標(biāo)準(zhǔn)砝碼磁性檢測(cè)與分析
、前言
砝碼作為質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)中的實(shí)物量具，其物理特性會(huì)影響質(zhì)量計(jì)量的準(zhǔn)確度，隨著JJG99- 2006《砝碼》檢定規(guī)程的頒布實(shí)施，我對(duì)于砝碼的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求與OIML建議R111保持致。由于砝碼的磁性性能成為影響稱量準(zhǔn)確度的重要因素，對(duì)砝碼磁性(括磁化率和磁極化度)的控制顯得尤其重要。JJG99-2006 提出了對(duì)各個(gè)等級(jí)砝碼的磁化率和磁化度的要求。
本文通過(guò)對(duì)砝碼磁性參數(shù)的測(cè)量與分析，研究影響測(cè)量結(jié)果的因素及磁化率測(cè)量設(shè)備的選取等。砝碼磁性測(cè)量在內(nèi)屬于剛剛開(kāi)展的項(xiàng)目，對(duì)磁性測(cè)量方法、磁性測(cè)量裝置以及測(cè)量結(jié)果的不確定度分析還有待深入研究。目前，我制作砝碼的材料有JF-1 無(wú)磁不銹鋼、無(wú)磁不銹鋼和普通不銹鋼、銅合金等,由于砝碼在加工和使用過(guò)程中都有可能被磁化,所以，.JJG99-2006及OIML R111中均對(duì)砝碼磁性作出了規(guī)定:括砝碼的(體積)磁化率和磁極化度兩方面,例如對(duì)于準(zhǔn)確度等級(jí)為E2、標(biāo)稱質(zhì)量不小于20g的砝碼，要求磁化率不于0.07,磁極化度不于8μT。先對(duì)磁化率和磁極化度行簡(jiǎn)單的解釋，磁化率是個(gè)無(wú)量綱的物理:量,磁化率的正負(fù)和小反映出物質(zhì)磁性的特征,又可分為磁性物質(zhì)和弱磁性物質(zhì)。目前，內(nèi)等級(jí)砝碼基本都采用JF-1無(wú)磁不銹鋼和無(wú)磁不銹鋼制造，這些材料都屬于弱磁性物質(zhì),砝碼的磁化率值都小于0.07。磁極化度J定義為物質(zhì)單位體積的磁偶極矩，單位是特斯拉(T);磁化度M定義為物質(zhì)單位體積的磁矩，單位是安培每米(A/m),這兩個(gè)物理:量都是有方向的矢量，兩者之間關(guān)系為.J=μ0M,公式中μ0為真空中的磁導(dǎo)率，其值為4πx10-7N/A2。 在JJG99-2006中，允許的磁極化度通過(guò)如表1所示的磁極化度和磁化度兩種物理量表達(dá)。
二、砝碼磁性測(cè)量數(shù)據(jù)
以個(gè)OIML R111建議形狀的E1等級(jí)1kg砝碼為例，砝碼總高度為80.8mm;圓柱體部分:直徑d為47.9mm,高58.5mm;提鈕部分:端部直徑42.9mm,頸部直徑27.0mm;凹底部分:直徑27.2mm，深度0.76mm。為判斷砝碼磁化的均勻性，砝碼分別放在5個(gè)不同位置,采用梅特勒公司生產(chǎn)的MX型磁化率計(jì)對(duì)其行磁性測(cè)量，磁化率和磁化度的測(cè)量結(jié)果
如表3所示，其中，磁化率計(jì)的電子天平分度值為1mg，磁鐵磁矩值md=0.08500Am2,Zi(i=1、2、3、4、5)值為磁化率計(jì)的磁鐵中心到被測(cè)砝碼底部的垂直距離。Z1=22.77mm,其余Zi(i=2、3、4、5)在Z1上由4塊1.50mm、1.60mm、 5.00mm、20.00mm 量塊組合疊加而成。中心位置為被測(cè)砝碼底部的圓心與磁鐵中心對(duì)齊,左側(cè)位置、右側(cè)位置、上方位置、下方位置分別為砝碼以中心位置為基準(zhǔn)，沿水平、垂直方向，左、右、上、下各移位0 5d.表3砝碼磁化率和磁極化度測(cè)量結(jié)果
 三、影響砝碼磁性測(cè)量數(shù)據(jù)的因素
由于內(nèi)機(jī)構(gòu)擁有砝碼磁化率測(cè)量裝置的測(cè)量原理基本相同，故測(cè)量方法可按照J(rèn)JG99-2006介紹的方法測(cè)量。從砝碼磁性測(cè)量原理及計(jì)算公式可知:
1影響砝碼磁化率測(cè)量數(shù)據(jù)的因素
(1)電子天平顯示的質(zhì)量變化的平均值對(duì)砝碼磁化率測(cè)量不確定度的影響。
(2)磁化率計(jì)的磁鐵中心到被測(cè)砝碼底部的垂直距離對(duì)砝碼磁化率測(cè)量不確定度的影響。
(3)磁鐵磁矩對(duì)砝碼磁化率測(cè)量不確定度的影響。(4)砝碼幾何尺寸對(duì)砝碼磁化率測(cè)量不確定度的影響。(5)重力加速度對(duì)砝碼磁化率測(cè)量不確定度的影響。2.影響砝碼磁極化度測(cè)量數(shù)據(jù)的因素
除了與影響砝碼磁化率測(cè)量數(shù)據(jù)中的相同因素外，還要考慮以下因素:(1)砝碼磁化率對(duì)砝碼磁極化度測(cè)量不確定度的影響。(2)磁場(chǎng)梯度對(duì)砝碼磁極化度測(cè)量不確定度的影響。四、砝碼磁性測(cè)量分析
表3中砝碼磁化率和磁極化度的測(cè)量結(jié)果表明:
1.為了測(cè)定個(gè)砝碼是否被均勻磁化，可通過(guò)移動(dòng)砝碼位置測(cè)量磁性數(shù)據(jù)，判斷其是否被均勻磁化。從表3可知，砝碼在偏離中心位置時(shí)磁化率數(shù)據(jù)之差小于0.00033，磁極化度之差小于0.064mT，表明砝碼被磁化比較均勻。
2.磁化率計(jì)的磁鐵中心到被測(cè)砝碼底部的垂直距離與砝碼磁化率測(cè)量結(jié)果基本無(wú)關(guān)。距離變化時(shí)，磁化率測(cè)量值變化極小。對(duì)磁化率計(jì)的磁鐵中心到被測(cè)砝碼底部的垂直距離行限制的目的是為了在測(cè)量過(guò)程中確保高準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼在定的磁場(chǎng)度范圍內(nèi)，以避免發(fā)生砝碼被磁化的現(xiàn)象。在測(cè)量E1等級(jí)砝碼時(shí)，磁場(chǎng)度不得過(guò)2000A/m;測(cè)量E2等級(jí)砝碼時(shí)，磁場(chǎng)度不得過(guò)800A/m;測(cè)量其他等級(jí)砝碼時(shí)，磁場(chǎng)度不得過(guò)200A/m。在砝碼磁化率太小，對(duì)于磁化率計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)太弱時(shí)，可減小距離來(lái)增磁場(chǎng)度。各準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼允許的磁場(chǎng)度如表4所示。
表4各準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼允許的磁場(chǎng)度
3.全計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)配備了量的砝碼磁性測(cè)量設(shè)備(磁化率計(jì)),磁化率計(jì)可配備分度值1mg和0.1mg兩種電子天平。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，砝碼磁化率變化0.01,電子天平示值變化100mg左右。由于砝碼磁性指標(biāo)數(shù)值，兩種配置的磁化率計(jì)對(duì)砝碼磁性行測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果差別極小，不影響判定結(jié)果。由于分度值0.1mg的電子天平比分度值1*天平格貴很多，從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠角度考慮，磁化率配備分度值1*天平就足夠了。
五、磁化率計(jì)的校準(zhǔn)
隨著JJG99-2006的頒布實(shí)施，越來(lái)越多的檢測(cè)機(jī)構(gòu)和砝碼生產(chǎn)企業(yè)購(gòu)買磁化率計(jì)用于測(cè)量砝碼的磁性。目前，磁化率計(jì)配備的基本上都是分度值為1mg、 測(cè)量范圍5g左右的電子天平,對(duì)于如何驗(yàn)收磁化率計(jì)還沒(méi)有-個(gè)統(tǒng)-的標(biāo)準(zhǔn)?；臼菣z定磁化率計(jì)配備的電子天平，認(rèn)為電子天平，磁化率計(jì)就符合使用要求,其實(shí)通過(guò)檢定電子天平，并不能表明磁化率計(jì)，因?yàn)殡娮犹炱街皇谴呕视?jì)的部分，磁化率計(jì)的性能除與電子天平有關(guān)外，還與磁鐵磁矩、磁場(chǎng)梯度、幾何尺寸、磁化率計(jì)計(jì)算軟件等有關(guān)。利用標(biāo)定好的具有磁性數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)模塊檢驗(yàn)磁化率計(jì)的性能更為合理,通過(guò)在不同高度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)模塊磁化率值與標(biāo)定值比較的方法，判斷磁化率計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
 六、砝碼磁性對(duì)量值傳遞、電子天平檢定的影響
隨著質(zhì)量比較儀和電子天平在內(nèi)量值傳遞中的廣泛應(yīng)用，使用磁性不的砝碼行量值傳遞時(shí)，由于質(zhì)量比較儀和電子天平衡量裝置的結(jié)構(gòu)采用電磁力平衡補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)平衡，由補(bǔ)償線圈泄漏的磁場(chǎng)，與砝碼的磁性不可避免地會(huì)產(chǎn)生力的相互作用，這樣的力與砝碼受到的重力無(wú)法區(qū)分，影響稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度。若使用磁性不的砝碼檢定高準(zhǔn)確度級(jí)微量天平，可能導(dǎo)致微量天平的稱量部件被磁化，產(chǎn)生較示值誤差。 
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