JJF1829—20201永磁材料磁性測量儀校準規范1范圍本規范適用于基于電磁鐵的常溫掃描法永磁材料磁性測量儀的校準,規定了永磁材料磁性測量儀的計量特性及校準方法。2引用文件本規范引用了下列文件:JJG352永磁材料標準樣品磁特性試行檢定規程JJG872磁通標準測量線圈JJG2021磁通計量器具檢定系統JJF1013磁學計量常用名詞術語及定義(試行)JJF1094測量儀器特性評定JJF1832(1mT~2.5T)磁強計校準規范GB/T3217—2013永磁(硬磁)材料磁性試驗方法凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規范。3術語和計量單位JJF1013界定的以及以下術語適用于本規范。3.1線圈常數constantofsearchingcoil線圈匝數與面積的乘積,符號記作K,單位:平方米(m2)。3.2電磁鐵磁場不均勻性magneticfieldinhomogeneityofelectromagnet電磁鐵極面中心一定區域內磁場強度與中心處磁場強度相對偏差的絕對值,符號記作δ。4概述永磁材料磁性測量儀(以下簡稱磁測儀)也稱為BH儀(BHtracer)、磁滯回線測量儀(hysteresisgraph)等,其組成如圖1所示。磁化電源和電磁鐵組成磁化裝置,通過轉換開關S改變磁場方向,對被測樣品進行磁化和退磁。磁化電源輸出連續變化的電流在電磁鐵極頭間產生磁場,測量過程中采用準靜態掃描的方法緩慢變化電流,避免測量時在樣品中產生渦流。B(或J)線圈與B(或J)通道磁通計相連,用來測量磁通密度B(或磁極化強度J);H探頭可以是霍爾探頭或H線圈,用來測量磁場強度H。JJF1829—20202圖1磁測儀組成圖X—H(磁場強度)測量裝置;Y—B(磁通密度)或J(磁極化強度)測量裝置;R—計算機或X-Y記錄儀;E—磁化電源;S—轉換開關5計量特性5.1磁通Φ測量范圍:(1~1000)mWb。最大允許誤差:±0.5%。5.2磁場強度H使用霍爾探頭時,磁場強度≤600kA/m,最大允許誤差:±1%。5.3電磁鐵磁場不均勻性δ在測量空間范圍內,電磁鐵磁場不均勻性不超過1%。5.4線圈常數KH線圈和B線圈常數范圍:(0.0005~0.1)m2,最大允許誤差:±0.5%。J線圈常數范圍:(3×10-6~5×10-5)m2,最大允許誤差:±(2%~50%)。5.5磁特性參數磁特性參數包括剩磁Br、內稟矯頑力HcJ、矯頑力HcB、最大磁能積(BH)max。磁測儀測得的磁特性參數示值誤差的絕對值應滿足公式(1)的要求:y-y0≤U2+U(1)式中:y—磁測儀測得的磁特性參數值;y0—標準樣品的磁特性參數值;U—磁測儀測得的磁特性參數的擴展不確定度;U0—標準樣品磁特性參數的擴展不確定度。注:以上指標不適用于合格性判別,僅供參考。JJF1829—202036校準條件6.1環境條件環境溫度:23℃±5℃。相對濕度:≤70%。供電電源:電壓變化不超過額定電壓的±10%,頻率范圍為50Hz±0.5Hz。6.2測量標準及其他設備6.2.1特斯拉計測量范圍:(0.05~2)T。最大允許誤差:±0.05%。6.2.2伏秒發生器測量范圍:(0.1~1000)mWb。磁通最大允許誤差:±0.1%。6.2.3標準線圈線圈常數最大允許誤差:±0.3%。6.2.4磁通計測量范圍:(0.4~400)mWb。最大允許誤差:±0.2%。6.2.5標準磁場源于0.1%。6.2.6標準樣品標準樣品磁特性參數的不確定度見表1。表1標準樣品磁特性參數的不確定度Ur(k=2)磁特性參數BrHcJHcB(BH)max不確定度Ur0.5%0.9%0.9%1.2%6.2.7鉑電阻溫度計在室溫范圍的最大允許誤差:±0.1℃。7校準項目和校準方法7.1校準項目校準項目見表2。表2校準項目一覽表序號校準項目計量特性條目校準方法條目1外觀及通電檢查7.2.12磁通5.17.2.2JJF1829—20204表2(續)序號校準項目計量特性條目校準方法條目3磁場強度5.27.2.34電磁鐵磁場不均勻性5.37.2.45線圈常數5.47.2.56磁特性參數5.57.2.67.2校準方法7.2.1外觀及通電檢查7.2.1.1外觀檢查a)儀器外觀完好,無影響儀器使用性能的損傷,面板、按鈕、接線端子無松動破損;b)磁測儀產品名稱、制造廠家、儀器型號和出廠編號等均應有明確標記;c)連接線接口無松動,機柜應接地。7.2.1.2通電檢查a)磁測儀通電,所有開關、旋鈕及按鈕應靈活可靠;b)各指示燈工作正常,數值顯示清晰,無影響示值的缺陷;c)測量軟件應能正常工作。7.2.2磁通a)將伏秒發生器的輸出端連接到磁通計的輸入端;b)調節磁通計漂移小于1μWb/min,然后磁通計復位;c)設定伏秒發生器輸出值為校準點Φ0,磁通計測量值為Φ;d)按公式(2)計算磁通示值誤差:(2)式中:(2)式中:ΔΦ—磁測儀的磁通示值誤差,mWb;Φ0—伏秒發生器輸出磁通值,mWb;Φ—磁通計測量值,mWb。7.2.3磁場強度特斯拉計測得的磁場強度通過以下方法校準。7.2.3.1恒定磁場測量法a)使用標準磁場源產生恒定磁場;b)對磁測儀所配置的特斯拉計和標準特斯拉計進行調零;c)將特斯拉計探頭置于磁場均勻區內;d)標準特斯拉計探頭的測量值為H0,磁測儀所配置特斯拉計的測量值為H;e)按照公式(3)計算磁場強度示值誤差:ΔH=H-H0(3)JJF1829—20205式中:ΔH—磁測儀的磁場強度示值誤差,kA/m;H0—標準特斯拉計的測量值,kA/m;H—磁測儀所配置特斯拉計的測量值,kA/m。7.2.3.2磁場掃描測量法a)固定電磁鐵極面間距;b)對磁測儀所配置的特斯拉計和標準H探頭進行調零;c)將特斯拉計探頭和標準H探頭置于磁場均勻區內;d)施加掃描磁場,標準H探頭的測量值為H0,磁測儀所配置特斯拉計的測量值為H;e)按照公式(3)計算磁場強度示值誤差。7.2.4電磁鐵磁場不均勻性7.2.4.1恒定磁場H探頭掃描法a)固定電磁鐵極面間距;b)調節勵磁電源輸出至給定值,在極面中心產生恒定磁場強度H0;度H;d)按照公式(4)計算磁場不均勻性:H-H0HH-H0H0式中:δ—磁碭不均勻性,%;H0—極面中心處的磁場強度,kA/m;H—測量點上的磁場強度,kA/m。7.2.4.2雙H線圈磁場掃描法雙H線圈為偏心結構,如圖2所示,由線圈1、線圈2及骨架組成,線圈1和線圈2中心間距為L,使用時將線圈1置于極面中心。圖2雙H線圈示意圖1—線圈1;2—線圈2JJF1829—20206a)固定電磁鐵極面間距;b)將雙H線圈分別連接標準磁通計;c)調節磁通計漂移小于1μWb/min,然后復位,將雙H線圈放置到電磁鐵極面間;d)施加掃描磁場,磁通計測量值分別為Φ0和Φ,按照公式(5)和公式(6)分別計算磁場強度H0和H:(5)(6)H0(5)(6)H式中:Φ0—磁通計測量值,Wb;Φ—磁通計測量值,Wb;K1—線圈1的線圈常數,m2;K2—線圈2的線圈常數,m2;μ0—真空磁導率。e)按照公式(4)計算磁場不均勻性δ。7.2.4.3霍爾陣列磁場掃描法a)固定電磁鐵極面間距;b)將霍爾陣列置于電磁鐵極面中心位置;c)施加掃描磁場,霍爾陣列同時測量各點磁場值H;d)以極面中心霍爾探頭測量值H0為基準,按照公式(4)計算磁場不均勻性δ。7.2.5線圈常數7.2.5.1恒定磁場直接計算法a)使用標準磁場源產生恒定磁場;b)將被校線圈連接標準磁通計,調節磁通計漂移小于1μWb/min,然后復位;c)將特斯拉計探頭和被校線圈置于為B0;d)將線圈抽出,磁通計測量值為Φ0;e)按照公式(7)計算線圈常數:K(7)式中:K—被校線圈常數,m2;Φ0—磁通計測量值,Wb;B0—特斯拉計測量值,T。7.2.5.2標準線圈比較法a)使用標準磁場源產生恒定磁場;JJF1829—20207ΔHcB=HΔHcB=HcB-HcB,0(11)公式(9)~公式(12)Δ)max=(BH)max-(BH)max,0(12)c)將標準線圈和被校線圈置于磁場均勻區中;d)調節磁通計漂移小于1μWb/min,然后復位,將兩個線圈同時抽出,標準線圈所連接磁通計測量值為Φ0,被校線圈所連接磁通計測量值為Φ;e)按照公式(8)計算線圈常數:KK0(8)式中:K0—標準線圈常數,m2;Φ0—標準線圈所連接磁通計測量值,Wb;Φ—被校線圈所連接磁通計測量值,Wb。7.2.6磁特性參數a)使用鉑電阻溫度計測量磁測儀電磁鐵的極面溫度,溫度計測量值為T;b)依據GB/T3217第7章~第11章,使用磁測儀對標準樣品的Br、HcJ、HcB、(BH)max進行測量;c)分別按照公式(9)、公式(10)、公式(11)、公式(12)計算磁特性參數的示值誤差:ΔHcJ=HcJ-HcJ,0(10)ΔHcJ=HcJ-HcJ,0(10)ΔBr—剩磁的示值誤差,T;Br—剩磁的測量值,T;Br,0—剩磁的標準值,T;ΔHcJ—內稟矯頑力的示值誤差,kA/m;HcJ—內稟矯頑力的測量值,kA/m;HcJ,0—內稟矯頑力的標準值,kA/m;ΔHcB—矯頑力的示值誤差,kA/m;HcB—矯頑力的測量值,kA/m;HcB,0—矯頑力的標準值,kA/m;Δ(BH)max———最大磁能積的示值誤差,kJ/m3;(BH)max—最大磁能積的測量值,kJ/m3;(BH)max,0———最大磁能積的標準值,kJ/m3。8校準結果表達校準結果應在校準證書(報告)上反映,校準證書(報告)至少包含以下信息:a)標題,如“校準證書”或“JJF1829—20208b)實驗室名稱和地址;c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數的標識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標識;g)進行校準的日期,如果與校準結果的有效性和應用有關,應說明被校對象的接受日期;h)如果與校準結果的有效性和應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)對校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)校準環境的描述;l)校準結果及其測量不確定度的說明;m)對校準規范的偏離的說明;n)校準證書或校準報告簽發人的簽名、職務或等效標識,以及簽發日期;o)校準結果僅對被校對象有效的聲明;p)未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。9復校時間間隔建議復校時間間隔為12個月。送校單位也可根據實際使用情況自主決定復校時間間隔。JJF1829—20209附錄A不確定度評定示例A.1概述按照本規范7.2.2校準標準值為1.0000mWb時的磁通,按7.2.3.2校準標準值為500.000kA/m時的磁場強度。A.2磁通校準不確定度評定A.2.1測量模型磁通示值誤差可表示為:ΔΦ=Φ-Φ0ΔΦ=Φ-Φ0(A.1)ΔΦ—磁通示值誤差,mWb;Φ—磁通測量值,mWb;Φ0—伏秒發生器輸出磁通值,mWb。A.2.2不確定度來源及合成標準不確定度計算公式不確定度來源包括伏秒發生器、測量重復性的影響,各輸入量不相關,依據不確定度傳播律,示值誤差的合成標準不確定度可表示為:靈敏系數:uc(ΔΦ)=cu2(Φ)+cu2(Φ0)靈敏系數:c1=1,c2A.2.3標準不確定度評定A.2.3.1由伏秒發生器引入的不確定度u(Φ0)伏秒發生器說明書表明,其最大允許誤差為±0.047%,均勻分布,因此相對不確定度ur(Φ0)=0.047%/3=0.027%。Φ0=1.0000mWb的標準不確定度:A.2.3.2由測量重復性引入的不確定度u(Φ)u(Φ0)=ur(Φ0)×Φ0=2.7×10A.2.3.2由測量重復性引入的不確定度u(Φ)伏秒發生器產生磁通Φ0=1.0000mWb時,磁通測量值Φi見表A.1。表A.1磁通測量值測量次數磁通測量值Φi(×2×10-4mWb)1499424993349934499354992JJF1829—202010磁通平均值Φ=(∑Φi)/5=0.9986mWb;極差R=(4994-4992)×2×-0.0014mWb磁通平均值Φ=(∑Φi)/5=0.9986mWb;極差R=(4994-4992)×2×-0.0014mWb。磁通測量值(極差系數C5=2.33)的標準不確定度:A.2.4合成標準不確定度u(Φ)=R/C5=1.7×10-4mWb標準不確定度分量匯總見表A.2。表A.2標準不確定度分量匯總表輸入量不確定度來源靈敏系數不確定度分量/mWbΦ0伏秒發生器u(Φ0)-12.7×10-4Φ測量重復性u(Φ)11.7×10-4依照不確定度傳播律可得示值誤差的合成標準不確定度:A.2.5擴展不確定度uc(ΔΦ)=cu2(Φ)+cu2(Φ0)=3.2×10-4A.2.5擴展不確定度取k=2,則擴展不確定度:A.3磁場強)=2×3.2×10-4mWb=0.0006mWbA.3.1測量模型ΔH=HΔH=H-H0(A.3)ΔH—磁場強度示值誤差,kA/m;H—被校準特斯拉計的磁場強度測量值,kA/m;H0—標準特斯拉計的測量值,kA/m。A.3.2不確定度來源及合成標準不確定度計算公式不確定度來源包括標準特斯拉計、測量重復性的影響,各輸入量不相關,依據不確定度傳播律,示值誤差的合成標準不確定度可表示為:靈敏系數:uc(ΔH)=cu2(H)+cu2(H0)(A.4)c1=1,c2A.3.3標準不確定度評定A.3.3.1由標準特斯拉計引入的不確定度u(H0)特斯拉計量程為1.2T,最大允許誤差為±(0.01%×讀數+0.006%×量程),在0.00引入的不確定度:校準點H0=500.000kA/m處的最大允許誤差區0.00引入的不確定度:u(H0)=a/3=0.062kA/m11磁場強度測量值(極差系數C4=2.06)的標準不確定度:磁場強度測量值(極差系數C4=2.06)的標準不確定度:表A.3特斯拉計磁場測量值測量次數特斯拉計測量值Hi/(kA/m)1500.0232500.0153500.0204500.0260.011kA/m;示值誤差ΔH=H-H0=(500.021-500.000)kA/m=0.021kA/m。磁場強度平均值H=(0.011kA/m;示值誤差ΔH=H-H0=(500.021-500.000)kA/m=0.021kA/m。A.3.4合成標準不確定度標準不確定度分量匯總見表A.4。u(H)A.3.4合成標準不確定度標準不確定度分量匯總見表A.4。表A.4標準不確定度分量匯總表輸入量不確定度來源靈敏系數不確定度分量/(kA/m)H0標準特斯拉計u(H0)-10.062H測量重復性u(H)10.005依照不確定度傳播律可得示值誤差的合成標準不確定度:A.3.5擴展不確定度uc(ΔH)=cu2(H)+cu2(H0)=A.3.5擴展不確定度取k=2,則擴展不確定度:U(ΔH)=k×uc(ΔH)=2×0.062kA/m=0.124kA/mJJF1829—202012附錄B校準原始記錄格式基本信息記錄編號證書編號客戶名稱客戶地址聯系人聯系電話儀器名稱型號規格唯一性編號生產廠商環境溫度環境濕度校準地點校準日期校準依據校準員核驗員測量標準及其他設備名稱型號編號不確定度/準確度等級/最大允許誤差證書編號有效期至(YYYY-MM-DD)校準結果記錄1.外觀檢查2.通電檢查3.磁通通道量程mWb標準磁通值Φ0mWb磁通測量值ΦmWb示值誤差ΔΦmWbU(ΔΦ)(k=2)mWb13樣品編號樣品編號:樣品溫度:T=℃□恒定磁場測量法□磁場掃描測量法標準磁場值H0kA/m磁場測量值HkA/m示值誤差ΔHkA/mU(ΔH)(k=2)kA/m5.電磁鐵磁場不均勻性□恒定磁場H探頭掃描法□雙H線圈磁場掃描法□霍爾陣列磁場掃描法極面間距/mm范圍/mm極面中心磁場/(kA/m)不均勻性δ不確定度Ur(δ)(k=2)6.線圈常數□