磁场测量

1. 概述

       磁参量计量包括：磁参量基标准的建立、磁量具与磁场测量仪器的检定、各类磁测现象的研究，以及应用中的磁参量测试工作。目前，我国的磁参量计量基标准基本可满足主要磁量具和测量仪器的检定和校准。对磁量具和测量仪器的检定作为磁参量量值传递系统的中间环节，其准确性、稳定性和检定方法的先进性决定了磁参量的量传和溯源体系的先进性和有效性；同时，亦可保障各种工作磁量具和测量仪器的性能的准确、稳定和有效。针对常用的磁量具：特斯拉计和磁通计的检定、校准，天恒测控公司推出了 td8850 特斯拉计检定装置 和 td8980 磁通计校准仪二款检定设备，以下是关于磁场计量和磁通计量的说明，以及天恒的二款磁参量校准仪器的详细介绍。

2. 磁场计量
       磁场的大小可以用磁感应强度表征，又可称为磁通密度，是表示磁体在其周围空气产生影响大小的量。符号为 b，单位 t (特斯拉)或 g (高斯)，磁场可以通过磁场线圈、永磁体、电磁铁、超导磁体等方式获得。
       目前测量磁感应强度通常采用霍尔效应法。霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差（原理如下图1）。特斯拉计（也称高斯计）就是根据霍尔效应原理制成的测量磁感应强度的仪器，它主要由霍尔探头和测量仪表构成。目前对各类型的特斯拉计的检定和校准成为了磁学计量的重要环节。

图1. 霍尔效应原理图

2.1 关于特斯拉计的检定
       目前对特斯拉计的检定主要遵循《jjg 242-1995 特斯拉计检定规程》。此规程中给出检定特斯拉计的基本步骤：“零位测定”、“校准磁场的测定”、“基本误差的测定”。
1、对于“零位测定”要求磁场趋近于零，这对“零磁场”的构建及屏蔽材料的选用有较高的要求。
2、对于带“校准磁场”的特斯拉计，检定“校准磁场”对标准特斯拉计的精度和标准磁场的稳定度有较高的要求。
3、“基本误差的测试”给出了同时比较和替代比较二种方法。
     a、同时比较是将标准和被检探头置于同一磁场中，对比二者的示值。此方法须将二探头置于同一磁场区，且需保持一定距离，对磁场均匀度有较高的要求。
     b、替代比较法是用标准和被检探头轮换测量同一位置的标准磁场，此方法对磁场的稳定度有较高的要求。

2.2 针对规程中的检定要求，天恒测控推出了td8850特斯拉计检定装置(如下图所示)

1、td8850 是一款高精度、功能齐全、智能化的特斯拉计检定装置。该装置中的高精度直流电流标准源输出高稳定度的标准电流通过亥姆霍兹线圈（0~11mt）、标准线圈( 0~110mt )、电磁铁( 0~2.5t )等励磁机构产生恒稳磁场，其量值通过亥姆霍兹线圈常数、标准线圈常数以及标准特斯拉计（0.05 级）进行溯源。

2、霍尔探头位置控制器可将霍尔探头精准定位至磁场均匀区，消除位置和角度影响；使用零高斯屏蔽腔可对标准特斯拉计和被检特斯拉计进行零点校准，其精度优于 100 nt。
3、该装置完全符合《 jjg 242-1995 特斯拉计检定规程》

系统应用示意图如下：

3. 磁通计量

       磁通是通过某一曲面的总磁力线数，它是表示物体在空间某处接受到的磁性，符号为 φ，单位为韦伯或麦克斯韦。磁通是磁感应强度的面积分，可通过以下公式计算：                           φ = ∫ b·cosθ ds

若 b 均匀，s 是平面并与 b 垂直时，通过 s 平面的磁通为：φ = b·s
目前较流行的测量磁通的仪器为数字磁通计，如下图所示：

3.1 关于磁通计的检定
      目前磁通计量主要遵循《 jjg 317-1983 磁通表检定规程》，传统的检定磁通量具的方法为：冲击比较法：将被检磁通表的示值与标准线圈的磁通量进行比较，根据公式 φ=δi*mn 进行检定。（mn 为互感线圈标称值）。 冲击法对标准互感线圈的要求较高，须满足δi*mn ≥ φmax (φmax为磁通计的测量上限)，且对检定小于10mwb 以下量限对线圈的要求更高。该方法对检定环境要求较高，且检定步骤过于繁琐，不适合检定数字磁通计。

3.2 传统检定方法中所遇的问题，天恒测控推出了td8980磁通计校准仪

1、td8980 的检定方法采用伏秒定标法( wb=v•s)：使用标准伏秒发生器所产生的标准伏秒(韦伯)信号,由该信号与使磁通表偏转示值相比较，实现对磁通表的校准。
2、该方法由一台设备直接输出高精度磁通信号，与传统方法繁琐的检定过程相比，不仅更加精准，且具有高效便捷的特点。
3、td8980 磁通计校准仪内部具有高稳定度电压源（稳定度优于 50ppm）、高精度可调节定时器（稳定度优于10ppm）；通过标准伏秒发生器对电压和时间进行积分，可产生高精度的磁通信号，Zui高等级可达 0.05 级，可检定0.2级及以下的各类型磁通计。

系统应用示意图如下：

4、总结
      td8850特斯拉计检定装置和td8980磁通计校准仪是天恒测控公司在充分研究了现有的磁学计量的现状，发挥了自身强大的科研实力，整合了公司多年的磁学和电学研究成果，研制的磁参量检定、校准的解决方案。该方案非常适合省级以上计量部门组建磁参量计量标准。