JJF 1519-2015 磁通门磁强计校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 1 92 0 1 5磁通门磁强计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rF l u x g a t eM a g n e t o m e t e r 2 0 1 5-0 4-1 0发布2 0 1 5-0 7-1 0实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布磁通门磁强计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rF l u x g a t eM a g n e t o m e t e rJ J F1 5 1 92 0 1 5 归 口 单 位:全国电磁计量技术委员会 主要起草单位:国防科技工业弱磁一级计量站 参加起草单位:中国计量科学研究院 本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释J J F1 5 1 92 0 1 5本规范主要起草人:程华富(国防科技工业弱磁一级计量站)张 伟(中国计量科学研究院)翟晶晶(国防科技工业弱磁一级计量站)参加起草人:侯 钱(国防科技工业弱磁一级计量站)李 鑫(中国计量科学研究院)J J F1 5 1 92 0 1 5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 磁通门磁强计(1)3.2 噪声(1)3.3 零偏(1)3.4 时漂(1)3.5 温漂(1)3.6 正交度(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 磁感应强度(2)5.2 噪声(2)5.3 零偏(2)5.4 时漂(2)5.5 温漂(2)5.6 正交度(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(2)7.1 校准项目(2)7.2 校准方法(3)8 校准结果表达(5)9 复校时间间隔(6)附录A 测量不确定度评定示例(7)附录B 校准原始记录格式(1 0)附录C 校准证书内页格式(1 3)J J F1 5 1 92 0 1 5引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示进行编制。本规范为首次发布。J J F1 5 1 92 0 1 5磁通门磁强计校准规范1 范围本规范适用于恒定磁场测量范围-2 5 0T2 5 0T的磁通门磁强计的校准。2 引用文件本规范引用以下文件。J J F1 0 1 3 磁学计量常用名词术语及定义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 界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1 磁通门磁强计 f l u x g a t em a g n e t o m e t e r磁通门磁强计是利用高磁导率材料在交变磁场的饱和激励下其磁感应强度(也称磁通密度)与磁场强度成非线性,其感应线圈的感应电动势与外磁场成一定函数关系的原理制成的具有磁场显示功能的测量仪器,又称磁饱和磁强计或铁磁探针磁强计。3.2 噪声 n o i s e当外磁场不变时,磁通门磁强计示值在短时间内的变化。噪声的单位为纳特(n T),用符号Bn表示。3.3 零偏 z e r oo f f s e t当外磁场为零时,磁通门磁强计的示值。零偏的单位为纳特(n T),用符号Bz表示。3.4 时漂 t i m ed r i f t当外界条件不变时,磁通门磁强计示值随时间的缓慢变化。时漂的单位为纳特(n T),用符号Bt表示。3.5 温漂 t e m p e r a t u r ed r i f t当外磁场不变时,在给定温度范围内,磁通门磁强计示值随温度的变化。温漂的单位为纳特(n T),用符号BT表示。3.6 正交度 o r t h o g o n a l i t y三分量磁通门磁强计的三个磁轴之间的交角关系。正交度可以用三个磁轴两两之间的非正交性来描述。正交度的单位为度(),用符号B表示。4 概述磁通门磁强计根据铁磁材料在被测磁场和交变磁场同时作用下的非线性特性,用高1J J F1 5 1 92 0 1 5导磁率软磁合金铁芯及线圈作为传感器,将其在饱和交变磁场磁化条件下放入被测磁场中,在被测磁场作用下传感器线圈的感应电动势变为非对称性,通过测量感应电动势得出被测磁场值。磁通门磁强计用于弱磁场的测量。5 计量特性5.1 磁感应强度在测量范围-2 5 0T2 5 0T内磁感应强度最大允许误差一般不超过2.5T。5.2 噪声磁场噪声的峰峰值一般为0.1n T1 0 0n T。5.3 零偏磁场零偏一般不大于10 0 0n T。5.4 时漂时漂一般不大于10 0 0n T。5.5 温漂温漂一般不大于10 0 0n T。5.6 正交度正交度一般不大于2。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件环境条件及其要求如下:a)除磁场线圈外的工作温度:1 52 5;b)相对湿度:不大于8 0%;c)干扰磁场:应不大于被校磁通门磁强计最大允许误差的1/1 0;d)供电电源:(2 2 02 2)V,(5 01)H z。6.2 测量标准及其他设备校准所用仪器设备应经过计量技术机构检定(或校准),并在有效期内。6.2.1 标准磁场系统磁场测量范围应覆盖被校磁通门磁强计的磁场范围,均匀区应大于被校磁通门磁强计的探头尺寸,均匀区内磁感应强度最大允许误差不大于被校磁通门磁强计最大允许误差的1/4;零磁空间内的剩磁不大于1 0n T,磁场变化不大于0.1n T。6.2.2 无磁高低温系统温度范围应覆盖被校磁通门磁强计的温度范围,温度最大允许误差3。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目2J J F1 5 1 92 0 1 5表1 校准项目一览表序号校准项目校准方法条款1外观及附件检查7.2.12工作正常性检查7.2.23磁感应强度7.2.34噪声7.2.45零偏7.2.56时漂7.2.67温漂7.2.78正交度7.2.87.2 校准方法7.2.1 外观及附件检查用目测进行外观及附件检查,被校磁通门磁强计的外观应完好,无影响正常工作的机械损伤;不缺少影响正常工作的附件。7.2.2 工作正常性检查通电前,用手动法检查被校磁通门磁强计各操作件是否灵活;通电后,用手动法检查被校磁通门磁强计,被校磁通门磁强计的各开关及功能键应动作,通电后应能正常工作。7.2.3 磁感应强度7.2.3.1 一般应选择包含被校磁通门磁强计测量范围上下限及中间值的7个点,并使被校点平均分布在所选量程上;必要时,可适当增加或减少校准点。7.2.3.2 将被校磁通门磁强计的探头放在磁场线圈的中心,调整探头,使探头磁轴与磁场线圈的磁轴平行。注:调节磁轴至被校磁通门磁强计示值为最大值时,可认为探头磁轴与磁场线圈的磁轴已平行。7.2.3.3 调节稳流源输出电流,使磁场线圈工作区复现第一个校准点的磁场。标准磁场值通过标准磁强计测量或根据线圈常数与电流大小计算得到。7.2.3.4 记录被校磁通门磁强计的示值。7.2.3.5 按式(1)计算被校磁通门磁强计的示值误差。B=Bx-B0(1)式中:B 被校磁通门磁强计的示值误差,n T;Bx 被校磁通门磁强计的示值,n T;B0 标准磁场系统复现的磁场值,n T。7.2.3.6 在其他校准点,重复7.2.3.37.2.3.5的操作,优先测量对称点7.2.4 噪声7.2.4.1 根据被校磁通门磁强计的技术要求选定磁场校准点及测量时间;如技术要求3J J F1 5 1 92 0 1 5没有规定,磁场校准点可选择零点或5 0T附近点,测量时间可选择1 0s。7.2.4.2 保持磁场不变,在选定的时间和磁场校准点上,连续记录被校磁通门磁强计不少于1 1个示值。7.2.4.3 噪声可用磁感应强度峰峰值或均方差值表征。7.2.5 零偏7.2.5.1 优先选用磁场补偿法得到零磁场空间,也可使用磁屏蔽方式得到零磁空间。7.2.5.2 将被校磁通门磁强计探头放入零磁空间的中心点,记录被校磁通门磁强计的示值B+。7.2.5.3 保持零磁空间的磁场不变,将被校磁通门磁强计探头方向改变1 8 0,记录磁通门磁强计的示值B-。7.2.5.4 按式(2)计算被校磁通门磁强计的零偏。Bz=B+B-2(2)式中:Bz 磁通门磁强计的零偏,n T;B+磁通门磁强计在零磁场中的正向示值,n T;B-磁通门磁强计在零磁场中的反向示值,n T。7.2.6 时漂7.2.6.1 根据被校磁通门磁强计的技术要求选定磁场校准点;如技术要求没有规定,磁场校准点可选择零点或5 0T附近点。7.2.6.2 根据被校磁通门磁强计的技术要求选择漂移时间及记录时间间隔;如技术要求没有规定,漂移时间可选3 0m i n,记录数据一般不少于1 1组。7.2.6.3 将被校磁通门磁强计探头放入工作区内,保持磁场不变,按选定的时间间隔记录被校磁通门磁强计的示值。7.2.6.4 按式(3)计算被校磁通门磁强计的时漂。Bt=Bm a x-Bm i n(3)式中:Bt 被校磁通门磁强计的时漂,n T;Bm a x 在选定的漂移时间内被校磁通门磁强计的最大示值,n T;Bm i n 在选定的漂移时间内被校磁通门磁强计的最小示值,n T。7.2.7 温漂7.2.7.1 根据被校磁通门磁强计的技术要求选择磁场校准点;如技术要求没有给出磁场校准点,可选择零点或5 0T附近点。7.2.7.2 根据被校磁通门磁强计的技术要求选择温度校准点;如技术要求没有给出温度校准点,一般选不少于均匀分布在温度范围内的7个温度点,应覆盖其上下限,可选择室温作为起始温度。7.2.7.3 在工作区内复现选定的磁场,将被校磁通门磁强计的探头放入工作区的中心。记录被校磁通门磁强计在起始温度的示值。4J J F1 5 1 92 0 1 57.2.7.4 保持工作区的磁场不变,改变无磁高低温系统的工作温度,在其他温度点记录被校磁通门磁强计的示值。7.2.7.5 按式(4)计算被校磁通门磁强计的温漂。BT=BT x-BT0(4)式中:BT 被校磁通门磁强计在温度为T时的漂移,n T;BT x 被校磁通门磁强计在温度为T时的示值,n T;BT0 被校磁通门磁强计在起始温度时的示值,n T。7.2.7.6 画出BT-T曲线。7.2.8 正交度7.2.8.1 将被校磁通门磁强计探头放入磁场线圈工作区中心,调整探头,使被校磁通门磁强计的X轴与磁场线圈的磁轴平行。7.2.8.2 记录被校磁通门磁强计在磁场线圈未复现磁场时3个分量的示值。7.2.8.3 磁场线圈复现接近被校磁通门磁强计量程上限的9 0%的磁场。记录被校磁通门磁强计3个分量的示值BX x、BY x、BZ x。7.2.8.4 按式(5)、式(6)分别计算磁通门磁强计Y轴、Z轴与X轴之间的非正交性。B,X-Y=a r c s i nBY x-BY0BX x-BX0(5)B,X-Z=a r c s i nBZ x-BZ0BX x-BX0(6)式中:B,X-Y 被校磁通门磁强计的X轴与Y轴之间的非正交性,();B,X-Z 被校磁通门磁强计的X轴与Z轴之间的非正交性,();BX0、BY0、BZ0 被校 磁 通 门 磁 强 计 在 磁 场 线 圈 未 复 现 磁 场 时3个 分 量 的 示值,n T;BX x、BY x、BZ x 外加磁场后与被校磁通门磁强计3个分量的示值,n T。7.2.8.5 调 整探 头,使 被 校 磁 通 门 磁 强 计 的Y轴 与 磁 场 线 圈 的 磁 轴 平 行。重 复7.2.8.27.2.8.4的方法,测量被校磁通门磁强计Y轴与Z轴的非正交性B,Y-Z。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)应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)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)证书或报告的唯一性标识(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;5J J F1 5 1 92 0 1 5g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和有关时,应说明被校对象的接收日期;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)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;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,不得部分复制证书或报告的声明。校准原始记录格式见附录B,校准证书(报告)内页格式见附录C。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。6J J F1 5 1 92 0 1 5附录A测量不确定度评定示例磁通门磁强计测量结果不确定度评定A.1 测量不确定度评定参数根据J J F1 0 5 9.1规定的方法,对磁感应强度、正交度进行测量不确定度评定。A.2 磁感应强度的测量不确定度A.2.1 测量模型Bx=B0-B 式中:Bx 被校磁通门磁强计的磁感应强度示值,n T;B0 标准磁场,n T;B 被校磁通门磁强计的示值误差,n T。A.2.2 测量不确定度的主要来源磁感应强度的测量不确定度主要来源有:a)由测量重复性引入的测量不确定度分量u1;b)由标准磁场引入的测量不确定度分量u(B0);c)由干扰磁场引入的测量不确定度分量u(Bx)。A.2.3 各分量的测量不确定度评定A.2.3.1 由测量重复性引入的测量不确定度分量测量重复性引入的测量不确定度分量用测量结果的实验标准差表示,假设为1.0n T,则:u1=s(Bi)n=1.0n T 式中:s(Bi)多次测量结果的实验标准差;n 重复测量次数,n6。A.2.3.2 由标准磁场引入的测量不确定度分量标准 磁 场 应 经 过 校 准,假 设 其 按 包 含 因 子k=2给 出 的 扩 展 不 确 定 度 为U(B0)=2.0n T,则由标准磁场引入的测量不确定度分量为:u(B0)=U(B0)k=2.0n T2=1.0n TA.2.3.3 由干扰磁场引入的测量不确定度分量假设工作区干扰磁场为 Bx=2.0n T,假设其服从均匀分布,则由干扰磁场引入的测量不确定度分量u(Bx)为:u(Bx)=Bx3=2n T3=1.2n T7J J F1 5 1 92 0 1 5A.2.4 合成标准不确定度各个测量不确定度分量独立不相关,并考虑影响量,则被校准磁通门磁强计磁感应强度的合成标准不确定度uc(B)为:uc(B)=u21+u2(B0)+u2(Bx)2n TA.2.5 扩展不确定度被校准磁通门磁强计磁感应强度的扩展不确定度U(B)为:U(B)=kpu(B)式中:kp 包含概率为p的包含因子。假设kp=2,则被校准磁通门磁强计磁感应强度的扩展不确定度U(B)为:U(B)=21.9n T4n TA.3 正交度的测量不确定度A.3.1 测量模型B,X-Y=a r c s i nBY x-BY0BX x-BX03 6 0 2 BY x-BY0BX x-BX0 式中:B,X-Y 被校磁通门磁强计的X轴与Y轴的非正交性,();BX0、BY0 被校磁通门磁强计在磁场线圈未复现磁场时X轴、Y轴的示值,n T;BX x、BY x 外加磁场后与被校磁通门磁强计X轴、Y轴的示值,n T。A.3.2 测量不确定度的主要来源由于(BX x-BX0)(BY x-BY0),因此可忽略BX x、BX0引入的测量不确定度分量,则正交度测量不确定度主要来源有:a)由测量点示值误差引入的测量不确定度分量u(B);b)由被校磁通门磁强计磁轴与线圈磁轴不平行引入的测量不确定度分量u()。A.3.3 各分量的测量不确定度评定A.3.3.1 由测量点示值误差引入的测量不确定度分量测量点示值误差的测量不确定度评定见A.2,考虑BY x、BY0正强相关,则由测量点示值误差引入的测量不确定度分量u(B)为:u(B)=23 6 0 2 uc(B)BX x-BX0 式中:BX x-BX0 正交度校准时的外加磁场,n T。假设正交度校准时的外加磁场为1 0T,测量点示值误差的测量不确定度为4n T(k=2),则:8J J F1 5 1 92 0 1 5u(B)=23 6 0 2 uc(B)BX x-BX0=23 6 0 2 2n T1 0T0.0 2 3 A.3.3.2 由被校磁通门磁强计磁轴与线圈磁轴不平行引入的测量不确定度分量u()被校磁通门磁强计磁轴与线圈磁轴不平行,假设其最大夹角为=0.0 5,按均匀分布考虑,则由被校磁通门磁强计磁轴与线圈磁轴不平行引入的测量不确定度分量u()为:u()=3=0.0 5 30.0 2 9 A.3.4 合成标准不确定度各个测量不确定度分量独立不相关,则被校准磁通门磁强计正交度的合成标准不确定度uc(B)为:uc(B)=u2(B)+u2()=0.0 6 A.3.5 扩展不确定度被校准磁通门磁强计正交度的扩展不确定度U(B)为:U(B)=kpuc(B)式中:kp 包含概率为p的包含因子。假设kp=2,则被校准磁通门磁强计正交度的扩展不确定度U(B)为:U(B)=20.0 6=0.1 2 9J J F1 5 1 92 0 1 5附录B校准原始记录格式磁通门磁强计校准原始记录格式被校仪器名称:型号规格:制造商:出厂编号:校准所使用的主要测量标准:名 称测量范围不确定度/准确度等级检定/校准证书编号证书有效期至1.磁感应强度标准磁场B0/n T被校磁强计示值Bx/n T示值误差B/n T测量不确定度U(B)/n T01J J F1 5 1 92 0 1 52.噪声序号被校磁强计示值Bx/n T噪声Bn/n T1234563.零偏被校磁强计正向示值B+/n T被校磁强计反向示值B-/n T零偏Bz/n T测量不确定度U(Bz)/n T4.时漂时间t/m i n被校磁强计示值Bt x/n T时漂Bt/n T测量不确定度U(Bt)/n T11J J F1 5 1 92 0 1 55.温漂温度T/被校磁强计示值BT x/n T温漂BT/n T测量不确定度U(BT)/n T6.正交度方向未加外磁场BX0,Y0/n TBY0,Z0/n T加外磁场BX x,Y x/n TBY x,Z x/n T非正交性B/()测量不确定度U(B)/()X-YX-ZY-Z校准员:核验员:校准日期:年月日21J J F1 5 1 92 0 1 5附录C校准证书内页格式C.1 校准证书第2页格式证书编号-校准机构授权说明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/准确度等级检定/校准证书编号证书有效期至注: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所校准的对象有效。3.未经实验室书面批准,不得部分复印证书。第页 共页31J J F1 5 1 92 0 1 5C.2 校准证书校准结果页格式证书编号-校 准 结 果1.磁感应强度标准磁场B0/n T被校磁强计示值Bx/n T示值误差B/n T测量不确定度U(B)/n T2.噪声3.零偏正向示值B+/n T反向示值B-/n T零偏Bz/n T测量不确定度U(Bz)/n T4.时漂时间t/m i n被校磁强计示值Bt x/n T时漂Bt/n T测量不确定度U(Bt)/n T5.温漂温度T/被校磁强计示值BT x/n T温漂BT/n T测量不确定度U(BT)/n T41J J F1 5 1 92 0 1 56.正交度方向非正交性B/()测量不确定度U(B)/()X-YX-ZY-Z校准结果不确定度的评估和表述均符合J J F1 0 5 9.1的要求。敬告:1.被校准仪器修理后,应立即进行校准。2.在使用过程中,如对被校准仪器的技术指标产生怀疑,请重新校准。3.根据客户要求和校准文件的规定,通常情况下个月校准一次。校 准 员:核 验 员:第页 共页51J J F1 5 1 92 0 1 5