磁学计量单位的复现.docx

磁学计量单位的复现作为导出单位的磁学单位通常由磁学量的定义方程式来确定。主要涉及的磁学概念有磁矩（包括由其生出的磁化强度、磁极化强度、比磁极强度、比磁极化强度等）、磁感应强度、磁场强度（包括磁导率、磁化率等）和磁通等。磁学单位量值的确定是靠有关量的基准装置实现的，而复现磁学单位的实物称为磁学量具。常用磁学量具有磁矩量具、磁通量具和标准测量线圈。一、磁矩量具磁矩量具分为两大类型：永磁体和载流线圈。（一）永磁体永磁体一般以钻钢为材料，通常做成旋转椭球或圆柱形，其磁矩量值范围为0.1100Am2,不确定度为0.1%0.2%°采用永磁体作磁矩量具时，体积小、不需要电源、使用方便；但是磁矩值不连续，而且磁矩值随时间缓慢变化，受环境条件（温度、外磁场及机械振动）影响较大。（二）载流线圈任意电流回路的磁矩为线圈内的电流与线圈总面积的乘积。即：m=IKSW式中：KSW一一线圈的面积常数，也称为线圈的磁矩常数。KSW可根据线圈尺寸计算得到，也可由实验方法确定。对于圆柱形线圈：KSW=SW式中：S一一绕组的平均截面积；W一一绕组匝数。采用载流线圈作磁矩量具，要求在线圈外部产生的磁场足够均匀。由绕组尺寸计算线圈磁矩常数的不确定度优于1×10-4o二、磁场（磁感应强度）计量标准（一）磁场基准我国的磁场基准装置实际上就是用于绝对测量电流的强、弱场法测量质子旋磁比YP的装置，因此分为强磁场基准和弱磁场基准两部分。它建立在基本物理常数及频率测量的基础上，因此也属于量子基准。强磁场基准由电磁铁系统和磁天平系统组成。磁场由双规对称型电磁铁提供，磁场均匀性为IXIO-6,采用核磁共振稳场仪可使磁场稳定度达到10-7量级。载流矩形线圈在磁场中受的力由特殊设计的磁天平系统来测量。我国强磁场基准的复现不确定度为1.6×10-6,磁场范围为O.51T°弱磁场基准采用线圈骨架为直径30Omm的石英管，在线圈中心点复现磁场单位的标准不确定度小于1×10-6,磁场范围为0.05-1mTo（二）磁场标准我国的弱磁场标准由三米线圈系统、零场检测仪、稳流电源、电流测量装置、电流测量装置、地磁自动补偿装置、标准测场仪等几部分组成（三）（磁感应强度）量具一切磁场现象的研究与应用均离不开磁场，产生磁场的物体被称为磁场源。如果磁场（磁感应强度）的量值足够准确，则称为标准磁场；提供标准磁场的磁场源就称为磁场（磁感应强度）量具。磁场量具总是与测量仪器配套使用。它所产生的磁场必须有足够的稳定性和均匀性,此外还应有相应的工作空间。磁场（磁感应强度）量具同时也是磁化场（磁场强度）量具，主要有永磁体、磁场线圈和电磁铁。不需要功率来维持其磁场的磁体称为永磁体，它常用剩磁较大的一类材料制作，永磁体产生的磁场恒定，磁场稳定性好，携带和使用方便，但磁场均匀区不大。电磁铁相当于一个带有空气间隙的铁芯线圈，当线圈中通过电流时，铁芯被融化，在气隙中产生比空心线圈高数十倍的磁场，它是应用极广的产生强磁场的装置，电磁铁一般用磁辗、铁心、极头和绕在铁心上的线圈构成。磁场线圈是应用最广泛的一种磁场量具，其中又以亥姆霍兹线圈和螺线管为最常见，线圈内部磁感应强度为：B=KI式中：I一线圈绕组中通过的电流；K一一线圈的磁场常数，即线圈绕组通过单位电流时产生的磁场，单位为T/A。磁场量具的分类见表1-2-2。表1-2-2磁场量具的种类名称磁场范围均匀区稳定性永磁体O.O1-1T小好电磁铁0.012T较小取决于电源及温升亥姆霍兹线圈1O-9-1O-1T大取决于电源磁场线圈螺线管1O-3-1O-1T较大取决于电源及温升螺绕环10-5-10-3T较大取决于电源及温升超导磁体120T较小好三、磁通计量标准（一）磁通基准通常计算互感作为磁通标准，以康贝尔线圈为最常见。康贝尔线圈是一种互感线圈，由一个多层绕组的次级线圈与一个分段绕制、同轴放置的单层螺旋形绕组的初级线圈所组成。我国磁通主基准线圈就是康贝尔线圈。（二）磁通量具磁通量具两类：互感线圈和磁场线圈与测量线圈组合的磁通量具。在直流（冲击）条件下工作的互感线圈的磁通常数就是它的互感值。即：K=1=M在磁场常数为KB的磁场线圈中，同轴放置面积常数为KSW的测量线圈，则这种组合式磁通量具的磁通常数为:K=KBKSWcos式中，两线圈轴线的夹角。（三）标准测量线圈标准测量线圈是线匝总面积一定的线圈，其面积常数KSW为每匝线圈的平均截面面积S和总匝数W的乘积：KSW=SW单层绕组的标准测量线圈的面积常数由线圈的几何尺寸计算得到，多层绕组的标准测量线圈的面积常数往往由实验确定。线圈面积常数的单位为m2。标准测量线圈用作磁场探测器，反映线圈内的平均磁感应强度，它有圆柱形、球形、长方形等多种形状。形状的选择由被测磁场的强弱和形态来定。测量弱磁场时，需选用KSW大的线圈；测量不均匀磁场时，需选用体积小的线圈。