砝碼磁性檢測(cè)研究
摘要：隨著電子天平的廣泛引用，砝碼的磁化程度及其磁性對(duì)電子天平的影響都不可忽視。建議 OIML RI1i 也將砝碼的磁化率檢測(cè)列入了必測(cè)項(xiàng)目。本文主要從砝碼磁性測(cè)測(cè)試方法、測(cè)試原理、以及具體的檢測(cè)幾個(gè)方面對(duì)砝碼的磁性測(cè)行了研究。
關(guān)鍵字：電子天平 砝碼 磁性檢測(cè)
電子天平的原理是采用的傳感器
來借助電磁力補(bǔ)償來達(dá)到平衡。即在天平失
衡的時(shí)候，利用電磁平衡原理，通過內(nèi)部線
圈電流 的小使 得電子天平重新 平衡 ，
因此，在 電子天 平使用過程 中，電子天平 的
會(huì) 產(chǎn)生個(gè)較 的電磁場(chǎng) ，而砝 碼 的材料
多是不銹鋼 ，如果 電子天平 中的 電磁屏蔽 不
好 ，就會(huì)導(dǎo)致砝 碼被磁化 ，會(huì)直 接影響 電子
天平 的正常使用 。
在 建議 O ~Vl L R Il1 中，將砝碼 的磁
化 率檢 測(cè)列入 了必測(cè)項(xiàng) 目。并且對(duì)各種小、
各種等級(jí)的砝碼磁化度和磁化率的zui極
限行了規(guī)定，可見砝碼的磁化率已經(jīng)被各
所重視。因此，隨著 O L R 11l 建議
的廣泛應(yīng)用，對(duì)砝碼而言，不僅需要考慮他
的表面特 征 、材料密 度以及幾何變 量， 同時(shí)
還 需 要對(duì) 他 的磁 化 度 以及 磁化 率 行 測(cè)
試 。
1、測(cè)試方法研究
在建議中，推薦了如下幾種砝碼的
磁性測(cè)量方法 ：
(1) 吸引法
通 過測(cè)試 *磁鐵對(duì)砝 碼的作用力 ，然
后利用磁化率與磁導(dǎo)率之間的公式( u I =1+x)來行砝碼磁化率的計(jì)算。
(2 ) 磁通法
然后采 用含有永 久磁 鐵的磁 導(dǎo)率探 頭來
接近砝碼，通過磁通量的磁場(chǎng)來確定砝碼的
磁導(dǎo)率 。
(3) 磁化率計(jì)法
通過 將砝碼放入 到*磁場(chǎng) 中所受到 的
力的小來計(jì) 算砝碼的永 久磁 化度和砝碼
的磁化率 。在磁化率計(jì)法 中，應(yīng)該注意 ，如
果砝碼被放 置在高磁場(chǎng) 中，那么有可 能會(huì)
導(dǎo)致測(cè)試 的砝碼被*磁 化。因此 ，在 使用
磁化率計(jì)法 行砝碼磁 化率測(cè)量 時(shí)，需要根
據(jù)測(cè)量 的精 度小心選擇砝 碼與*磁 鐵之間
的距離 。
2、磁化率測(cè)量的幾個(gè)基本參數(shù)
在行 砝碼 的磁化 率行測(cè)量 時(shí)，先
需 要 了 解 砝 碼 磁 性 的 幾 個(gè) 基 本 參 數(shù) 在
JJG 99— 2006 中，使用磁化率 和計(jì)劃度
來行砝碼 磁性 的表征 。研究 的結(jié) 果
表明：切磁現(xiàn)象都起源于 電流[ 2 ] 。材料的磁
性也是 由于材料 內(nèi)部 的電子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn) 生的微
電流所產(chǎn) 設(shè)個(gè)的 。由于 在磁性材料 中，每
個(gè)磁 電流 都會(huì)產(chǎn)生磁 效應(yīng)，因此將磁 偶極子
表示個(gè)單位的微 電流。
使用磁偶極矩 P m 來表示每單位的外
磁場(chǎng)對(duì)磁 偶極子所 產(chǎn)生的zui 力矩 { 磁極化
r
度 ‘ ，表示每單位磁性材料 內(nèi)部的磁偶極矩
數(shù)量和 ， 磁極化度 ‘ ，的單位為 T (特斯拉 )；
使用 pm ／ 表示磁偶極子的磁矩，其中
為真空磁導(dǎo)率；使用磁化度 表示每單位
磁性材料內(nèi)磁矩的矢量和。
磁化率cm 表示磁化材料的磁化率， 其值
為 磁 化 度 與 磁 場(chǎng) 度 的 比 值 ， 即
M = cm H ，對(duì)于順磁質(zhì)而言，cm > 0 ；對(duì)
于抗磁質(zhì)而言，cm < 0 ，而且對(duì)于般的
砝碼制作材料而言，cm 的值都會(huì)很小。
磁矩 主要是對(duì)磁 化材料 中微觀 粒子 的物
理量。在磁化材 料的原子 中，由于 電子 圍繞
原子核行運(yùn)動(dòng)，使得磁化材料中的微觀粒
子具有軌道 磁矩 ，同時(shí)又 由于 電子在 圍繞 原
子核運(yùn)動(dòng)過 程中 ，還行 自旋 ，以磁化 材料
的微觀粒子 同時(shí)還具有 自旋磁 矩 。磁化 材料
的分子磁矩 由分子 內(nèi)部 的 電子 圍繞原子 核
行運(yùn)動(dòng) 的軌道磁矩 以及 電子 自旋 時(shí)所 導(dǎo)致的
自旋磁 矩構(gòu)成 。而砝碼 的磁化率測(cè)試 也主要
就是通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)試砝碼 材料的磁矩 。
3、 磁化率計(jì)法測(cè)量原理
磁 化率計(jì)法是 所推薦 的砝碼 磁化率
檢測(cè)方法 ，磁化 率計(jì)法的 安全 性 、測(cè)量
精度較高。目 前我院采用 Sart or ius 公司基于
磁化率計(jì)法 的 Y SZ02C 來 測(cè)試砝碼磁化率 。
Y SZ02C 主要括具有 N 和 S 極的標(biāo)準(zhǔn)
磁體 、加載 平臺(tái) 、磁體支 撐部件、稱重系 統(tǒng)
和磁極轉(zhuǎn)換部件等。通過調(diào)整加載平臺(tái)的從
zt到 zs的五個(gè) 不同高度 ，從而 改變測(cè)量位置
的磁場(chǎng) 度 ，從而使得 設(shè)備能夠測(cè)試 不同等
級(jí)砝碼 的磁性 。同時(shí)通 過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)磁 體的磁
性 ，來檢測(cè)砝碼在 不同磁極 、不 同磁 性下所
示 受到的磁力 ，zui后將采集到 的數(shù) 據(jù)利用專
用的分析計(jì)算軟件計(jì)算，zui終獲得砝碼的磁
化 率等相關(guān)數(shù)據(jù)
在砝碼磁性測(cè)量過程中，使用了臺(tái)精
度* 的天平 (1 u g) 來檢 測(cè)磁性砝碼與磁
鐵之間的相互作用力 ，由于磁鐵的特性直，
那么只 需要砝碼 的幾何特 性 以及砝碼 與磁 鐵
之間的距離，就可以行砝碼 的磁性就算。
使用 Y SZ02C 行砝碼 的磁性測(cè)量具有
如下 的優(yōu)勢(shì) ：
(1) 可 以再不打開密封蓋 的前提下 ，可
以使用個(gè)調(diào)節(jié)手柄來旋轉(zhuǎn)*磁鐵的 N 極
和 S 極，從而檢測(cè) 的精度 。
(2) 提供 z1 ． z5五個(gè)檔次的距 離，既保
證 了被測(cè)量砝碼與*磁鐵之間的距離精
度 ，同 時(shí)可 以防止 由于砝碼放 置在高磁 場(chǎng)
中，而引發(fā)的砝碼*磁化。
(3) 提供了計(jì)算機(jī)軟件對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)
行計(jì)算 ，操 作者可 以在 軟件的支持下 輕松
的完成砝碼的磁化測(cè)量，并且直接由軟件提
供zui終的測(cè)試結(jié)果和測(cè)試報(bào)告。從而避免了
對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的繁瑣計(jì)算。
250 w w w． spyzl zz, com 商品與質(zhì)量 · 學(xué)術(shù)觀察
(4) 砝碼的磁化率與砝碼的體積有非常
密切的，因此 ，在砝碼磁性檢測(cè)過程中，
對(duì)砝碼體積行測(cè)試時(shí)非常重要的個(gè)步
驟。在 Y SZ02C 中提供 了 O I M L 標(biāo)準(zhǔn)體積，
或者用戶 也可 以根據(jù) 實(shí)際的情況對(duì)砝碼 的體
積行 自行定義 。而且 系統(tǒng)還提供 了根據(jù)用
戶提供的體積參數(shù)來模擬砝碼形狀 的功 能。
4、 磁化率具體計(jì)算方法
對(duì)砝碼 磁化率 和 砝碼 的*磁化 輕度
鰳 掰 的計(jì)算公式分別如公式(1)和公式(2)
所示 ：：生 (1)Io× 0． 4 x=華 ， = × 豸
(2 )Z n 4n其中 ：只： 生B 表 示實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)氣磁場(chǎng) 度的垂 直
分量，依據(jù)海拔 的不 同， 取值也不 同 。
在赤道上 Bez 的梯度為 ，而極點(diǎn) 出 BEz 的
梯度達(dá)到zui 。 依據(jù)我 緯度范 圍，內(nèi) B
范 圍為 48／ ． t T < Bgz< 60． uT 。 Ez 的符 號(hào)在
南半球?yàn)樨?fù)，在北半球 為正。
在式 (1)和式 (2) 中所 出現(xiàn)的 和 是
砝碼 的幾何修正 因子 ，其 中圓柱形 砝碼 的幾
何 修正 因子 和 的計(jì)算 公式分 別如 公 式
+ _ 1 十 ( 凡 ／ ) j’ R， z o 『 ( 3)
1 踹 1
在式 (1) (2) 中， 、 z0都可以通
過測(cè)量來得到，真空磁導(dǎo)率 、磁場(chǎng)度垂
直分量 以及標(biāo)準(zhǔn)磁極磁矩m d ， 都在實(shí)驗(yàn)
室位置等信息確 定之后 ，就 已經(jīng)確定下 來。
因此，在測(cè)量砝碼 磁性時(shí) ，zui主要的是 測(cè)量
幾何修正因子 和 的計(jì)算，在公式 (3)
和 (4) 中給出了正圓柱體型砝碼的修正因子
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