磁感应强度量值溯源技术探讨

采用亥姆霍兹线圈产生标准磁场, 磁感应强度标准值B0可由电源输出电流值与线圈常数计算得到:

式中:B0———磁感应强度标准值, T;K———线圈常数, m-1;I0———标准电流表读数, A。

被检特斯拉计的基本误差可按式 (2) 计算:

式中:δ———被检特斯拉计的基本误差, %;B———被检特斯拉计的示值, T。

采用亥姆霍兹线圈进行直接测量的优点在于:

(1) 既适用于横向探头又适用于轴向探头的特斯拉计的检定。

(2) 能够测量0.01T以下的较小的磁感应强度值。

需要注意的是, 线圈常数须经过高一级计量标准的溯源, 其最大允许误差应不超过被检特斯拉计最大允许误差的1/5。

采用电磁铁作为磁场源, 将标准特斯拉计探头与被检特斯拉计探头分别置于同一标准磁场均匀区中心两侧相对称的位置, 同时进行测量。

电磁铁的两个极面应平整并保持平行, 两个探头之间的磁场不均匀度, 应不超过被检特斯拉计最大允许误差的1/5。

探头调节装置最好采用数字化调节方式, 能从尺寸和角度两方面调节标准特斯拉计探头与被检特斯拉计探头的三维空间位置, 以保证霍尔探头与磁场方向垂直。

调节电源的输出电流, 记录标准特斯拉计和被检特斯拉计的读数, 计算被检特斯拉计的基本误差如下:

式中:δ———被检特斯拉计的基本误差, %;B———被检特斯拉计的示值, T;Bs———标准特斯拉计的实际值, T;Bn———对于数字式特斯拉计, Bn=Bs;对于指针式特斯拉计, Bn为该测试量程的满量程引用值。

采用电磁铁作为磁场源时, 还可以采用替代比较法来检定被检特斯拉计的基本误差。

替代比较法是将标准特斯拉计探头和被检特斯拉计探头轮换置于标准磁场均匀区的同一位置, 分别进行测量。对磁场的均匀度要求较低, 而对磁场的稳定度要求较高。标准磁场的稳定度, 应优于被检特斯拉计最大允许误差的1/10。

将被检特斯拉计探头置于探头调节装置上, 将探头调整至均匀磁场中心位置, 调节电源的输出电流, 反复调节探头位置和角度, 使特斯拉计的读数最大, 记录被检特斯拉计的读数。然后取下被检特斯拉计探头, 将标准特斯拉计探头置于同一位置, 不改变电源的输出电流, 反复调节探头位置和角度, 使标准特斯拉计的读数最大, 记录标准特斯拉计的读数。最后根据式 (3) 计算被检特斯拉计的基本误差。

1. 磁感应强度值为矢量, 用特斯拉计进行测量时, 霍尔探头平面应保持与磁场垂直, 否则会给测量结果带来影响, 如式 (4) 所示:

式中:γ———探头对位不准带来的相对误差, %;θ———探头平面法线与磁场方向的夹角, °。

根据θ的不同角度可计算出相对误差 (见表1) 。

表1相对误差一览表

由表1可明显看出, 霍尔探头若偏离磁场垂直方向的夹角过大, 会对特斯拉计基本误差的测量结果带来较大影响。因此, 在对特斯拉计进行检定时, 必须反复调节探头角度, 减少其引入的测量不确定度。

2. 经多次测量表明, 采用电磁铁作为磁场源时, 由于电磁铁在未接通电源时就有10m T左右的磁场, 故适用于测量0.03T以上最大至3T的磁感应强度值。且一般只适用于横向探头特斯拉计的检定。同时比较法是同时进行测量, 它的优点在于检定效率高;替代比较法是在同一位置进行测量, 使用探头调节装置进行仔细调节, 它的优点在于测量准确度高。

3. 霍尔探头会受到温度的影响。在JJG242-1995《特斯拉计检定规程》中, 检定温度要求范围为 (20±5) ℃, 对于准确度等级优于0.5级的特斯拉计, 需要获得准确的探头温度修正系数, 通过修正才能得到准确的测量结果。或者可以在恒温环境下进行特斯拉计的检定, 以简化检定流程, 确保检定数据的准确性。