Vyhláška, kterou se stanoví požadavky na měřicí sestavy pro měření magnetických charakteristik magnetů

§ 1

Tato vyhláška stanoví požadavky na měřicí sestavy pro měření magnetických charakteristik magnetů (dále jen „měřicí sestava“), postup při schvalování jejich typu a postup při jejich ověřování.

§ 2

Terminologie, požadavky na měřicí sestavy, jakož i postup při schvalování typu měřicích sestav a postup při jejich ověřování jsou stanoveny v příloze.

§ 3

Tato vyhláška nabývá účinnosti dnem 1. března 2004.

Ministr:

Ing. Urban v. r.

Příloha k vyhlášce č. 72/2004 Sb.

• 1 TERMINOLOGIE

• 1.1 Měřicí sestava se používá pro měření magnetických charakteristik magnetů v uzavřeném magnetickém obvodu, to je statické hraniční hysterezní smyčky (celé nebo její části ve II. kvadrantu označované demagnetovací křivka) a jejích význačných bodů. Skládá se z přístrojů a zařízení specifikovaných v bodu 2.1 a 2.2.

• 1.2 Etalonový vzorek magnetických charakteristik magnetu (dále jen „etalonový vzorek“) příslušející měřicí sestavě je vzorek splňující požadavky této vyhlášky a používaný výhradně k metrologické návaznosti měřicí sestavy.

• 1.3 Etalonová měřicí sestava je měřicí sestava podle bodu 1.1, která je v držení metrologické instituce, je dlouhodobě sledovaná a prostřednictvím etalonových vzorků mezinárodně porovnaná.

• 1.4 Měření charakteristik magnetů podle této normy se týká měření závislosti jak magnetické indukce B, tak magnetické polarizace J na intenzitě magnetického pole H. Tyto veličiny spolu souvisí podle rovnice:

B=μ0H+J ,(1)

kde

B je magnetická indukce v T,

μ0 je magnetická konstanta 4π. 10^-7 v H/m,

H je intenzita magnetického pole v A/m,

J je magnetická polarizace v T.

• 1.5 Remanence Br je hodnotou magnetické indukce nebo magnetické polarizace na demagnetovací křivce pro nulovou hodnotu intenzity magnetického pole.

• 1.6 Koercivita HcB (koercivita vztažená k magnetické indukci) je hodnota intenzity magnetického pole daná průsečíkem demagnetovací křivky a přímky B = 0.

• 1.7 Koercivita HcJ (koercivita vztažená k magnetické polarizaci) je hodnota intenzity magnetického pole daná průsečíkem demagnetovací křivky a přímky J = 0.

• 1.8 Maximální součin (BH)max je maximální hodnota součinu odpovídajících hodnot B a H na demagnetovací křivce.

• 2 POŽADAVKY NA MĚŘICÍ SESTAVY

• 2.1 METROLOGICKÉ POŽADAVKY

Měřicí sestava se skládá z částí, které musí splňovat tyto požadavky:

• a) elektromagnet specifikovaný v bodu 2.2,

• b) měřicí cívky navinuté nebo nasunuté na vzorku specifikované v bodu 2.2,

• c) měřidlo magnetické indukce nebo magnetické polarizace integrující napětí indukované v měřicích cívkách. Nejistota měření magnetické indukce nebo nejistota měření magnetické polarizace nesmí být větší než 2%,

• d) měřidlo intenzity magnetického pole (plochá měřicí cívka, magnetický potenciálmetr nebo Hallova sonda ve spojení s vhodnými přístroji) musí splňovat požadavky specifikované v bodu 2.2 a musí být samostatně kalibrováno. Chyba měření intenzity magnetického pole ve vzorku nesmí být větší než 2%.

Součástí měřicí sestavy jsou etalonové vzorky, které musí magnetickými vlastnostmi a rozměry odpovídat vzorkům, které jsou měřicí sestavou běžně měřeny. Tyto vzorky musí splňovat příslušné požadavky bodu 2.2.

• 2.2 TECHNICKÉ POŽADAVKY

• 2.2.1 Konstrukce

• 2.2.2 Elektromagnet

Elektromagnet z magneticky měkkého materiálu tvoří společně se vzorkem uzavřený magnetický obvod. Schéma je na obrázku 1. Konstrukce jha musí být symetrická, nejméně jeden pólový nástavec musí být pohyblivý, aby se minimalizovala vzduchová mezera mezi vzorkem a pólovými nástavci. Koncové plochy obou pólových nástavců musí být co nejvíce vzájemně rovnoběžné a co nejvíce kolmé k osám pólových nástavců, aby se minimalizovaly vzduchové mezery. Pro některá měření jho a póly mohou být složeny z plechů, aby se zmenšily vířivé proudy. Koercivita materiálu pólů obvykle nesmí být větší než 100 A/m. K tomu, aby se získalo homogenní magnetické pole v prostoru, který zaujímá vzorek, musí být současně splněny podmínky:

d1≥d2+1,2l´(2)

d1≥2,0l´(3)

kde

d1 je průměr válcového pólového nástavce nebo nejmenší rozměr pravoúhlého pólového nástavce v mm,

l´ je délka vzdálenosti mezi pólovými nástavci v mm,

d2 je maximální průměr válcového prostoru homogenního magnetického pole v mm.

Aby se dosáhlo co nejlepší ekvipotenciálnosti čelních ploch pólových nástavců během měření demagnetovací křivky, musí být magnetická indukce v pólových nástavcích podstatně menší než magnetická polarizace ve stavu nasycení. Prakticky to znamená, že magnetická indukce musí být v železe menší než 1 T a ve slitinách obsahujících 35% až 50% kobaltu menší než 1,2 T.

Jho je magnetováno magnetovacími cívkami, které musí být co nejvíce symetrické vzhledem ke vzorku. Vzorek a magnetovací cívky musí být souosé.

[image omitted]

Obrázek 1

Pokud materiálová norma nebo výrobce nespecifikují pro materiál vzorku maximální intenzitu magnetického pole, při které se měření provádí, doporučuje se, aby vzorek před měřením demagnetovací křivky byl magnetován do nasycení. Vzorek se považuje za nasycený, jestliže pro dvě výchozí hodnoty intenzity magnetického pole H1 a H2 platí:

P2≤P1e0.02454 InH2/H1 , (4)

nebo

P2≤P1100.02454 log⁡H2/H1 , (5)

a

H2≥1,2H1 , (6)

kde

P2 je maximální dosáhnutá hodnota (BH)max v J/m^3 nebo HcB v A/m,

P1 je menší hodnota (BH)max v J/m^3 nebo HcB v A/m,

H2 je hodnota intenzity magnetického pole odpovídající P2 v A/m,

H1 je hodnota intenzity magnetického pole odpovídající P1 v A/m.

Ve zvláštním případě H2 / H1 = 1,5 z rovnic (5) a (6) vychází P2 ≤ 1,01 P1.

Magnetovací proces nesmí v žádném případě způsobit nepřiměřené ohřátí vzorku.

• 2.2.3 Etalonové vzorky

Etalonový vzorek musí mít jednoduchý tvar (např. pravoúhlý válec nebo kvádr). Délka l etalonového vzorku nesmí být menší než 5 mm a jeho další rozměry musí být minimálně 5 mm a musí být takové, že vzorek a čidla přístrojů musí být uvnitř průměru d2 definovaného v bodě 2.2.2.

Etalonový vzorek nesmí mít povrchové vady ani vnitřní defekty.

Koncové plochy etalonového vzorku musí být co nejvíce vzájemně rovnoběžné a kolmé k ose vzorku, aby se co nejvíce zmenšila vzduchová mezera mezi vzorkem a pólovými nástavci.

Příčný průřez etalonového vzorku musí být co nejvíce homogenní podél své délky, rozdíly v průřezu musí být menší než 1% svého minima. Střední hodnota příčného průřezu etalonového vzorku musí být určena s nejistotou menší nebo rovnou 1%.

Na etalonovém vzorku musí být vyznačen směr magnetování.

Etalonové vzorky příslušející k měřicí sestavě musí svými rozměry a magnetickými vlastnostmi pokrývat rozsah magnetických vlastností a rozměrů vzorků, které jsou měřicí sestavou běžně měřeny.

• 2.2.4 Měřicí sestava

• 2.2.4.1 Měření magnetické indukce

Změny magnetické indukce ve vzorku se určují integrováním napětí indukovaného v měřicí cívce navinuté nebo nasunuté na vzorek.

Měřicí cívka musí být navinuta nebo nasunuta co nejtěsněji na vzorek a musí být symetrická s ohledem k čelním plochám vzorku. Přívody musí být těsně zkrouceny, aby se neindukovala napětí do smyček přívodů měřicí cívky.

Rozdíl magnetické indukce v měřicí cívce ∆Bap mezi dvěma časovými okamžiky t1 a t2, nekorigovaný se zřetelem k magnetickému toku vzduchem, je dán rovnicí:

∆Bap=B2-B1=1AN∫t1t2Udt 7

kde

B2 je magnetické indukce ve vnitřním prostoru měřicí cívky v okamžiku t2 v T,

B1 je magnetická indukce ve vnitřním prostoru měřicí cívky v okamžiku t1 v T,

A je plocha průřezu vzorku v m^2,

N je počet závitů měřicí cívky,

∫t1t2Udt je integrované indukované napětí v měřicí cívce ve Wb za časový interval t2-t1 v s.

Tento rozdíl magnetické indukce ∆Bap se musí korigovat se zřetelem k magnetickému toku vzduchem ve vinutí měřicí cívky. Rozdíl magnetické indukce ∆B ve vzorku mezi časovými okamžiky t2 a t1 je dán rovnicí:

∆B=∆Bap-μ0∆HAt-A/A (8)

kde

μ0 je magnetická konstanta rovnající se 4π. 10^-7 H/m,

∆H je rozdíl v měřených hodnotách intenzity magnetického pole v A/m,

At je plocha závitů měřicí cívky vztažená k jednomu závitu v m^2.

• 2.2.4.2 Měření magnetické polarizace

Rozdíly magnetické polarizace ve vzorku se určují měřením integrovaného napětí indukovaného v dvojité měřicí cívce, kde vzorek obepíná jen jedna z těchto cívek. Tyto jednotlivé cívky musí mít stejnou celkovou plochu závitů a jsou sériově zapojeny v opozici. Rozdíl magnetické polarizace ∆J ve vzorku je dán rovnicí:

∆J=J2-J1=1AN∫t1t2Udt 9

kde

J2 je magnetická polarizace ve vzorku v okamžiku t2 v T,

J1 je magnetická polarizace ve vzorku v okamžiku t1 v T,

A je plocha průřezu vzorku v m^2,

N je počet závitů měřicí cívky obepínající vzorek,

∫t1t2Udt je integrované indukované napětí v měřicí cívce ve Wb za časový interval t2-t1 v sekundách.

Obě cívky dvojité měřicí cívky musí ležet v oblasti homogenního magnetického pole definovanému rovnicemi (2) a (3).

• 2.2.4.3 Měření intenzity magnetického pole

Intenzita magnetického pole na povrchu vzorku je shodná s intenzitou magnetického pole uvnitř vzorku jen tam, kde vektor intenzity magnetického pole je rovnoběžný s povrchem vzorku. Proto se senzor měřidla intenzity magnetického pole musí umístit do oblasti homogenního magnetického pole co nejblíže vzorku a symetricky vzhledem k čelním plochám vzorku (viz obrázek 1).

K určení intenzity magnetického pole se používá plochá měřicí cívka, magnetický potenciálmetr nebo Hallova sonda s odpovídajícími měřidly. Rozměry senzoru a jeho umístění musí být takové, že bude v oblasti omezené poloměrem d2 podle rovnic (2) a (3).

Vzduchová mezera mezi vzorkem a pólovými nástavci se minimalizuje tak, aby se redukovaly chyby měření.

Čelní plochy pólových nástavců musí být magneticky ekvipotenciální, viz rovnice (3). U některých materiálů permanentních magnetů s vysokou hodnotou remanence, koercivity nebou obou současně může být hodnota magnetické indukce vyšší než 1,0 T nebo 1,2 T. To může generovat nevhodně vysokou hodnotu magnetické indukce v částech pólových nástavců přilehlých ke vzorku. V takových případech čelní plochy pólových nástavců nejsou ekvipotenciálními plochami a mohou vzniknout větší chyby měření.

• 2.2.4.4 Stanovení demagnetovací křivky

Demagnetovací křivka se může získat nebo zaznamenat jako B-H nebo J-H graf. Přeměna původně získaného B-signálu na J-signál a naopak se může provést elektricky nebo numericky odečtením respektive přičtením μ0H podle rovnice (1).

Stanovení B-H křivky je popsáno v bodě 2.2. Stanovení J-H křivky je obdobné, magnetická indukce B se v odpovídajících vzorcích a křivkách zamění magnetickou polarizací J.

Měřicí cívka užívaná pro měření B nebo J se připojí ke kalibrovanému integrátoru magnetického toku, který je nastaven na nulu. Vzorek se vsune do měřicí cívky, upne se do elektromagnetu a magnetuje se do nasycení. Magnetující proud se sníží na velmi malou hodnotu, nulu, nebo je-li potřeba opačnou polaritu, aby se dosáhlo nulové hodnoty intenzity magnetického pole ve vzorku. Odpovídající hodnota magnetické indukce nebo magnetické polarizace se zaznamená.

Při opačné polaritě proudu než při magnetování do nasycení se hodnota proudu zvětšuje až intenzita magnetického pole projde hodnotou koercivity HcB nebo HcJ. Rychlost změny intenzity magnetického pole musí být taková, aby nedocházelo k fázovému posunu mezi B a H nebo vzniku vířivých proudů ve vzorku. U některých materiálů je zřetelné časové zpoždění mezi magnetickou indukcí a intenzitou magnetického pole. V takových případech musí být časová konstanta integrátoru magnetického toku vhodně dlouhá s nízkým nulovým driftem, aby byla zajištěna správná integrace. Odpovídající hodnoty H a B nebo H a J na demagnetovací křivce se získají buď z plynulého zápisu křivky zapisovačem připojeným na výstupy přístroje měřícího intenzitu magnetického pole a integrátoru magnetického toku nebo měřením bod po bodu intenzity magnetického pole a magnetické indukce nebo magnetické polarizace.

• 2.2.4.5 Stanovení význačných bodů a hodnot demagnetovací křivky

Remanence se stanoví jako hodnota B nebo J průsečíku demagnetovací křivky s osou B nebo J.

Koercivita HcB se stanoví jako hodnota H průsečíku demagnetovací křivky s přímkou B = 0, koercivita HcJ se stanoví jako hodnota H průsečíku demagnetovací křivky s přímkou J = 0.

Maximální součin (BH)max je maximální hodnota absolutních hodnot součinů odpovídajících hodnot B a H. Stanoví se například některou z následujících metod:

• a) přímým čtením nebo interpolací ze souboru křivek B.H = konstanta, na který je demagnetovací křivka zaznamenána,

• b) vyčíslením součinů B.H pro množství bodů demagnetovací křivky a ujištěním se, že maximální hodnota je zahrnuta,

• c) násobením B a H elektronicky a zaznamenáním tohoto součinu jako funkce B nebo H,

• d) geometrickým zjištěním takového bodu (B,H) demagnetovací křivky, v kterém je tečna k demagnetovací křivce rovnoběžná se spojnicí bodů (B, 0) a (0, H) a vyčíslením tohoto součinu B.H.

• 2.2.4.6 Stanovení vnějších podmínek

Měření se musí provádět při teplotě vnějšího prostředí 18 °C až 28°C. Teplota vzorku se musí měřit nemagnetickým teplotním sensorem připevněným k pólovým nástavcům elektromagnetu. Teplotní závislosti měřicích přístrojů (například Hallovy sondy) se musí zahrnout do výpočtů a vyhodnocení.

• 2.2.5 Nápisy a značky

• 2.2.5.1 Měřicí sestava

Speciální nápisy a značky na měřicí sestavě mimo běžného značení jsou nahrazeny technickou dokumentací, která musí být vypracována a která musí obsahovat:

• a) seznam všech měřidel a zařízení, která přísluší k měřicí sestavě, s uvedením výrobců a výrobních čísel a popřípadě chyb měřidel a měřicí sestavy podle údajů výrobce,

• b) podrobné a přehledné schéma zapojení pro příslušný druh měření, technické popisy a návody k obsluze součástí měřicí sestavy,

• c) stručné popisy způsobů měření a napájení (například měření intenzity magnetického pole, využití řídícího počítače),

• d) dolní a horní meze rozsahů, při kterých bude měřicí sestava používána,

• e) impedance důležitých součástí a měřidel,

• f) seznam etalonových vzorků,

• g) kalibrační nebo ověřovací listy měřidel, která jsou součástí měřicí sestavy, pokud kalibrace nebo ověření byly provedeny,

• h) ověřovací list měřicí sestavy (při následném ověření),

• i) kniha záznamů všech měření s etalonovými vzorky příslušejícími k měřicí sestavě.

• 2.2.5.2 Etalonové vzorky

Etalonový vzorek musí být označen evidenčním číslem nebo písmeny, a to stejným, trvalým a nesmazatelným způsobem na vzorku. Označení nesmí být na čelních plochách vzorku.

Ke každému etalonovému vzorku musí být vystaven evidenční list, ve kterém musí být uvedeno:

• a) evidenční označení etalonového vzorku,

• b) druh a typ materiálu,

• c) průřez vzorku,

• d) tvar a rozměry vzorku.

Pokud jsou všechny údaje, které mají být uvedeny v evidenčním listu, uvedeny v kalibračním listu vzorku, etalonový vzorek nemusí mít evidenční list.

• 3 SCHVALOVÁNÍ TYPU

• 3.1 Postup při schvalování typu

• 3.1.1 Předběžné posouzení

Posuzující orgán na základě prostudování dokumentace^1) zjišťuje, zda dokumentace a následně měřicí sestava splňuje požadavky stanovené touto vyhláškou, rozhodne o pokračování zkoušek nebo podá návrh na negativní ukončení zkoušek.

• 3.1.2 Předběžná zkouška měřením vzorků materiálu

• 3.1.2.1 Žadatel doručí posuzujícímu orgánu nejméně 2 kusy etalonových vzorků materiálu příslušejících ke zkoušené měřicí sestavě. Etalonové vzorky musí pokrývat svou hmotností a svými magnetickými vlastnostmi rozsah hmotností a magnetických vlastností etalonových vzorků měřených zkoušenou měřicí sestavou v rámci rozsahu zkoušky typu. Tyto etalonové vzorky musí splňovat požadavky uvedené v bodě 2.2.3 a 2.2.5.2. K etalonovým vzorkům žadatele musí být přiloženy kopie evidenčních listů vzorků popřípadě předchozí kalibrační listy vzorků. K doručeným etalonovým vzorkům musí být přiloženy výsledky a protokoly jejich měření zkoušenou měřicí sestavou v rozsazích prováděných zkoušek ne starší než 3 měsíce do data doručení.

• 3.1.2.2 U doručených etalonových vzorků se změří na etalonové měřicí sestavě posuzujícího orgánu demagnetovací křivka podle bodu 2.2. K změřenému vzorku se vystaví kalibrační list, kde se uvedou aritmetické střední hodnoty z opakovaných měření.

• 3.1.2.3 Vypočtou se relativní rozdíly měření demagnetovací křivky B-H etalonových vzorků (příslušejících ke zkoušené měřicí sestavě) zkoušenou měřicí sestavou a etalonovou měřicí sestavou v % jako minimální normované vzdálenosti i-tého bodu (Bi, Hi) charakteristiky zjištěné měřením zkoušenou měřicí sestavou od charakteristiky určené měřením téhož etalonového vzorku etalonovou měřicí sestavou podle rovnice (10), (11) nebo (12):

δai=δBi.100/√1+Hi/Bi.dB/dHi2=

=∆Bi.100/√Bi2+Hi.dB/dHi2 10

δai=δHi.100/√1+Bi/Hi.dB/dHi-12=

=∆Hi.100/√Hi2+Bi.dB/dHi-12 11

δai=δBi.δHi.100/√δBi2+δHi2=

=∆Bi.∆Hi.100/√∆Bi2.Hi2+∆Hi2.Bi2 12

kde odmocniny se berou jen kladné a kde

δBi=Bi-Bi´/Bi=∆Bi/Bi , 13

∆Bi=Bi-Bi´ , 14

δHi=Hi-Hi´/Hi=∆Hi/Hi , 15

∆Hi=Hi-Hi´ , 16

(dB / dH)i je směrnice tečny křivky dané měřením etalonového vzorku etalonovou měřicí sestavou v bodě (Hi, Bi´),

Hi a Bi jsou hodnoty intenzity magnetického pole respektive magnetické indukce i-tého bodu charakteristiky etalonového vzorku měřené zkoušenou měřicí sestavou,

Bi´ je hodnota magnetické indukce odečtená na charakteristice měřené etalonovou měřicí sestavou pro hodnotu Hi,

Hi´ je hodnota intenzity magnetického pole odečtená na charakteristice měřené etalonovou měřicí sestavou pro hodnotu Bi.

Pokud se měří místo demagnetovací křivky B-H demagnetovací křivka J-H, je postup obdobný, vypočtou se relativní rozdíly δai podle rovnic (10) až (16), kde však značka B je vždy nahrazena značkou J, to znamená, že magnetická indukce B je vždy nahrazena odpovídající hodnotou magnetické polarizace J.

Relativní rozdíly měření demagnetovací křivky B-H nebo demagnetovací křivky J-H δai musí být menší než 4% pro všechny body měření demagnetovací křivky etalonových vzorků v rámci této zkoušky.

• 3.1.3 Prohlídka zkoušené měřicí sestavy

Vnější prohlídka a kontrola předepsané technické dokumentace probíhá v místě užívání zkoušené měřicí sestavy. Při vnější prohlídce se kontroluje:

• a) měřicí sestava nesmí být mechanicky poškozena,

• b) měřicí sestava musí sestávat z měřidel, etalonů a součástí uvedených v dokumentaci,

• c) uspořádání měřidel a součástí musí být v souladu se schématem zapojení pro příslušný druh měření,

• d) úplnost všech dokumentů požadovaných v bodu 2.2.5.1.

Zkouška měřením vzorků materiálů