2 POŽADAVKY NA MĚŘICÍ SESTAVY

2.1 METROLOGICKÉ POŽADAVKY
Měřicí sestava se skládá z částí, které musí splňovat tyto požadavky:
Součástí měřicí sestavy jsou navazovací etalonové vzorky, které musí magnetickými vlastnostmi a hmotností odpovídat vzorkům, které jsou měřicí sestavou běžně měřeny. Tyto vzorky musí splňovat příslušné požadavky bodu 2.2.

a) Epsteinův přístroj specifikovaný v bodu 2.2,

b) měřidlo frekvence měřící s chybou 0,1 % nebo menší,

c) voltmetr střední hodnoty měřící s chybnou 0,2 % nebo menší,

d) voltmetr efektivní hodnoty měřící s chybou 0,2 % nebo menší,

e) měřidlo výkonu měřící s chybou 0,5 % nebo menší při aktuálním účiníku a crest faktoru, resistance napěťového obvodu měřidla výkonu musí být nejméně 5000 krát větší než jeho reaktance,

f) voltmetr amplitudy měřící s chybou 0,5 % nebo menší ve spojení s odporem s vyhovujícím povoleným proudem a hodnotou známou s chybou 0,2 % nebo menší (místo voltmetru amplitudy s odporem lze použít vzájemnou indukčnost s vyhovujícím povoleným proudem v primárním vinutí a s hodnotou známou s chybou 0,2 % nebo menší spolu s dvoupólovým přepínačem a voltmetrem střední hodnoty),

g) zdroj magnetovacího proudu s nízkou výstupní impedancí a vysokou stabilitou napětí a frekvence, kolísání napětí a frekvence nesmí být větší než 0,2 % použité hodnoty. Pro měření měrných ztrát musí být zajištěn činitel tvaru sekundárního napětí 1,111 ± 1%.

2.2 TECHNICKÉ POŽADAVKY

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:
$R_1/N_1^2\le \mathrm{1,25}.{10}^{-6}\Omega ,R_2/N_2^2\le 5.{10}^{-6}\Omega ,\left(1\right)$
$L_1/N_1^2\le \mathrm{2,5}.{10}^{-9}H,L_2/N_2^2\le \mathrm{2,5}.{10}^{-9}H,\left(2\right)$
kde R₁ a R₂ jsou resistence primárního resp. sekundárního vinutí,
L₁ a L₂ jsou induktance primárního resp. sekundárního vinutí,
N₁ a N₂ jsou celkové počty závitů primárního a sekundárního vinutí.
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 ± 1⁰. U pásků vzorku zhotoveného z neorientovaného materiálu musí mít polovina pásků směr delší osy shodný se směrem válcování s tolerancí nejvýše ± 5⁰ a druhá polovina pásků má směr delší osy kolmý na směr válcování s tolerancí nejvýše ± 5⁰. 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
$m_a=m.l_m/4l,\left(3\right)$
kde
l je délka pásku vzorku v m,
l_m je efektivní délka magnetického obvodu 0,94 m,
m je celková hmotnost vzorku v kg,
m_a je aktivní hmotnost vzorku v kg.

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:
$U_{2m}=4ƒN_{2}A{J}_a{R}_i/R_i+R_t,\left(4\right)$
kde
|U_2m| je střední hodnota usměrněného napětí indukovaného v sekundárním vinutí ve V,
ƒ je frekvence v Hz,
N₂ je celkový počet závitů sekundárního vinutí,
A je průřez vzorku v m²,
J_a je amplituda magnetické polarizace v T,
R_i je celková resistence přístrojů v sekundárním obvodu v Ω,
R_t je součet resistencí sekundárních vinutí Epsteinova přístroje a kompenzační vzájemné indukčnosti,
Průřez vzorku se vypočte z rovnice
$A=m/\left(4l{\rho }_m\right),\left(5\right)$
kde
A je průřez vzorku ve čtverečních m,
m je celková hmotnost vzorku v kg,
l je délka pásků vzorku v m,
ρ_m je stanovená hustota materiálu vzorku v kg/m³.

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
$P_c=P_m{N}_1/N_2-{\left(\mathrm{1,111}\right|U_{2m}\left|\right)}^2/R_i,\left(6\right)$
kde
P_c jsou celkové vypočtené ztráty vzorku ve W,
P_m je výkon změřený wattmetrem ve W,
N₁ je celkový počet závitů primárního vinutí,
N₂ je celkový počet závitů sekundárního vinutí
R_i je celková ekvivalentní resistence přístrojů v sekundárním obvodu v Ω
|U_2m| je střední hodnota usměrněného napětí indukovaného v sekundárním vinutí ve V.
Měrné ztráty P_s se vypočtou podle vztahu
$P_s=P_c/m_a=P_c/m_a.4l/l_m,\left(7\right)$
kde
P_s jsou celkové měrné ztráty vzorku ve W/kg,
l je délka pásku vzorku v m,
l_m je smluvená efektivní délka magnetického obvodu v m (l_m = 0,94 m),
m je celková hmotnost vzorku v kg,
m_a je aktivní hmotnost vzorku v kg,
P_c jsou vypočtené celkové ztráty vzorku ve W.

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_1a = U_1a / R. Amplituda intenzity magnetického pole se vypočte z rovnice:
$H_a=I_{1a}{N}_1/l_m,\left(8\right)$
kde
H_a je amplituda intenzity magnetického pole ve vzorku,
I_1a je amplituda magnetovacího proudu v obvodu primárního vinutí
l_m smluvený efektivní délka magnetického obvodu vzorku
N₁ je celkový počet závitů primárního vinutí Epsteinova přístroje

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:
$H_a=U_{Dm}{N}_1/4ƒM_D{l}_m.R_v+R_m/R_v,\left(9\right)$
kde
M_D je vzájemná indukčnost v obvodu podle obr. 3 v H
R_v je vnitřní resistance voltmetru střední hodnoty v Ω,
R_m je resistance sekundárního vinutí vzájemné indukčnosti M_D v Ω,
U_Dm je střední hodnota usměrněného napětí indukovaného v sekundárním vinutí M_D.

Obrázek 3

2.2.2 Nápisy a značky

2.2.2.1 Měřicí sestava
Speciální nápisy a značky na měřicí sestavě 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 napájení zesilovačem vynucujícím sinusový časový průběh magnetické indukce, měření výkonu převodníkem na základě vzorkovacího principu, 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.

2.2.2.2 Epsteinův přístroj
Cívky Epsteinova přístroje musí být označeny. Doporučuje se označení ve smyslu hodinových ručiček A, B, C, D. Na Epsteinově přístroji i v dokumentaci měřicí sestavy musí být uvedeny počty závitů primárního i sekundárního vinutí.

2.2.2.3 Etalonové vzorky
Etalonový vzorek musí být označen evidenčním číslem nebo písmeny, a to stejným, trvalým a nesmazatelným způsobem na každém pásku etalonového vzorku.
Všechny pásky etalonového vzorku musí být označeny tak, aby jejich složení v Epsteinově přístroji bylo možné jediným způsobem.
Ke každému etalonovému vzorku musí být vystaven evidenční list, ve kterém musí být uvedeno:
Pokud jsou všechny údaje, které mají být uvedeny v evidenčním listu, uvedeny v kalibračním listu vzorku, etalonový vzorek nemusí mít evidenční list.

a) evidenční označení etalonového vzorku,

b) druh a typ materiálu,

c) průřez vzorku,

d) hustota vzorku,

e) hmotnost vzorku,

f) počet pásků vzorku,

g) tloušťka, šířka a délka pásků vzorku.