Vyhláška ze dne 3.2.2004, kterou se stanoví požadavky na měřicí sestavy s Epsteinovým přístrojem pro měření magnetických vlastností plechů pro elektrotechniku

24.2.2004 | Sbírka:  71/2004 Sb. | Částka:  23/2004ASPI

Vztahy

Nadřazené: 505/1990 Sb.
Pasivní derogace: 259/2007 Sb.
71/2004 Sb.
VYHLÁŠKA
ze dne 3. února 2004,
kterou se stanoví požadavky na měřicí sestavy s Epsteinovým přístrojem pro měření magnetických vlastností plechů pro elektrotechniku
Ministerstvo průmyslu a obchodu stanoví podle § 27 zákona č. 505/1990 Sb., o metrologii, ve znění zákona č. 119/2000 Sb. a zákona č. 137/2002 Sb., (dále jen "zákon") k provedení § 6 odst. 2 a § 9 odst. 1 zákona:
§ 1
Tato vyhláška stanoví požadavky na měřicí sestavy s Epsteinovým přístrojem pro měření magnetických vlastností plechů pro elektrotechniku (dále jen "měřicí sestavy"), 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 uvedeny v příloze.
§ 3
Tato vyhláška nabývá účinnosti dnem 1. března 2004.
Ministr:
Ing. Urban v. r.
Příl.
1.
TERMINOLOGIE
1.1 Měřicí sestava se používá pro měření amplitudové charakteristiky a měrných ztrát plechů pro elektrotechniku. Skládá se z přístrojů a zařízení zapojených podle obrázků 1 až 3 a specifikovaných v bodu 2.
1.2 Etalonový vzorek pro Epsteinův přístroj příslušející k 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 Měrné ztráty měřené měřicí sestavou jsou ztráty přemagnetováním v měřeném vzorku vztažené k aktivní hmotnosti vzorku.
1.5 Amplitudová charakteristika je závislost amplitudy magnetické polarizace ve vzorku na amplitudě intenzity magnetického pole ve vzorku.
2.
POŽADAVKY NA MĚŘICÍ SESTAVY
2.1 METROLOGICKÉ POŽADAVKY
Měřicí sestava se skládá z částí, které musí splňovat tyto požadavky:
a) Epsteinův přístroj specifikovaný v bodu 2.2,
b) měřidlo frekvence měřicí s chybou 0,1 % nebo menší,
c) voltmetr střední hodnoty měřicí s chybou 0,2 % nebo menší,
d) voltmetr efektivní hodnoty měřicí s chybou 0,2 % nebo menší,
e) měřidlo výkonu měřicí s chybou 0,5 % nebo menší při aktuálním účiníku a crest faktoru, resistance napěťového obvodu měřidla výkonu musí být nejméně 5000krát větší než jeho reaktance,
f) voltmetr amplitudy měřicí 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 %.
Součástí měřicí sestavy jsou navazovací etalonové vzorky, které musí magnetickými vlastnostmi a hmotností odpovídat vzorkům, které jsou měřicí sestavou běžně naměřeny. Tyto vzorky musí splňovat příslušné požadavky bodu 2.2.
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  impedací vinutí  musí tyto impedance
splňovat tyto podmínky:

R1/N1E2 =< 1,25 . 10E-6 ohmů,    R2/N2E2 =< 5 . 10E-6 ohmů,    (1)

L1/N2E2 =< 2,5 . 10E-9 H,        L2/N2E2 =< 2,5 . 10E-9 ohmů,  (2)

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 +/- 1 st. U pásků vzorku zhotoveného z neorientovaného materiálu musí mít polovina pásků směr delší osy shodný se směrem válcování s tolerancí nejvýše +/- 5 st. 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 lm je stanovena dohodou 0,94 m.
Aktivní hmotnost vzorku ma je dána vztahem

ma = m lm/4 l,                                       (3)

kde

        l    je délka pásku vzorku v m,
lm   je efektivní délka magnetického obvodu 0,94 m,
m    je celková hmotnost vzorku v kg,
ma   je aktivní hmotnost vzorku v kg.
2.2.1.3 Měřicí sestava
2.1.1.3.1 Měřicí sestava pro měření měrných ztrát
Měřicí sestava pro měření měrných ztrát je zapojena podle schématu na obrázku 1. Magnetovací proud je pomalu zvyšován, až se dosáhne požadované střední hodnoty usměrněného napětí |U2m| 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:
|U2m| = 4f N2 A Ja Ri / (Ri + Rt) ,                  (4)

kde

|U2m|   je   střední  hodnota   usměrněného  napětí   indukovaného
        v sekundárním vinutí ve V,
f       je frekvence v Hz,
N2      je celkový počet závitů sekundárního vinutí,
A       je průřez vzorku v m2,
Ja      je amplituda magnetické polarizace v T,
Ri      je  celková  resistence  přístrojů  v  sekundárním  obvodu
        v ohmech,
Rt      je   součet   resistencí  sekundárních  vinutí  Epsteinova
        přístroje a kompenzační vzájemné indukčnosti.

Průřez vzorku se vypočte z rovnice

A = m/(4 l róm),                                    (5)

kde

A    je průřez vzorku ve čtverečních m,
m    je celková hmotnost vzorku v kg,
l    je délka pásků vzorku v m,
róm  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 činil tvaru indukovaného napětí, který musí být 1,111 +/- 1 %.
Z údaje wattmetru se vypočtou celkové ztráty Pc podle

                               2
Pc = Pm N1 / N2 - (1,111 |U2M|)  / Ri  ,            (6)

kde

Pc      jsou celkové vypočtené ztráty vzorku ve W,
Pm      je výkon změřený wattmetrem ve W,
N1      je celkový počet závitů primárního vinutí,
N2      je celkový počet závitů sekundárního vinutí,
Ri      je celková ekvivalentní resistence přístrojů v sekundárním
        obvodu v ohmech,
|U2m|   je střední  hodnota   usměrněného  napětí  indukovaného  v
        sekundárním vinutí ve V.

Měrné ztráty Ps se vypočtou podle vztahu

Ps = Pc/ma = (Pc/ma) . (4 l/lm),                    (7)

kde

Ps   jsou celkové měrné ztráty vzorku ve W/kg,
l    je délka pásku vzorku v m,
lm   je smluvená efektivní délka   magnetického obvodu  v m  (lm =
     0,94 m),
m    je celková hmotnost vzorku v kg,
ma   je aktivní hmotnost vzorku v kg,
Pc   jsou vypočtené celkové ztráty vzorku ve W.
2.2.1.3.2 Měřicí sestava pro měření amplitudové charakteristiky
Měřicí sestava pro měření amplitudová 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 Ja se určí měřením střední hodnoty usměrněného napětí indukovaného v sekundárním vinutí podle vztahu (4).
Amplituda intenzity magnetického pole ve vzorku Ha se určí měřením
amplitudy proudu v  obvodu primárního  vinutí I1a,  to je  měřením
amplitudy napětí U1a na odporu R v zapojení podle obrázku 1. Platí
I1a =  U1a/R. Amplituda intenzity  magnetického pole se  vypočte z
rovnice:

Ha = I1a N1 / lm,                                 (8)

kde

Ha   je amplituda intenzity magnetického pole ve vzorku,
I1a  je amplituda magnetovacího proudu v obvodu primárního vinutí
lm   smluvená 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 MD, 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 UDm osciloskopem, časový průběh musí mít pouze dva průchody nulovou hodnotou během jedné periody. Jako voltmetr střední hodnoty nutný k měření UDm lze použít voltmetr měřicí sekundární napětí Epsteinova přístroje a přepínač, jak je znázorněno na obrázku 3.
Ha = UDm [N1 / (4f MD lm)] . (Rv + Rm) / Rv          (9)

kde

MD   je vzájemná indukčnost v obvodu podle obr. 3 v H
Rv   je vnitřní resistance voltmetru střední hodnoty v ohmech,
Rm   je resistance sekundárního vinutí  vzájemné indukčnosti  Md v
     ohmech
UDm  je   střední   hodnota  usměrněného   napětí  indukovaného  v
     sekundárním vinutí MD

                            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 údaj 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:
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.
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 dokumentace1) zjišťuje, zda dokumentace a následně měřicí sestava splňuje požadavky této vyhlášky, 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 příslušejících ke zkoušené měřicí sestavě. Tyto vzorky musí pokrývat svou hmotností a svými magnetickými vlastnostmi rozsah hmotností a magnetických vlastností vzorků měřených zkoušenou měřicí sestavou v rámci rozsahu zkoušky typu. Tyto etalonové vzorky musí splňovat požadavky uvedené v bodě 2.2.1.2 a 2.2.2.3. K etalonovým vzorkům žadatele musí být přiloženy kopie evidenčních listů vzorků, popřípadě předchozí ověřovací 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 vzorků se změří na etalonové měřicí sestavě posuzujícího orgánu měrné ztráty a amplitudová charakteristika podle bodu 2.2.1.3. K změřenému vzorku se vystaví ověřovací list, kde se uvedou aritmetické střední hodnoty z opakovaných měření.
3.1.2.3 Vypočtou se relativní rozdíly měření měrných ztrát etalonových vzorků (příslušejících ke zkoušené měřicí sestavě) zkoušenou měřicí sestavou a etalonovou měřicí sestavou v % 
deltapi = (ró1i - ró2i) . 100 / ró2i,                  (10)

kde

ró1i  je  aritmetický  střed  měření  i-té  hodnoty  měrných ztrát
      zkoušenou  měřicí  sestavou   (výsledky  měření  zaslané  od
      žadatele spolu s etalonovými vzorky),

ró2i  je  aritmetický  střed  měření  i-té  hodnoty  měrných ztrát
      etalonovou  měřicí  sestavou (výsledky  měření  uvedené   ve
      vystaveném kalibračním listě).
Hodnoty relativních rozdílů měrných ztrát deltapi zjištěné v rámci této zkoušky musí být menší než 3 % pro vzorky z orientovaného materiálu pro hodnoty magnetické polarizace do 1,7 T a pro vzorky z neorientovaného materiálu pro hodnoty magnetické polarizace do 1,5 T.
3.1.2.4 Vypočtou se relativní rozdíly měření amplitudové charakteristiky 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 (11), (12) nebo (13): 
                                                                 2
deltaai = deltaBi . 100 / odmocnina {1 + [(Hi / Bi) . (dB / dH)i] } =

                                       2                    2
        = DELTABi . 100 / odmocnina {Bi  + [Hi . (dB / dH)i] }                      (11)

                                                                -1 2
deltaai = deltaHi . 100 / odmocnina {1 + [(Bi / Hi) . (dB / dH)i  ] } =

                                       2                   -1 2
          DELTAHi . 100 / odmocnina {Hi  + [Bi . (dB / dH)i  ] }                    (12)

                                                        2          2
deltaai = deltaBi . |deltaHi| . 100 / odmocnina (deltaBi  + deltaHi ) =

                                                        2     2          2     2
        = DELTABi . |DELTAHi| . 100 / odmocnina (DELTABi  . Hi  + DELTAHi  . Bi )   (13)

kde odmocniny se berou jen kladné a kde

deltaBI = (Bi - Bi') / |Bi| = DELTABi / |Bi|             (14)

DELTABi = Bi - Bi'                                       (15)

deltaHi = (Hi - Hi') / |Hi| = DELTAHi / |Hi|             (16)

DELTAHi = Hi - Hi'                                       (17)

(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, resp. 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.
Relativní rozdíly měření amplitudové charakteristiky deltaai musí být menší než 4 % pro všechny body měření charakteristik 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 2.2.2.
3.1.4 Zkouška měřením vzorků materiálů
Při zkoušce měřením vzorků se měří etalonové vzorky (příslušející k etalonové měřicí sestavě) zkoušejícího metrologického orgánu v jeho přítomnosti zkoušenou měřicí sestavou ve shodě s bodem 3.1.2.
3.1.5 Vypracování protokolu o technické zkoušce
Protokol o technické zkoušce obsahuje popis a výsledky zkoušek provedených podle bodu 3.1.2, 3.1.3 a 3.1.4, které musí mít kladný výsledek. Dále obsahuje popisy, nákresy a schémata nutné pro identifikaci typu a objasnění jeho funkce.
3.2 Certifikát schválení typu
Náležitosti certifikátu schválení typu stanoví zvláštní právní předpis.2)
4
OVĚŘOVÁNÍ
Prvotní a následné ověřování sestává ze zkoušek podle bodu 3.1.2, 3.1.3 a 3.1.4. Pokud je výsledek všech těchto zkoušek kladný a měřicí sestava splňuje požadavky stanovené touto vyhláškou, vystaví se ověřovací list a zkoušená měřicí sestava se opatří úřední značkou.3)
1) § 1 odst. 2 vyhlášky č. 262/2000 Sb., kterou se zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření, ve znění vyhlášky č. 344/2002 Sb.
2) § 3 vyhlášky č. 262/2000 Sb.
3) § 6 vyhlášky č. 262/2000 Sb.