面向能量天平同步測量的磁鏈差測量方法研究

錢璐帥, 李正坤, 白 洋, 許金鑫, 趙 偉, 張鐘華

(1. 清華大學 電機工程與應用電子技術系, 北京 100084；2. 中國計量科學研究院, 北京 100029； 3. 國家市場監管總局電學量子重點實驗室, 北京 100029；4. 中國計量大學, 浙江 杭州 310018)

1 引 言

質量單位千克是國際單位制中7個基本單位之一,于2019年5月20日啟用了基于普朗克常數的量子化新定義[1, 2]。此后,千克將通過硅球法[3, 4]、功率天平法[5]、能量天平法[6]等進行復現和量傳。其中,能量天平法是張鐘華等提出的千克量子化定義復現方法,其由2個測量模式組成,分別為：稱重模式和磁鏈差測量模式[7]。按傳統方法實施測量時,上述2個測量模式是交替執行的,因此懸掛線圈在不同測量模式下所交鏈的磁通量差異,將引入測量不確定度[8]。針對上述問題,本文作者提出了一種能量天平同步測量方法[9],具體是將原分時測量的稱重模式和磁鏈差測量模式合二為一,以保證懸掛線圈在不同測量模式下所交鏈的磁通量完全一致,從而抑制上述提及的測量不確定度影響。與傳統測量方法相比,單次磁鏈差測量在同步測量過程中消耗的時間會顯著增長。磁鏈差測量的核心,是對線圈感應電壓的時間積分進行測量。原有的磁鏈差測量方法是基于數字積分原理的,具體是利用美國NI公司生產的PXI-5922型數據采集卡測得瞬時感應電壓,然后乘以積分時間,以得到近似的磁鏈差值[10]。研究發現,PXI-5922的核心工作器件是Σ-Δ型模數轉換器(analog to digital converter, ADC),其應用于磁鏈差測量時存在如下2方面問題：