磁通计校准规范

JJF1905—202111范围本规范适用于测量范围为0.1mWb~10Wb,最大允许误差为±(0.1%~5.0%)的磁通计的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1013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概述磁通计用于磁通量的测量,按显示方式分为指针式和数字式,其中数字式分为数字积分式和模拟积分式。磁通计的测量线圈中所链合的磁通发生变化时,测量线圈两端将产生感应电动势。磁通计通过对该感应电动势进行积分测得磁通量。4计量特性4.1零点漂移在磁通计线圈输入端短路的条件下,60s内磁通量示值的最大绝对值。4.2磁通量示值误差磁通计的磁通量示值误差不超过其标称的最大允许误差,最大允许误差范围一般为±(0.1%~5.0%)。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。5校准条件5.1环境条件环境条件及要求如下:a)环境温度:(20±5)℃;b)相对湿度:≤80%;c)供电电源:(220±22)V,(50±1)Hz;d)无明显影响校准的振动、冲击以及其他电磁干扰。5.2测量标准及其他设备5.2.1各校准方法使用的测量标准及其他设备各校准方法使用的测量标准及其他设备见表1。JJF1905—20212表1各校准方法使用的测量标准及其他设备校准方法测量标准及其他设备伏秒法伏秒发生器互感法互感线圈直流恒流电源直流电流表线圈法测量线圈恒定磁场装置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。5.2.2伏秒发生器伏秒发生器用于输出具有精确幅度和宽度的单脉冲方波信号。a)磁通量输出范围:可覆盖被校磁通计的测量范围;b)最大允许误差:见表2。5.2.3互感线圈a)互感值:与通过互感线圈的电流的乘积可覆盖被校磁通计的测量范围;b)不确定度:见表2。5.2.4直流电流表a)测量范围:可测量通过互感线圈的最大电流;b)最大允许误差:见表2。5.2.5直流恒流电源电流稳定度(5min):≤0.01%。5.2.6测量线圈a)匝面积:与恒定磁场装置输出磁场的磁感应强度的乘积可覆盖被校磁通计的测量范围;b)不确定度:见表2;c)外径:不超过恒定磁场装置均匀区直径的2/3;d)高度:不超过恒定磁场装置均匀区长度的2/3。5.2.7恒定磁场装置恒定磁场装置一般为电磁铁或磁场线圈。a)输出范围:输出磁场的磁感应强度与磁场线圈匝面积的乘积可覆盖被校磁通计的测量范围;b)最大允许误差:见表2。JJF1905—20213表2校准不同等级磁通计的设备要求被校磁通计最大允许误差伏秒发生器最大允许误差互感线圈不确定度(k=2)直流电流表最大允许误差测量线圈不确定度(k=2)恒定磁场装置最大允许误差±0.1%±0.02%≤0.02%±0.02% ±0.2%±0.05%≤0.05%±0.05% ±0.5%±0.1%≤0.1%±0.1% ±1.0%及以下±0.2%≤0.2%±0.2%≤0.2%±0.2%6校准项目和校准方法6.1校准项目校准项目见表3。表3校准项目一览表序号校准项目校准方法条款1零点漂移6.2.22磁通量示值误差6.2.36.2校准方法6.2.1外观及工作正常性检查检查被校磁通计的外观及附件。被校磁通计的外观应完好,无影响工作的机械损伤;不缺少影响正常工作的附件。通电前,检查被校磁通计各操作部件是否灵活;通电后,检查被校磁通计的显示部分应能正常显示。各种标志应齐全完整。在进行校准前,校准装置和被校磁通计应当按说明书的要求进行预热。6.2.2零点漂移a)将被校磁通计的线圈输入端用短路片或短跳线进行短接;b)选择被校磁通计的最小量程;c)将被校磁通计按说明书的要求进行示值调零;d)观察磁通计示值,记录60s内示值的最大绝对值为零点漂移值。6.2.3磁通量示值误差校准示值误差时,根据被校磁通计标称的最大允许误差选择采用伏秒法、互感法或线圈法。伏秒法和互感法适用于最大允许误差为±0.1%及以下的磁通计的校准,线圈法适用于最大允许误差为±1.0%及以下的磁通计的校准。应对被校磁通计的每个量程进行示值误差校准,每个量程的校准点一般选择该量程的90%、50%和10%,也可根据客户要求增加或减少校准点。一般只对磁通计的正向示值进行校准,也可根据客户要求对磁通计的负向示值进行校准。4伏秒法的校准原理框图如图1所示，用被校磁通计直接测量伏秒发生器输出的标准φφa)将伏秒发生器的输出端连接到被校磁通计的线圈输入端。c)用伏秒发生器输出当前量程最小校准点的标准磁通值，检查被校磁通计是否显示正向示值或指针正向偏转。如果被校磁通计显示负向示值f)记录被校磁通计的示值。示值读数应在伏秒发生器输出结束后3s内完成，以减g)按公式(1)计算被校磁通计在当前校准点的示值误差：△Φ=φ一重。式中：互感法的校准电路如图2所示，其中E为直流恒流电源，A为直流电流表，K为校磁通计外回路附加电阻。标准互感线圈的初级与次级耦合线圈的初级改变电流大小以产生标准磁通量，用被校磁磁通量。互感线圈次级电阻与附加电阻R₁阻值之和应满足被校磁通计的外回路电阻要a)将被校磁通计的输入端连接到图2所示的校准电路。5c)按公式(2)计算各校准点对应的互感线圈初级电流变化量：△I——互感线圈初级电流变化量，A;M——互感线圈的互感值，H。d)将直流恒流电源输出电流调零，闭合开关K,缓慢调节输出电流至当前量程最小校准点对应的电流变化量，检查被校磁通计是否显示正向示值或指针正向偏转。如果被校磁通计显示负向示值或指针负偏转，则调整开关K的位置或调换被校磁通计输入端连接到校准电路的极性。注：对于指针式磁通计，为避免指针受到撞击，在每次改变互感线圈初级电流时，应使被校磁通计的转换开关处于“短路”位置。e)将直流恒流电源输出电流调零，闭合开关K。f)缓慢调节直流恒流电源的输出电流至当前校准点对应的电流变化量，记录直流电流表读数为△I。g)断开开关K,将被校磁通计的示值调零后迅速闭合开关K。h)记录被校磁通计的示值。示值读数应在开关K闭合后3s内完成，以减小磁通计零点漂移对读数的影响。i)按公式(3)计算被校磁通计在当前校准点的示值误差：△φ=更x-M×△IM——互感线圈的互感值，H;△I——互感线圈初级电流变化量，A。j)在其他校准点重复e)~i)的操作。6.2.3.3线圈法线圈法的校准原理框图如图3所示，将测量线圈置于恒定磁场的均匀区内，测量线圈的中心轴线与磁场方向平行。测量线圈连接到被校磁通计的输入端。通过改变穿过测量线圈的磁场大小来产生标准磁通量，用被校磁通计测量该磁通量。测量线圈的电阻大小应满足被校磁通计的外回路电阻要求。不满足要求时，按照附录D对校准结果进行BBJJF1905—20216a)将测量线圈放置到恒定磁场装置的磁场均匀区内,使测量线圈的中心轴线与磁场方向平行。将测量线圈的输出端连接到被校磁通计的输入端。b)选择被校磁通计的量程。c)按公式(4)计算各校准点对应的磁感应强度变化量:ΔB(4)式中:ΔB—恒定磁场的磁感应强度变化量,T;Φ0—校准点的标准磁通值,Wb;SW—测量线圈的匝面积,m2。d)按当前量程最小校准点对应的磁感应强度变化量改变磁场大小,检查被校磁通计是否显示正向示值或指针正向偏转。如果被校磁通计显示负向示值或指针负偏转,则调换测量线圈连接到被校磁通计输入端的极性。e)将被校磁通计的示值调零,按当前校准点对应的磁感应强度变化量迅速改变磁场大小。改变磁场的方法包括:—将测量线圈移出或移入均匀磁场;—将测量线圈在磁场内转动180°;—对于无剩余磁场的磁场发生装置,接通或断开磁场激励电源;—增加或减少磁场的磁感应强度到预定值。f)记录被校磁通计的示值。示值读数应在改变磁场大小结束后3s内完成,以减小磁通计零点漂移对读数的影响。g)按公式(5)计算被校磁通计在当前校准点的示值误差:式中:ΔΦ—被校磁通计的示值误差,式中:ΔΦ—被校磁通计的示值误差,Wb;Φx—被校磁通计的示值,Wb;SW—测量线圈的匝面积,m2;ΔB—直流恒定磁场的磁感应强度变化量,T。h)在其他校准点重复e)~g)的操作。7校准结果的表达磁通计校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息: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示(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;7g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)本次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。8复校时间间隔建议复校时间间隔为12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。JJF1905—20218附录A示值误差校准的测量不确定度评定示例A.1测量不确定度评定方法根据JJF1059.1规定的方法,对磁通量示值误差的校准结果进行测量不确定度评定。A.2采用伏秒法校准磁通量示值误差的测量不确定度A.2.1测量模型式中:ΔΦ=Φx-Φ0ΔΦ—被校磁通计在当前校准点的示值误差,Wb;Φx—被校磁通计在当前校准点的示值平均值,Wb;Φ0—伏秒发生器在当前校准点输出的标准磁通值,Wb。A.2.2测量不确定度的主要来源磁通量示值误差的测量不确定度的主要来源包括:a)由被校磁通计测量重复性引入的标准不确定度u(Φx);b)由伏秒发生器输出标准磁通量引入的标准不确定度u(Φ0)。由于各不确定度分量间不相关,所以合成标准不确定度的计算公式为:式中各灵敏系数分别为:uc(ΔΦ)=式中各灵敏系数分别为:c1=1c2A.2.3各分量的标准不确定度评定A.2.3.1由被校磁通计测量重复性引入的标准不确定度测量重复性引入的标准不确定度用测量结果的实验标准差表示。用伏秒发生器输出标准磁通值5.000mWb,在重复条件下,用被校磁通计连续测量10次的实验标准差:s=0.0008mWb则由测量重复性引入的标准不确定度为:A.2.3.2由伏秒发生器输出定度伏秒发生器应经过校准,其在校准点按包含因子k=2给出的扩展不确定度为U(Φ0)=0.002mWb,则由伏秒发生器引入的标准不确定度为:u(Φ0)=0.001mWbJJF1905—20219A.2.4不确定度分量汇总表各不确定度分量汇总见表A.1。表A.1不确定度分量汇总表(伏秒法)不确定度来源标准不确定度灵敏系数不确定度分量mWb符号量值mWb被校磁通计测量重复性u(Φx)0.000810.0008伏秒发生器输出磁通量u(Φ0)0.001-10.001A.2.5合成标准不确定度磁通量示值误差的合成标准不确定度:A.2.6扩展不确Φ)=≈0.0013mWb磁通量示值误差的扩展不确定度:式中:k—式中:k—包含因子。取k=2,则磁通量示值误差的扩展不确定度:A.3采用互感法校准磁通量示值误差的测量不确定度A.3.1测量模型U(ΔΦ)=k×ucA.3采用互感法校准磁通量示值误差的测量不确定度A.3.1测量模型式中:ΔΦ—式中:ΔΦ—被校磁通计的磁通量示值误差,Wb;Φx—被校磁通计的磁通量示值,Wb;M—互感线圈的互感值,H;ΔI—互感线圈初级电流变化量,A。A.3.2测量不确定度的主要来源磁通量示值误差的测量不确定度的主要来源包括:a)由被校磁通计测量重复性引入的标准不确定度u(Φx);b)由互感线圈互感值引入的标准不确定度u(M);c)由电流表测量值引入的标准不确定度u(ΔI)。由于各不确定度分量间不相关,所以合成标准不确定度的计算公式为:式中各灵敏系数分别为:uc(ΔΦ)=式中各灵敏系数分别为:c1=110c2c3MA.3.3各分量的标准不确定度评定A.3.3.1由被校磁通计测量重复性引入的标准不确定度测量重复性引入的标准不确定度用测量结果的实验标准差表示。互感线圈的互感值M=9.954mH,在ΔI=0.5009A时输出的标准磁通值为4.986mWb。在重复条件下,用被校磁通计连续测量10次的实验标准差:s=0.001mWb单次测量结果的标准不确定度为:A.3.3.2由互感线圈互感值引入的标准不确定度u(Φx)=s=0.001A.3.3.2由互感线圈互感值引入的标准不确定度互感线圈互感值的不确定度为U=0.005mH(k=2),则:u(M)=0.0025mHA.3.3.3由电流表测量值引入的标准不确定度数字电流表的准确度为±0.06%,为均匀分布,则:u(ΔI)=≈0.00018AA.3.4不确定度分量汇总表各不确定度分量汇总见表A.2。表A.2不确定度分量汇总表(互感法)不确定度来源标准不确定度灵敏系数不确定度分量mWb符号量值被校磁通计测量重复性u(Φx)0.001mWb10.0010互感线圈互感值u(M)0.0025mH-0.5009A0.0013电流表测量值u(ΔI)0.00018A-9.954mH0.0018A.3.5合成标准不确定度磁通量示值误差的合成标准不确定度:A.3.6扩展不确定度uc(ΔΦ)=≈0.0025mWbA.3.6扩展不确定度磁通量示值误差的扩展不确定度:式中:U(ΔΦ)=k×u式中:k—包含因子。JJF1905—202111取k=2,则磁通量示值误差的扩展不确定度:U(ΔΦ)=k×ucU(ΔΦ)=k×uc(ΔΦ)=2×0.0025≈0.005mWbA.4.1测量模型式中:ΔΦ=Φx-SW式中:ΔΦ—被校磁通计的示值误差,Wb;Φx—被校磁通计的示值,Wb;SW—测量线圈的匝面积,m2;ΔB—直流恒定磁场的磁感应强度变化量,T。A.4.2测量不确定度的主要来源磁通量的测量不确定度的主要来源包括:a)由被校磁通计测量重复性引入的标准不确定度u(Φx);b)由测量线圈匝面积引入的标准不确定度u(SW);c)由磁感应强度测量引入的标准不确定度u(ΔB)。由于各不确定度分量间不相关,所以合成标准不确定度的计算公式为:式中各灵敏系数分别为:uc(ΔΦ)=式中各灵敏系数分别为:c1=1c2c3SWA.4.3各分量的标准不确定度评定A.4.3.1由测量重复性引入的测量不确定度分量本示例采用将测量线圈移出均匀磁场的方法进行校准。测量重复性引入的标准不确60.42mT时输出的标准磁通值为5.00mWb。用线圈法校准时,被校磁通计的有效读数位数为小数点后2位。在重复条件下,用被校磁通计连续测量10次的实验标准差:定度用测量结果的实验60.42mT时输出的标准磁通值为5.00mWb。用线圈法校准时,被校磁通计的有效读数位数为小数点后2位。在重复条件下,用被校磁通计连续测量10次的实验标准差:s=0.01mWb单次测量结果的测量不确定度为:A.4.3.2由测量线圈匝面积引入的标准不确定度u(Φx)=s=0.01A.4.3.2由测量线圈匝面积引入的标准不确定度测量线圈匝面积的相对扩展不确定度为Urel=0.2%(k=3),则:u(SW)=0.552cm2JJF1905—202112A.4.3.3由磁感应强度测量引入的标准不确定度磁感应强度的测量准确度为±0.1%,为均匀分布,则:u(ΔB)=≈0.035mTA.4.4不确定度分量汇总表各不确定度分量汇总见表A.3。表A.3不确定度分量汇总表(线圈法)不确定度来源标准不确定度灵敏系数标准不确定度分量mWb符号量值被校磁通计测量重复性u(Φx)0.01mWb10.01测量线圈匝面积u(SW)0.552cm2-60.42mT0.0034磁感应强度测量u(ΔB)0.035mT-827.5cm20.0029A.4.5合成标准不确定度磁通量示值误差的合成标准不确定度:A.4.6扩展≈0.011mWb磁通量示值误差的扩展不确定度:式中:k—式中:k—包含因子。取k=2,则磁通量示值误差的扩展不确定度:U(ΔΦ)=k×uc(ΔΦ)=2×0.011mWb≈0.03mWb13附录B校准原始记录格式磁通计校准原始记录委托单位记录编号样品名称校准日期型号规格校准地点出厂编号环境温度℃制造厂家相对湿度%校准依据校准所使用的主要测量标准:名称测量范围出厂编号不确定度/准确度等级证书编号证书有效期至1.外观及工作正常性检查项目结果外观工作正常性2.零点漂移量程零点漂移/Wb3.磁通量示值误差(伏秒法)量程/Wb标准值Φ0/Wb示值Φx/Wb示值误差ΔΦ/Wb测量不确定度/Wb(k=2)计算公式:ΔΦ=Φx-Φ0144.磁通量示值误差(互感法)量程/Wb电流变化量ΔI/A标准值(M×ΔI)/Wb示值Φx/Wb示值误差ΔΦ/Wb测量不确定度/Wb(k=2)互感线圈互感值M:计算公式:ΔΦ=Φx-M×ΔI5.磁通量示值误差(线圈法)量程/Wb磁场变化量ΔB/T标准值(SW×ΔB)/Wb示值Φx/Wb示值误差ΔΦ/Wb测量不确定度/Wb(k=2)测量线圈匝面积SW