磁学计量

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第228页（3377字）

包括磁学量单位的选取、标准的建立、磁量具与磁测仪器的检定以及各种磁现象的研究、应用中的磁性测量工作。

早在公元前3世纪，中国就有“慈(磁)石召铁”和使用“司南”(指南针)的记载。1785年，库仓(Coulomb)发明了依靠测量悬挂磁铁的摆动周期来测量磁场的相对强弱的方法；1832年高斯(Gauss)发明了根据长度、质量和时间这3个基本量来绝对测量地磁场的方法，对于单位制学说的发展起了很大的推动作用；应用法拉弟(Faraday)电磁感应原理的“冲击法”是沿用至今的古典的测磁方法之一。在19世纪初到20世纪40年代的100多年中，磁测量虽然具有一定的重要性，但技术落后，操作麻烦，应用远不如电测量那么广泛，与电测量相比就不能处于从属的地位。

1946年，布洛赫(Bloch)和泊塞尔(Purcell)各自发现在大块物质(而不是原子束)中的核磁共振现象，给磁测量技术带来一次革新。

核磁共振法建立的磁场标准是电磁量的第一个自然标准。而且可以由强、弱磁场中分别测定质子回转磁比(γ_p)，来完成对电流的绝对测量。

同样基于磁共振原理的光泵磁强计，由于工作物质共振频率的提高和光泵使共振信号增强，其灵敏度可达10^－12T。与此同时，由于电子技术的发展和磁测应用范围的扩大，其他原理的各种磁测仪器也迅速发展起来。

1959年有了第1个商品化霍尔(Hall)器件，不久就形成能测交、直流磁场的多品种的霍尔效应磁强计系列产品。

而从20世纪30年代的铁磁探计发展起来的磁通门磁强计，也在弱磁测量中得到广泛应用，曾装备阿波罗12、16飞船测量月球磁场。

1964年由美国西尔佛(Silver)和齐默尔曼(Zimmerman)发明的基于直流约瑟夫森(Josephson)效应和磁通量子化原理的超导量子干涉器件，给磁测量技术又带来一次新的变革。目前的超导量子磁强计的磁通和磁场分辨力分别可达10^－21Wb和10^－15T，是最灵敏的磁通和磁场测量仪器，并具有0～10¹²Hz范围内良好的频率特性。

前苏联于20世纪30年代开始建立磁学量值传递系统。在中国，1931年施汝为发表了第一篇磁学论文，1934年几经周折建立中央研究院物理所近代磁学研究室，1987年发展成为中国科学院磁学开放研究实验室，后又改名磁学国家重点实验室。

解放后，北京大学、南京大学、兰州大学、山东大学等一批高校都设立了磁学专业，后来又有了西南应用磁学研究所这样的研究机构；并有了哈尔滨电表厂、上海第四电表厂、北京地质仪器厂等一批生产磁测仪器和几百个生产磁性材料的厂家，但直到50年代，磁学计量工作几乎还是空白。

60年代以后才迅速发展起来。

目前，世界上也只有俄罗斯和中国建立起较为完整的磁学量值传递系统。

中国的强磁场基准由磁天平和电磁铁组成，磁场范围0．5～1T，准确度为1．6×10^－6。

弱磁场基准则是保存在北京中国计量科学研究院樱桃沟实验室的赫姆霍兹(Helmholtz)线圈，磁场常数为K=2．28060272×10^－4T／A，计算准确度为8×10^－7。它们也分别是强、弱磁场中测定质子回转磁比装置的一部分。

1988年在为电磁单位改值向国际计量局提供数据的十多个国家中，全部数据被采用的仅有美、英、澳、中国4个国家，标志着我国强、弱磁场标准已达到国际先进水平。

各国磁通(互感)标准都是康贝尔(Campbell)线圈。中国曾于1963年从前苏联引进一个，1986年又新制作一个，计算准确度均为2×10^－5。前苏联于1969年建成新的磁通基准计算准确度高达到1×10^－6，英国NPL于1987年建立的一个准确度达到2×10^－6。

主要受石英骨架加工和线圈绕制精确性的限制，受计算方法误差、线圈自重及环境的影响。

世界上唯一的磁矩基准建于前苏联，原先采用椭球磁钢。1976年改用其面积常数可准确计算的4个线圈作为新基准。其中单层绕组的3个线圈的计算准确度为2×10^－4。

磁量具包括磁通量具、磁场量具、磁矩量具和标准测量线圈。磁量具的比较以往都沿用冲击法比较装置。

1980年后，中国首次将安匝自动平衡直流比较式电桥用于磁量具的比较，不确定度可减小到原先的1／3，灵敏度则提高10倍以上，与冲击比较法相比具有明显的优点。

在材料磁性测试方面，1988年中国计量科学研究院研制的MATS——2000多功能材料磁性自动测量装置，成功地将计算机技术用于材料内部B和H的同时采样和运算，打破了过去硬、软磁材料和交、直流磁性分别测量的格局。同样，将计算机用于磁带、磁粉的测试，矫顽力计制作等，也取得了成功。

作为材料磁矩和其它参量主要测试仪器之一的振动样品磁强计，过去主要依靠进口，1990年，由吉林大学推出的JDM－14型微振样品磁强计，达到80年代国际水平。

到90年代初，中国已制订了磁学计量的名词规范(JJG1013－89)，制订了主要磁学计量器具和标准样品的检定规程(JJG242－82，316－83，352－84，354－84)；制订了磁性测量方法的一批国家标准(GB2845－81，3217－82，3655－83，3656－83，3658－83)；制定了主要磁量具的检定系统(JJG2021－89，2052－90)等，从总体上说，已使磁学计量成为计量学中一个独立分支，并进入世界先进行列。

根据1989年北京举行的电磁计量国际会议和1990年、1993年7个全国性学会联合召集的第7届、第8届全国磁学、磁性材料会议提供的信息，磁学计量领域在20世纪的研究热点：(1)应用超导量子干涉器件的超导磁强计，尤其是高Tc材料超导磁强计的进一步研制与应用；(2)计算机，尤其是单片机用于各种磁测仪器的开发应用；(3)特殊材料，特殊器件中的磁性测量；(4)脉冲及超导强磁量具的建立，零场空间的建立，超强及超弱磁场中各种现象与效应的研究及有关磁性测试；(5)磁学计量保证体系的建立和完善；(6)磁性材料生产过程中的质量控制。

。【参考文献】：

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2 Jijlstra H．Experimental Methods in Magnetism，North-holland，Publishing Company，1967

3 陈竹年．电测与仪表，1982，1∶21～23

4 阿拉法谢耶夫等着．磁场参数测量器具．张伦译．北京：科学出版社，1983

5 乔蔚川等．计量学报，1988，9(3)

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7 JJG I013－89．磁学计量常用名词术语及定义，北京：中国计量出版社，1990

8 第7届全国磁学磁性材料会议论文集，湖南娄底，1990，210～229，839～963

9 第8届全国磁学性材料会议论文集，山东烟台，1993，781～878

(中国计量学院陈竹年副研究员撰)