JJF 1516-2015 非铁磁金属电导率样(标)块校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 1 62 0 1 5非铁磁金属电导率样(标)块校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yS t a n d a r d so fN o n f e r r o u sM e t a l s 2 0 1 5-0 2-0 9发布2 0 1 5-0 5-0 9实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布非铁磁金属电导率样(标)块校准规范C a l i b r a t i o nS p e
2、c i f i c a t i o nf o rE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yS t a n d a r d so fN o n f e r r o u sM e t a l sJ J F1 5 1 62 0 1 5 归 口 单 位:全国电磁计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:北京长城计量测试技术研究所北京东方计量测试研究所 本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释J J F1 5 1 62 0 1 5本规范主要起草人:郑联英(中国计量科学研究院)刘 钺(中国计量科学研究院)赵洪刚(中国计量科学研究院)参加起草人
3、:欧阳普忠(北京长城计量测试技术研究所)潘 攀(北京东方计量测试研究所)J J F1 5 1 62 0 1 5目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 国际退火铜标准(I A C S)(1)4 概述(2)5 计量特性(2)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)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 校准前检查(3)7.2 校准原理(3)7.3 校准方法(4)8 校准结果表达(6)9 复校时间间隔(7)附录A 测量不确定度评定示例(8)附录B 非铁磁金属电导率基准样块直流定值系统(1 2)附录C 校准原始记录格式(1 4)附录D
4、校准证书内页格式(1 6)J J F1 5 1 62 0 1 5引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示编制。本规范参照以下国际标准相关规定:A S TMB 1 9 3导电材料电阻率测量方法(S t a n d a r dT e s tM e t h o df o rR e s i s t i v i t yo fE l e c t r i c a lC o n d u c t o rM a t e r i a l s)A S TM E1 0 0 4-0 9涡流法测定材料电导率 S t
5、 a n d a r dT e s tM e t h o df o rD e t e r m i n i n gE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yU s i n gt h eE l e c t r o m a g n e t i c(E d d y-C u r r e n t)M e t h o dE N2 0 0 4-7 航空航天系列测试方法之铝及铝合金产品 第7部分:铝及铝合金电导率测量设备校准用标准样块(A e r o s p a c es e r i e st e s tm e t h o df o ra l u m i n u ma
6、n da l u m i-n u ma l l o yp r o d u c t sP a r t 7:R e f e r e n c eb l o c k s f o r t h ec a l i b r a t i o no fm e a s u r i n ge q u i p m e n tu s e d i nt h ed e t e r m i n a t i o no fe l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t yo fw r o u g h ta l u m i n u ma n da l u m i n u ma l l o y s)
7、本规范为首次发布。J J F1 5 1 62 0 1 5非铁磁金属电导率样(标)块校准规范1 范围本规范适用于校准非铁磁金属(合金)电导率样(标)块(以下简称样块),校准的电导率范围为0.5%I A C S1 0 1%I A C S或者0.3M S/m5 8.6M S/m。2 引用文件本规范引用了下列文件:A S TM E 1 0 0 4-0 9 涡 流 法 测 定 材 料 电 导 率 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o rD e t e r m i n i n gE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yU
8、 s i n g t h eE l e c t r o m a g n e t i c(E d d y-C u r r e n t)M e t h o dA S TMB 1 9 3-0 2(R e a p p r o v e d2 0 0 8)导电材料电阻率测量方法(S t a n d a r dT e s tM e t h o df o rR e s i s t i v i t yo fE l e c t r i c a lC o n d u c t o rM a t e r i a l s)E N2 0 0 4-7 航空航天系列测试方法之铝及铝合金产品 第7部分:铝及铝合金电导率测量设备校
9、准用标准样块(A e r o s p a c es e r i e st e s tm e t h o df o ra l u m i n u ma n da l u m i-n u ma l l o yp r o d u c t sP a r t 7:R e f e r e n c eb l o c k s f o r t h ec a l i b r a t i o no fm e a s u r i n ge q u i p m e n tu s e d i nt h ed e t e r m i n a t i o no fe l e c t r i c a l c o n d u c
10、 t i v i t yo fw r o u g h ta l u m i n u ma n da l u m i n u ma l l o y s)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;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3.1 国际退火铜标准(I A C S)在温度为2 0时,当均匀横截面S为1mm2,长度为1m的铜线具有的电阻R为(1/5 8)时,规定为1 0 0%I A C S,计算公式如式(1):=1=1S1R(1)式中:电导率,S/m;电阻率,m;S 铜线横截面,mm2;R 电阻,。因此根据定义1 0 0%I A C S
11、=1m1mm21(1/5 8)=5 8m/(mm2)=5 8M S/m则 1M S/m=1 0 05 8%I A C S1.7 2 41 3%I A C S1J J F1 5 1 62 0 1 54 概述电导率样块,广泛应用于航空航天、冶金、机械及电子等工业部门,选用非铁磁金属材料,例如铜、铝、钛以及它们与其他非铁磁材料的合金,主要用于校准低级样块及校准涡流电导率设备。样块一般为圆形与方形,如图1,几何尺寸应不小于3 0mm3 0mm或3 0mm,厚度不小于5mm。图1 非铁磁金属电导率样块形状电导率样块通常分为基准样块、二级样块及工作样块。基准样块是由国家标准实验室或经过认证的实验室保存,溯
12、源至电学基本量,用于相应的二级样块校准。二级样块是由国家实验室或经过认证的实验室根据基准样块校准过的,用于工作样块的校准。工作样块是经校准过的涡流电导率设备校准的,用于日常电导率仪的测量。5 计量特性非铁磁金属电导率样(标)块电导率计量特性见表1。表1 非铁磁金属电导率样(标)块电导率计量特性样块等级标称范围标称值不确定度基准样块(0.5%I A C S1 0 1%I A C S)0.0 5%二级样块大于1 0 0%I A C S0.5 0%I A C S3 5%I A C S1 0 0%I A C S0.3 5%I A C S1%I A C S3 5%I A C S1.0%小于1%I A C
13、 S2.0%工作样块大于1 0 0%I A C S1.0 0%I A C S3 5%I A C S1 0 0%I A C S0.7 0%I A C S1%I A C S3 5%I A C S2.0%小于1%I A C S4.0%2J J F1 5 1 62 0 1 56 校准条件6.1 环境条件a)环境温度:1 82 2;b)相对湿度:3 0%7 5%;c)校准系统周围无明显电磁场干扰。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 标准样块a)低端曲线拟合时,电导率值小于或等于2 4%I A C S的低值标准样块不少于5块;b)高端曲线拟合时,电导率值大于或等于2 4%I A C S的高值标准样块不少
14、于9块。6.2.2 油槽油槽控温精度2 00.0 5,工作介质为性能稳定的绝缘油。6.2.3 阻抗电桥a)电阻测量范围:11k,频率范围:1 0k H z 5 0 0k H z;b)电桥不确定度优于0.0 5%。6.2.4 测量探头a)线圈平均直径6mm;b)频率为1k H z时,在空气(油中)的电感量约为2mH,电阻范围为2 02 5。6.2.5 涡流电导率仪a)测量不确定度小于0.5%,分辨率优于0.0 1%I A C S;b)重复性优于0.3%I A C S或者0.1 7 M S/m,3 0m i n内稳定性优于0.3%I A C S或者0.1 7M S/m。7 校准项目和校准方法7.1
15、 校准前检查7.1.1 样块外观完好,无机械损伤,测量平面清洁,无划痕,无非导电膜层及氧化层。7.1.2 样块具有清晰标记,如型号、编号、制造厂及电导率标称值等。7.2 校准原理7.2.1 曲线拟合法样块形状与测量频率确定后,放置样块上的探头测得的阻抗与样块电导率相关,因此可通过测得的阻抗与样块的电导率进行曲线拟合。测量原理:探头线圈由阻抗电桥提供频率为6 0k H z 5 0 0k H z的激励源,通过线圈产生高频交变磁场并作用于样块上,在样块内产生感应涡流且正比于频率与电导率的乘积,涡流所产生磁场又作用于探头线圈,改变其阻抗(电阻),探头线圈阻抗变化与样块电导率有关,测量结果依据最小二乘法
16、由式(2)得到:l n=A0+A1R+A2(R)2+A3(R)3(2)3J J F1 5 1 62 0 1 5 式中:样块电导率,%I A C S(与S/m换算关系见3);A0 曲线常数项;A1 一次项系数;A2 二次项系数;A3 三次项系数;R 探头线圈电阻变化量,。曲线拟合法测量装置由测量探头、阻抗电桥、油槽及计算机等组成,系统框图见图2。图2 曲线拟合法测量框图曲线在不同范围内斜率变化不同,因此将整个测量量程分成两段,即0.5%I A C S2 4%I A C S与2 4%I A C S1 0 1%I A C S。7.2.2 插值法插值法仅用于工作样块校准,选择2块二级样块,其电导率值范
17、围包含被校样块电导率值且数值尽量接近。校准时利用涡流电导率仪对二级样块依次测量后再对被校样块进行测量,测量结果可由式(3)计算得到:x=s 1+s 2-s 1c 2-c 10-c 1()(3)式中:x 被校样块的电导率校准结果,I A C S;s 1 低端基准样块电导率标称值,I A C S;s 2 高端基准样块电导率标称值,I A C S;0 涡流电导率测量设备测定的被校样块电导率值,I A C S;c 1 涡流电导率测量设备测定的低端二级样块电导率值,I A C S;c 2 涡流电导率测量设备测定的高端二级样块电导率值,I A C S。7.3 校准方法7.3.1 曲线拟合法7.3.1.1
18、系统自校准a)开启油槽,调整温度,使油槽温度稳定在2 00.0 5。b)将自校用基准样块(不少于1 3块,其中电导率范围为0.5%I A C S2 4%I A C S时选用低值不少于5块样块,电导率范围为2 4%I A C S1 0 1%I A C S时选用高值不少于9块样块)(定值方法见附录B)及测量探头置于油槽中(被校样块同时放入),恒温至少3 0m i n。c)设置阻抗电桥工作方式为串行方式电阻测量功能,电导率范围为0.5%I A C S2 4%I A C S时频率设置为1 5 0k H z(或其他频率);电导率范围为2 4%I A C S1 0 1%I A C S4J J F1 5 1
19、 62 0 1 5时频率设置为6 0k H z(或其他频率)。d)测定探头零位电阻R0(油槽中探头线圈不放在样块上时阻抗电桥测得的电阻)。e)将第1块样块轻放在托盘上,将探头轻放在样块正面中心部位,读取阻抗电桥测定的探头线圈的电阻测量值R1 1(第一块基准样块正面电阻)。f)完成R1 1测定后将基准样块翻面,重复d),读取阻抗电桥测定的探头线圈在基准样块反面上的视在电阻R1 2。g)完成第1块样块测量后,将其从托盘挪回原来位置,选择第2块样块轻放在托盘上,重复e)、f)可由阻抗电桥测量探头线圈在其余基准样块正反面上的视在电阻R2 1,R2 2,Ri1,Ri2(i5或9),并计算其平均值R1=R
20、1 1+R1 22,Ri=Ri1+Ri22,以及探头线圈电阻变化量R1=(R1-R0),R2=(R2-R0),Ri=(Ri-R0)。h)利用探头线圈电阻变化量R1,Ri及样块的电导率的相关性进行3次方曲线拟合,依据式(2)得到多项式各系数,并计算出各基准样块交流传递所得的电导率值及其与标准值(直流定值)的差值,根据各个差值可得曲线拟合的标准偏差,至此装置自校准结束,得到的曲线示例见图3。(a)高端曲线拟合结果(b)低端曲线拟合结果图3 曲线示例5J J F1 5 1 62 0 1 5i)检查校准曲线的不确定度若拟合标准偏差0.0 8%I A C S(低端曲线拟合标准偏差0.0 5%I A C
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