JJF(鄂) 154-2025 无矩线圈校准规范

　　JJF(鄂) 154-2025

　　湖北省市场监督管理局发布

　　2025-09-02发布2025-12-01实施

　　无矩线圈校准规范

　　Calibration Specification for Zero-Magnetic Moment Coil

　　湖北省地方计量技术规范

　　归口单位：湖北省市场监督管理局

　　主要起草单位：国防科技工业弱磁专业计量站

　　本规范委托国防科技工业弱磁专业计量站负责解释

　　本规范主要起草人：

　　翟晶晶(国防科技工业弱磁专业计量站)

　　李享(国防科技工业弱磁专业计量站)

　　程华富(国防科技工业弱磁专业计量站)

　　孙楚光(国防科技工业弱磁专业计量站)

　　目录

　　引言................................................................................................................. (III)

　　1 范围............................................................................................................................ 1

　　2 引用文件.................................................................................................................... 1

　　3 术语............................................................................................................................ 1

　　3.1 无矩线圈................................................................................................................ 1

　　3.2 磁场线性度............................................................................................................ 1

　　3.3 磁场均匀度............................................................................................................ 1

　　3.4 磁场衰减系数........................................................................................................ 2

　　4 概述........................................................................................................................... 2

　　5 计量特性................................................................................................................... 2

　　5.1 线圈常数................................................................................................................ 2

　　5.2 磁场线性度............................................................................................................ 2

　　5.3 磁场均匀度............................................................................................................ 3

　　5.4 磁场衰减系数......................................................................................................... 3

　　6 校准条件................................................................................................................... 3

　　6.1 环境条件................................................................................................................. 3

　　6.2 测量标准及其它设备............................................................................................ 3

　　7 校准项目和校准方法............................................................................................... 5

　　7.1 校准项目................................................................................................................ 5

　　JJF(鄂)154 - 2025

　　II

　　7.2 校准方法................................................................................................................ 5

　　8 校准结果表达........................................................................................................... 9

　　9 复校时间间隔.......................................................................................................... 10

　　附录A 测量不确定度评定示例................................................................................11

　　附录B 校准原始记录格式.........................................................................................16

　　附录C 校准证书内页格式........................................................................................18

　　JJF(鄂)154 - 2025

　　III

　　引言

　　JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001 《通用计量术语及

　　定义》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工

　　作的基础性系列规范。

　　本规范是首次发布。

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　　1

　　无矩线圈校准规范

　　1 范围

　　本规范适用于线圈常数0.1 μT/A～100 μT/A 的无矩线圈的校准。

　　2 引用文件

　　本规范引用了下列文件：

　　JJF 1013 磁学计量常用名词术语及定义(试行)

　　JJF 1906-2021 恒定磁场线圈校准规范

　　凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范;凡是不注日期的引用文件，

　　其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。

　　3 术语

　　JJF 1013、JJF 1906 界定的及以下术语和定义适用于本规范。

　　3.1 无矩线圈zero-magnetic moment coil

　　整体磁矩接近于零的磁场线圈。

　　3.2 【磁场】线性度magnetic linearity

　　无矩线圈在磁屏蔽装置中使用时，复现的磁场与绕组中的电流之间的线性关系程度。

　　磁场线性度用符号LB 表示。

　　注1：无矩线圈的磁场线性度与所处的磁屏蔽装置有关，同一磁场线圈在不同磁屏蔽装置内可能有

　　不同的线性度。

　　注2：用测量曲线与拟合直线间的最大偏差的绝对值与满量程的百分比表示。

　　3.3 【磁场】均匀度uniformity of magnetic field

　　无矩线圈通电流后在均匀区内各点复现磁场的均匀程度。

　　磁场均匀度用符号ηB 表示。

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　　2

　　注1：常用磁场的非均匀性来描述磁场均匀度，其值为均匀区内各点测得的磁感应强度与均匀区中

　　心点测得的磁感应强度之间最大差值，一般用相对值表示。

　　注2：实际测量中，常用线圈常数的均匀程度代替磁场均匀程度。

　　注3：同一磁场线圈，随着均匀区的增大，均匀度会逐渐变差。给定不同大小的均匀区，可以有不

　　同的均匀度。

　　3.4【磁场】衰减系数magnetic field attenuation coefficient

　　在无矩线圈外部，距离线圈外端面一定距离的磁场与中心点磁场的比值。

　　磁场衰减系数用符号δ表示。

　　4 概述

　　无矩线圈一般在磁屏蔽环境下使用，用于复现磁场的磁学量具。无矩线圈是一种特殊

　　结构的磁场线圈，由两组匝面积近似相等的线圈反向串联而成，线圈整体磁矩接近于零。

　　按复现磁场维度可分为单轴无矩线圈、两轴无矩线圈、三轴无矩线圈。

　　当无矩线圈的绕组中通电流时，复现的磁场与线圈常数的关系如公式(1)所示。

　　BKBI (1)

　　式中：

　　B ──无矩线圈中心处磁感应强度，μT;

　　KB──无矩线圈的线圈常数，μT/A;

　　I ──无矩线圈绕组中的电流，A。

　　5 计量特性

　　5.1 线圈常数

　　最大允许误差一般不超过±(0.01%～10%)。

　　5.2 磁场线性度

　　0.002%～1%。

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　　3

　　5.3 磁场均匀度

　　在给定的均匀区内，非均匀性一般为0.01%～1%。

　　5.4 磁场衰减系数

　　0.01%～60%。

　　注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。

　　6 校准条件

　　6.1 环境条件

　　6.1.1 环境温度

　　校准不同最大允许误差的磁场线圈时，环境温度要求见表1。

　　表1 环境温度要求

　　线圈常数最大允许误差温度范围

　　±(0.01%～0.1%) 18℃～22℃

　　±(0.2%～10%) 15℃～25℃

　　6.1.2 相对湿度

　　30%~75%。

　　6.1.3 干扰磁场

　　10 Hz 以下的最大干扰磁场：最大干扰磁场与校准点的磁感应强度之比不超过被校无

　　矩线圈最大允许误差的十分之一。

　　6.2 测量标准及其它设备

　　校准用设备应经过计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期内。

　　标准磁强计包括质子磁强计、磁通门磁强计等。

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　　4

　　磁场标量法的计量标准器选用质子磁强计;磁场矢量法的计量标准器选用磁通门磁强

　　计。

　　其他设备包括恒流源、电流测量仪、标准电阻器、直尺等。

　　6.2.1 标准磁强计

　　6.2.1.1 质子磁强计

　　a) 测量范围：(20～100)μT。

　　b) 最大允许误差：±1 nT。

　　6.2.1.2 磁通门磁强计

　　a) 测量范围：(-100～100)μT。

　　b) 最大允许误差：不超过被校无矩线圈线圈常数最大允许误差的四分之一。

　　c) 线性度：1.5×10-5。

　　d) 探头尺寸：不超过被校无矩线圈均匀区的三分之一。

　　注：磁通门磁强计可由磁通门传感器与电压表组成。

　　6.2.2 恒流源

　　a) 电流范围：可输出无矩线圈复现校准点所需的工作电流。

　　b) 电流稳定性：30 min 电流漂移不大于1×10-5。

　　6.2.3 电流测量仪

　　a) 电流范围：可测量被校无矩线圈复现校准点磁场所需的工作电流。

　　b) 最大允许误差：不超过被校无矩线圈线圈常数最大允许误差的五分之一。

　　注：可用电压测量仪和标准电阻器组合替代电流测量仪。

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　　5

　　6.2.4 直尺

　　a) 测量范围：不小于被校无矩线圈的均匀区尺寸。

　　b) 准确度等级：Ⅱ级。

　　7 校准项目和校准方法

　　7.1 校准项目

　　表2 校准项目一览表

　　序号校准项目校准方法条款

　　1 线圈常数7.2.1

　　2 磁场线性度7.2.2

　　3 磁场均匀度7.2.3

　　4 磁场衰减系数7.2.4

　　7.2 校准方法

　　7.2.1 线圈常数

　　7.2.1.1 校准方法及标准器的选择

　　按表3 选择校准方法及标准器。

　　表3 校准方法及标准器

　　校准方法校准点磁感应强度最大允许误差标准器

　　磁场矢量法0.1 μT～100μT ± (0.05%～10%) 磁通门磁强计

　　磁场标量法20 μT～100 μT ±(0.01%～10%) 质子磁强计

　　使用电压测量仪和标准电阻器组合替代电流测量仪时原理框图如下所示。

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　　6

　　图1 电流测量原理图

　　7.2.1.2 磁场矢量法

　　a) 将无矩线圈置于工作环境下。

　　b) 校准点一般选择在无矩线圈最大磁场的50%以上;同时对于复现100 μT 以上的无

　　矩线圈，校准点为80 μT。

　　c) 按照JJF 1906-2021 第7.2.1.2 条步骤校准无矩线圈常数。

　　d) 对于多轴无矩线圈，重复b) ～c)步骤，校准其他磁轴的线圈常数。

　　7.2.1.3 磁场标量法

　　a) 将无矩线圈置于工作环境下。

　　b) 校准点一般选择在无矩线圈最大磁场的50%以上，且不小于20 μT;对于复现100

　　μT 以上的无矩线圈，校准点为80 μT。

　　c) 按照JJF 1906-2021 第7.2.1.3 条步骤校准无矩线圈常数。

　　d) 对于多轴无矩线圈，重复b) ～c)步骤，校准其他磁轴的线圈常数。

　　7.2.2 磁场线性度

　　a) 将无矩线圈置于工作环境下。

　　b) 选择校准点。使用磁场矢量法校准时，选择无矩线圈复现正负方向测量范围上限

　　的20%、40%、60%、80%、100%附近各5 个点作为磁场校准点;使用磁场标量

　　法校准时，选择无矩线圈复现磁场范围内均匀分布且不少于7 个点作为磁场校准

　　点，其中最小校准点不低于20 μT。

　　c) 根据使用要求将被校无矩线圈固定在磁屏蔽装置的工作区，按JJF 1906-2021 图1

　　所示连接仪器，由恒流源给被校无矩线圈供电。

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　　7

　　d) 将标准磁强计探头放置在被校无矩线圈的中心。

　　e) 改变恒流源的输出，逐个复现校准点的磁场，并记录电流值和磁场值。

　　f) 画出被校无矩线圈电流-磁场测试曲线(Ix-Bx)，并在同一坐标系下按照最小二乘法

　　画出拟合直线(Ix′-Bx′)。

　　g) 根据f)得到的被校无矩线圈电流磁场拟合直线(Ix′-Bm′)，按公式(2)计算各校

　　准点的输出磁场拟合值。

　　Bxi  KBImi (2)

　　式中：

　　Bxi′——被校无矩线圈的拟合输出磁场，μT;

　　KB——被校无矩线圈电流磁场拟合直线的斜率，μT/A;

　　Imi——各校准点的电流测量值，A。

　　h) 找出校准曲线与拟合直线的最大偏差，按公式(3)计算线性度。

　　s max

　　x x 100%

　　B

　　L B B

　　B

　　 

　　  (3)

　　式中：

　　Bx──被校无矩线圈在不同电流时复现的磁场，μT;

　　x B ──被校无矩线圈在不同电流时的磁场拟合值，μT;

　　Bs──被校无矩线圈的磁场量程，μT。

　　注：磁场线性度一般指某段限定范围的非线性;如无特殊说明，一般指整个测量范围。

　　i) 对于多轴无矩线圈，重复b)～h)步骤，校准其他磁轴的磁场线性度。

　　7.2.3 磁场均匀度

　　a) 按照JJF 1906-2021 第7.2.2 条步骤校准无矩线圈磁场均匀度。

　　b) 对于多轴无矩线圈，重复JJF 1906-2021 第7.2.2 条步骤，校准其他磁轴的磁场均匀

　　度。

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　　8

　　7.2.4 磁场衰减系数

　　a) 按使用要求选择位置校准点，如无特殊要求，一般选择无矩线圈中心点O、磁轴

　　与线圈端面的交点d1、磁轴上距离端面一定距离处d2 为校准点。

　　注： d

　　2 点一般为距离无矩线圈端面一倍半径的点。

　　图2 磁场衰减系数测量点

　　b) 由恒流源给被校无矩线圈供电，一般使无矩线圈复现最大磁场的50%以上;对于

　　可复现最大磁场100 μT 以上的无矩线圈，复现磁场80 μT。

　　c) 待恒流源输出稳定后，用质子磁强计测量中心点的磁感应强度。

　　注：没有质子磁强计时，也可以用磁通门磁强计替代质子磁强计测量。

　　d) 保持恒流源输出不变，用磁通门磁强计测量d1 点的磁感应强度值。

　　e) 按公式(4)计算无矩线圈在d1 校准点的磁场衰减系数。

　　1

　　1

　　0

　　B 100%

　　B

　　   (4)

　　式中：

　　B1——d1 点的磁感应强度值，μT;

　　B0——中心点的磁感应强度值，μT。

　　f) 在d2 点重复c)～e)步骤。

　　g) 对于多轴无矩线圈，重复a)～e)步骤，校准其他磁轴的磁场衰减系数。

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　　8 校准结果表达

　　8.1 校准证书

　　校准结果应在校准证书(报告)上反应，校准证书(报告)应至少包括以下信息：

　　a)标题，如“校准证书”;

　　b)实验室名称和地址;

　　c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);

　　d)证书或报告的唯一性标识(如编号)，每页及总页数的标识;

　　e)客户的名称和地址;

　　f)被校对象的描述和明确标识;

　　g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和有关时，应说明被校对象的接收日

　　期;

　　h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明;

　　i)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号;

　　j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;

　　k)校准环境的描述;

　　l)校准结果及其测量不确定度的说明;

　　m)对校准规范的偏离的说明;

　　n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;

　　o)校准结果仅对被校对象有效的声明;

　　p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

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　　8.2 校准结果

　　a)校准证书给出均匀度时，应同时给出均匀区大小

　　b) 在磁屏蔽装置中使用的无矩线圈，校准证书上应给出磁屏蔽装置的型号规格、出厂

　　编号等唯一性标识信息，并给出无矩线圈与磁屏蔽装置的相对位置关系。

　　c) 给出磁场线性度应说明磁场复现范围。

　　d) 校准证书给出衰减系数时，应给出校准点位置信息。

　　校准原始记录格式见附录B，校准证书(报告)内页格式见附录C。

　　9 复校时间间隔

　　线圈常数最大允许误差±0.1%以内的无矩线圈校准周期一般不超过12 个月，线圈常

　　数最大允许误差±0.2%以上的无矩线圈校准周期一般不超过24 个月，送校单位可根据实

　　际使用情况自主决定复校时间间隔。

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　　附录A

　　测量不确定度评定示例

　　以复现磁感应强度80 μT 为校准点进行无矩线圈磁场衰减系数的测量，以此为例进行

　　测量不确定度评定。

　　A.1 测量模型

　　磁场衰减系数的测量模型为：

　　0

　　i 100%

　　i

　　B

　　B

　　   A.1

　　Bi 与B0 独立不相关，则磁场衰减系数的相对测量不确定度为：

　　  2 2   2 2  

　　r 1 r i 2 r 0 u   c u B  c u B

　　式中：

　　ur(δ)——磁场衰减系数的相对测量不确定度;

　　ur(Bi)——各校准点磁感应强度的相对测量不确定度;

　　ur(B0)——中心点磁感应强度的相对测量不确定度;

　　c1、c2——灵敏度系数。

　　灵敏度系数为：

　　1 c 1

　　2 c  1

　　A.2 测量不确定度主要来源

　　A.2.1 各校准点磁感应强度测量不准引入的不确定度分量

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　　12

　　a) 由距离引起的测量重复性引入的不确定度分量ur1,1

　　b) 由磁通门磁强计测量不准引入的不确定度分量ur1,2

　　c) 由环境干扰磁场引入的不确定度分量ur1,3

　　A.2.2 中心点磁感应强度测量不准引入的不确定度分量

　　a) 由中心点磁感应强度测量重复性引入的不确定度分量ur2,1

　　b) 由质子磁强计测量不准引入的不确定度分量ur2,2

　　A.3 标准不确定度分量评定

　　A.3.1 各校准点磁感应强度不准引入的不确定度分量

　　a) 由测量点位置不准引起的测量重复性引入的不确定度分量ur1,1

　　由测量点位置不准引起的测量重复性引入的不确定度用实验标准差来表示。重复摆放

　　10 次，分别记录测量结果，用贝塞尔公式计算实验标准差。测量结果见表A-1。

　　表A-1 重复性测试数据

　　测量序号测量结果/nT

　　第1 次5001.2

　　第2 次5002.0

　　第3 次5002.0

　　第4 次5001.5

　　第5 次5001.7

　　第6 次5001.0

　　第7 次5001.4

　　第8 次5001.5

　　第9 次5001.3

　　第10 次5001.6

　　平均值5001.5

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　　13

　　ur1,1=

　　s δ

　　δ

　　=

　　i=1

　　n δi−δ