砝码磁性检测研究
摘要：随着电子天平的广泛引用，砝码的磁化程度及其磁性对电子天平的影响都不可忽视。建议 OIML RI1i 也将砝码的磁化率检测列入了必测项目。本文主要从砝码磁性测测试方法、测试原理、以及具体的检测几个方面对砝码的磁性测行了研究。
关键字：电子天平 砝码 磁性检测
电子天平的原理是采用的传感器
来借助电磁力补偿来达到平衡。即在天平失
衡的时候，利用电磁平衡原理，通过内部线
圈电流 的小使 得电子天平重新 平衡 ，
因此，在 电子天 平使用过程 中，电子天平 的
会 产生个较 的电磁场 ，而砝 码 的材料
多是不锈钢 ，如果 电子天平 中的 电磁屏蔽 不
好 ，就会导致砝 码被磁化 ，会直 接影响 电子
天平 的正常使用 。
在 建议 O ~Vl L R Il1 中，将砝码 的磁
化 率检 测列入 了必测项 目。并且对各种小、
各种等级的砝码磁化度和磁化率的zui极
限行了规定，可见砝码的磁化率已经被各
所重视。因此，随着 O L R 11l 建议
的广泛应用，对砝码而言，不仅需要考虑他
的表面特 征 、材料密 度以及几何变 量， 同时
还 需 要对 他 的磁 化 度 以及 磁化 率 行 测
试 。
1、测试方法研究
在建议中，推荐了如下几种砝码的
磁性测量方法 ：
(1) 吸引法
通 过测试 *磁铁对砝 码的作用力 ，然
后利用磁化率与磁导率之间的公式( u I =1+x)来行砝码磁化率的计算。
(2 ) 磁通法
然后采 用含有永 久磁 铁的磁 导率探 头来
接近砝码，通过磁通量的磁场来确定砝码的
磁导率 。
(3) 磁化率计法
通过 将砝码放入 到*磁场 中所受到 的
力的小来计 算砝码的永 久磁 化度和砝码
的磁化率 。在磁化率计法 中，应该注意 ，如
果砝码被放 置在高磁场 中，那么有可 能会
导致测试 的砝码被*磁 化。因此 ，在 使用
磁化率计法 行砝码磁 化率测量 时，需要根
据测量 的精 度小心选择砝 码与*磁 铁之间
的距离 。
2、磁化率测量的几个基本参数
在行 砝码 的磁化 率行测量 时，先
需 要 了 解 砝 码 磁 性 的 几 个 基 本 参 数 在
JJG 99— 2006 中，使用磁化率 和计划度
来行砝码 磁性 的表征 。研究 的结 果
表明：切磁现象都起源于 电流[ 2 ] 。材料的磁
性也是 由于材料 内部 的电子运动所产 生的微
电流所产 设个的 。由于 在磁性材料 中，每
个磁 电流 都会产生磁 效应，因此将磁 偶极子
表示个单位的微 电流。
使用磁偶极矩 P m 来表示每单位的外
磁场对磁 偶极子所 产生的zui 力矩 { 磁极化
r
度 ‘ ，表示每单位磁性材料 内部的磁偶极矩
数量和 ， 磁极化度 ‘ ，的单位为 T (特斯拉 )；
使用 pm ／ 表示磁偶极子的磁矩，其中
为真空磁导率；使用磁化度 表示每单位
磁性材料内磁矩的矢量和。
磁化率cm 表示磁化材料的磁化率， 其值
为 磁 化 度 与 磁 场 度 的 比 值 ， 即
M = cm H ，对于顺磁质而言，cm > 0 ；对
于抗磁质而言，cm < 0 ，而且对于般的
砝码制作材料而言，cm 的值都会很小。
磁矩 主要是对磁 化材料 中微观 粒子 的物
理量。在磁化材 料的原子 中，由于 电子 围绕
原子核行运动，使得磁化材料中的微观粒
子具有轨道 磁矩 ，同时又 由于 电子在 围绕 原
子核运动过 程中 ，还行 自旋 ，以磁化 材料
的微观粒子 同时还具有 自旋磁 矩 。磁化 材料
的分子磁矩 由分子 内部 的 电子 围绕原子 核
行运动 的轨道磁矩 以及 电子 自旋 时所 导致的
自旋磁 矩构成 。而砝码 的磁化率测试 也主要
就是通过实验来测试砝码 材料的磁矩 。
3、 磁化率计法测量原理
磁 化率计法是 所推荐 的砝码 磁化率
检测方法 ，磁化 率计法的 安全 性 、测量
精度较高。目 前我院采用 Sart or ius 公司基于
磁化率计法 的 Y SZ02C 来 测试砝码磁化率 。
Y SZ02C 主要括具有 N 和 S 极的标准
磁体 、加载 平台 、磁体支 撑部件、称重系 统
和磁极转换部件等。通过调整加载平台的从
zt到 zs的五个 不同高度 ，从而 改变测量位置
的磁场 度 ，从而使得 设备能够测试 不同等
级砝码 的磁性 。同时通 过调整标准磁 体的磁
性 ，来检测砝码在 不同磁极 、不 同磁 性下所
示 受到的磁力 ，zui后将采集到 的数 据利用专
用的分析计算软件计算，zui终获得砝码的磁
化 率等相关数据
在砝码磁性测量过程中，使用了台精
度* 的天平 (1 u g) 来检 测磁性砝码与磁
铁之间的相互作用力 ，由于磁铁的特性直，
那么只 需要砝码 的几何特 性 以及砝码 与磁 铁
之间的距离，就可以行砝码 的磁性就算。
使用 Y SZ02C 行砝码 的磁性测量具有
如下 的优势 ：
(1) 可 以再不打开密封盖 的前提下 ，可
以使用个调节手柄来旋转*磁铁的 N 极
和 S 极，从而检测 的精度 。
(2) 提供 z1 ． z5五个档次的距 离，既保
证 了被测量砝码与*磁铁之间的距离精
度 ，同 时可 以防止 由于砝码放 置在高磁 场
中，而引发的砝码*磁化。
(3) 提供了计算机软件对所测量的数据
行计算 ，操 作者可 以在 软件的支持下 轻松
的完成砝码的磁化测量，并且直接由软件提
供zui终的测试结果和测试报告。从而避免了
对测试数据的繁琐计算。
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(4) 砝码的磁化率与砝码的体积有非常
密切的，因此 ，在砝码磁性检测过程中，
对砝码体积行测试时非常重要的个步
骤。在 Y SZ02C 中提供 了 O I M L 标准体积，
或者用户 也可 以根据 实际的情况对砝码 的体
积行 自行定义 。而且 系统还提供 了根据用
户提供的体积参数来模拟砝码形状 的功 能。
4、 磁化率具体计算方法
对砝码 磁化率 和 砝码 的*磁化 轻度
鳓 掰 的计算公式分别如公式(1)和公式(2)
所示 ：：生 (1)Io× 0． 4 x=华 ， = × 豸
(2 )Z n 4n其中 ：只： 生B 表 示实验室 内气磁场 度的垂 直
分量，依据海拔 的不 同， 取值也不 同 。
在赤道上 Bez 的梯度为 ，而极点 出 BEz 的
梯度达到zui 。 依据我 纬度范 围，内 B
范 围为 48／ ． t T < Bgz< 60． uT 。 Ez 的符 号在
南半球为负，在北半球 为正。
在式 (1)和式 (2) 中所 出现的 和 是
砝码 的几何修正 因子 ，其 中圆柱形 砝码 的几
何 修正 因子 和 的计算 公式分 别如 公 式
+ _ 1 十 ( 凡 ／ ) j’ R， z o 『 ( 3)
1 踹 1
在式 (1) (2) 中， 、 z0都可以通
过测量来得到，真空磁导率 、磁场度垂
直分量 以及标准磁极磁矩m d ， 都在实验
室位置等信息确 定之后 ，就 已经确定下 来。
因此，在测量砝码 磁性时 ，zui主要的是 测量
几何修正因子 和 的计算，在公式 (3)
和 (4) 中给出了正圆柱体型砝码的修正因子
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