[嵌入式]磁学计量单位简介

作为导出单位的磁学单位通常由磁学量的定义方程式来确定。主要涉及的磁学概念有磁矩（包括由其生出的磁化强度、磁极化强度、比磁★强度、比磁极化强度等）、磁感应强度、磁场强度（包括磁导率、磁化率等）和磁通等。

??????磁学单位量值的确定是靠有关量的基准装置实现的，而复现磁学单位的实物称为磁学量具。常用磁学量具有磁矩量具、磁通量具和标准测量线圈。

一、磁矩量具

??????磁矩量具分为两大类型：永磁体和载流线圈。

（一）永磁体

??????永磁体一般以钴钢为材料，通常做成旋转椭球或圆柱形，其磁矩量值范围为0.1~100Am2，不确定度为0.1%~0.2%。

采用永磁体作磁矩量具时，体积小、不需要电源、使用方便；但是磁矩值不连续，而且磁矩值随时间缓慢变化，受环境条件（温度、外磁场及机械振动）影响较大。

（二）载流线圈

??????任意电流回路的磁矩为线圈内的电流与线圈总面积的乘积。即：

m = I KSW

??????式中：KSW——线圈的面积常数，也称为线圈的磁矩常数。

??????KSW可根据线圈尺寸计算得到，也可由实验方法确定。对于圆柱形线圈：

KSW??= SW

??????式中：S——绕组的平均截面积；

???????????????W——绕组匝数。

??????采用载流线圈作磁矩量具，要求在线圈外部产生的磁场足够均匀。由绕组尺寸计算线圈磁矩常数的不确定度优于1×10-4。

二、?磁场（磁感应强度）计量标准

（一）磁场基准

??????我国的磁场基准装置实际上就是用于绝对测量电流的强、弱场法测量质子旋磁比γp的装置，因此分为强磁场基准和弱磁场基准两部分。它建立在基本物理常数及频率测量的基础上，因此也属于量子基准。

??????强磁场基准由电磁铁系统和磁天平系统组成。磁场由双轭对称型电磁铁提供，磁场均匀性为1×10-6，采用核磁共振稳场仪可使磁场稳定度达到10-7量级。载流矩形线圈在磁场中受的力由特殊设计的磁天平系统来测量。我国强磁场基准的复现不确定度为1.6×10-6，磁场范围为0.5~1T。

??????弱磁场基准采用线圈骨架为直径300mm的石英管，在线圈中心点复现磁场单位的标准不确定度小于1×10-6，磁场范围为0.05~1 mT。

（二）磁场标准

??????我国的弱磁场标准由三米线圈系统、零场检测仪、稳流电源、电流测量装置、电流测量装置、地磁自动补偿装置、标准测场仪等几部分组成

（三）（磁感应强度）量具

??????一切磁场现象的研究与应用均离不开磁场，产生磁场的物体被称为磁场源。如果磁场（磁感应强度）的量值足够准确，则称为标准磁场；提供标准磁场的磁场源就称为磁场（磁感应强度）量具。

??????磁场量具总是与测量仪器配套使用。它所产生的磁场必须有足够的稳定性和均匀性，此外还应有相应的工作空间。

磁场（磁感应强度）量具同时也是磁化场（磁场强度）量具，主要有永磁体、磁场线圈和电磁铁。不需要功率来维持其磁场的磁体称为永磁体，它常用剩磁较大的一类材料制作，永磁体产生的磁场恒定，磁场稳定性好，携带和使用方便，但磁场均匀区不大。电磁铁相当于一个带有空气间隙的铁芯线圈，当线圈中通过电流时，铁芯被融化，在气隙中产生比空心线圈高数十倍的磁场，它是应用极广的产生强磁场的装置，电磁铁一般用磁轭、铁心、极头和绕在铁心上的线圈构成。磁场线圈是应用最广泛的一种磁场量具，其中又以亥姆霍兹线圈和螺线管为最常见，线圈内部磁感应强度为：

B = KI

??????式中：I——线圈绕组中通过的电流；

???????????????K——线圈的磁场常数，即线圈绕组通过单位电流时产生的磁场，单位为T/A。

??????磁场量具的分类见表1-2-2。

表1-2-2?磁场量具的种类

三、?磁通计量标准

（一）磁通基准

??????通常计算互感作为磁通标准，以康贝尔线圈为最常见。康贝尔线圈是一种互感线圈，由一个多层绕组的次级线圈与一个分段绕制、同轴放置的单层螺旋形绕组的初级线圈所组成。我国磁通主基准线圈就是康贝尔线圈。

（二）磁通量具

??????磁通量具两类：互感线圈和磁场线圈与测量线圈组合的磁通量具。

??????在直流（冲击）条件下工作的互感线圈的磁通常数就是它的互感值。

??????即：Kφ=φ/I=M

??????在磁场常数为KB的磁场线圈中，同轴放置面积常数为KSW的测量线圈，则这种组合式磁通量具的磁通常数为：

??????Kφ=KBKSWcosα

??????式中，α——两线圈轴线的夹角。

（三）标准测量线圈

??????标准测量线圈是线匝总面积一定的线圈，其面积常数KSW为每匝线圈的平均截面面积S和总匝数W的乘积：

??????KSW=SW

??????单层绕组的标准测量线圈的面积常数由线圈的几何尺寸计算得到，多层绕组的标准测量线圈的面积常数往往由实验确定。线圈面积常数的单位为m2。标准测量线圈用作磁场探测器，反映线圈内的平均磁感应强度，它有圆柱形、球形、长方形等多种形状。形状的选择由被测磁场的强弱和形态来定。测量弱磁场时，需选用KSW大的线圈；测量不均匀磁场时，需选用体积小的线圈。

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