一种磁屏蔽效能估算方法技术

一种磁屏蔽效能估算方法，具体包括如下步骤：1)建立屏蔽体任意外加静磁场的模型；2)网格剖分；3)设置边界条件；4)选取节点计算平均值；5)计算屏蔽效能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所描述的技术涉及一种高稳定性直流大电流校准系统，尤其涉及一种电流 比较仪的屏蔽效能估算方法。
技术介绍
磁调制铁芯是电流比较仪的核心部件，磁调制器铁芯的性能直接影响了电流比较 仪的技术指标，而磁调制铁芯容易被磁场干扰，且电流比较仪在使用过程中周围不可避免 地存在着磁场，所以磁调制铁芯一般需要被屏蔽。长期以来对电流比较仪的电磁屏蔽设计 一直是采取经验的方法。对于电流比较仪屏蔽体的屏蔽效能估算有多种不同的方法，比如 有平面波屏蔽理论、电路近似理论和基于麦克斯韦方程组的场分析法。可是因为电磁屏蔽 的效果与屏蔽体的尺寸如形状，材料等众多因素有关，并且干扰电磁场的频带分布不同也 会影响到屏蔽效能，而电流比较仪的屏蔽体形状相对比较复杂，如果用上面提到的几种方 法进行计算，不得不采用大量的近似，使得计算结果的可靠性降低，导致由此设计出来的电 磁屏蔽装置或者效果不好，或者体积庞大，造成不必要的经济损失甚至研究工作的失败。所 以，迫切需要一种较为精确的方法来对屏蔽体的屏蔽效能进行较为可靠的计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于针对现有技术的不足，提出了一种基于有限元分析的电流比 较仪屏蔽效能估算方法，并将其应用于电流比较仪屏蔽体的设计中。 本专利技术提供，具体包括如下步骤：1)建立屏蔽体任意外 加静磁场的模型；2)网格剖分；3)设置边界条件；4)选取节点计算平均值；5)计算屏蔽效 能。 进一步地，其中，在步骤3)、4)之间还有计算磁场强度分布的步骤。 进一步地，其中所述建立屏蔽体任意外加静磁场的模型过程中，将外加磁场分解 成外加轴向磁场和外加径向磁场，其中，在轴向的外加均勾磁场的条件下，三维的模型可以 简化成二维模型。 进一步地，在计算中引入了标量磁位f和矢量磁位A，在二维计算问题中使用矢量 磁位A，在三维计算时使用标量磁位爭* 进一步地，其中场域是一个无源系统，用标量磁位来描述，则： 用矢量磁位来表示，贝1J : 式（1)、⑵中，ci (i = 1，2,3,4)是指磁屏蔽体截面的4个边界，1是指磁屏蔽体 的内半环长度，式（1)和（2)的解法基本相同，把两式用一个统一的形式表示，更一般地描 述为：设Ω为磁场区域，其边界条件由第一类条件si和第二类边界条件 S2组成，区域本身 由媒质分界线1分隔为Qa和Qb，并规定在媒质分界线1的法线方向即η的方向从Qa指 向Qb，则： 把上式的第一行改写成： 在其两端乘上变分δ u，并在Ω内对X，y二重积分，得： 利用高斯积分公式，可以得到： 考虑到各项的积分区域，可得： 其中X、y、z为函数在三个坐标轴上的变量，q为电荷量，B为磁感应强度，n、u为 积分变量。 进一步地，其中所述选取节点计算平均值具体为：对于外加轴向磁场，在内部空气 隙内，围绕几何中心，取若干个节点，计算各点的磁场强度，然后取平均值作为外加轴向磁 场条件下内部空气隙的磁场强度。 进一步地，其中所述选取节点计算平均值具体为：对于外加径向磁场，在屏蔽体空 腔内，截取横截面，围绕屏蔽体几何中心，取若干个节点形成一个路径，节点间隔为2_，计 算路径上各点的磁场强度，然后取平均值。 进一步地，其中设置边界条件的方法为，在屏蔽体空腔内，围绕几何中心设置边 界，取若干个节点，计算各点的磁场强度，然后取平均值。 进一步地，其中计算屏蔽效能的方法为，在屏蔽体空腔内，围绕几何中心，取若干 个节点形成一个路径，计算路径上各点的磁场强度，然后取平均值作为该磁场条件下，内部 空气隙的磁场强度。 技术效果： 在屏蔽效能的分析和估算过程中，屏蔽效能与屏蔽体的结构参数，如屏蔽体的材 料、厚度、横截面边长以及内径有一定的关系，但这种关系并不是简单的单调递增或递减关 系。应用本专利技术的技术，在屏蔽体实际设计中，建立屏蔽效能与屏蔽体结构参数之间的复杂 关系，进而得到最优的屏蔽体设计方案，以便适应特定的现场特性，获取最佳屏蔽效果。 本专利技术的应用对象是基于磁调制和磁放大双重检测原理的电流比较仪，运用有限 元分析方法对电流比较仪的磁屏蔽效能进行分析和估算。在分析过程中，将外加磁场分解 为外加轴向磁场和外加径向磁场，分别对两种不同外加磁场下的屏蔽效能进行估算，并将 估算结果与磁路法计算所得的结果进行比较，二者的结果比较接近，由此可见，本专利技术技术 方案对磁屏蔽效能的估算具有重要的参考意义广泛的应用前景。【附图说明】 图1是本专利技术磁屏蔽体的剖视图 图2是本专利技术磁屏蔽体的效能估算流程 图3是本专利技术外加轴向磁场时的磁力线分布 图4是本专利技术外加轴向磁场时的磁屏蔽体结构 图5是本专利技术有限元法计算时轴向磁场模拟图 图6是本专利技术屏蔽体置于径向磁场中时磁力线的分布图 图7是本专利技术径向磁场中磁屏蔽体模型 图8是本专利技术有限元分析软件生成的磁屏蔽体的三维计算模型 图9是本专利技术边界条件及节点选取图 图10是本专利技术未加屏蔽体时空气中磁场分布云图 图11是本专利技术加入屏蔽体后磁场分布云图【具体实施方式】 为了使本
人员更好的理解本专利技术，下面结合附图和实施方法对本专利技术作 进一步的详细描述。 参见图1，示出了本专利技术的电流比较仪磁屏蔽体的一般结构的剖视图，其为空腔圆 环结构，空腔截面为具有一定壁厚的矩形或正方向结构，当然也可以是其他形状。 参见图2,示出了本专利技术的电流比较仪磁屏蔽体的效能估算流程，具体包括如下步 骤：1)建立模型；2)网格剖分；3)设置边界条件；4)计算磁场强度分布；5)选取节点计算 平均值；6)计算屏蔽效能：用加入磁屏蔽体后空腔内的磁场强度与没有屏蔽时的磁场强度 相比较即为屏蔽效能。其中，第4)步根据情况可以省略掉。 具体而言，本专利技术将外加磁场分解为外加轴向磁场和外加径向磁场，并分别对两 个方向下的磁屏蔽效能进行分析和估算。首先进行建模。有限元分析的最终目的是建立实 际工程问题的数学模型。广义上而言，模型应包括所有的节点、元素、材料特性、边界条件 等，以及所有反映物理系统的特征。在有限元分析软件中，建立模型的含义要窄的很多，仅 仅是指建立空间模型。结合本专利技术的具体问题，仅仅讨论实体建模（Solid Modeling)，而不 涉及直接生成有限元模型（Direct Modeling)。对于二维问题，有限元分析软件提供了足够 的图形生成和图形操作能力，加之所需的模型为规则形状，因此问题比较简单。采用三维模 型进行计算时，模型的建立比较复杂，可以选用有限元分析软件本身所带的图形功能，也可 以使用绘图软件来创建几何模型，然后利用其与有限元分析软件的图形接口将其导入有限 元分析软件中进行有限元计算。 当外加轴向磁场时，由于屏蔽体结构的对称性，将实体模型简化为二维建模；当外 加径向磁场时，不能简化，需采用三维建模。完成建模后，采用有限元分析的方法对模型进 行网格剖分、设置边界条件以及计算磁场强度的分布。然后，在内部空气隙内选取节点，求 取多个节点磁场强度的平均值，将该平均值作为内部空气隙的磁场强度。最后，依照屏蔽效 能计算公式估算屏蔽体的屏蔽效能。 下面针对上述六个步骤进行具体说明： 1)建立电流比较仪屏蔽体任意外加静磁场的有限元模型。 在模型建立过程中，将外加磁场分解成外加轴向磁场和外加径向磁场，分别对两 个不同方向外加磁场下的屏蔽效能分析，从而达到简单详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁屏蔽效能估算方法，具体包括如下步骤：1)建立屏蔽体任意外加静磁场的模型；2)网格剖分；3)设置边界条件；4)选取节点计算平均值；5)计算屏蔽效能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘攀，宋佳赟，王书强，宋德强，扈蓓蓓，李振，佟亚珍，李斌，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11