专利名称：单片硅钢片铁损测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅钢片铁心损耗测量技术领域，特别是涉及一种单片硅钢片铁损
测试装置。
背景技术：
铁损，即铁心损耗，是指铁心在^ 50Hz交变磁场下磁化时所消耗的无效电能。这 种由于磁通变化受到各种阻碍而消耗的无效电能，转变成热量而损失掉，又引起电机和变 压器等设备的温度升高。因此，铁损测试是硅钢片生产、流通和使用厂家产品质量管理的重 要评价项目之一。通过对硅钢片铁损的测试，可以判别硅钢片的好坏，及早发现材料的缺 陷，给电机、变压器及相关厂家的品质管理带来极大的方便。因此，硅钢片铁损测试装置具 有很大的市场需求和发展前景。 如何有效地保证磁感应强度为正弦是铁损测试的关键环节。测试探头的设计方案
和感应电压及励磁电流的模数转换系统均影响到硅钢片试样铁损的测量精确性。 现有的单片铁损测试仪采用模拟反馈法对磁感应强度波形进行控制，以保证磁感
应强度波形为正弦。而模拟反馈法采用模拟电子器件设计，不易于用软件方法对其进行控
制；调整后的磁感应强度波形正弦性也不高。导致铁损测试的精度不高、测量值的稳定性也不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便、便于携带、精度高的单片硅钢片 铁损测试装置。 本发明的目的是采用这样的技术解决方案实现的它包括U型探头、微控制器、功 率放大电路、采样电阻、次级线圈信号处理电路、初级线圈信号处理电路、键盘和显示器，其 特征在于所述微控制器分别与功率放大电路、初级线圈信号处理电路、次级线圈信号处理 电路、键盘和显示器相连接，所述U型探头位于功率放大电路和次级线圈信号处理电路之 间，所述U型测试探头由U型磁轭、初级线圈和次级线圈构成，所述初级线圈串接在功率放 大器与采样电阻之间，所述次级线圈的一端与次级线圈信号处理电路相接，其另一端接地， 所述微控制器还与采样电阻和初级线圈信号处理电路相并接，所述微控制器的应用程序采 用C语言编制。 由于本发明采用数字反馈技术控制DAC产生的波形来保证磁感应强度波形为正 弦，励磁电流和感应电压信号均通过ADC采样得到，从而使得测量方法简单、测量精度高， 因此，它是目前较理想的单片硅钢片铁损测试装置之一。
图1为本发明的结构原理示意图 附图标号说明l-功率放大电路，2-初级线圈，3-采样电阻，4-模拟地，5-U型磁轭，6-U型测试探头，7-初级线圈信号处理电路，8-次级线圈，9-次级线圈信号处理电路， 10-DAC模块，11-第一 ADC模块，12-第二 ADC模块，13-第三ADC模块，14-通用输入输出模 块，15-键盘，16-显示器，17-微控制器，18-ARM Cortex-M3内核。
具体实施例方式
参照图1 :本发明包括U型探头6、微控制器17、功率放大电路1、采样电阻3、次级 线圈信号处理电路7、初级线圈信号处理电路9、键盘15和显示器16，所述微控制器17分 别与功率放大电路1、初级线圈信号处理电路9、次级线圈信号处理电路7、键盘15和显示 器16相连接，所述U型探头6位于功率放大电路1和次级线圈信号处理电路7之间，所述 U型测试探头6由U型磁轭5、初级线圈2和次级线圈8构成，所述初级线圈2串接在功率 放大电路1与采样电阻3之间，所述次级线圈8的一端与次级线圈信号处理电路7相接，其 另一端接地，所述微控制器17还与采样电阻3和初级线圈信号处理电路9相并接，所述微 控制器17的应用程序采用C语言编制。 所述的微控制器17由市场购得，它主要由三十二位ARM Cortex-M3内核18、 DAC 模块10、第一ADC模块11、第二 ADC模块12、第三ADC模块13和通用输入输出模块14等部 件组成，所述ARM Cortex-M3内核18通过内部总线分别与DAC模块10、第一 ADC模块11、 第二ADC模块12、第三ADC模块13和通用输入输出模块14相连接，所述第一 ADC模块11、 第二 ADC模块12和第三ADC模块13为三个独立的十二位模数转换器，所述微控制器17最 高可实现72MHz的操作频率，所述微控制器17具有六十四个引脚和五十一个通用输入输出 接口，其起动代码用ARM汇编指令编写，应用程序全部用C语言编制。
所述微控制器17中的DAC模块10、第一ADC模块11、第二ADC模块12和第三ADC 模块13分别与功率放大电路1、次级线圈信号处理电路7、初级线圈信号处理电路9和采样 电阻3的上端相连接。所述键盘15和显示器16由市场购得，所述键盘15和显示器16与 微控制器17中的通用输入输出模块14以公知的方式相接。 本发明使用时，将U型测试探头6放置于硅钢片试样上，操作键盘15，输入硅钢片 试样的厚度、密度和预设Bm，便可在显示器16上显示这些参数及测试结果。
采用本发明测量硅钢片单片铁损值相关参数的方法如下 (l)DAC模块10产生一个正弦波小信号通过U型测试探头6的初级线圈2形成电 流，第三ADC模块13通过采样电阻3对该电流进行采样；从而自动判断U型测试探头6是 否置于硅钢片试样上； (2)根据预设的磁感应强度峰值Bm，微控制器17内核经过运算将对应的一组波形 数据传输给DAC模块10，产生的波形经过功率放大电路1驱动U型测试探头6的初级线圈 2 ; (3)第一 ADC模块11采样U型测试探头6的次级线圈8感应电压信号， ARMCortex-M3内核18根据磁感应强度峰值和波形系数计算公式运算磁感应强度幅值误差 和波形系数误差； 磁感应强度峰值和波形系数计算公式如下^ = 7777^7^ 4.444,2 J
^ =^ = X_^_-二^^i.ui
「齡 lL,-、" 2V^ 式中，Bm为磁感应强度峰值，U2为次级线圈8感应电压，f为励磁电源频率即DAC 模块10产生波形的频率，N2为次级线圈8匝数，A是硅钢片试样横截面积；KF为波形系数， VMS为电压有效值，Vavg为电压平均值，T为励磁电源周期； (4)判断步骤(3)计算得到的误差是否小于等于O. 1%。条件成立，转至步骤(6); 条件不成立，则进行基于数字反馈法的波形调整。
(5)基于数字反馈法的波形调整过程如下
a.幅值调整 设M(i) 、U2(i)分别是第i次迭代的波形幅值和感应电压值，第i+1次迭代波形幅
值M(i+l)由下式确定 M(i+1) = (Uref_U2(i))/K+M(i) 式中，Uref为预设Bm对应的感应电压有效值，K为常数； b.波形系数调整 波形调整过程如下 (l)DAC模块10输出正弦电压^ ; (2)测量次级线圈8感应电压U2 ; (3)第i+1次迭代电压仏(i+1)的波形由下式确定 ^ (i+1)=仏(i) _KFF (U2 (i) _Uref) 式中，K^为反馈系数，在0 1之前取值；通过实验方法可以得到一个合适的KFF， 从而縮短波形系数调整时间； (6)同步采样励磁电流和感应电压信号，应用离散化平均功率计算公式求出一个 周波内施加在初级线圈2的平均功率。计算公式如下 1 w 尸=—y1""/"
W乙""
"=1
式中，N—个周期内的采样点数，Un和in分别为感应电压和励磁电流采样值；
(7)根据硅钢片试样和U型测试探头6参数及步骤(6)求出的平均功率P，并计算
t铁损值(比总损耗)；计算公式如下
单位质3 A-7^x^x尸(W/kg) 丄/^" tV2 (8)步骤(7)中计算得到的铁损值Ps需减去U型测试探头6初级线圈2的铜耗和 U型磁轭5自身的铁损值； (9)将上述步骤所述计算方法，用C语言编制成微控制器17的工作程序，微控制器 17便可将被测硅钢片试样的测试结果输送给显示器16进行显示。
权利要求
单片硅钢片铁损测试装置，包括U型探头、微控制器、功率放大电路、采样电阻、次级线圈信号处理电路、初级线圈信号处理电路、键盘和显示器，其特征在于所述微控制器分别与功率放大电路、初级线圈信号处理电路、次级线圈信号处理电路、键盘和显示器相连接，所述U型探头位于功率放大电路和次级线圈信号处理电路之间，所述U型测试探头由U型磁轭、初级线圈和次级线圈构成，所述初级线圈串接在功率放大器与采样电阻之间，所述次级线圈的一端与次级线圈信号处理电路相接，其另一端接地，所述微控制器还与采样电阻和初级线圈信号处理电路相并接，所述微控制器的应用程序采用C语言编制。
2. 根据权利要求1所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述微控制器中的 DAC模块与功率放大电路相连接。
3. 根据权利要求1所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述微控制器中的第 一 ADC模块与次级线圈信号处理电路相连接。
4. 根据权利要求1所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述第二 ADC模块与 次级线圈信号处理电路。
5. 根据权利要求1所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述第三ADC模块与 和采样电阻的上端相连接。
6. 根据权利要求2所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述微控制器中的第 一 ADC模块与次级线圈信号处理电路相连接。
7. 根据权利要求2所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述第二 ADC模块与 次级线圈信号处理电路。
8. 根据权利要求2所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述第三ADC模块与 和采样电阻的上端相连接。
9. 根据权利要求2所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述第二 ADC模块与 次级线圈信号处理电路。
10. 根据权利要求3所述的单片硅钢片铁损测试装置，其特征在于所述第二ADC模块与 次级线圈信号处理电路。
全文摘要
本发明涉及涉及一种单片硅钢片铁损测试装置；它包括U型探头、微控制器、功率放大电路、键盘和显示器，其特征在于所述微控制器分别与功率放大电路、初级线圈信号处理电路、次级线圈信号处理电路、键盘和显示器相连接，所述U型探头位于功率放大电路和次级线圈信号处理电路之间，初级线圈串接在功率放大器与采样电阻之间，次级线圈的一端与次级线圈信号处理电路相接，其另一端接地，微控制器还与采样电阻和初级线圈信号处理电路相并接，微控制器的应用程序采用C语言编制；它具有结构简单、使用方便、便于携带、精度高的优点。
文档编号G01N27/82GK101750452SQ20101004001
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者余佩琼, 苏英俩, 顾伟驷 申请人:浙江工业大学