標(biāo)準(zhǔn)砝碼、砝碼、天平砝碼的磁性是怎么回事
電子天平是采用高精度傳感器借助電磁力補償達(dá)到平衡，并通過功能的微處理器和高性能a/d轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地測量。由于它在衡量過程中采用的是電磁平衡的原理，即在天平失衡的情況下，通過內(nèi)部線圈中電流大小的改變使天平重新達(dá)到平衡，因此在天平的周圍會產(chǎn)生一個較強的電磁場。而砝碼多采用不銹鋼制造，如果電子天平的電磁屏蔽不好，砝碼的剩磁過大，將會造成處于該電磁場中的砝碼被磁化，被磁化后的砝碼不僅直接影響到以后的質(zhì)量量值傳遞，還會干擾天平的正常使用。為了避免和減小砝碼磁性對質(zhì)量量值的影響，目前有兩個解決方案:一是做好電子天平的電磁屏蔽，減少漏磁，但這種方案會天平的制造成本；二是提高砝碼的抗磁性能，選用磁化率較低的不銹鋼材料生產(chǎn)砝碼。
受當(dāng)時測量手段和對砝碼磁性在量值傳遞中影響認(rèn)識的局限性所限，我國現(xiàn)行的jjf2053-1990《質(zhì)量計量器具》檢定系統(tǒng)和jjg99-1990《砝碼(試行)》檢定規(guī)程，對砝碼的磁性沒有提出具體的技術(shù)指標(biāo)要求，只在檢定系統(tǒng)中提到各等砝碼均須采用“非磁性不銹鋼制造”。
正式頒布的1994年版建議r111《e1等、e2等、f1等、f2等、m1等、m1-2等、m2等、m2-3等、m3等砝碼》給出了e1等到f2等砝碼磁化率的技術(shù)指標(biāo)，但沒有給出測量方法，可見當(dāng)時上對砝碼磁化率問題已經(jīng)給予了的重視。近年來隨著對該項建議的逐步完善，增加了有關(guān)砝碼磁性的章節(jié)，明確了*磁化強度、磁化率的技術(shù)指標(biāo)，并詳細(xì)地給出了有關(guān)砝碼磁性的測量方法。由此可見砝碼的磁化率在量值傳遞中的性。
在實際工作中，無論是量值傳遞還是一般的衡量，砝碼都是在電子天平或機(jī)械天平上使用。如果砝碼本身的磁性過大，不僅對衡量結(jié)果造成不可預(yù)計的誤差，甚有可能磁化所用的衡量儀器，進(jìn)而對其他砝碼造成影響。
由于砝碼的磁性在衡量過程中對衡量結(jié)果將產(chǎn)生無法預(yù)計的影響，對它的控制就顯得非常。經(jīng)過幾十年的觀察、考核，我們在質(zhì)量量值傳遞過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有的一等標(biāo)準(zhǔn)砝碼在電子天平和機(jī)械天平上的檢定結(jié)果差異很大。但由于沒有相應(yīng)的測量設(shè)備和手段，我們無法確定其磁化率或*磁化強度的具體量值，只能利用國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備對砝碼原材料進(jìn)行測量，得到的數(shù)據(jù)非常有限。鑒于對成型砝碼磁化率測量的緊迫性，《砝碼》檢定規(guī)程起草單位計量科學(xué)研究院質(zhì)量實驗室引進(jìn)了一臺由bipm研制的砝碼磁化率測量儀，可以實現(xiàn)對成型砝碼進(jìn)行無傷害磁性測量。
該套磁化率測量設(shè)備采用了建議r111修改草案中提出的測量原理，通過測量砝碼在*強磁鐵的磁場梯度中所受的力，來確定弱磁砝碼的磁化率和*磁化強度。為了避免砝碼被放置在高強磁場中可能會導(dǎo)致被*磁化，建議中砝碼底面和磁鐵之間的距離z0設(shè)置少為22mm。這樣既可以使天平感應(yīng)到由樣品磁化率而產(chǎn)生的變化，又可以避免被磁化。
設(shè)備引進(jìn)后，我們對使用中的公斤工作基準(zhǔn)砝碼、一等克組標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行磁性檢測，其中包括計量科學(xué)研究院質(zhì)量室、密度室、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究、北京市計量科學(xué)研究所、304所、湖北省計量測試技術(shù)研究院等單位，公斤工作基準(zhǔn)砝碼4個，一等克組標(biāo)準(zhǔn)砝碼9套。同時我們還對山東生產(chǎn)的jf1不銹鋼材料的砝碼和常熟金羊砝碼儀器有限公司生產(chǎn)的不銹鋼材料的砝碼進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果見表1、表2。
表2中幾個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的新型不銹鋼材料的砝碼，其磁化率在0.0003～0.004之間，可以滿足oiml r111建議的要求。建議中規(guī)定:對于e1等砝碼，標(biāo)稱質(zhì)量≥20g時，磁化率小于0.02；2g≤標(biāo)稱質(zhì)量≤10g時，磁化率小于0.06；標(biāo)稱質(zhì)量≤1g時，磁化率小于0.25；對于e2等砝碼，標(biāo)稱質(zhì)量≥20g時，磁化率小于0.07；2g≤標(biāo)稱質(zhì)量≤10g時，磁化率小于0.18；標(biāo)稱質(zhì)量≤1g時，磁化率小于0.9。而表1給出的原工作基準(zhǔn)砝碼和一等標(biāo)準(zhǔn)砝碼的測量結(jié)果卻讓人擔(dān)憂。45號公斤工作基準(zhǔn)砝碼是計量科學(xué)研究院質(zhì)量實驗室一直承擔(dān)一等、e2等量值傳遞的砝碼，其磁化率為0.1140，過建議規(guī)定的6倍，因該室在hk1000mc天平上使用，故未對量值傳遞造成影響。被測的9套一等克組標(biāo)準(zhǔn)砝碼，只有3套滿足oiml r111建議的規(guī)定，其他砝碼都存在不同程度的差。差大的是標(biāo)稱值為1kg的砝碼，磁化率為1.8482，出大允許誤差近26倍。
這僅僅是非常有限的實驗，但可以基本反映出原有砝碼材料在磁性上的問題。它提醒我們在質(zhì)量量值的傳遞和天平砝碼的日常使用過程中應(yīng)對砝碼磁性問題特別加以關(guān)注。砝碼磁化率的實驗還要具有更大的普遍性，以積累更多的數(shù)據(jù)。基于目前的實驗結(jié)果，我們建議依據(jù)建議給出的磁性指標(biāo)劃分原一等標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)確度級別，以確保質(zhì)量量值傳遞的準(zhǔn)確、可靠。