发挥计量技术优势 助力磁性材料及相关产业发展

国家计量院磁性测量室，同时作为国家磁性材料质量监督检验中心，承担着我国磁性材料领域量值传递和质量监督的任务，保存并维护有永磁材料、直流软磁材料、交流软磁材料、电工钢片、弱磁材料等5种材料的国家计量标准。在国际上，仅有美国、德国、英国、意大利等少数主要国家计量院建有学科门类齐全的磁性测量实验室。然而，中国是世界上*大的磁性材料生产和消费国家，磁性材料产量占全球比例高达70%以上，因此在我国开展磁性计量工作具有格外重要的意义。

磁性材料的生产、应用和磁性测量具有互为依存的关系，磁性材料性能的提高要求并依赖于磁性计量技术的进步。20世纪70年代以前，我国磁性材料工业所用测量仪器主要来自前苏联和自行研制的手动设备，测量速度慢、测量准确度低、人工因素影响大、量值统一难度大。20世纪80年代初，国家计量院投入大量人力和物力，开展新的磁性计量技术研究，在长达20年的科研过程中，通过攻克硅钢片测量次级波形保持正弦、自动测量模拟冲击法等一批技术难关，独立研究出一系列磁性测量技术，建立起5项具有自主知识产权的国家计量标准装置，使我国不仅摆脱了对

前苏联相关技术的依赖和束缚，更迈入磁性计量技术国际先进水平的行列。现在，国家计量院是世界上**的依靠自身研发能力建立磁性计量标准的国家计量院。

计量服务于国民经济、服务于重点产业始终是国家计量院的科研方向和轨迹。面对国家经济建设和国际竞争的发展形势，磁性材料产业对计量的需求不仅体现在国家计量标准的层面，更在于企业自身测量技术和计量能力的提升。磁性测量室在不断提升国家磁性计量标准能力的同时，注重把提高我国磁性材料工业整体的计量水平作为工作重点。在我国磁性材料产业起步和高速发展的30年里，通过把建立磁性计量标准的经验和技术优势转化为实验室通用技术，国家计量院帮助我国磁性材料产业建立起近千个专业的工业磁性计量实验室，累计为国家节省仪器购置外汇超过4亿美元。现在，我国磁性材料产业不仅实现了全国范围内的量值统一，而且企业自身的磁性计量能力也达到了国际先进水平。

进入2000年，我国磁性材料产业迈入了**的发展阶段，磁性材料的应用深度和范围不断得到扩展。磁性测量技术的需求开始由生产环节逐渐转向应用领域。国家计量院的磁性计量技术服务逐渐延伸到医疗、汽车、钢铁、能源、信息技术等磁性材料应用领域，着力解决这些领域存在的磁性测量技术方面的共性难题。这些技术服务不仅面向中国企业，而且也包括通用电器、西门子、阿海珐、日立等国际知名公司。以下是一些具有代表性的技术案例。

在医疗领域，核磁共振成像仪(MRI)每台使用超过3吨的稀土永磁体。为获得理想的成像准确度，MRI对永磁体的磁通均匀性要求*其严格，每块尺寸为50mm×50mm×50mm的成品磁体都需经过精确测量。2000年以前，国家永磁计量标准和进口永磁测量仪都只能测量直径低于20mm的稀土永磁体，这些仪器一方面不具备将大块成品磁体退磁的励磁电源；另一方面磁场均匀区等一系列IEC60404-5所规定的技术要求都不能满足。磁性测量实验室了解到这一情况后，立即组织力量科研攻关，研制成功了能够满足医用核磁共振成像仪所用磁体成品测量要求的大块稀土永磁无损检测仪器。现在，这一技术已经成熟应用于通用电器、西门子等MRI制造商和Arnord、日立、TDK、中科三环、格力等300多家磁体生产和应用企业。

在新能源汽车领域，*具实用前景的混合动力汽车电机系统使用的永磁体必须具备抗退磁能力强、工作温度高的特点，只有超高矫顽力稀土永磁体才能满足这一要求。然而IEC60404-5规定的永磁体标准测量方法使用电磁铁作为磁化装置，由于原理限制，只能够准确测量内禀矫顽力(HcJ)低于1950kA/m的永磁体，而混合动力汽车所用稀土永磁体的HcJ往往高于2000kA/m。2003年起，各大汽车公司和永磁制造企业迫切需要能够准确测量超高矫顽力稀土永磁体的测量技术和测量仪器。为满足这一需求，磁性测量室联合具有脉冲磁场设计优势的英国公司，研制成功能够产生10T磁场并准确测量(2000～4500)kA/m的永磁体超高矫顽力磁性测量仪。目前，仅有英国、日本、中国成熟掌握该技术，该仪器已经成功应用于BYD、TOYOTA、HONGDA、Benz、BMW等主流混合动力汽车公司的永磁体检测。

在电力、发电机领域，巨型水轮、汽轮发电机的压指、压圈、护环等弱磁材料部件的磁化率须严格控制在10-5量级，偏离该量级将影响发电机的实际效能。国家计量院基于双螺线管原理的“弱磁钢计量标准装置”的磁化率测量能力只能达到4×10-3，国内外也没有商品仪器可以满足上述测量要求。这一难题严重影响了我国大、巨型电机产品质量的持续提升。对于弱磁材料测量而言，磁化率测量能力达到10-3量级已是磁通测量法的*限。磁性测量室设计了通过测量样品在非均匀磁场中所受到的作用力间接实现10-5～10-6量级弱磁材料磁化率测量的仪器，一举解决了大、巨型发电机制造领域凸显的技术问题，研究成果已应用于哈尔滨电机厂等大型企业，为三峡工程、核电项目等大型发电机效能的提升作出了贡献。

2009年，国家计量院开展了“计量服务十大产业振兴规划”专题调研活动，旨在发现我国重点行业急需解决的计量问题，以实际行动支持国家重点产业振兴战略。这次活动给了磁性测量室更加深入和广泛了解行业发展和计量需求的契机，他们积*筹备调研活动、规划调研重点，深入到有色、钢铁企业听取一线工程师建议，分专业召开计量需求咨询会，接受调研的专家和企业负责人仅稀土行业永磁专业就达到近百人。经过认真梳理和严谨论证，磁性测量室收获了多个涉及跨行业、影响面广的磁性计量共性课题。

在有色金属和装备制造业，金风科技、湘潭电机、东方电机等大型发电机制造企业和稀土行业集中反映双馈式等现有风力发电技术对电网安全运行带来危害，而永磁直驱式风力发电新技术由于缺乏稀土永磁体综合性能和长期稳定性测试手段而无法迅速推广的行业共性问题。
在钢铁冶金行业，国产取向硅钢片质量和产量不能满足三峡工程及节能减排领域的迫切需求，因此，钢铁产业振兴规划提出取向硅钢片生产装备自主化的重大课题，其中重要装备之一——硅钢片磁性在线测量装备被日本和德国公司垄断，由于专业性*强，成为钢铁企业取向硅钢片自主化进程中急需解决的难点，企业迫切希望由国家计量院牵头同国内相关企业攻克这一难关。

现在，国家计量院磁性测量室已将上述项目确定为工作重点，力争建成一个开放的风力发电永磁体计量检测平台和国内首套硅钢片磁性在线测量装备示范线。这些工作完成后，将能够迅速在各大永磁、风力发电机以及钢铁制造企业推广应用；这些计量难题的解决，不仅可帮助磁性材料生产企业提高产品质量，提升产业竞争力，同时可大力促进我国清洁能源、节能减排等磁性材料相关行业的快速健康发展。