砝码磁化率检测过程

摘 要：本文详细分析了砝码磁化率检测过程

关 键 词：砝码检测分析

随着社会的进步和科学技术的发展,如今机械天平已被逐步淘汰,电子天平在各行业使用越来越广泛.我们在检测电子天平或用电子天平来量值传递砝码时,发现砝码的磁性会对电子天平的测量结果产生一定的影响.为此,G99-2006砝码检定规程中增加了对砝码的磁性检测,下面就砝码磁性检测做一个分析和探讨.

在G99-2006中对砝码磁性的要求,主要是通过两个技术指标来控制的,即最大极化（磁化）强度0M和最大磁化率.（永久）磁化强度是表述材料物体,如砝码,在没有外界磁场中磁性状态的参数.磁化率是指一种介质改变磁场的能力.砝码的磁性主要是砝码在量值传递过程中或用砝码检定高准确度等级电子天平时产生的作用力影响到检测结果.只要砝码的磁性满足规程中的要求,那么砝码和电子天平之间将不会引起值的变化,由砝码磁性引起的不确定度的分量也可以忽略不计.

砝码磁化率计是通过测量砝码在永久强磁铁产生的磁场梯度中所受的磁力值,通过计算公式来确定砝码的磁化率和永久磁化强度.采用这种砝码,磁化率计的测量体积限制在磁铁附近垂直上方工作面的一定范围内,对于一些大的砝码,有必要让砝码在多个位置上进行测量.当前国内使用的磁化率计只有两个型号规格,两种产品的外观结构不一样,但是它们的磁化率测量方法和软件计算方法都是一样的.下面就砝码磁化率测量过程及数据计算和操作过程中应注意的问题做一个分析.

磁化率计应放在一个稳定防震的工作平台上,由于磁化率计内部都有一台超微量质量比较仪,因此,对实验室的环境要求比较高；另外,在磁化率计周围不能有大块的铁磁性物质和干扰磁场,实验员在作检测时,应避免身上带有铁质的物品,坐的凳子最好是木制的,夹砝码所用的镊子也必须是无磁的,要尽量避免环境干扰对永久强磁铁产生的磁场,如不注意以上问题,将直接影响到测量的准确性.做完一切准备工作后,就可进入测量过程.首先要确定被测砝码的准确度等级和砝码底部与标准磁铁中心之间的距离（Z0）.进行磁性测量时,被测砝码将处于一个强磁场中,这样,被测砝码有被磁化的危险性.在国际建议中对不同等级的砝码,所处的最大磁场强度有明确的规定：E1等砝码为2kA/m；E2等砝码为0.8kA/m；其他等级砝码为0.2kA/m.为了降低最大磁场强度对被测砝码的影响,有必要增大Z0的距离.在国际建议中,推荐的最小距离为20mm.：梅特-勒托利多和塞多利斯产品Z0的距离都大于20mm.测量过程中,由于受到周围环境以及天平本身特性的影响,在磁性检测过程中数据会有漂移现象产生.为了避免漂移对衡量结果的影响,建议在测量时采用ABBA或ABA的测量方法.来提高测量的准确度.

下面以检测一个标称质量为500gF1等级砝码的磁性为例,分析砝码磁性测量过程.

第一步：测量3个不同的参数（Z0、Rw、h）,Z0等于40.9mm,Rw等于14.2mm,h等于50.5mm；

Z0砝码底部到磁铁中心的距离

Rw--砝码的半径

h砝码的高度

第二步：将磁化率计（电子天平部分）回零,将砝码轻放在工作台上,并且位于磁铁（北极朝上）的正上方,待示值稳定后记录下数值m11,取下砝码等待示值稳定后记录下空载数值,算出Δm11,按以上方法（ABA）连续测量3次,再分别计算出Δm12、Δm13,最后算出质量变化的平均值Δm1,确定力F1等于-Δm1×g；

第三步：反转磁铁（北极朝下）连续测量3次,按第二步的方法,计算出质量变化的平均值Δm2,确定力F2等于-Δm2×g；

第四步：将各个参数带入下列公式中计算出砝码磁化率和永久磁化强度Mz.其中要注意：力F1对应的值是在磁铁北极朝下时测得的,力F2对应的值是在磁铁北极朝上时测得的.

磁化率：

其中：；为磁常数（真空中的磁导率）等于4π×10-7N/A2.

极化（磁化）强度0M：

其中：,是实验室内大气中磁场的垂直分量,依据海拔的不同其范围也不同,其符号是北半球为正,南半球为负.

试中的几何修正因子Ia和Ib分别为：

从以上公式中可以看出影响磁性结果的参数有以下几个：

Fa可以由质量比较仪读数算出

Fb可以由质量比较仪读数算出

Rw被测砝码半径

Z0被测砝码底部与标准磁铁中心之间的距离

Z1被测砝码顶部与标准磁铁中心之间的距离（Z0+h）

其中Z0的测量有两种方法；一种是几何方法,即首先用长度工具测量从砝码底面（或工作台面）到磁铁上表面之间的距离,再确定磁铁中心的距离（测量出磁铁的高度/2）,两者相加即可得到Z0的值；第二中方法为质量测量的方法,是通过标准磁铁与磁化率已知的样块之间的相互作用力反推出Z0的值.使用第一种方法时要注意,测量砝码底面（或工作台面）到磁铁上表面之间的距离时要尽量轻推游标卡尺防止伤害超微量质量比较仪的传感器,由于是用手来控制游标卡尺,产生较大误差,所以要多次测量,算出其平均值才可得到最后的结果.以上两种方法都可以用,但它们之间存在一定的偏差.

现针对磁化率检测结果出现负值进行分析.有一组标称质量为500gF1等级砝码参数如下：

Δm1等于-0.040mgF1等于3.921×10-7NFa等于3.823×10-7N

Δm2等于-0.038mgF2等于3.725×10-7NFb等于0.98×10-8N

Rw等于21.4mmFmax等于4.915×10-5N

h等于63.5mm

Z0等于40.9mm

Z1等于Z0+h等于104.4mm

Mz等于-0.6163

从磁化率的计算公式中可以看出,当砝码磁化率符合规程要求时公式中远大于,故可将忽略,公式就变化成,公式中Fmax是正值,磁化率的符号就由Fa的正负决定,磁化率这个词从定义上看应该是一个定量的词,是没有方向的,但在大量的实验中,发现有少量的砝码磁化率是负值,从公式中看,产生负值的原因是由Fa的正负决定的而Fa的正负又是F1和F2决定的.当F1和F2都是正值时,磁化率肯定是正的；当F1和F2都是负值时,磁化率肯定是负的；当F1和F2的值有正有负时,磁化率也会出现有正有负.从物理学角度分析,当一种物质的磁化率>0时是顺磁性物质（容易被磁化的物质）,<0时是抗磁性物质,砝码通常采用金属