JJF 1829-2020永磁材料磁性测量仪校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 8 2 92 0 2 0永磁材料磁性测量仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rM a g n e t i cM e a s u r i n gI n s t r u m e n t sf o rP e r m a n e n tM a g n e tM a t e r i a l s 2 0 2 0-0 1-1 7发布2 0 2 0-0 4-1 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布永磁材料磁性测量仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rM a g n e t i cM e a s u r i n gI n s t r u m e n t s f o rP e r m a n e n tM a g n e tM a t e r i a l sJ J F1 8 2 92 0 2 0 归 口 单 位:全国电磁计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院浙江省计量科学研究院 参加起草单位:宁波市计量测试研究院 本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释J J F1 8 2 92 0 2 0本规范主要起草人:许志一(中国计量科学研究院)虞志书(浙江省计量科学研究院)参加起草人:李小菊(中国计量科学研究院)孙梦翔(宁波市计量测试研究院)J J F1 8 2 92 0 2 0目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 线圈常数(1)3.2 电磁铁磁场不均匀性(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 磁通(2)5.2 磁场强度H(2)5.3 电磁铁磁场不均匀性(2)5.4 线圈常数K(2)5.5 磁特性参数(2)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(7)9 复校时间间隔(8)附录A 不确定度评定示例(9)附录B 校准原始记录格式(1 2)附录C 校准证书内页格式(1 4)J J F1 8 2 92 0 2 0引 言本规范依据J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则编制。本规范为首次发布。J J F1 8 2 92 0 2 0永磁材料磁性测量仪校准规范1 范围本规范适用于基于电磁铁的常温扫描法永磁材料磁性测量仪的校准,规定了永磁材料磁性测量仪的计量特性及校准方法。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G3 5 2 永磁材料标准样品磁特性试行检定规程J J G8 7 2 磁通标准测量线圈J J G2 0 2 1 磁通计量器具检定系统J J F1 0 1 3 磁学计量常用名词术语及定义(试行)J J F1 0 9 4 测量仪器特性评定J J F1 8 3 2(1mT2.5T)磁强计校准规范G B/T3 2 1 72 0 1 3 永磁(硬磁)材料 磁性试验方法凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位J J F1 0 1 3界定的以及以下术语适用于本规范。3.1 线圈常数 c o n s t a n to f s e a r c h i n gc o i l线圈匝数与面积的乘积,符号记作K,单位:平方米(m2)。3.2 电磁铁磁场不均匀性 m a g n e t i c f i e l d i n h o m o g e n e i t yo f e l e c t r o m a g n e t电磁铁极面中心一定区域内磁场强度与中心处磁场强度相对偏差的绝对值,符号记作。4 概述永磁材料磁性测量仪(以下简称磁测仪)也称为B H仪(B Ht r a c e r)、磁滞回线测量仪(h y s t e r e s i s g r a p h)等,其组成如图1所示。磁化电源和电磁铁组成磁化装置,通过转换开关S改变磁场方向,对被测样品进行磁化和退磁。磁化电源输出连续变化的电流在电磁铁极头间产生磁场,测量过程中采用准静态扫描的方法缓慢变化电流,避免测量时在样品中产生涡流。B(或J)线圈与B(或J)通道磁通计相连,用来测量磁通密度B(或磁极化强度J);H探头可以是霍尔探头或H线圈,用来测量磁场强度H。1J J F1 8 2 92 0 2 0图1 磁测仪组成图XH(磁场强度)测量装置;YB(磁通密度)或J(磁极化强度)测量装置;R计算机或X-Y记录仪;E磁化电源;S转换开关5 计量特性5.1 磁通测量范围:(110 0 0)mWb。最大允许误差:0.5%。5.2 磁场强度H使用霍尔探头时,磁场强度6 0 0k A/m,最大允许误差:1%。5.3 电磁铁磁场不均匀性在测量空间范围内,电磁铁磁场不均匀性不超过1%。5.4 线圈常数KH线圈和B线圈常数范围:(0.0 0 050.1)m2,最大允许误差:0.5%。J线圈常数范围:(31 0-651 0-5)m2,最大允许误差:(2%5 0%)。5.5 磁特性参数磁特性参数包括剩磁Br、内禀矫顽力Hc J、矫顽力Hc B、最大磁能积(BH)m a x。磁测仪测得的磁特性参数示值误差的绝对值应满足公式(1)的要求:y-y0U2+U20(1)式中:y 磁测仪测得的磁特性参数值;y0 标准样品的磁特性参数值;U 磁测仪测得的磁特性参数的扩展不确定度;U0 标准样品磁特性参数的扩展不确定度。注:以上指标不适用于合格性判别,仅供参考。2J J F1 8 2 92 0 2 06 校准条件6.1 环境条件环境温度:2 35。相对湿度:7 0%。供电电源:电压变化不超过额定电压的1 0%,频率范围为5 0H z 0.5H z。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 特斯拉计测量范围:(0.0 52)T。最大允许误差:0.0 5%。6.2.2 伏秒发生器测量范围:(0.110 0 0)mW b。磁通最大允许误差:0.1%。6.2.3 标准线圈线圈常数最大允许误差:0.3%。6.2.4 磁通计测量范围:(0.44 0 0)mW b。最大允许误差:0.2%。6.2.5 标准磁场源标准磁场源为永磁体或电磁铁,在使用的有效 空间 范 围 内,磁 场 不均 匀 性 优于0.1%。6.2.6 标准样品标准样品磁特性参数的不确定度见表1。表1 标准样品磁特性参数的不确定度Ur(k=2)磁特性参数BrHc JHc B(BH)m a x不确定度Ur0.5%0.9%0.9%1.2%6.2.7 铂电阻温度计在室温范围的最大允许误差:0.1。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表2。表2 校准项目一览表序号校准项目计量特性条目校准方法条目1外观及通电检查 7.2.12磁通5.17.2.23J J F1 8 2 92 0 2 0表2(续)序号校准项目计量特性条目校准方法条目3磁场强度5.27.2.34电磁铁磁场不均匀性5.37.2.45线圈常数5.47.2.56磁特性参数5.57.2.67.2 校准方法7.2.1 外观及通电检查7.2.1.1 外观检查a)仪器外观完好,无影响仪器使用性能的损伤,面板、按钮、接线端子无松动破损;b)磁测仪产品名称、制造厂家、仪器型号和出厂编号等均应有明确标记;c)连接线接口无松动,机柜应接地。7.2.1.2 通电检查a)磁测仪通电,所有开关、旋钮及按钮应灵活可靠;b)各指示灯工作正常,数值显示清晰,无影响示值的缺陷;c)测量软件应能正常工作。7.2.2 磁通a)将伏秒发生器的输出端连接到磁通计的输入端;b)调节磁通计漂移小于1W b/m i n,然后磁通计复位;c)设定伏秒发生器输出值为校准点0,磁通计测量值为;d)按公式(2)计算磁通示值误差:=-0(2)式中:磁测仪的磁通示值误差,mWb;0 伏秒发生器输出磁通值,mWb;磁通计测量值,mW b。7.2.3 磁场强度特斯拉计测得的磁场强度通过以下方法校准。7.2.3.1 恒定磁场测量法a)使用标准磁场源产生恒定磁场;b)对磁测仪所配置的特斯拉计和标准特斯拉计进行调零;c)将特斯拉计探头置于磁场均匀区内;d)标准特斯拉计探头的测量值为H0,磁测仪所配置特斯拉计的测量值为H;e)按照公式(3)计算磁场强度示值误差:H=H-H0(3)4J J F1 8 2 92 0 2 0 式中:H 磁测仪的磁场强度示值误差,k A/m;H0 标准特斯拉计的测量值,k A/m;H 磁测仪所配置特斯拉计的测量值,k A/m。7.2.3.2 磁场扫描测量法a)固定电磁铁极面间距;b)对磁测仪所配置的特斯拉计和标准H探头进行调零;c)将特斯拉计探头和标准H探头置于磁场均匀区内;d)施加扫描磁场,标准H探头的测量值为H0,磁测仪所配置特斯拉计的测量值为H;e)按照公式(3)计算磁场强度示值误差。7.2.4 电磁铁磁场不均匀性7.2.4.1 恒定磁场H探头扫描法a)固定电磁铁极面间距;b)调节励磁电源输出至给定值,在极面中心产生恒定磁场强度H0;c)将H探头置于极面中心,然后沿中心向外移动,依次测量不同点的磁场强度H;d)按照公式(4)计算磁场不均匀性:=H-H0H01 0 0%(4)式中:磁砀不均匀性,%;H0 极面中心处的磁场强度,k A/m;H 测量点上的磁场强度,k A/m。7.2.4.2 双H线圈磁场扫描法双H线圈为偏心结构,如图2所示,由线圈1、线圈2及骨架组成,线圈1和线圈2中心间距为L,使用时将线圈1置于极面中心。图2 双H线圈示意图1线圈1;2线圈25J J F1 8 2 92 0 2 0a)固定电磁铁极面间距;b)将双H线圈分别连接标准磁通计;c)调节磁通计漂移小于1W b/m i n,然后复位,将双H线圈放置到电磁铁极面间;d)施加扫描磁场,磁通计测量值分别为0和,按照公式(5)和公式(6)分别计算磁场强度H0和H:H0=00K1(5)H=0K2(6)式中:0 磁通计测量值,W b;磁通计测量值,W b;K1 线圈1的线圈常数,m2;K2 线圈2的线圈常数,m2;0 真空磁导率。e)按照公式(4)计算磁场不均匀性。7.2.4.3 霍尔阵列磁场扫描法a)固定电磁铁极面间距;b)将霍尔阵列置于电磁铁极面中心位置;c)施加扫描磁场,霍尔阵列同时测量各点磁场值H;d)以极面中心霍尔探头测量值H0为基准,按照公式(4)计算磁场不均匀性。7.2.5 线圈常数7.2.5.1 恒定磁场直接计算法a)使用标准磁场源产生恒定磁场;b)将被校线圈连接标准磁通计,调节磁通计漂移小于1W b/m i n,然后复位;c)将特斯拉计探头和被校线圈置于标准磁场源的均匀区内,特斯拉计测量值为B0;d)将线圈抽出,磁通计测量值为0;e)按照公式(7)计算线圈常数:K=0B0(7)式中:K 被校线圈常数,m2;0 磁通计测量值,W b;B0 特斯拉计测量值,T。7.2.5.2 标准线圈比较法a)使用标准磁场源产生恒定磁场;6J J F1 8 2 92 0 2 0b)将标准线圈与被校线圈分别接入两个标准磁通计输入端;c)将标准线圈和被校线圈置于磁场均匀区中;d)调节磁通计漂移小于1W b/m i n,然后复位,将两个线圈同时抽出,标准线圈所连接磁通计测量值为0,被校线圈所连接磁通计测量值为;e)按照公式(8)计算线圈常数:K=0K0(8)式中:K0 标准线圈常数,m2;0 标准线圈所连接磁通计测量值,W b;被校线圈所连接磁通计测量值,Wb。7.2.6 磁特性参数a)使用铂电阻温度计测量磁测仪电磁铁的极面温度,温度计测量值为T;b)依据G B/T3 2 1 7第7章第1 1章,使用磁测仪对标准样品的Br、Hc J、Hc B、(BH)m a x进行测量;c)分别按照公式(9)、公式(1 0)、公式(1 1)、公式(1 2)计算磁特性参数的示值误差:Br=Br-Br,0(9)Hc J=Hc J-Hc J,0(1 0)Hc B=Hc B-Hc B,0(1 1)BH()m a x=BH()m a x-BH()m a x,0(1 2)公式(9)公式(1 2)中:Br 剩磁的示值误差,T;Br 剩磁的测量值,T;Br,0 剩磁的标准值,T;Hc J 内禀矫顽力的示值误差,k A/m;Hc J 内禀矫顽力的测量值,k A/m;Hc J,0 内禀矫顽力的标准值,k A/m;Hc B 矫顽力的示值误差,k A/m;Hc B 矫顽力的测量值,k A/m;Hc B,0 矫顽力的标准值,k A/m;(BH)m a x 最大磁能积的示值误差,k J/m3;(BH)m a x 最大磁能积的测量值,k J/m3;(BH)m a x,0 最大磁能积的标准值,k J/m3。8 校准结果表达校准结果应在校准证书(报告)上反映,校准证书(报告)至少包含以下信息:a)标题,如“校准证书”或“校准报告”;7J J F1 8 2 92 0 2 0b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关,应说明被校对象的接受日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9 复校时间间隔建议复校时间间隔为1 2个月。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。8J J F1 8 2 92 0 2 0附录A不确定度评定示例A.1 概述按照本规范7.2.2校准标准值为1.0 0 00mW b时的磁通,按7.2.3.2校准标准值为5 0 0.0 0 0k A/m时的磁场强度。A.2 磁通校准不确定度评定A.2.1 测量模型磁通示值误差可表示为:=-0(A.1)式中:磁通示值误差,mW b;磁通测量值,mW b;0 伏秒发生器输出磁通值,mWb。A.2.2 不确定度来源及合成标准不确定度计算公式不确定度来源包括伏秒发生器、测量重复性的影响,各输入量不相关,依据不确定度传播律,示值误差的合成标准不确定度可表示为:uc()=c21u2()+c22u2(0)(A.2)灵敏系数:c1=1,c2=0=-1A.2.3 标准不确定度评定A.2.3.1 由伏秒发生器引入的不确定度u(0)伏秒发生器说明书表明,其最大允许误差为0.0 4 7%,均匀分布,因此相对不确定度ur(0)=0.0 4 7%/3=0.0 2 7%。0=1.0 0 00mW b的标准不确定度:u(0)=ur(0)0=2.71 0-4mWbA.2.3.2 由测量重复性引入的不确定度u()伏秒发生器产生磁通0=1.0 0 00mW b时,磁通测量值i见表A.1。表A.1 磁通测量值测量次数磁通测量值i(21 0-4mWb)149 9 4249 9 3349 9 3449 9 3549 9 29J J F1 8 2 92 0 2 0 磁 通 平 均 值=(i)/5=0.9 9 86 mW b;极 差R=(49 9 4-49 9 2)21 0-4mWb=0.0 0 04 mWb;示 值 误 差=-0=(0.9 9 86-1.0 0 00)mW b=-0.0 0 14mW b。磁通测量值(极差系数C5=2.3 3)的标准不确定度:u()=R/C5=1.71 0-4mWbA.2.4 合成标准不确定度标准不确定度分量汇总见表A.2。表A.2 标准不确定度分量汇总表输入量不确定度来源灵敏系数不确定度分量/mWb0伏秒发生器u(0)-12.71 0-4测量重复性u()11.71 0-4 依照不确定度传播律可得示值误差的合成标准不确定度:uc()=c21u2()+c22u2(0)=3.21 0-4mW bA.2.5 扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度:U()=kuc()=23.21 0-4mW b=0.0 0 06mW bA.3 磁场强度校准不确定度评定A.3.1 测量模型H=H-H0(A.3)式中:H 磁场强度示值误差,k A/m;H 被校准特斯拉计的磁场强度测量值,k A/m;H0 标准特斯拉计的测量值,k A/m。A.3.2 不确定度来源及合成标准不确定度计算公式不确定度来源包括标准特斯拉计、测量重复性的影响,各输入量不相关,依据不确定度传播律,示值误差的合成标准不确定度可表示为:uc(H)=c21u2(H)+c22u2(H0)(A.4)灵敏系数:c1=HH=1,c2=HH0=-1A.3.3 标准不确定度评定A.3.3.1 由标准特斯拉计引入的不确定度u(H0)特斯拉计量程为1.2T,最大允许误差为(0.0 1%读数+0.0 0 6%量程),在校准点H0=5 0 0.0 0 0k A/m处的最大允许误差区间半宽为a=(0.0 1%5 0 0.0 0 0+0.0 0 6%1.27 9 6)k A/m=0.1 0 7k A/m。在此区间为均匀分布,由标准特斯拉计引入的不确定度:u(H0)=a/3=0.0 6 2k A/m01J J F1 8 2 92 0 2 0A.3.3.2 由测量重复性引入的不确定度u(H)表A.3 特斯拉计磁场测量值测量次数特斯拉计测量值Hi/(k A/m)15 0 0.0 2 325 0 0.0 1 535 0 0.0 2 045 0 0.0 2 6 磁场强度平均值H=(Hi)/4=5 0 0.0 2 1k A/m;极差R=(5 0 0.0 2 6-5 0 0.0 1 5)k A/m=0.0 1 1k A/m;示值误差H=H-H0=(5 0 0.0 2 1-5 0 0.0 0 0)k A/m=0.0 2 1k A/m。磁场强度测量值(极差系数C4=2.0 6)的标准不确定度:u(H)=R/C4=0.0 0 5k A/mA.3.4 合成标准不确定度标准不确定度分量汇总见表A.4。表A.4 标准不确定度分量汇总表输入量不确定度来源灵敏系数不确定度分量/(k A/m)H0标准特斯拉计u(H0)-10.0 6 2H测量重复性u(H)10.0 0 5 依照不确定度传播律可得示值误差的合成标准不确定度:uc(H)=c21u2(H)+c22u2(H0)=0.0 6 2k A/mA.3.5 扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度:U(H)=kuc(H)=20.0 6 2k A/m=0.1 2 4k A/m11J J F1 8 2 92 0 2 0附录B校准原始记录格式基本信息记录编号证书编号客户名称客户地址联系人联系电话仪器名称型号规格唯一性编号生产厂商环境温度环境湿度校准地点校准日期校准依据校准员核验员测量标准及其他设备名称型号编号不确定度/准确度等级/最大允许误差证书编号有效期至(YYYY-MM-D D)校准结果记录1.外观检查2.通电检查3.磁通通道量程mWb标准磁通值0mWb磁通测量值mWb示值误差mWbU()(k=2)mWb21J J F1 8 2 92 0 2 0 4.磁场强度恒定磁场测量法磁场扫描测量法标准磁场值H0k A/m磁场测量值Hk A/m示值误差Hk A/mU(H)(k=2)k A/m 5.电磁铁磁场不均匀性恒定磁场H探头扫描法双H线圈磁场扫描法霍尔阵列磁场扫描法极面间距/mm范围/mm极面中心磁场/(k A/m)不均匀性不确定度Ur()(k=2)6.线圈常数恒定磁场直接计算法标准线圈比较法类别标称值/m2校准值/m2不确定度Ur(K)(k=2)J线圈H线圈B线圈 7.磁特性参数样品编号:样品温度:T=Br/THc J/(k A/m)Hc B/(k A/m)(BH)m a x/(k J/m3)标准值y0测量值y扩展不确定度Ur(y)(k=2)31J J F1 8 2 92 0 2 0附录C校准证书内页格式证书编号-校准结果不确定度的评估和表述均符合J J F 1 0 5 9.1的要求。校准环境条件及地点:温 度地 点相对湿度%其 他校准所依据的技术文件(代号、名称):校准所使用的主要测量标准:名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差证书编号证书有效期至(YYYY-MM-D D)第页共页41J J F1 8 2 92 0 2 0证书编号-校 准 结 果1.磁通通道量程mWb标准磁通值0mWb磁通测量值mWb示值误差mWbU()(k=2)mWb2.磁场强度恒定磁场测量法磁场扫描测量法标准磁场值H0k A/m磁场测量值Hk A/m示值误差Hk A/mU(H)(k=2)k A/m3.电磁铁磁场不均匀性恒定磁场H探头扫描法双H线圈磁场扫描法霍尔阵列磁场扫描法极面间距/mm范围/mm极面中心磁场k A/m不均匀性不确定度Ur()(k=2)4.线圈常数恒定磁场直接计算法标准线圈比较法类别标称值/m2校准值/m2不确定度Ur(K)(k=2)J线圈H线圈B线圈第页共页51J J F1 8 2 92 0 2 0证书编号-校 准 结 果5.磁特性参数样品编号:样品温度:T=Br/THc J/(k A/m)Hc B/(k A/m)(BH)m a x/(k J/m3)标准值测量值扩展不确定度Ur(k=2)以下空白说明:根据客户要求和校准文件的建议,通常情况下 个月校准一次。声明:1.仅对加盖“校准专用章”的完整证书负责。2.本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。校 准 员:核 验 员:第页共页61J J F1 8 2 92 0 2 0