2020年,中国计量科学研究院磁性测量实验室(国家磁性材料质量监督检验中心)参加了探测线圈法常数测量国际比对,本次对为COOMET国际区域计量组织国际比对,俄罗斯乌拉尔计量院UNIIM担任主导实验室。参加该国际比对的机构还有德国计量院PTB、英国计量院NPL、捷克计量院CMI。2021年5月比对结果正式发布,中国计量科学研究院取得了优异的比对结果,进一步验证了我国直流磁通密度和直流磁场强度的准确测量能力居于国际先进水平。直流磁通密度和直流磁场强度的国际比对结果有力支撑了磁性测量实验室在永磁、软磁直流和弱磁材料领域的磁性测量能力。
表1 国际比对参与实验室
实验室 |
代号 |
国别 |
乌拉尔计量院 |
UNIIM |
俄罗斯 |
德国计量院 |
PTB |
德国 |
英国计量院 |
NPL |
英国 |
捷克计量院 |
CMI |
捷克 |
中国计量院 |
NIM |
中国 |
探测线圈常数的测量方法是:将探测线圈放置于磁场均匀区中,通过抽拉法和旋转线圈法,测量探测线圈的线圈常数。探测线圈常数由如下公式计算得到,即直流磁通除以直流磁场。
(1)
式中:
F——磁通计读数,Wb;
H——磁场强度,A/m;
m0——真空磁导率,4p´10-7 H/m;
Rcoil——探测线圈电阻,W;
Rfluxmeter——磁通计电阻,W;
由于线圈电阻远小于磁通计电阻,上式的第二项接近于1。因此探测线圈常数测量的落脚点首先是直流磁场强度,其次是磁通量值,而磁通量值除以样品面积就是直流磁极化强度。以上两个指标是准确测量永磁、软磁直流、弱磁材料磁性能的核心技术基础。
本次国际比对采用的传递标准如图1所示。传递标准为标准线圈,由漆包线绕制在石英骨架上制成。传递标准的线圈的直径大小不同。线圈常数涵盖了不同的范围,最大跨度约100倍。线圈同轴放置在直径更大的保护套中,并对上下表面进行了保护。温度传感器位于线圈和保护套之间。线圈紧固在保护套中,以避免线圈的位置移动。
图1探测线圈常数国际比对传递标准
比对参考值由各参加实验室的结果,通过加权平均法确定。这对各参加实验室结果的不确定度有非常高的要求。比对结果如图2、3以及表2、3所示,可以看出,我国的比对结果En<1,比对结果实现国际等效,并且不确定度有明显优势。
表2 某线圈1比对结果
№ |
Country |
NMI |
Measurement result, Wb/Т (m2) |
Standard uncertainty, Wb/Т (m2) |
Relative extended uncertainty,% |
Ẽn |
Conclusion |
||
1 |
Russia |
UNIIM |
0.52258 |
0.00052 |
0.20 |
0.75 |
< 1 |
||
2 |
Germany |
PTB |
0.52412 |
0.00039 |
0.15 |
0.89 |
< 1 |
||
3 |
Czech Republic |
CMI |
0.52307 |
0.00026 |
0.10 |
0.54 |
< 1 |
||
4 |
United Kingdom |
NPL |
0.52371 |
0.00024 |
0.09 |
0.60 |
< 1 |
||
5 |
China |
NIM |
0.52317 |
0.00026 |
0.10 |
0.36 |
< 1 |
||
Median |
0.52317 |
0.00045 |
|
||||||
Weighted mean |
0.52338 |
0.00013 |
Reference value |
||||||
Checking the compatibility of results |
|||||||||
|
|
m |
|
||||||
9.89 |
9.49 |
5 |
inconsistent |
||||||
表3 某线圈2比对结果
№ |
Country |
NMI |
Measurement result, Wb/Т (m2) |
Standard uncertainty, Wb/Т (m2) |
Relative extended uncertainty,% |
Ẽn |
Conclusion |
||
1 |
Russia |
UNIIM |
19.030 |
0.019 |
0.20 |
0.59 |
< 1 |
||
2 |
Germany |
PTB |
19.013 |
0.016 |
0.17 |
0.30 |
< 1 |
||
3 |
Czech Republic |
CMI |
18.943 |
0.038 |
0.40 |
0.64 |
< 1 |
||
4 |
United Kingdom |
NPL |
18.983 |
0.009 |
0.10 |
0.34 |
< 1 |
||
5 |
China |
NIM |
19.030 |
0.019 |
0.20 |
0.59 |
< 1 |
||
Median |
18.998 |
0.020 |
Reference value |
||||||
Weighted mean |
18.994 |
0.007 |
|
||||||
Checking the compatibility of results |
|||||||||
|
|
m |
|
||||||
8.29 |
7.81 |
4 |
inconsistent |