影響磁天平測(cè)量結(jié)果的因素

楊云 姜浩 羅慧 周鷹 / 1．中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所；．國(guó)防科技工業(yè)弱磁一級(jí)計(jì)量站

影響磁天平測(cè)量結(jié)果的因素

楊云1,2姜浩1,2羅慧1,2周鷹1,2/ 1．中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所；2．國(guó)防科技工業(yè)弱磁一級(jí)計(jì)量站

介紹了磁天平裝置測(cè)量弱磁材料磁化率的工作原理和裝置組成，對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的各種因素進(jìn)行仔細(xì)的分析和研究，主要是由于測(cè)量時(shí)因質(zhì)量稱(chēng)重、磁場(chǎng)穩(wěn)定性、樣品形狀、磁干擾等多種因素給磁化率測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出解決測(cè)量誤差的方法，以提高磁天平測(cè)量不確定度水平。

弱磁材料；磁化率；誤差

0 引言

目前，弱磁材料已廣泛應(yīng)用于航空、航天、測(cè)量以及精密儀器等領(lǐng)域中，特別是在潛艇、水雷、導(dǎo)航系統(tǒng)裝備里均大量使用弱磁性材料如無(wú)磁不銹鋼、銅、鋁、鈦合金等磁導(dǎo)率較低的材料，以減少目標(biāo)被探測(cè)發(fā)現(xiàn)的概率。為了提高艦艇的抗掃性，現(xiàn)有的潛艇、水雷、水下航行體等使用的都是對(duì)無(wú)磁性能要求較高的無(wú)磁不銹鋼和合金；為了保證導(dǎo)航精度，航天飛行器系統(tǒng)里大量使用無(wú)磁材料。因此，對(duì)于材料的磁性能檢測(cè)已在軍工生產(chǎn)中被普遍地提出來(lái)。磁參數(shù)的高低性能直接關(guān)系到很多軍工系統(tǒng)的安全性以及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中儀器儀表的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。如衛(wèi)星的磁性設(shè)計(jì)和控制里要求金屬材料一般選擇磁化率低于1×10-3的無(wú)磁性材料以及特殊合金材料。因此，在軍工領(lǐng)域?qū)τ诓牧系拇判詸z測(cè)已成為判斷產(chǎn)品性能是否合格的重要依據(jù)。

磁天平（Magnetic Balance ）的基本原理用一句話概括來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)測(cè)量在非均勻磁場(chǎng)中作用在磁性物質(zhì)上的力來(lái)獲得磁性參數(shù)的方法。從測(cè)量方法來(lái)講，磁天平又分為古依法、法拉第法。古依法適用于測(cè)量弱磁材料的磁化率，法拉第法適用于測(cè)量強(qiáng)磁性材料的磁矩、居里溫度、磁性相的熱磁變化等。根據(jù)磁天平的測(cè)量原理，影響測(cè)量結(jié)果的因素有質(zhì)量稱(chēng)重誤差、磁場(chǎng)梯度的不均勻、磁場(chǎng)測(cè)量不準(zhǔn)、樣品退磁、樣品形狀和環(huán)境溫濕度等多個(gè)影響因素。因此，本文分析各個(gè)影響因素給磁化率測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的測(cè)量誤差，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，提出了減少誤差的辦法。

1 測(cè)量原理

磁天平測(cè)量磁化率是依據(jù)磁秤法，即通過(guò)測(cè)量樣品在非均勻磁場(chǎng)中所受的力來(lái)確定其磁矩,從而得到磁化率的。當(dāng)體積為V、磁化強(qiáng)度為M的開(kāi)路樣品置于磁場(chǎng)H中，其靜磁能為

式中，第一項(xiàng)代表磁化功，第二項(xiàng)代表在外磁場(chǎng)H作用下的靜磁場(chǎng)，第三項(xiàng)代表在退磁場(chǎng)Hd作用下的能量

當(dāng)外磁場(chǎng)H在空間不均勻時(shí)，樣品受力為

結(jié)合式（1）與式（2），可得

對(duì)于弱磁材料，其磁化強(qiáng)度為 ， 為樣品的磁化率，同時(shí)結(jié)合矢量運(yùn)算公式

式（3）可變?yōu)?/p>

式中：χm——單位質(zhì)量的磁化率；

m——樣品的質(zhì)量

古依法磁天平測(cè)量原理是將一根截面均勻的圓棒樣品置于磁場(chǎng)中，測(cè)試時(shí)試樣一端放在電磁鐵兩磁極之間的均勻磁場(chǎng)中。由于樣品的長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，可以近似地認(rèn)為其另一端離磁場(chǎng)較遠(yuǎn)。設(shè)樣品磁化率為χ，周?chē)橘|(zhì)的磁化率為χ'，樣品長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為S，根據(jù)式（6），樣品在磁場(chǎng)中所受的力為

由于空氣的磁導(dǎo)率χ'＜＜ χ，式（7）可簡(jiǎn)化為

因此，只要測(cè)量出磁場(chǎng)Hx、樣品截面積S及樣品所受的力Fz，樣品所受的力就是由精密天平測(cè)量其質(zhì)量的變化量Δm，就可以計(jì)算出樣品的磁化率值。

2 測(cè)量裝置及步驟

測(cè)量裝置如圖1所示，主要由電磁鐵、電子天平、磁強(qiáng)計(jì)組成。電磁鐵用于產(chǎn)生均勻梯度場(chǎng)，電子天平測(cè)量樣品受力后的質(zhì)量變化Δm，磁強(qiáng)計(jì)讀出磁場(chǎng)Hx值。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)示意圖

古依法磁天平測(cè)量樣品的形狀是截面積均勻的圓棒。樣品測(cè)試前對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢查，要求表面光潔平直，直線度和圓柱度高，截?cái)嗝嬲R。樣品固定在無(wú)磁樣品桿上，樣品桿的一端用銀絲懸掛在天平的掛鉤上，另一端連接著銅吊錘，銅吊錘、樣品桿、樣品的總質(zhì)量不超出電子天平最大秤量。懸掛后的樣品桿是依靠其自身的自重懸吊于磁場(chǎng)中，這樣才能使測(cè)試樣品受到沿其長(zhǎng)軸的梯度磁場(chǎng)。

測(cè)試前需要先對(duì)樣品進(jìn)行交流退磁，消除樣品機(jī)械加工過(guò)程受到的鐵磁物質(zhì)的磁化，并用乙醇對(duì)試樣表面進(jìn)行磁潔凈。然后將樣品安裝在樣品桿上，并使樣品的最低端置于電磁鐵均勻磁場(chǎng)中，磁強(qiáng)計(jì)的探頭與樣品的最低端重合。由零磁場(chǎng)為起始點(diǎn)，調(diào)節(jié)電源的電流調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，從弱到強(qiáng)逐步增大電流，使電流增加到所需數(shù)值，從而在電磁鐵中心區(qū)產(chǎn)生使材料飽和的穩(wěn)定磁場(chǎng)。每調(diào)節(jié)一次電流值，需待磁場(chǎng)穩(wěn)定后，讀取電子天平的質(zhì)量變化值和高斯計(jì)磁場(chǎng)值，通過(guò)式（8）計(jì)算，即可得到被檢測(cè)樣品的磁化率。

3 影響磁化率測(cè)量結(jié)果的因素分析

根據(jù)磁天平測(cè)量原理影響磁化率測(cè)量結(jié)果的主要因素有：質(zhì)量稱(chēng)重誤差帶來(lái)的測(cè)量誤差、磁場(chǎng)不均勻帶來(lái)磁場(chǎng)測(cè)量誤差、樣品截面積測(cè)不準(zhǔn)帶來(lái)的誤差、樣品未退磁帶來(lái)誤差和樣品形狀帶來(lái)的測(cè)量誤差、其他不確定因素帶來(lái)的測(cè)量誤差，我們對(duì)這些誤差進(jìn)行逐項(xiàng)分析。

3.1 質(zhì)量稱(chēng)重帶來(lái)的測(cè)量誤差

電子天平的工作原理是利用電磁力的平衡原理實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重的，即測(cè)量物體是采用電磁力與被稱(chēng)物體的重力平衡實(shí)現(xiàn)測(cè)量，秤盤(pán)通過(guò)支架連桿與探測(cè)線圈連接，線圈置于磁場(chǎng)內(nèi)。當(dāng)秤盤(pán)上加載和撤銷(xiāo)物體時(shí)天平則會(huì)不平衡，電磁線圈的瞬間位移使線圈產(chǎn)生一個(gè)電磁力，電磁線圈磁場(chǎng)內(nèi)有電流通過(guò)時(shí)，電磁力和秤盤(pán)上被測(cè)物體的重力達(dá)到平衡，補(bǔ)償電路讀出電流變化以數(shù)字方式顯示出被測(cè)量物體的質(zhì)量。因此，天平在使用過(guò)程會(huì)受到環(huán)境溫度、氣流、震動(dòng)和電磁干擾等因素的影響。環(huán)境溫濕度、氣流和震動(dòng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件來(lái)保證，但是電磁干擾因素對(duì)于質(zhì)量稱(chēng)重的誤差影響到底有多大并沒(méi)有理論數(shù)據(jù)，需通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究。

本實(shí)驗(yàn)室使用的電子天平為梅特勒-托利多ME204E型，具有0.1 mg分辨力，最大秤量210 g，測(cè)量重復(fù)性0.000 1 g，線性誤差0.000 3 g。影響天平稱(chēng)重誤差主要是其穩(wěn)定性和測(cè)量重復(fù)性，因?yàn)樘炱绞歉呔芏葴y(cè)量?jī)x器，來(lái)至外界環(huán)境中的溫度、氣流、電磁干擾和振動(dòng)都會(huì)給質(zhì)量的測(cè)量帶來(lái)影響。

1）溫度氣流的影響

為了測(cè)試溫度氣流對(duì)天平的影響，通過(guò)比較天平受到熱氣流和沒(méi)有受到熱氣流下不同狀態(tài)的質(zhì)量測(cè)量重復(fù)性來(lái)說(shuō)明氣流的影響大小。實(shí)驗(yàn)室里的環(huán)境溫度2 h內(nèi)保持在23 ℃±0.5 ℃、相對(duì)濕度75%的條件進(jìn)行試驗(yàn)。磁天平測(cè)量時(shí)采用下掛式，掛上空樣品桿進(jìn)行稱(chēng)重測(cè)量。首先將實(shí)驗(yàn)室空調(diào)調(diào)整到制熱模式，并將出風(fēng)口正對(duì)天平，記錄天平受到熱氣流影響下的測(cè)量結(jié)果，再將出風(fēng)口調(diào)整遠(yuǎn)離天平的模式再次測(cè)量，兩次測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表 1 銅樣品在不同天平下的測(cè)量數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)可以分析出，兩次測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性為3.0×10-5和2.5×10-4，相差非常大。原因是天平是精密的衡量?jī)x器，對(duì)環(huán)境條件有特殊的要求，其中氣流是影響天平穩(wěn)定性的原因之一。試驗(yàn)時(shí)的熱氣流造成天平所處的環(huán)境溫度波動(dòng)較大，超出天平正常使用條件，帶來(lái)儀器的不穩(wěn)定。因此，磁天平裝置的實(shí)驗(yàn)室要做到采用中央式的恒溫設(shè)備，不允許有觀察到的氣流。同樣氣流也會(huì)對(duì)樣品桿造成影響，使其輕微晃動(dòng)影響天平的測(cè)量。因此，將電磁鐵整體采用無(wú)磁防風(fēng)罩進(jìn)行封閉，使樣品桿處于一個(gè)恒溫、無(wú)振動(dòng)和氣流的環(huán)境中，將環(huán)境對(duì)于質(zhì)量的測(cè)量影響減到最小。

2）磁干擾的影響

為了驗(yàn)證電磁鐵干擾對(duì)于天平稱(chēng)重的影響，采用一塊磁鋼對(duì)天平進(jìn)行試驗(yàn)。將磁鋼放置在天平垂直下方60 cm處，將磁強(qiáng)計(jì)探頭緊貼著天平正下方，探頭的磁敏感方向沿著天平的垂直方向，天平上的被稱(chēng)重物體的質(zhì)量為9.929 2 g，在15～60 cm范圍內(nèi)移動(dòng)磁鋼的位置，觀察天平示值的最大變化為-0.000 8～0.002 2 g。其主要原因是磁干擾使天平內(nèi)置的電磁線圈產(chǎn)生一個(gè)微弱的小電流，改變了天平的平衡，引起示值的變化。

對(duì)于這種干擾誤差，可以采取主動(dòng)屏蔽的方法予以解決。主動(dòng)屏蔽的方法有兩種，一種是將干擾磁場(chǎng)屏蔽掉，使用坡莫合金材料給天平做一個(gè)屏蔽箱，將其罩在其內(nèi)，確保天平所處的位置不受到磁干擾。另一種方法就是改變影響天平電磁線圈的磁感線方向，最大程度減小電磁線圈感應(yīng)到的磁場(chǎng)。具體辦法就是做一立方體的純鐵架子，將整個(gè)電磁鐵全部罩住，鐵架頂端是一塊厚度不小于5 mm的鋼板，距離磁源中心的高度不小于60 cm，所有的立柱和橫梁都是鐵制，尺寸為6 mm×6 mm左右，主要起著稱(chēng)重和導(dǎo)磁的作用，將天平放置在鐵架子后重新進(jìn)行磁干擾的測(cè)量，方法與之前相同，測(cè)試的數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 屏蔽后磁干擾對(duì)天平讀數(shù)的影響

3）天平的穩(wěn)定性帶來(lái)的誤差

使用一臺(tái)使用10 a左右的天平和一臺(tái)新的天平在相同的試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)條件下，測(cè)量同一根鋁制標(biāo)準(zhǔn)樣品的磁化率，通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)比較天平穩(wěn)定性對(duì)磁天平測(cè)量誤差的影響。

兩臺(tái)磁天平分別為AL204和ME204E，其分辨力、最大秤量范圍、測(cè)量重復(fù)性都相同。其中型號(hào)AL204的天平使用了10 a，由于長(zhǎng)期處于磁場(chǎng)環(huán)境中，可能被磁化，ME204E天平是一臺(tái)新天平。樣品桿采用聚三氟氯化乙烯作為樣品夾具的原材料，該材料無(wú)磁，具有接近于零的吸潮性，不易被磁污染，不易變形。掛鉤為具有較低磁化率的純銀材質(zhì)細(xì)絲，配重的吊錘是抗磁性的銅材質(zhì)，樣品桿的最大長(zhǎng)度確保對(duì)樣品磁化率的測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。不掛樣品時(shí)，僅掛鉤以及樣品夾具在同磁場(chǎng)下相對(duì)于零磁場(chǎng)時(shí)質(zhì)量變化(Δm)觀察結(jié)果顯示小于0.000 1 mg，基本可以排除掛鉤以及樣品夾具不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

為了驗(yàn)收質(zhì)量誤差對(duì)于磁天平測(cè)量結(jié)果的影響，選擇的樣品是：直徑為7.51 mm、長(zhǎng)度為150 mm鋁制樣品和直徑為4.98 mm、長(zhǎng)度為150 mm銅制樣品。每根樣品測(cè)試前都經(jīng)過(guò)了退磁處理，使用的磁天平測(cè)量裝置的電磁鐵、電源、磁強(qiáng)計(jì)都一樣。測(cè)試過(guò)程中樣品所處的磁場(chǎng)位置也都沒(méi)有改變，測(cè)試過(guò)程中把其他的干擾因素都排除掉，只更換不同的天平進(jìn)行測(cè)量。體積磁化率為式（8）計(jì)算出來(lái)，質(zhì)量磁化率是將SI制下的體積磁化率轉(zhuǎn)化為CGS制值，再除以樣品的密度，鋁的密度取2.7 g/cm3，銅的密度取8.9 g/cm3，這樣算出的質(zhì)量磁化率便可以與參數(shù)書(shū)上的材料物質(zhì)磁化率進(jìn)行比較，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。其中表3為銅樣品在不同天平下的測(cè)量數(shù)據(jù)，表4為鋁樣品在不同天平下的測(cè)量數(shù)據(jù)。

為了保證測(cè)量結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確，以Hx-2和χ繪制曲線圖，得到擬合曲線的公式，擬合公式中的截距就是Hx-2為零時(shí)樣品本身的物質(zhì)磁化率。參閱了日本飯?zhí)镄抟坏热酥鞯摹段锢韺W(xué)常用表》查到元素周期表中金屬物質(zhì)的磁化率參數(shù)值，其中鋁的質(zhì)量磁化率理論值為0.6×10-6cm3/g，鋁的密度為2.7 g/cm3，CGS制下的體積磁化率為1. 29×10-6，與國(guó)際單位制下的體積磁化率為1.62×10-5進(jìn)行比較；銅的質(zhì)量磁化率理論值為-0.086×10-6cm3/g，密度為8.9 g/cm3，CGS制下的體積磁化率為-0.767 ×10-6，國(guó)際單位制下的體積磁化率為-9.6×10-6，與作圖后推導(dǎo)得到鋁樣品和銅樣品的物質(zhì)磁化率基本接近，說(shuō)明磁天平裝置測(cè)量得到的磁化率值非?？煽俊?/p>

表3 銅樣品在不同天平下的測(cè)量數(shù)據(jù)

表 4 鋁樣品在不同天平下的測(cè)量數(shù)據(jù)

將式（8）進(jìn)行變式：

可以看出式（9）中第一項(xiàng)是個(gè)常數(shù)值，當(dāng)樣品相同時(shí)該數(shù)值對(duì)于磁化率測(cè)量結(jié)果的影響是一致的，對(duì)此忽略不計(jì)。因此，磁化率的測(cè)量就只跟質(zhì)量稱(chēng)重和磁場(chǎng)的測(cè)量有關(guān)系了，擬合曲線的斜率值可以與參數(shù)書(shū)中參閱的理論值進(jìn)行比較。

3.2 磁場(chǎng)測(cè)量帶來(lái)的誤差

要使鋁、銅和自來(lái)水等磁化率值為10-6量級(jí)的弱磁材料被磁化飽和，電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)最大磁場(chǎng)強(qiáng)度不能小于960 kA/m，電磁鐵的極頭的直徑不小于60 mm，磁場(chǎng)的均勻區(qū)不小于φ10 mm×10 mm，磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量的均勻區(qū)內(nèi)的磁場(chǎng)值才是樣品的被磁化的磁場(chǎng)值。使用貝爾公司生產(chǎn)的7030高斯計(jì)，最大測(cè)量范圍30 kA/m，測(cè)量準(zhǔn)確度為0.05%，探頭選擇鋁制的徑向探頭，探頭的尺寸為5.0 mm×1.5 mm。磁場(chǎng)值的測(cè)量誤差除了均勻性以外還要考慮磁場(chǎng)穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)室選擇的電磁鐵電源為高穩(wěn)定度的恒流源，穩(wěn)定性為50 ×10-6/30 min，這些都可以保證磁場(chǎng)的測(cè)量誤差小于0.4%。

但從式（7）中知道，古依法測(cè)量磁化率取的H值只是樣品低端所處位置的磁場(chǎng)值。是因?yàn)槟J(rèn)樣品另一端遠(yuǎn)離中心磁場(chǎng)，該位置的H '＜＜H。但實(shí)際是不是這樣，同樣進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。樣品還是采用鋁質(zhì)樣品，樣品的長(zhǎng)度為150 mm，使用磁強(qiáng)計(jì)分別測(cè)量H '和H位置的磁場(chǎng)值，計(jì)算H2和H2-H '2直徑的偏差值，結(jié)果如表5所示。發(fā)現(xiàn)樣品長(zhǎng)度150～180 mm對(duì)于測(cè)量結(jié)果的誤差影響不大，但小于100 mm時(shí)對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響就達(dá)到0.6%。不能忽略磁場(chǎng)帶來(lái)的測(cè)量誤差，特別是對(duì)于磁化率量級(jí)為小于10-5時(shí)，忽略H '后引入的測(cè)量誤差要考慮。

表5 樣品兩端的磁場(chǎng)的偏差

3.3 樣品的退磁帶來(lái)的誤差

選擇一個(gè)直徑為4.98 mm，長(zhǎng)度為150 mm銅棒進(jìn)行測(cè)試。銅是抗磁性材料，理論上不易被磁化，但是在實(shí)際加工過(guò)程中，由于機(jī)械擠壓和溫度都使其磁疇變化，從無(wú)磁性變得有磁性。圖2、3是對(duì)一個(gè)樣品在退磁和不退磁下的測(cè)量結(jié)果。

圖2 銅樣品未退磁的χ測(cè)試結(jié)果

圖3 銅樣品退磁的χ測(cè)試結(jié)果

從圖2中可以看出由于沒(méi)有退磁，樣品原本是抗磁性的，磁化率應(yīng)該為負(fù)數(shù)，但是外界的磁污染讓其內(nèi)部磁疇發(fā)生改變，磁化率在低磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)成為正數(shù)表現(xiàn)出順磁性，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大使其飽和時(shí)，它的離子磁矩改變并表現(xiàn)出它物質(zhì)本身抗磁性，磁化率為負(fù)數(shù)。因此，測(cè)量樣品前一定要給樣品進(jìn)行退磁處理，一般的退磁采用交流退磁。

3.4 減少誤差的解決方法

3.4.1 增加距離減少對(duì)天平的干擾

為減小電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)對(duì)電子天平示值的影響，最簡(jiǎn)單可行的方案就是加大兩者之間的相對(duì)距離。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)兩者距離小于30 cm時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電子天平的傳感器影響非常明顯。當(dāng)距離超過(guò)60 cm時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電子天平的影響可忽略。

3.4.2 對(duì)磁場(chǎng)干擾采取主動(dòng)屏蔽

增加相對(duì)距離是一種被動(dòng)的屏蔽電磁鐵干擾的方式，采用這種方式會(huì)加大整套設(shè)備的尺寸，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的懸掛裝置也會(huì)造成測(cè)量誤差。減小電磁鐵磁場(chǎng)干擾還可采用增設(shè)天平的屏蔽罩或用鋼架進(jìn)行主動(dòng)屏蔽，屏蔽罩采用坡莫合金材料加工，將天平罩起來(lái)，減少電磁鐵干擾和氣流的影響。鋼架結(jié)果是通過(guò)形成一個(gè)導(dǎo)磁路減少對(duì)天平的影響，兩種方法都可以避免環(huán)境影響給天平稱(chēng)重帶來(lái)誤差。

3.4.3 增加樣品的長(zhǎng)度

由于電磁鐵在沿樣品長(zhǎng)軸方向上的磁場(chǎng)是梯度磁場(chǎng)，分布不均勻，測(cè)量時(shí)忽略了樣品頂端的磁場(chǎng)。以樣品在磁場(chǎng)中心點(diǎn)磁場(chǎng)測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算，前面已經(jīng)通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出兩種不同長(zhǎng)度樣品帶來(lái)的磁場(chǎng)測(cè)量誤差是不同。因此，要適當(dāng)?shù)卦黾訕悠返拈L(zhǎng)度，減少由于樣品長(zhǎng)度帶來(lái)的測(cè)量結(jié)果誤差。但是也不能無(wú)限制地增加樣品長(zhǎng)度，還要考慮是否能滿足天平的最大秤量范圍。對(duì)于樣品長(zhǎng)度尺寸設(shè)計(jì)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量一下至磁場(chǎng)中心點(diǎn)不同距離的Z方向上的磁場(chǎng)值，當(dāng)磁場(chǎng)梯度差小于0.2%時(shí)，該位置的高度就是樣品的長(zhǎng)度。

3.4.4 樣品桿的設(shè)計(jì)

樣品是固定在樣品桿上進(jìn)行測(cè)量的。因此，樣品桿必須是無(wú)磁材料。采用聚三氟氯化乙烯作為樣品夾具的原材料，該材料無(wú)磁，具有接近于零的吸潮性，不易被磁污染，不易變形。掛鉤為具有較低磁化率的純銀材質(zhì)細(xì)絲，配重的吊錘是抗磁性的銅材質(zhì)。樣品桿的最大長(zhǎng)度確保對(duì)樣品磁化率的測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。不掛樣品時(shí)，僅掛鉤以及樣品夾具在同磁場(chǎng)下相對(duì)于零磁場(chǎng)時(shí)，質(zhì)量變化(Δm)觀察結(jié)果顯示小于0.000 1 mg，基本可以排除掛鉤以及樣品夾具對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)磁秤法分析的基礎(chǔ)上，將磁天平測(cè)量弱磁材料磁化率計(jì)算公式的推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明；從質(zhì)量和磁場(chǎng)兩個(gè)方面分析影響測(cè)試結(jié)果的主要原因，并提出了減少測(cè)量誤差的有效解決方案，最終通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)試樣的比對(duì)，證明測(cè)試平臺(tái)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

[1]ю в 阿法拉謝耶夫.磁場(chǎng)參數(shù)測(cè)量器具[M].北京：科學(xué)出版社，1983．

[2]林安利，賀建，張志高，等.高精度弱磁材料磁化率測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法的研究[J].計(jì)量技術(shù)，2009（6）：11-15．

[3]王志輝.磁性材料磁特性的計(jì)量[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2011（10）：378-379．

[4]崔利亞，楊鋒，王翰林，等.粉末磁性的幾種測(cè)量方法及樣品的制備[C].//2009全國(guó)粉末冶金學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，張家界：2009：451-456．

[5]余傳佩，楊鋒，齊飛霞，等．無(wú)磁、弱磁材料磁性能的測(cè)量方法與裝置研究[J].金屬功能材料，2008，15（3）：34-38．

Research at factors impair the result of magnetic balance measure susceptibility

Yang Yun1,2，Chiang Ho1,2，Luo Hui1,2，Chow Ying1,2
（1. No. 710 R&D Institute, CSIC；2. 1st Class Weak Magnetic Metering Station of NDM）

The paper introduced the principle used the magnetic balance device to measure the feebly magnetic material susceptibility, and the magnetic balance device’s components. Through research factors affect the result error, it is be exposed main factors include that weighting error, the stability of magnetic fi eld, the form of sample, magnetic disturbance etc. For the above-mentioned research, we improve the magnetic balance device through reduce the error factors to achieve the better uncertainty.

feebly magnetic materials; susceptibility; measurement error