计量学基础8第八讲电磁学计量

1、第八讲 电磁学计量气象海洋学院 探测与装备工程教研中心 液体式压力计U型式压力计 二、压力之间的关系 Pa绝对压力Pa=Pb+P表压力P=Pa-Pb绝对压力Pb大气压力Ph负压力（真空压力）Ph=Pb-Pa液体式压力计倾斜管微压计 课堂教学说明 一、内容说明 要求： 了解常用电量的计量任务和内容 掌握常用电学量具和电测仪器工作原理 电量的计量方法。 重点： 约瑟夫森效应电压基准 克里青效应和克里青常数电学计量内容和分类电学计量基准： 定义计量 直流实物计量基准 交流实物计量基准 （标准电池、标准电阻器、标准电感器、标准电容器） 电学计量： 直流电量标准及其计量 直流计量器具检定 交流电量标准及

2、其计量 交流计量器具检定磁学计量内容和分类 磁学计量基准： 磁感应强度基准 磁通基准 磁矩基准 磁学计量： 磁学计量器具的检定 材料直流磁特性计量 材料交流磁特性计量安培单位的定义及复现定义：（1948年）在真空中，截面积可忽略不计的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为210-7N，则每根导线中的电流为1A。 使用标准电池组和标准电阻等实物来保持伏特和欧姆利用交流约瑟夫森效应和量子霍尔效应所建立的基准来保持伏特和欧姆第一节 电学计量内容： 电压、电阻、电流、电容、电感 电压： 标准电池（饱和型、非饱和型） 约瑟夫森效应电压基准 饱和型标准电池结

3、构示意图 标准电动势：1.01832V（20C）不饱和型标准电池结构示意图 标准电动势：1.01860V（20C）标准电池特性 1、温度特性： 国际上统一规定：对任何一只标准电池只给出在20时的电动势，在偏离20时，电动势要用经验公式给出。我们国家标准电池电动势随温度变化的关系式是：不同等级标准电池的温度范围 标准电池特性 2、极化现象 标准电池在使用过程中，不可避免的要有充（放）电现象发生，当电流流过电极产生时，电极电位偏离其起平衡值的现象，称为电极的极化现象。去极化剂硫酸亚汞标准电池特性 3、光照影响 标准电池中的去极化剂（硫酸亚汞）， 它是一种光敏物质，在常温光照下就会变质，所以标准电池

4、要避免在灯光、阳光下照射。标准电池检定 标准电池检定 标准电池检定 标准电池的年稳定度可达10-7， 但由于化学的变化、电压随时间的变化，都会影响基准、标准的准确度。2、约瑟夫森效应电压基准 超导体： 零电阻和抗磁性弱耦合： 0.13um的绝缘体相隔，约瑟夫森结。 如果在两个弱耦合的超导体加上直流电压U，在超导体之间便有交流超导电流I产生，频率为： 约瑟夫森结的V-I特性曲线VIUJ约瑟夫森效应电压基准的特点 优点： 量子效应，e、h微观物理量，f测量精度高。可实现Vf高准确度转换，利用它保存伏特单位的量值。缺点： 约瑟夫森结的电压较小，一般在110mv，所以要用很多结串联而实现电压基准的复现

5、。不确定度：高于9*10-9，达到国际先进水平。二、标准电阻器 1骨架 2锰铜电阻线 3绝缘盖 4盖中小孔 5电位端钮 6电流端钮 标准电阻特性 电阻值是环境温度的函数，在温度标称范围内，任一温度下的电阻值按下式计算： 在检定中R20、已给出，这时只要在盖中小孔测出t，就可求得 Rt 。2、电阻箱 接线式电阻箱 接线式电阻箱插头式电阻箱开关式电阻箱电阻箱 插头式电阻箱 电阻箱 开关式电阻箱 3、克里青效应 + + + + + Si O2AInnP-Si SDBUgGI霍尔电极霍尔电极UHBSDPP标准霍尔棒MOS场效应管NN克里青效应 i：朗道能级霍尔电压实验 霍尔电极霍尔电极UHBSDPP

6、克里青常数 i=1三、电流U：约瑟夫森效应复现电压基准 R：克里青效应复现电阻基准 安培天平“核磁共振法” 四、标准电容器的使用和检定 C20C10C12ABBAC12C1pC2pABC12 五、标准电感及电感箱 标准电感器（绕在绝缘支架上） 标准电感器 标准互感器（同标准自感器，不同两个相互 绝缘线圈饶在同一绝缘支架上，形成互感） 标准电感 可变的标准电感器 是由两个电感线圈组成的，其中一个器 分 为 （标准电感箱） 固定线圈，另一个可动线圈，利用手 轮改变动圈位置，使电感值改变。 标准电感器主要技术性能标准电感器检定项目 第二节 磁学计量一、磁感应强度计量 磁感应强度B，单位：特斯拉，符号：T二、磁通计量 磁通是闭合回路所围的磁感应强度的通量。磁通单位：韦伯，符号：Wb磁感应强度计量方法1、计算线圈法 2、计量线圈法 3、霍尔效应法4、核磁共振法计量线圈法 积分器B霍尔效应法 + + + + + + + + - - - - - - - - - - - 霍尔电极霍尔电极BVH 核磁共振法 高频信号发生器共振信号共振信号B康贝尔互感线圈 零场区零场区次级线圈次级线圈次级线圈次级线圈 习 题 1、详述“克里青效应”的电阻量子化的工作原理。 2、详述“约瑟夫森效应”实现电压基准的原理。 课后准备题目 宋道青（4月8日）：内容：时间频率复现、时标。时间