面向千克级质量校准的微型 Kibble 平衡计设计——KBmini

面向质量实现的台式 Kibble 平衡计是近年来显著发展的趋势，跟随国际单位体系（SI）的修订。将 Kibble 平衡计从大型仪器缩小为台式设备的关键创新之一，在于使基于量子的质量实现更易于被广泛的校准实验室和行业所采用。本文介绍了清华大学设计的台式 Kibble 平衡计，旨在实现 E2 精度等级的 1 克至 1 公斤质量校准。例如，要校准 1 公斤质量，必须使相对标准测量不确定度低于 0.27 ppm 才能满足 E2 精度等级。本文讨论了该系统的主要组件和特点。提出了一种新颖的多谐波激励方法，以提高电磁铁线圈运动线性度。我们表明，将奇次谐波注入运动驱动电流后，可显著提高线圈运动速度的均匀性，而二次谐波分量则可解决上下运动之间的不对称性。这实现了在运动循环的 60% 范围内速度 $\Delta v/v< 5\%$。