钢片传感器 简单实用！华北电力大学研究者提出一种检测电工钢片应力的新方法
简单实用！华北电力大学研究者提出一种检测电工钢片应力的新方法
取向电工钢作为一种电磁性能优良的软磁材料，广泛用于制造各类变压器铁心。在实际运行过程中，由于变压器内部的弯曲效应、硅钢片的叠压等，铁心会受到一定的挤压或拉伸应力的作用，承受不同应力的硅钢片表现出来的磁特性会有很大的不同。虽然拉应力引起磁特性的变化不大，但即使很小的压应力也导致磁滞回线严重变形，磁滞损耗增加。因此，确定取向硅钢片的应力类型并评估其大小，对于提高变压器的运行效率是至关重要的。
目前，国内外常用的铁磁材料应力无损检测方法主要有X射线衍射法、中子衍射法、超声波法和巴克豪森效应法等。
X射线衍射法是利用应力会导致晶面间距发生改变，布拉格衍射峰也会因此发生偏移，根据移动距离来确定应力。但X射线的探测深度只在μm级，而硅钢片的厚度在mm级。中子衍射法的测量原理与X射线衍射法类似，探测深度在cm级，但由于中子激发设备价格高昂，对实验环境要求严格，测量成本昂贵，目前该方法还不能应用于民用设备。超声波法基于声弹性理论，利用超声波在介质中传播的速度来评估应力，但该方法检测灵敏度低。巴克豪森效应法是利用巴克豪森噪声信号对应力敏感的特性，通过提取相应的信号特征值，进行应力的评估。但巴克豪森噪声信号的测量易受传感器材料、结构、磁心与样品的间距等因素的影响，而且该噪声信号具有随机性、波动性和不可复现性，因此用巴克豪森信号来量化应力的大小也存在一定的困难。新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的孟肖戈、李琳，在2023年第7期《电工技术学报》上撰文，提出一种利用磁滞回线在矫顽点的微分磁化率来检测电工钢片应力的新方法。
图1 BROCKHAUS-MPG200软磁材料测量系统
研究者首先利用扩展的考虑磁力学效应的磁滞模型，同时考虑到软磁材料钉扎系数k近似等于矫顽场Hc，推导出矫顽点微分磁化率的倒数与应力的线性关系表达式，得到一条线性校准曲线，可以根据测得的磁滞回线求出矫顽点的微分磁化率，进而评估出硅钢片的应力大小。然后通过实验证明了这种应力检测方法的准确性与适用性。实验结果与理论计算结果有很好的一致性，这为定量评估取向电工钢片的机械应力提供了一种简单实用的方法。
他们指出，不同型号、批次及生产厂商的硅钢片，磁致伸缩特性都会有所差别，换句话说校准曲线的斜率也会有所不同，但在实际工程应用中，只要测出应力为零和其他任意两种应力下的矫顽点微分磁化率，就可以较为准确地画出相应的校准曲线。这为硅钢片应力的定量评估提供了一种便捷的方法，也为其他铁磁材料的应力检测提供了一条新思路。与其他应力检测方法相比，该方法具有检测成本低、检测效率高、准确性高等优点。
本工作成果发表在2023年第7期《电工技术学报》，论文标题为“一种利用矫顽点微分磁化率定量评估取向电工钢片机械应力的新方法”。本课题得到国家重点研发计划课题和国家自然科学基金的支持。
ABB 垂直测量 PFCL 201 压力传感器枕块式称重传感器
称重传感器由一整块不锈钢加工而成。传感器直接加工在钢片上，其位置使其对测量方向上的力敏感，而对其他方向上的力不敏感。
传感器用四个螺钉安装在底座上，轴承座用四个螺钉安装在传感器顶部。
每个称重传感器都经过校准和温度补偿。
称重传感器 PFCL 201C/201CE/201CD 有四种测量范围，所有型号的外部尺寸相同。
称重传感器 PFCL 201C 配备了可插拔连接电缆的连接器。
PFCL 201CE 称重传感器配有带保护软管的连接电缆。
称重传感器 PFCL 201CD 带有防酸电缆接头，并配有聚四氟乙烯绝缘连接电缆。
重复性误差
重复性误差是指在相同条件下重复读数之间的最大偏差。它以额定负载下灵敏度的百分比表示。
补偿温度范围
称重传感器的温度漂移已在特定温度范围内得到补偿。这就是称重传感器保持规定允许温度漂移(即零点漂移和灵敏度漂移)的温度范围。
工作温度范围
工作温度范围是指称重传感器能在规定精度内工作的温度范围。在整个工作温度范围内，称重传感器的最大允许温度漂移(即零点漂移和灵敏度漂移)不一定保持不变。
存储温度范围
储存温度范围是指称重传感器可以储存的温度范围。
零点随温度的漂移
零点漂移是指称重传感器在零负载时，与灵敏度有关的信号随温度的变化。
灵敏度随温度的漂移
灵敏度漂移是指在额定负载下，信号随温度的变化，与灵敏度有关，不包括零点漂移。
压缩
压缩是指负载从零增加到额定值时，称重传感器高度的总减少量。零增加到额定值时，称重传感器高度的总减少量。
传感器的测量原理
传感器的测量原理基于 Pressductor® 技术和磁性材料在机械应力作用下磁导率变化的事实。
传感器是在称重传感器上加工的薄膜。主绕组和副绕组通过称重传感器上的四个孔绕成直角。
初级绕组通过交流电供电，从而在初级绕组周围产生磁场。由于两个绕组互成直角，因此只要传感器上没有负载，次级绕组周围就不会产生磁场。
当传感器在测量方向上受到机械力时，磁场的传播会发生变化，从而包围次级绕组，在该绕组中产生交变电压。
控制单元将该交变电压转换为与外力成比例的直流电压。如果测量力改变方向，传感器信号也会改变极性。
安装布置
在选择安装方式时，重要的是要记住将称重传感器放置在一个方向上，以提供足够的测量力 (FR)，从而达到尽可能高的精度。
称重传感器没有特定的正确方向;应将其放置在最适合应用的方向上，同时考虑到螺孔的位置。也可以将辊子悬挂在称重传感器下方安装称重传感器。
称重传感器在拉伸和压缩时具有相同的灵敏度，因此可以最简便的方式安装称重传感器。
典型的安装方式有水平安装和倾斜安装。
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