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2017年新启用的35项计量基准技术解读

2017年,质检总局批准新启用35项完成技术改造的计量基准,纳入国家量值传递溯源体系。这标志着我国国家计量基准体系的整体水平又上了一个新台阶,解决了经济发展和工业生产中的一些重大测量技术难题,为我国高技术产业、先进制造业、战略性新兴产业的发展,提供更加精准、可靠的量值溯源服务。具体情况如下:

一、力学领域(10项)

经过技术改造的10项力学领域计量基准涉及质量、力值、振动、流量和容量等5个专业。

在质量计量方面,“1kg质量基准装置”“1 kg质量作证基准装置”“1kg质量副基准装置”,通过采用分量传递方法和高精度质量比较仪等技术方案,将实物基准由1千克拓展至1千克~1克,其中“1kg质量基准装置”参加国际比对,在17个国家中成绩最优,解决了高准确度微小质量与超大质量计量难题,使高精度微量天平、动态汽车衡等设备的可靠性和准确性都得到了提高,提升了我国在生物医药、环境污染物定量分析、智能交通等行业产业创新升级和自主研发能力,对高端制造业和科技研发意义重大。我国以此为基础签署了非自动衡器和称重传感器型式评价试验报告全球互认协议(OIML MAA),在质量领域实现了“一次测试、一张证书、全球互认”,提升了我国在质量计量方面的国际话语权。

在力值计量方面,“1MN力值基准装置”实现了测量过程自动化,提高了测量不确定度水平和工作效率,2011年主导国际比对并取得等效,达国际先进水平,每年可为各省、市计量院以及航天102所、165所,成飞工业集团公司、国家试验机质检中心等计量技术机构开展量值传递服务约200台件,为我国火箭发射推力测试、大飞机制造、高精度传感器制造、高端试验机的生产等提供可靠的测量技术保障。 

在振动计量方面,“低频垂直向振动基准装置”“低频水平向振动基准装置”“中频振动副基准装置”添加了相位检测功能,扩展了频率使用范围,测量范围和测量能力达到国际先进水平,解决了振动幅值/相位量值溯源问题,以更高的精度为地震系统开展地震计校准和振动技术移植,提高地震地质运动监测能力,为载人火箭以及飞机飞行过程中振动动态测量提供测量服务,保证飞行器的安全性和控制平稳性。

在液体流量计量方面,“(0.01~200)m3/h水流量基准装置”测量范围、测量不确定度、自动化程度、工作效率均得到较大提升,达到国际先进水平,每年可为中石化、中海油、中航工业,以及各省级计量检定机构等单位的最高计量标准提供量值传递服务150多次,保障了石油、水等流量计量的测量准确性和贸易的公平。在气体流量计量方面,“(0.1~1300)m3/hpVTt法气体流量基准装置”实现了测量过程的自动化,避免了人为因素误差,准确度达每100立方米不超过0.05立方米,并于2012年参加国际比对取得等效,是我国首次在该领域获得的国际认可的校准测量能力,达国际先进水平。以霍尔果斯口岸天然气贸易为例,该计量基准保障了霍尔果斯口岸气体流量计量标准的测量能力,每年可为霍尔果斯口岸300多亿m3的天然气国际贸易提供精确的测量服务。

在容量计量方面,“(5~2000)L容量基准装置”单次测量能力提升到1000 L,达到国际先进水平,解决了大容量标准金属量器的量值溯源难题,使高精度液体、气体流量计等设备的可靠性和计量准确性都得到进一步提高,为相关高精度计量仪器的研制提供技术支持。该容量基准与气体、液体流量基准共同为我国相关贸易交接提供可靠的量值保障,提升了我国在高精度流量计、热能表等行业产业创新升级和自主研发能力。

二、几何量领域(2项)

“633nm波长副基准装置”(中测院和航空工业304所各1项)实现了从单一参数向综合参数、从中等尺寸向极限尺寸、从静态向动态、从离线向实时在线的发展,解决了微纳技术的快速精确测量问题,检测效率由2台件/月升至30台件/月,为高端装备、集成电路和智能制造所需的共性基础材料研究,提供更为精准的、在线的纳米级小尺寸量值溯源服务,并走出实验室为天文学、光学、工程测量、海洋学、波谱分析等精密测量领域广泛使用的“干涉仪”开展了现场校准,适应了超精密机械加工及电路制造集成化趋势的需要。

三、电离辐射领域(6项)

“中子源强度基准装置”通过采用增加锰浴球尺寸、调整硫酸锰溶液氢锰比和优化伽马测量系统等技术方案,解决了量程上限低、中子源强度基准值不确定度大和基准中子源失效等问题,使中子源强度、注量及中子防护量传递的可靠性和计量准确性都得到进一步的提高,通过国际比对获得等效,达国际先进水平。其复现的量值是中子计量重要的基本物理量之一,量值的准确与否直接影响环境监测数据的准确和辐射防护的安全性,通过测量能力的提升,保障了我国在中子物理研究、中子测量与评价以及中子测量仪器开发、中子应用等行业和领域的持续发展。

“4πβ(PC)-γ符合活度基准装置”“4πX(PPC)-γ符合活度基准装置”通过采用辐射传感器加工工艺、开展数字化符合法等多项技术方案,陆续完成了医用核素99mTc、18F等几十种放射性核素测量,扩展了符合活度基准测量的放射性核素种类和测量范围,提高了测量准确度。复现的量值为核电、军工、辐射环境监测、核医学临床诊断治疗、食品安全等行业领域,提供放射性监测服务该基准近几年陆续完成了60Co等诊断医用核素、99mTc等核素活度国际比对,并取得等效,达国际先进水平,有效支持50余项国际互认的校准测量能力,提高了我国相关行业的竞争力国际话语权。

“(10~60)kV X射线空气比释动能副基准装置”“(60~250)kV X射线空气比释动能副基准装置”通过采用高稳定性的辐射源,使用新的信号传输和智能化数据处理技术,提升了量值复现和传递能力复现的量值广泛应用于放射医疗、辐射防护以及环境检测等领域,对应的两项主基准已于2012年经依法批准纳入量值传递体系,是我国与国际电离辐射计量单位制接轨,推进全国电离辐射量和单位改制工作的重要技术基础。推动了全国电离辐射单位制改革的进程,对于统一全国放射医疗计量单位,与国际接轨发挥非常重要的作用为我国放疗设备的自主研发、肿瘤检查与治疗,以及辐照食品安全提供高效、精准、统一的量值溯源服务

“石墨空腔电离室60Co γ射线水吸收剂量基准装置”技术改造是全国电离辐射量和单位改制的后续工作,水吸收剂量是放射治疗的处方剂量,处方剂量的准确测量直接关系到放疗的效果,处方剂量过大会严重损害患者身体,剂量过小达不到治疗目的。该基准参加国际比对取得等效,达国际先进水平,解决了我国医用加速器的剂量量值的水吸收剂量的溯源问题,为我国临床放疗的质量控制提供计量技术支撑。

    四、化学领域(2项)

“水溶液酸度(pH)基准装置”其温度、压力测量系统、基准电极以及数据采集系统等得到了升级,实现了测量自动化。新装置复现并完善了我国pH标度,测定了12 种基准物质的pH值,使我国在医疗卫生、环保监测、食品安全、电力电子、冶金化工等领域,尤其是生物临床方面pH测量的准确性进一步提高,提升了相关领域产业创新能力和自主研发能力。

“燃烧热基准装置”测量不确定度、整体可操作性、自动化程度都有很大提升,经参加欧亚计量合作组织(COOMET)燃烧热国际比对取得等效,保证了一级量热标准物质的量值准确可靠,作为固体燃料测量的基准,为石油、煤炭等能源产品热值的准确测量提供保障,在军工、航天航空发动机、能源测量中也将发挥重要作用。

五、无线电领域(1项)

“10cm热噪声基准装置”与其他无线电噪声基准装置共同构成我国无线电噪声量值源头,噪声参数是航空航天、电子工业、卫星通信、雷达、微波被动遥感等行业的关键参数之一,只有准确评估噪声参数,才能正确分配系统指标,评估系统性能,从而保证系统的稳定可靠。该装置自动化程度有了显著提高,测量效率提升了一倍,适应了噪声参数快速测量的需求,同时减少了人为因素影响,提高了计量的可靠性,为我国航天科技发展、替代进口以及实现自主可控提供了可靠的技术支撑解决了大波导口低温噪声源的噪声功率测量问题,为射电天文深空探测科研项目辐射计的测量提供了保障。

六、声学领域(6项)

“毫瓦级超声功率基准装置”、“瓦级超声功率基准装置”、“毫瓦级超声功率副基准装置”、“瓦级超声功率副基准装置”等超声功率计量基准,为安全防护、医疗卫生、电子材料、电子产品可靠性试验、超声清洗以及国防水声(声呐)产品研制等领域提供量值溯源服务。通过采用新型材料研制标准超声换能器,更新了信号发生系统及电测系统,使用了阻抗匹配器和介质温度测量等技术方案,提高了测量不确定度水平,解决了高准确度超声功率溯源难题,通过国际比对取得等效,达国际先进水平,为B超、超声多普勒仪、声呐分析仪等设备的安全使用提供了保障,提升了我国在医疗测试设备、超声功率检测、超声清洗和超声分析仪器等行业产业创新升级和自主研发能力。

“1kHz~50kHz空气声自由场互易法声压基准装置”“空气声耦合腔互易法声压副基准装置”为我国声学仪器研发生产、听力诊断医疗、语音通讯、声学材料研制等行业提供量值溯源服务。实现了测量自动化,拓宽了测量范围,提高了测量准确度和测量效率,通过国际比对获得等效,达国际先进水平,解决了声学计量器具在宽频带内的量值溯源问题,增强了在国际贸易和技术规范制定中的话语权,提升了我国产品的国际竞争力,为我国相关的产品噪声测量、噪声控制提供了可靠的技术支撑,具有重要的经济和社会效益。

七、光学领域(5项)

“(220~2550)nm光谱辐射亮度和光谱辐射照度基准”“(220~2550)nm光谱辐射亮度副基准”“(230~2550)nm光谱辐射照度副基准”“色温度基准”等4项计量基准,测量不确定度水平提升了2-3倍,扩展了波长测量范围,填补了部分短波紫外光谱辐射度计量基准的空白,并针对国际SI单位的扁平化发展趋势,建立了直接溯源至计量基准的高准确度、扁平化光辐射定标示范平台,缩短了量值传递链。这些光学计量基准为各行各业提供量值溯源服务,协助航天508所、中科院光电院、国家海洋技术中心等建立了行业辐射度定标实验室,为风云3号卫星光学载荷、国家气象计量、对月观测、国防系统紫外像测量等提供测量服务,使我国臭氧测量能力达国际气象局最高级别,对月观测数据准确性进一步提升;助力打破防晒、美白化妆品的生产和人体实验中的检测技术垄断。以此为基础,中国计量科学研究院参加了中欧对地观测领域合作“龙计划”第4期定标专项工作,和英国国家物理实验室(NPL)签署对地观测合作协议,参加全球首批四个定标示范场之一的“国家高分辨率遥感综合定标场”建设,实测数据已加入美国国家航空航天局(NASA)示范卫星全球比对数据网,确保了定量遥感数据和产品的精准性、可靠性和一致性。

“800nm~2000nm光谱反射比副基准”测量不确定度水平得到提升,通过国际比对获得国际等效,达国际先进水平,解决了空间辐射定标设备的光谱漫反射比溯源难题,为航空航天、国防科技、纺织、涂料、建材、石油化工等涉及民生的重要产业提供精确测量服务,如对我国天宫1号与神州8号对接项目中所使用的关键光学器件进行了准确可靠的测量,服务我国首次空间交会对接任务。

八、电磁领域(2项)

“直流电动势副基准装置”研制的可倒置标准电池,克服了化学电池不能倾斜不可恢复的缺点,提高了自动化水平和准确度等级,达国际先进水平为卫星、导弹、飞船等武器装备研制,电力、铁路等系统以及社会计量技术机构对高准确度电压要求提供了关键技术支撑。

“直流电压副基准装置”是量子基准,也是国防最高计量标准,自动化程度和技术水平得到了提高,每年可为航天、航空、兵器、船舶等武器研究部门,以及其他计量技术机构和英特尔公司、大众汽车、西门子等大型企业的“固态电压标准”“标准电池”开展量值传递100余次,保障了量值的统一,适应了科技研发的需要。

九、温度领域(1项)

“(83.8058~273.16)K温度副基准装置”通过采用准绝热法原理、多温度阱结构,拓展了测量范围,提升了测量不确定度,达国际先进水平为航空航天、国防科研、能源、电子技术、新材料、生物制药、节能环保、气象预警等领域提供量值溯源服务将为相关行业的产品研发、科学研究以及临床诊断等领域提供量值溯源服务,使其温度相关设备的安全性、可靠性和计量准确性进一步提高,提升了产品的质量和安全性。 

 


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