JJF 2231-2025 感应式磁传感器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2231—2025
感应式磁传感器校准规范
CalibrationSpecificationforInductiveMagneticSensors
2025-03-27发布2025-09-27实施
国家市场监督管理总局 发布
感应式磁传感器校准规范
CalibrationSpecificationfor
InductiveMagneticSensors

JJF2231—2025
归口单位:全国电磁计量技术委员会
主要起草单位:国防科技工业弱磁一级计量站
中国计量科学研究院
参加起草单位:中国计量大学
湖南省计量检测研究院
山西安弘检测技术有限公司
本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释
JJF2231—2025
本规范主要起草人:
程华富(国防科技工业弱磁一级计量站)
张 伟(中国计量科学研究院)
张海波(国防科技工业弱磁一级计量站)
参加起草人:
李小芳(国防科技工业弱磁一级计量站)
葛洪良(中国计量大学)
刘寒遥(湖南省计量检测研究院)
陈彦华(山西安弘检测技术有限公司)
JJF2231—2025
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语和计量单位……………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (1)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
5.1 磁电转换系数……………………………………………………………………… (2)
5.2 磁场噪声…………………………………………………………………………… (2)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
6.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (3)
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (3)
7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (3)
8 校准结果……………………………………………………………………………… (5)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (6)
附录A 磁电转换系数校准测量不确定度评定示例………………………………… (7)
附录B 校准原始记录格式…………………………………………………………… (10)
附录C 校准证书内页格式…………………………………………………………… (12)
Ⅰ
JJF2231—2025
引 言
JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—2011 《通用计量术语及
定义》和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。
本规范为首次发布。
Ⅱ
JJF2231—2025
感应式磁传感器校准规范
1 范围
本规范适用于频率范围1mHz~10kHz内磁场噪声2fT/ Hz~300pT/ Hz的感
应式磁传感器的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJF1013—1989 磁学计量常用名词术语及定义(试行)
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 术语和计量单位
JJF1013界定的及以下术语和计量单位适用于本规范。
3.1 感应式磁传感器 inductivemagneticsensor
利用法拉第电磁感应原理,通过测量铁芯感应线圈上的感应电压来测量交变磁场的
磁传感器。
3.2 磁电转换系数 magnetoelectricscalingfactor
在测量范围内,感应式磁传感器的输出电压和所测磁场之比。
磁电转换系数的单位为伏每特(V/T),用符号CB 表示。
注:工程上常用伏每纳特(V/nT)作为感应式磁传感器的磁电转换系数的单位。
3.3 磁场噪声 magneticfieldnoise
当外磁场的磁感应强度为零时,感应式磁传感器输出值的随机变化量。
单位为飞特(或皮特)每二分之一次方赫兹(fT/ Hz或pT/ Hz),用符号SB
表示。
注:
1. 磁场噪声的功率谱密度应说明频率点,实际应用中一般用××fT/ Hz@××Hz或××pT/
Hz@××Hz表示。
2. 磁场噪声与频率有关,一般用频域噪声表示其测量值。
4 概述
感应式磁传感器是利用法拉第电磁感应原理测量交变磁场磁感应强度的磁传感器。
一般由磁芯、感应线圈、处理电路及外壳等部分组成,如图1所示。
1
JJF2231—2025
图1 感应式磁传感器结构示意图
当感应式磁传感器置于待测交变磁场中时,其感应线圈上有公式(1)所述的感应
电压。
U(t)=-NSμrdB
dtcosθ=-NSμ0μdH
dtcosθ (1)
式中:
U(t)———感应的电压,V;
N ———感应线圈的匝数;
S ———感应线圈的截面积,m2;
μr ———磁芯的相对磁导率;
B ———被测交变磁场的磁感应强度,T;
t ———时间,s;
θ ———感应式磁传感器的磁轴与交变磁场的夹角,(°);
μ0 ———真空磁导率;
μ ———磁芯的绝对磁导率;
H ———被测交变磁场的磁场强度,A/m;
感应式磁传感器主要用于低频微弱磁场的测量,常应用于地质与地球物理、地震、
空间探测、长波通信、磁性目标探测等领域。
5 计量特性
5.1 磁电转换系数
测量范围:(0.001~1)V/nT。
最大允许误差一般为± (0.5%~5%)。
5.2 磁场噪声
频率范围:1mHz~10kHz。
功率谱密度一般为2fT/ Hz~300pT/ Hz。
注:以上指标不用于合格性判别,仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
6.1.1 环境温度:(15~25)℃。
2
JJF2231—2025
6.1.2 相对湿度:30%~80%。
6.1.3 供电电源:± (9~15)V直流电池。
6.1.4 干扰磁场:不应有影响磁屏蔽系统内部磁场噪声的电磁干扰。
6.2 测量标准及其他设备
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。
6.2.1 交变磁场复现系统
交变磁场复现系统一般由磁场线圈与交流电流源组成。
磁感应强度范围(0.1~30)nT (1mHz~10kHz),最大允许误差或者测量不确
定度应不超过被校感应式磁传感器磁电转换系数最大允许误差的四分之一,工作区应大
于被校感应式磁传感器的探头尺寸。交流电流源的失真度应不大于0.5%。
6.2.2 磁屏蔽系统
在各个频率点,磁场噪声功率谱密度应不大于被校感应式磁传感器磁场噪声的三分
之一,工作区应大于被校感应式磁传感器的探头尺寸。
6.2.3 交流电压表
测量范围10mV~10V (10Hz~10kHz),最大允许误差绝对值应不超过被校感
应式磁传感器磁电转换系数最大允许误差绝对值的四分之一。
6.2.4 动态信号分析仪(或具有频谱分析功能的数据采集器)
电压测量范围10mV~10V,分析频率范围1mHz~10kHz,电压幅值最大允许
误差绝对值应不超过被校感应式磁传感器磁电转换系数最大允许误差绝对值的四分之
一;在磁场噪声最低的频率点,电压噪声功率谱密度应不大于10nV/ Hz,电压噪声
功率谱密度最大允许误差应不超过±10%。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
校准项目一览表见表1。
表1 校准项目一览表
序号校准项目计量特性条款校准方法条款
1 磁电转换系数5.1 7.2.2
2 磁场噪声5.2 7.2.3
7.2 校准方法
7.2.1 外观、工作正常性
被校感应式磁传感器外观应完好,无影响正常工作的机械损伤,各种功能标志应齐
全正确。通电后应工作正常。
7.2.2 磁电转换系数
用直接感应法校准磁电转换系数,原理框图如图2所示,由交变磁场复现系统复现
给定频率和磁感应强度的标准磁场,被校感应式磁传感器直接测量标准磁场,交流电压
3
JJF2231—2025
表(或动态信号分析仪)用于测量被校感应式磁传感器的输出电压,10Hz以上用交流
电压表,10Hz以下用动态信号分析仪。
图2 磁电转换系数校准原理框图
a)校准点的选择:按使用要求选择频率校准点和磁场校准点;频率校准点一般应
包括工作频率范围的上下限及1Hz、10Hz、100Hz等10n倍频率点;如使用要求未规
定磁场校准点,可按表2选择不同频率的磁场校准点。
表2 不同频率的磁场校准点
序号
频率
f/Hz
磁场校准点的磁感应强度
B/nT
1 0.001~0.01 10~30
2 0.1~10 1~10
3 100~10000 0.1~1
b)被校感应式磁传感器选择电池供电,并按使用要求预热。
c)将被校感应式磁传感器的探头放在交变磁场复现系统的工作区中心,使其磁轴
平行。
注:调整被校感应式磁传感器探头的方向,输出电压最大时可认为磁轴已平行。
d)由交变磁场复现系统复现校准点的磁场,并记录其频率与标准磁场的磁感应强
度(或交流电流源的输出电流)。当记录值为交流电流源的输出电流时,按公式(2)计
算标准磁场的磁感应强度。
B0=KBI0 (2)
式中:
B0———交变磁场复现系统复现标准磁场的磁感应强度,nT;
KB———交变磁场复现系统中磁场线圈在该频率的线圈常数,μT/A;
I0 ———交变磁场复现系统中交流电流源的输出电流,mA。
e)记录交流电压表(或动态信号分析仪)测得的电压示值。
f)按公式(3)计算被校感应式磁传感器的磁电转换系数。
CBx=Ux
B0 (3)
式中:
CBx———被校感应式磁传感器的磁电转换系数,V/nT;
Ux ———被校感应式磁传感器输出电压的有效值,V。
g)按公式(4)计算被校感应式磁传感器磁电转换系数的示值误差。
ΔCB =CB0-CBx (4)
4
JJF2231—2025
式中:
ΔCB ———被校感应式磁传感器磁电转换系数的示值误差,V/nT;
CB0 ———被校感应式磁传感器磁电转换系数的标称值,V/nT。
h)在其他频率点重复d)~g)步骤。
7.2.3 磁场噪声
使用磁场屏蔽法校准感应式磁传感器的磁场噪声,原理框图如图3所示。磁屏蔽系
统屏蔽外磁场形成近零磁空间,感应式磁传感器的探头放置在磁屏蔽系统的工作区中
心,由动态信号分析仪测量被校感应式磁传感器的输出电压噪声,计算得到磁场噪声。
图3 磁场噪声校准原理框图
a)频率校准点的选择:按使用要求选择频率校准点,一般应包括工作频率范围的
上下限及1Hz、10Hz、100Hz等10n倍频率点。
b)将被校感应式磁传感器探头放置在磁屏蔽系统的工作区中心。
c)被校感应式磁传感器选择电池供电,并按使用要求预热。
d)设置动态信号分析仪的工作参数:选择最小量程,采样率不低于待测频率的10
倍,分析时长不小于待测频率周期的2倍,窗函数选择海宁窗,计量单位选择V/ Hz。
e)用动态信号分析仪测量被校感应式磁传感器输出电压噪声的功率谱密度,记录
动态信号分析仪的示值。
f)按公式(5)计算被校感应式磁传感器磁场噪声的功率谱密度SBx。
SBx=SUx
CBx (5)
式中:
SUx———动态信号分析仪的示值,μV/ Hz。
g)在其他频率点重复d)~f)步骤。
8 校准结果
校准结果应在校准证书(报告)上反映,校准证书(报告)应至少包括以下信息:
a)标题,如“校准证书”;
5
JJF2231—2025
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应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,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。
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
建议复校时间间隔一般不超过12个月。送校单位也可根据实际使用情况自主决定
复校时间间隔。
6
JJF2231—2025
附录A
磁电转换系数校准测量不确定度评定示例
A.1 引言
根据JJF1059.1规定的方法,对10Hz频率点的磁电转换系数校准进行测量不确
定度评定。选择的磁场校准点为1nT,交变磁场复现系统在该点复现磁场的测量不确
定度为0.14% (k=2),交变磁场复现系统工作区的最大干扰磁场不超过0.3pT,交流
电压表在1V (10Hz)挡的最大允许误差为± (0.06%读数+0.03%量程)。
A.2 测量模型
磁电转换系数的测量模型为
CBx=Ux
B0cosθ
各输入量的不确定度之间不相关,磁电转换系数校准的相对标准不确定度为
ucr(CBx)= u2 r(Ux)+u2 r(B0)+u2 r(θ)
A.3 不确定度主要来源
A.3.1 ur(Ux)的来源
a)由被校感应式磁传感器测量重复性引入的不确定度分量ur,1(Ux);
b)由交流电压表引入的不确定度分量ur,2(Ux)。
A.3.2 ur(B0)的来源
a)由交变磁场复现系统引入的不确定度分量ur,1(B0);
b)由工作区干扰磁场引入的不确定度分量ur,2(B0)。
A.3.3 ur(θ)的来源
由磁轴对齐不准引入的不确定度分量ur(θ)。
A.4 标准不确定度分量评定
A.4.1 由电压测量不准引入的不确定度分量ur(Ux)
A.4.1.1 由被校感应式磁传感器测量重复性引入的不确定度分量ur,1(Ux)
磁电转换系数的测量重复性用实验标准偏差表示,重复测量10次,用贝塞尔法计
算实验标准偏差。磁电转换系数重复性测量数据见表A.1。
表A.1 磁电转换系数重复性测量数据
测量序号
输出电压
Ux/V
第1次0.25200
第2次0.25188
第3次0.25213
第4次0.25203
7
JJF2231—2025
表A.1 (续)
测量序号
输出电压
Ux/V
第5次0.25225
第6次0.25220
第7次0.25218
第8次0.25210
第9次0.25193
第10次0.25203
平均值0.25207
单次测量时,由被校感应式磁传感器测量重复性引入的不确定度分量为
ur,1(Ux)=
s(Ux)
Ux
×100% = Σn
i=1(Uxi -Ux)2
n -1
1
Ux ≈0.048%
A.4.1.2 由交流电压表引入的不确定度分量ur,2(Ux)
交流电压测量用的交流电压表经过校准,1 V (10 Hz)挡的最大允许误差为
± (0.06%读数+0.03%量程),按均匀分布考虑,取k= 3,则:
ur.2(Ux)=0.06%Ux+0.03%UFS
3Ux =0.06%×0.25207V+0.03%×1V
3×0.25207V ≈0.104%
A.4.1.3 由电压测量不准引入的不确定度分量ur(Ux)
被校感应式磁传感器的测量重复性和交流电压表作为电压测量不准引入的不确定度
分量,各分量不相关,则电压测量不准引入的不确定度分量为:
ur(Ux)= u2r
,1(Ux)+u2r
,2(Ux)≈0.115%
A.4.2 由标准磁场不准引入的不确定度分量ur(B0)
A.4.2.1 由交变磁场复现系统复现磁场不准引入的不确定度分量ur,1(B0)
交变磁场复现系统复现磁场的相对扩展不确定度为0.14%,k=2,则:
ur,1(B0)=Ur(B0)
2 =0.14%
2 =0.07%
A.4.2.2 由工作区干扰磁场引入的不确定度分量ur,2(B0)
交变磁场复现系统工作区的最大干扰磁场不超过0.3pT,按均匀分布考虑,k= 3,则
ur,2(B0)= δB
3B0×100%= 0.3pT
3×1.0023nT×100%≈0.017%
A.4.2.3 由标准磁场不准引入的不确定度分量ur(B0)
交变磁场复现系统复现磁场和工作区干扰磁场作为标准磁场不准引入的不确定度分
量,各分量不相关,则由工作区干扰磁场引入的不确定度分量:
8
JJF2231—2025
ur(B0)= u2r
,1(B0)+u2r
,2(B0)≈0.072%
A.4.3 由磁轴对齐不准引入的不确定度分量
被校感应式磁传感器探头与交变磁场复现系统的磁轴对齐不准一般不会超过1°,θ
按均匀分布考虑,1-cosθ 服从投影分布,k=10/3,则:
ur(θ)=1-cosθ
10/3 ×100%=1-cos1°
10/3 ×100%≈0.005%
A.5 不确定度分量一览表
不确定度分量一览表见表A.2。
表A.2 磁电转换系数校准的不确定度分量一览表
不确定度分量不确定度来源不确定度分量值
ur(Ux) 交流电压测量不准0.115%
ur(B0) 标准磁场不准0.072%
ur(θ) 磁轴对齐不准0.005%
A.6 相对合成标准不确定度的计算
各不确定度分量间不相关,则磁电转换系数校准的相对合成标准不确定度为:
ucr(CBx)= u2 r(Ux)+u2 r(B0)+u2 r(θ)=0.14%
A.7 相对扩展不确定度的确定
取k=2,磁电转换系数校准的相对扩展不确定度为:
Ur(CBx)=kucr(CBx)≈0.3%
9
JJF2231—2025
附录B
校准原始记录格式
感应式磁传感器校准原始记录
证书编号:××××××-××××
送校仪器信息:
委托单号送校单位
名称制造单位
型号/规格出厂编号
校准环境条件及地点:
温度℃ 地点
相对湿度% 其他
校准所依据的技术文件(代号、名称):
JJF2231—2025感应式磁传感器校准规范
校准所使用的主要测量标准:
名称测量范围
不确定度/
准确度等级
证书编号
证书有效期至
(YYYY-MM-DD)
第 页 共 页
10
JJF2231—2025
感应式磁传感器校准原始记录
证书编号:××××××-××××
校准结果记录
1 磁电转换系数
频率
f/Hz
线圈常数
KB/(μT/A)
电流
I0/mA
标准磁场
B0/nT
输出电压
Ux/V
磁电转换系数
CBx/(V/nT)
扩展不确定度
Ur,k=2
2 磁场噪声
频率
f/Hz
电压噪声
SUx/(μV/ Hz)
磁场噪声
SBx/(fT/ Hz)
扩展不确定度
U/(fT/ Hz),k=2
校准员: 核验员: 校准日期: 年 月 日
第 页 共 页
11
JJF2231—2025
附录C
校准证书内页格式
证书编号:××××××-××××
<校准机构授权说明>
校准结果不确定度的评估和表述均符合JJF1059.1的要求。
校准环境条件及地点:
温度℃ 地点
相对湿度% 其他
校准所依据的技术文件(代号、名称):
JJF2231—2025感应式磁传感器校准规范
校准所使用的主要测量标准:
名 称测量范围
不确定度/
准确度等级
证书编号
证书有效期至
(YYYY-MM-DD)
第 页 共 页
12
JJF2231—2025
证书编号:×××××××-××××
校准结果
1 磁电转换系数
频率
f/Hz
磁电转换系数
CBx/(V/nT)
扩展不确定度
Ur,k=2
2 磁场噪声
频率
f/Hz
磁场噪声
SB/(fT/ Hz)
扩展不确定度
U/(fT/ Hz),k=2
说明:
根 据客户要求和校准文件的规定,通常情况下个月校准一次。
声明:
1. 仅对加盖“××××校准专用章”的完整证书负责。
2. 本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。
校准员: 核验员:
第 页 共 页
13
JJF2231—2025