JJF 2259-2025 磁强计校验装置校准规范

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资源简介

  中华人民共和国国家计量技术规范

JJF2259—2025

磁强计校验装置校准规范

CalibrationSpecificationforMagnetometerVerificationEquipment

2025-06-11发布2025-12-11实施

国家市场监督管理总局 发布

归口单位:全国电磁计量技术委员会

主要起草单位:湖南省计量检测研究院

无锡市计量测试院

长沙天恒测控技术有限公司

参加起草单位:衡阳市计量测试中心

中国测试技术研究院

辽宁省计量科学研究院

本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释

本规范主要起草人:

徐 昱(湖南省计量检测研究院)

陈桂英(湖南省计量检测研究院)

严海东(无锡市计量测试院)

周新华(长沙天恒测控技术有限公司)

参加起草人:

杨小红(衡阳市计量测试中心)

李 龙(中国测试技术研究院)

梁国鼎(辽宁省计量科学研究院)

目 录

引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)

1 范围…………………………………………………………………………………… (1)

2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)

3 概述…………………………………………………………………………………… (1)

4 计量特性……………………………………………………………………………… (3)

4.1 零磁场腔磁通密度………………………………………………………………… (3)

4.2 励磁电流…………………………………………………………………………… (3)

4.3 磁场线圈常数KB ………………………………………………………………… (3)

4.4 磁场发生器的均匀度……………………………………………………………… (3)

4.5 零位漂移…………………………………………………………………………… (3)

4.6 磁通密度…………………………………………………………………………… (3)

5 校准条件……………………………………………………………………………… (4)

5.1 环境条件…………………………………………………………………………… (4)

5.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (4)

6 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (4)

6.1 校准项目…………………………………………………………………………… (4)

6.2 校准方法…………………………………………………………………………… (5)

7 校准结果表达………………………………………………………………………… (10)

8 复校时间间隔………………………………………………………………………… (10)

附录A 磁场均匀度测量不确定度评定……………………………………………… (11)

附录B 校准原始记录格式…………………………………………………………… (16)

附录C 校准证书内页格式…………………………………………………………… (19)

引 言

JJF1001—2011 《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写

规则》和JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范编制工作

的基础性系列规范。

本规范为首次发布。

1 范围

本规范适用于1mT~2.5T直流磁场磁强计校验装置的校准。

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)

JJF1597—2016 直流稳定电源校准规范

JJF1832—2020 (1mT~2.5T)磁强计校准规范

JJF1906—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 概述

直流磁场磁强计校验装置(以下简称校验装置)由零磁场腔、磁场发生器、探头位

置调节装置、标准磁强计等组成。用于直流磁场磁强计的校准。

励磁电源、磁场线圈、直流电流表组成的磁场发生器可产生1mT~100mT 的磁

场。磁场线圈一般可采用亥姆霍兹线圈、螺线管。磁场的磁通密度值可由标准磁强计测

得,亦可由励磁电源的电流值与磁场线圈常数计算得到。亥姆霍兹线圈磁场发生器的原

理如图1所示,螺线管线圈磁场发生器的原理如图2所示。

励磁电源、电磁铁、直流电流表组成的磁场发生器可产生10mT~2.5T 的磁场。

磁场的磁通密度由标准磁强计测得,原理图如图3所示。

零磁场腔用于校准磁强计的零位,原理如图4所示。

1

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图1 亥姆霍兹线圈磁场发生器原理图

图2 螺线管线圈磁场发生器原理图

2

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图3 电磁铁磁场发生器原理图

图4 零磁场腔校准磁强计的零位原理图

4 计量特性

4.1 零磁场腔磁通密度

零磁场腔内的磁通密度不大于1μT。

4.2 励磁电流

电流范围:1mA~30A,最大允许误差:± (0.01%~0.05%)。

励磁电流在5min内的短期稳定度:0.001%~0.01%。

4.3 磁场线圈常数KB

最大允许误差:± (0.01%~0.1%)。

4.4 磁场发生器的均匀度

在给定的磁场均匀区内的磁场均匀度:0.01%~0.1%。

4.5 零位漂移

标准磁强计的零位漂移一般不超过其最大允许误差的1/3。

4.6 磁通密度

标准磁强计的测量范围:10mT~2.5T,最大允许误差:± (0.01%~0.1%)。

3

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注:以上指标不用于合格性判别,仅供参考。

5 校准条件

5.1 环境条件

a)环境温度:(20±2)℃;

b)相对湿度:≤80%;

c)供电电源:(220±22)V,(50±1)Hz;

d)周围无明显影响测量的电磁干扰和机械振动。

5.2 测量标准及其他设备

标准器须经过高一级计量标准的检定(或校准),其合成标准不确定度不超过校验

装置对应参数最大允许误差的1/3。

5.2.1 磁通门磁强计

0.1μT~10μT的最大允许误差的绝对值不超过0.1μT。零点偏移不超过被校零

磁场腔内磁通密度的1/10。

5.2.2 标准电流表

最大允许误差优于校验装置励磁电流最大允许误差的1/3。

5.2.3 参考磁强计

最大允许误差优于被校磁场线圈最大允许误差的1/3。

5.2.4 精密恒流源

可输出磁场线圈校准点所需的工作电流,5min内的短期稳定度应优于被校磁场线

圈常数最大允许误差的1/5,最大允许误差优于被校磁场线圈常数最大允许误差的1/5。

5.2.5 数字电压表

最大允许误差优于校验装置励磁电流最大允许误差的1/5。

5.2.6 电流电压转换器

最大允许误差优于校验装置励磁电流最大允许误差的1/5。

6 校准项目和校准方法

6.1 校准项目

校准项目见表1。

表1 校准项目一览表

序号校准项目校准方法条款

1 零磁场腔磁通密度6.2.2

2 励磁电流6.2.3

3 励磁电流稳定度6.2.4

4 磁场线圈常数6.2.5

5 磁场均匀度6.2.6

4

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表1 (续)

序号校准项目校准方法条款

6 零位漂移6.2.7

7 磁通密度6.2.8

6.2 校准方法

6.2.1 校准前的准备

6.2.1.1 外观检查

目测或手动操作,检查校验装置是否符合以下要求:

a)外形结构完好,无影响正常工作的机械损伤;

b)外露部件(面板、按钮、接线端子等)无松动;

c)产品名称、制造厂家、仪器型号和出厂编号等均有明确标记;

d)具备探头位置调节装置。

6.2.1.2 通电检查和预热

a)通电后,所有开关、旋钮及按键应灵活可靠;

b)各指示灯工作正常,数值显示清晰,无影响示值的缺陷;

c)各测量功能、量程切换正常,测量软件能正常使用;

d)校验装置和测量标准均需充分预热。

6.2.2 零磁场腔磁通密度

零磁场腔磁通密度校准接线图如图5所示。

图5 零磁场腔磁通密度校准接线图

将磁通门磁强计按使用说明进行预热。设置磁通门磁强计量程至最低量程挡并进行

清零,将探头置于零磁场腔的工作区内,磁通门磁强计的读数BN 即为零磁场腔的磁通

密度B0。

6.2.3 励磁电流

励磁电流校准接线图如图6所示。

5

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图6 励磁电流校准接线图

根据需要,在励磁电流源的输出范围内选取不少于5个校准点。

将校验装置的励磁电流源输出端与磁场线圈或电磁铁、直流标准电流表串联,调节

校验装置的电流输出,记录校验装置的励磁电流示值IX 以及直流标准电流表的示

值IN。

亦可将电流源串联电流电压转换器,用标准电压表测量电流电压转换器的输出电

压,由欧姆定律得到电流实际值。

校验装置的励磁电流示值绝对误差按公式(1)计算。

ΔI=IX-IN (1)

式中:

ΔI———校验装置的励磁电流示值绝对误差,A;

IX———校验装置励磁电流的示值,A;

IN———直流标准电流表的示值,A。

校验装置的励磁电流示值相对误差按公式(2)计算。

γI=

IX -IN

IN

×100% (2)

式中:

γI———校验装置的励磁电流示值相对误差。

6.2.4 励磁电流稳定度

校准接线图如图5所示。

选取电流源每个量程的满量程值为校准点。设置励磁电流的输出,保持输出电流不

变。依据JJF1597的相应条款,测量5min内励磁电流的稳定度。

6.2.5 磁场线圈常数

磁场线圈一般可采用亥姆霍兹线圈、螺线管。

亥姆霍兹线圈的线圈常数校准接线图如图7所示。

螺线管的线圈常数校准接线图如图8所示。

磁场线圈的线圈常数校准也可依据JJF1906的相应条款进行。

6

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图7 亥姆霍兹线圈的线圈常数校准接线图

图8 螺线管的线圈常数校准接线图

校准步骤如下:

a)选用满足要求的精密恒流源对磁场线圈进行励磁。校准点一般选择磁场线圈最

大磁场的50%以上;

b)将被校磁场线圈的磁轴垂直地磁场的方向放置,参考磁强计探头放置在被校磁

场线圈磁场均匀区中心;

c)根据磁场校准点设置精密恒流源的输出电流I+ ,记录输出电流值;调整参考磁

强计的探头方向,使其示值最大,记录示值B + ;

d)将精密恒流源的输出电流反向,记录输出电流I- 和参考磁强计的示值B - 。

磁场线圈的线圈常数按公式(3)计算。

(KB)N = B+-BI+-

I- (3)

式中:

(KB)N———被校磁场线圈的线圈常数实际值,T/A;

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I+ ———精密恒流源的正向输出电流,A;

I- ———精密恒流源的反向输出电流,A;

B + ———输出正向电流时,参考磁强计的示值,T;

B - ———输出反向电流时,参考磁强计的示值,T。

被校磁场线圈的线圈常数的示值绝对误差按公式(4)计算。

ΔK =(KB)X - (KB)N (4)

式中:

ΔK ———被校磁场线圈的线圈常数的示值绝对误差,T/A;

(KB)X———被校磁场线圈的线圈常数标称值,T/A。

(KB)N———被校磁场线圈的线圈常数标称值,T/A。

被校磁场线圈的线圈常数的示值相对误差按公式(5)计算。

γK = ΔK (KB)N

×100% (5)

式中:

γK———被校磁场线圈的线圈常数的示值相对误差。

6.2.6 磁场均匀度

6.2.6.1 测量位置的选取

a)对于亥姆霍兹线圈,在给定的磁场均匀区内,按图9所示,测量不少于7个点

的磁通密度值;包括:线圈的中心(点O)、磁轴与磁场均匀区边沿的2个交点(点1、

点2)、与磁轴正交且经过线圈中心的两条正交线与磁场均匀区边沿的4个交点(点3、

点4、点5、点6)。

图9 亥姆霍兹线圈的磁场均匀区测量点

b)对于螺线管线圈,在给定的磁场均匀区内,按图10所示,测量磁轴与磁场均匀

区边沿的两个交点之间均匀分布的5个点(点1、点2、O、点3、点4)的磁通密度值。

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图10 螺线管线圈的磁场均匀区测量点

c)对于电磁铁,在给定的磁场均匀区内,按图11所示,测量电磁铁两个极面间隙

的中心(点O)、以O 点为圆心、半径为R 的圆形平面上均匀分布的4个点(点1、

点2、点3、点4)的磁通密度值。

图11 电磁铁的磁场均匀区测量点

6.2.6.2 校准步骤

a)一般选择最大磁场的50%以上的校准点;

b)调节探头位置调节装置,确定每个测量点的位置;

c)使用参考磁强计测量每个点的磁通密度值Bi。

每个测量点的磁通密度与中心点的相对差值按公式(6)计算:

δi =

Bi -B0

B0

×100% (6)

式中:

δi———被校磁场发生器的第i 点磁通密度与中心点的相对差值;

Bi———被校磁场发生器的第i 点的磁通密度,T;

B0———被校磁场发生器的中心点的磁通密度,T。

取δi 的最大值作为磁场发生器的均匀度。

磁场线圈、电磁铁磁场的均匀度一般只进行首次校准,后续可不再进行。

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磁场线圈的均匀度校准也可依据JJF1906的相应条款进行。

6.2.7 零位漂移

磁强计校验装置中标准磁强计的零位漂移依据JJF1832的相应条款进行校准。

6.2.8 磁通密度

磁强计校验装置中标准磁强计的磁通密度依据JJF1832的相应条款进行校准。

7 校准结果表达

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”;

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。

8 复校时间间隔

建议复校时间间隔为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。

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附录A

磁场均匀度测量不确定度评定

A.1 测量方法

将磁强计探头放置于电磁铁均匀区的每个测量点,测量电磁铁磁场的磁通密度。选

取各测量点的磁通密度值与中心点的相对差值的最大值,为该区域的磁场均匀度。步骤

如下:

a)设置电流源输出为带电磁铁负载状态;

b)调节电流使之输出1T的磁场,将探头放置在电磁铁均匀区的极面间隙中心位

置,待稳定后,记录恒定电流下的磁通密度值;

c)调节探头到相应的测量位置,待稳定后,记录恒定电流下的磁通密度值。

A.2 测量模型

每个测量点的磁通密度与中心点的相对差值为式(A.1):

δi = Bi -B0

B0

×100% = Bi

B0

-1 ×100% (A.1)

式中:

δi———被校磁场发生器的第i 点磁通密度与中心点的相对差值;

Bi———被校磁场发生器的第i 点的磁通密度,T;

B0———被校磁场发生器的中心点的磁通密度,T。

取δi 的最大值作为磁场发生器的均匀度。

则灵敏系数为:

c(B0)=?f

?B0

Bi

B02

c(Bi)=?f

?Bi

=± 1 B0

A.3 标准不确定度来源

A.3.1 电磁铁磁场均匀度的不确定度来源如下

A.3.1.1 中心点O 处磁通密度测量引入的标准不确定度uc1

a)测量重复性引入的标准不确定度u1;

b)标准磁强计引入的标准不确定度u1(B);

c)精密恒流源稳定度引入的标准不确定度u1(I);

d)探头位置偏移引入的标准不确定度u1(δBx)。

A.3.1.2 测量点i 处磁通密度测量引入的标准不确定度uc2

a)测量重复性引入的标准不确定度u2;

b)标准磁强计引入的标准不确定度u2(B);

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c)精密恒流源稳定度引入的标准不确定度u2(I);

d)探头位置偏移引入的标准不确定度u2(δBx)。

A.4 标准不确定度的评定

A.4.1 中心点O 处磁通密度测量引入的标准不确定度uc1

A.4.1.1 测量重复性引入的标准不确定度u1

调节精密恒流源的电流,使得输出的磁通密度为1T,通过精密磁强计探头寻找在

中心点O 处的最大磁通密度值,并重复测量10组数据,见表A.1。

表A.1 中心点O 处10次重复测量的磁通密度值

序号Bi/T

1 1.01124

2 1.01123

3 1.01123

4 1.01124

5 1.01123

6 1.01123

7 1.01124

8 1.01124

9 1.01124

10 1.01123

平均值1.011235

根据贝塞尔公式,单次测量值的实验标准偏差为:

S1(Bn)= Σ10

i=1(Bi -B)2

10-1 =0.0053mT

u1=0.0053mT

A.4.1.2 标准磁强计引入的标准不确定度u1(B)

由标准磁强计的技术指标,给出的最大允许误差为±5×10-6,测量磁场点的磁通

密度值为1T,此区间内认为服从均匀分布,包含因子k= 3,则标准磁强计引入的标

准不确定度为:

u1(B)=5×10-6 ×1000mT

3 ≈0.0029mT

A.4.1.3 精密恒流源稳定度引入的标准不确定度u1(I)

精密恒流源经过校准,带电磁铁负载电流的稳定度最大值为±0.002%,此区间内

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认为服从均匀分布,包含因子k= 3,则输出的磁通密度值为1T时,精密恒流源稳定

度引入的标准不确定度为:

u1(I)=2×10-5 ×1000mT

3 ≈0.0115mT

A.4.1.4 探头位置偏移引入的标准不确定度u1(δBx)

根据厂家说明书提供的参数,探头位置调节引入的不确定度的相对值为0.002%,

则在1T 点的值为0.02mT,此区间内认为服从均匀分布,包含因子k= 3,则探头位

置偏移引入的标准不确定为:

u1(δBx)=0.02mT

3 ≈0.0115mT

A.4.2 测量点i 处磁通密度测量引入的标准不确定度uc2

A.4.2.1 测量重复性引入的标准不确定度u2

调节精密恒流源的电流,使得输出的磁通密度为1T,通过精密磁强计探头寻找在

测量点2处的最大磁通密度值,并重复测量10组数据,见表A.2。

表A.2 测量点i 处10次重复测量磁通密度值

序号Bi/T

1 1.01126

2 1.01126

3 1.01127

4 1.01126

5 1.01126

6 1.01126

7 1.01126

8 1.01126

9 1.01125

10 1.01126

平均值1.01126

根据贝塞尔公式,单次测量的实验标准偏差为:

S2(Bn)= Σ10

i=1(Bi -B)2

10-1 ≈0.0047mT

则u2=0.0047mT

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A.4.2.2 标准磁强计引入的标准不确定度u2(B)

由标准磁强计的技术指标,给出的最大允许误差为±5×10-6,测量磁场点的磁通

密度值为1T,此区间内认为服从均匀分布,包含因子k= 3,则标准磁强计引入的标

准不确定度为:

u2(B)=5×10-6 ×1000mT

3 ≈0.0029mT

A.4.2.3 精密恒流源稳定度引入的标准不确定度u2(I)

精密恒流源经过校准,带电磁铁负载电流的稳定度最大值为±0.002%,此区间认

为服从均匀分布,包含因子k= 3,则输出的磁通密度值为1T时,精密恒流源稳定度

引入的标准不确定度为:

u2(I)=2×10-5 ×1000mT

3 ≈0.0115mT

A.4.2.4 探头位置偏移引入的标准不确定度u2(δBx)

根据厂家说明书提供的参数,探头位置调节引入的不确定度的相对值为0.002%,

则在1T点的值为0.02mT,此区间内认为服从均匀分布,包含因子k= 3,探头位置

偏移引入的标准不确定为:

u2(δBx)=0.02mT

3 ≈0.0115mT

A.5 合成标准不确定度

不确定度分量见表A.3。

表A.3 电磁铁均匀度不确定度分量一览表

不确定度

分量

不确定度来源

评定

方法

概率分布

类型

灵敏系数

|ci|

标准不确定

度ui

mT

不确定度

分量

|ci|u(xi)

磁通密度测量

引入的标准

不确定度

u1 测量重复性A 正态分布

u1(B) 标准磁强计B 均匀分布

u1(I) 精密恒流源稳定度B 均匀分布

u1(δBx) 探头位置偏移B 均匀分布

-0.9889T-1

0.0053 5.2×10-6

0.0029 2.9×10-6

0.0115 1.1×10-5

0.0115 1.1×10-5

1.67×10-5

u2 测量重复性A 正态分布

u2(B) 标准磁强计B 均匀分布

u2(I) 精密恒流源稳定度B 均匀分布

u2(δBx) 探头位置偏移B 均匀分布

0.9889T-1

0.0047 4.6×10-6

0.0029 2.9×10-6

0.0115 1.1×10-5

0.0115 1.1×10-5

1.65×10-5

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由于中心点O 处磁通密度测量引入的标准不确定度uc1与测量点i 处磁通密度测量

引入的标准不确定度uc2之间强正相关,则合成标准不确定度为:

uc(δi)=uc1 +uc2 ≈3.4×10-5

A.6 扩展不确定度

取包含因子k=2,则扩展不确定度为

U(δi)=kuc(δi)=7×10-5,k =2

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附录B

校准原始记录格式

磁强计校验装置校准原始记录

第 页 共 页

委托单位: 委托单位地址:

器具名称: 型号规格:

制造单位: 出厂编号:

证书编号: 校准依据:

校准地点及其环境条件

地点:

温度: ℃ 相对湿度: % 其他:

校准所使用的主要计量标准:

名称型号/规格出厂编号证书编号

不确定度/准

确度等级/最

大允许误差

有效期

1. 外观及通电检查

2. 零磁场腔磁通密度

实测值/μT

3. 励磁电流

量程示值/A 实测值/A 示值误差/A 扩展不确定度(k=2)

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磁强计校验装置校准原始记录

第 页 共 页

4.5min内的励磁电流稳定度(带不同负载)

量程Imax/A Imin/A 稳定度/%

5. 磁场线圈常数

磁场线圈常数标称值磁场线圈常数实际值扩展不确定度(k=2)

6. 磁场线圈均匀度

测量点磁通密度值/mT 与中心点的相对差值均匀度

7. 电磁铁均匀度

测量点磁通密度值/mT 与中心点的相对差值均匀度

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磁强计校验装置校准原始记录

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8. 零位漂移

被测量Bmin Bmax

测量结果/mT

零位漂移值/mT

扩展不确定度(k=2)

9. 磁通密度

量程挡/mT 示值/mT 实际值/mT 示值误差/mT 扩展不确定度(k=2)

校准人员: 核验人员: 校准日期: 年 月 日

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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):

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

19

JJF2259—2025

证书编号××××××-××××

校准结果

1. 零磁场腔磁通密度

实测值/μT

2. 励磁电流

量程示值/A 实测值/A 示值误差/A 扩展不确定度

U (k=2)

3.5min内的励磁电流稳定度(带不同负载)

量程Imax/A Imin/A 稳定度/%

4. 磁场线圈常数

磁场线圈常数标称值磁场线圈常数实际值扩展不确定度U (k=2)

5. 磁场均匀度(磁场线圈)

测试点磁通密度/mT 与中心点的相对差值均匀度

第×页 共×页

20

JJF2259—2025

证书编号××××××—××××

校准结果

6. 磁场均匀度(电磁铁)

测试点磁通密度/mT 与中心点的相对误差均匀度

7. 零位漂移

时间Bmin Bmax

测量结果/mT

零位漂移值/mT

扩展不确定度(k=2)

8. 磁通密度

量程挡/mT 示值/mT 实际值/mT 示值误差/mT 扩展不确定度/mT

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

21

JJF2259—2025

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