磁参量计量包括:磁参量基标准的建立、磁量具与磁场测量仪器的检定、各类磁测现象的研究,以及应用中的磁参量测试工作。目前,我国的磁参量计量基标准基本可满足主要磁量具和测量仪器的检定和校准。对磁量具和测量仪器的检定作为磁参量量值传递系统的中间环节,其准确性、稳定性和检定方法的先进性决定了磁参量的量传和溯源体系的先进性和有效性;同时,亦可保障各种工作磁量具和测量仪器的性能的准确、稳定和有效。
●磁场计量
磁场的大小可以分别用磁感应强度,磁感应强度又称磁通密度,是表示磁体在其周围空气产生影响大小的量。符号为B,单位T(特斯拉)或Gs(高斯)。磁场可以通过磁场线圈、永磁体、电磁铁、超导磁体等方式获得。
目前测量磁感应强度通常采用霍尔效应法。霍尔效应:当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。
特斯拉计(也称高斯计)就是根据霍尔效应原理制成的测量磁感应强度的仪器,它主要由霍尔探头和测量仪表构成。目前对各类型的特斯拉计的检定和校准成为了磁学计量的重要环节。
关于特斯拉计的检定
目前对特斯拉计的检定主要遵循《JJG 242-1995特斯拉计检定规程》。
在《JJG 242-1995》中给出检定特斯拉计的基本步骤:“零位测定”、“校准磁场的测定”、“基本误差的测定”。
1、对于“零位测定”要求“零磁场”具有非常低的磁场强度,趋近于零,这对“零磁场”的构建及屏蔽材料的选用有较高的要求。
2、对于带“校准磁场”的特斯拉计,检定“校准磁场”对标准特斯拉计的精度和标准磁场的稳定度有较高的要求。
3、“基本误差的测试”给出了同时比较和替代比较二种方法。
同时比较是将标准和被检探头置于同一磁场中,对比二者的示值。此方法须将二探头置于同一磁场区,且需保持一定距离,对磁场均匀度有较高的要求。
替代比较法是用标准探头和被检探头轮换测量同一位置的标准磁场,此方法对磁场的稳定度有较高的要求。
●磁通计量
磁通是通过某一曲面的总磁力线数,它是表示物体在空间某处接受到的磁性,符号为Φ,单位为韦伯或麦克斯韦。磁通是磁感应强度的面积分,可通过以下公式计算:
若B均匀,S是平面并与B垂直时,通过S平面的磁通为:Φ=B*S,目前较流行的测量磁通的仪器为数字磁通计,如下图所示:
关于磁通计的检定
传统的检定磁通量具的方法为冲击比较法:将被检磁通表的示值与标准线圈的磁通量进行比较,根据公式φ=△I•MN 进行检定。(MN为互感线圈标称值)
目前磁通计量主要遵循《JJG 317-1983磁通表检定规程》。 冲击法对标准互感线圈的要求较高,须满足△I•MN≥φmax (φmax为磁通计的测量上限),且对检定小于10mWb以下量限对线圈的要求更高。 该方法对检定环境要求较高,且检定步骤过于繁琐,不适合检定数字磁通计。
●磁参量校准系统的组成方案
本系统由磁通计校准仪、亥姆霍兹线圈、计量检测软件、PC和打印机组成。可以实现直接校准磁通计、电子积分器、弹道检流计,也可以间接校准高斯计、霍尔探头、搜索线圈、参考磁体等。
针对传统检定方法中所遇的问题,本磁参量校准系统可以很好的解决。