Obrázek 1
Ampérmetr v primárním obvodu se zkratuje a napětí se potom popřípadě dorovná na požadovanou hodnotu. Podílem střední hodnoty a efektivní hodnoty indukovaného napětí se stanoví činitel tvaru indukovaného napětí, který musí být 1,111 ± 1 %.
Z údaje wattmetru se vypočtou celkové ztráty
P ,
c
podle
2
P = P N /N - (1,111|U |) /R , (6)
c m 1 2 2m i
kde
P jsou celkové vypočtené ztráty vzorku ve W,
c
P je výkon změřený wattmetrem ve W,
m
N je celkový počet závitů primárního vinutí,
1
N je celkový počet závitů sekundárního vinutí
2
R je celková ekvivalentní resistence přístrojů v
i
sekundárním obvodu v Ω
|U | je střední hodnota usměrněného napětí indukovaného v
2m
sekundárním vinutí ve V.
Měrné ztráty
P
s
se vypočtou podle vztahu
P = P /m = (P /m ).(4 l/l ), (7)
s c a c a m
kde
P jsou celkové měrné ztráty vzorku ve W/kg,
s
l je délka pásku vzorku v m,
l je smluvená efektivní délka magnetického obvodu v m (l = 0,94 m),
m m
m je celková hmotnost vzorku v kg,
m je aktivní hmotnost vzorku v kg,
a
P jsou vypočtené celkové ztráty vzorku ve W.
c
2.2.1.3.2 Měřicí sestava pro měření amplitudové charakteristiky
Měřicí sestava pro měření amplitudové charakteristiky je zapojena podle schématu na obrázku 2 nebo na obrázku 3. Před měřením amplitudové charakteristiky se musí vzorek odmagnetovat nastavením takového střídavého magnetovacího proudu, který odpovídá nasycené magnetické polarizaci ve vzorku, a jeho pomalým postupným snižováním do nulové hodnoty.
Amplituda magnetické polarizace
J
a
se určí měřením střední hodnoty usměrněného napětí indukovaného v sekundárním vinutí podle vztahu (4).
Amplituda intenzity magnetického pole ve vzorku
H
a
se určí měřením amplitudy proudu v obvodu primárního vinutí
I
1a,
to je měřením amplitudy napětí
U
1a
na odporu R v zapojení podle obrázku 1. Platí
I = U /R.
1a 1a
Amplituda intenzity magnetického pole se vypočte z rovnice
H = I N /l , (8)
a 1a 1 m
kde
H je amplituda intenzity magnetického pole ve vzorku,
a
I je amplituda magnetovacího proudu v obvodu primárního vinutí
1a
l smluvená efektivní délka magnetického obvodu vzorku
m
N je celkový počet závitů primárního vinutí Epsteinova přístroje
1
Obrázek - Obrázek 2
Alternativně může být amplituda intenzity magnetického pole určena měřením střední hodnoty usměrněného napětí indukovaného v sekundárním vinutí vzájemné indukčnosti
M ,
D
jejíž primární vinutí je zapojeno v sérii s primárním vinutím Epsteinova přístroje v zapojení podle schématu na obrázku 3. Při použití této metody je nezbytné kontrolovat tvar časového průběhu napětí
U
Dm
osciloskopem, časový průběh musí mít pouze dva průchody nulovou hodnotou během jedné periody. Jako voltmetr střední hodnoty nutný k měření
U
Dm
lze použít voltmetr měřící sekundární napětí Epsteinova přístroje a přepínač, jak je znázorněno na obrázku 3.
Amplituda intenzity magnetického pole se vypočte z rovnice:
H = U [N /(4 f M l )] . (R + R )/R , (9)
a Dm 1 D m v m v
kde
M je vzájemná indukčnost v obvodu podle obr. 3 v H
D
R je vnitřní resistance voltmetru střední hodnoty v Ω,
v
R je resistance sekundárního vinutí vzájemné indukčnosti M v Ω,
m D
U je střední hodnota usměrněného napětí indukovaného v sekundárním
Dm
vinutí M .
D
Obrázek - Obrázek 3