導(dǎo)讀：10年研究終成果，“國(guó)家直流大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)研究建立與應(yīng)用”項(xiàng)目獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，F(xiàn)在，這項(xiàng)成果已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大電流測(cè)量?jī)x器和標(biāo)準(zhǔn)提供了量值溯源，有力地支持了直流高壓輸電的發(fā)展；為高鐵機(jī)車研發(fā)和安全試驗(yàn)測(cè)量用大電流傳感器提供校準(zhǔn)溯源等。
儀表網(wǎng)訊 “一件事堅(jiān)持做10年，一定能做出成就來(lái)！”剛剛從“2013年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)趕回來(lái)的中國(guó)計(jì)量院電磁所副所長(zhǎng)邵海明臉上，仍然難掩獲獎(jiǎng)的激動(dòng)與興奮。作為國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)“國(guó)家直流大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)研究建立與應(yīng)用”項(xiàng)目的主要完成人，邵海明發(fā)自肺腑地說(shuō)：“這不僅僅是我們課題組成員的榮耀，更是整個(gè)質(zhì)檢系統(tǒng)的榮耀。”
經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需計(jì)量保障
談起高準(zhǔn)確度國(guó)家直流大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重要性，邵海明舉了幾個(gè)例子。
我國(guó)發(fā)電量居世界，直流用電量占20%至40%，而直流高壓輸電線路就需要依靠準(zhǔn)確的直流大電流測(cè)量來(lái)計(jì)算線路損耗；風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源并網(wǎng)運(yùn)行也需要準(zhǔn)確測(cè)量直流大電流評(píng)價(jià)換流效率；在金屬電解行業(yè)，直流用電量約占其總用電量90%，行業(yè)準(zhǔn)入、節(jié)能考核都需要準(zhǔn)確測(cè)量直流大電流來(lái)評(píng)價(jià)電流效率；高鐵、地鐵等現(xiàn)代機(jī)車靠直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，裝配有大量直流大電流傳感器對(duì)機(jī)車運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，這些直流大電流的準(zhǔn)確有效測(cè)量完全依賴高準(zhǔn)確度的國(guó)家大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)；在高能物理和核動(dòng)力等科學(xué)研究中，更需要準(zhǔn)確測(cè)量和穩(wěn)定直流大電流，控制粒子偏轉(zhuǎn)和聚焦，高準(zhǔn)確度計(jì)量溯源關(guān)系到科學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究的成敗。
“‘準(zhǔn)’、‘大’和‘現(xiàn)場(chǎng)’是直流大電流計(jì)量溯源面對(duì)的三大技術(shù)難題。”邵海明解釋，“準(zhǔn)”是國(guó)家直流大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)研究和建立的要?jiǎng)?wù)，而大電流產(chǎn)生的強(qiáng)干擾磁場(chǎng)則是計(jì)量校準(zhǔn)的主要誤差源。一直以來(lái)無(wú)法攻克強(qiáng)干擾磁場(chǎng)及影響，導(dǎo)致各國(guó)計(jì)量機(jī)構(gòu)研究建立的直流大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量不確定度長(zhǎng)期無(wú)法突破，難以滿足廣泛使用的直流大電流測(cè)量?jī)x器計(jì)量溯源要求，更無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。在我國(guó)，直流大電流測(cè)量廣泛應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布實(shí)施的《鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件》要求電解鋁電流效率不得低于93%，金屬電解生產(chǎn)電流效率的測(cè)量和提高，首先取決于直流大電流的準(zhǔn)確測(cè)量和控制。然而，在電解工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，大電流強(qiáng)磁場(chǎng)干擾有時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量和控制直流大電流傳感器工作不穩(wěn)定，不同廠家傳感器測(cè)量結(jié)果不一致，在線計(jì)量校準(zhǔn)很難進(jìn)行，不僅影響安全生產(chǎn)，也影響了節(jié)能減排國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施。
“這迫切需要我們突破技術(shù)難點(diǎn)，研究建立高準(zhǔn)確度的國(guó)家直流大電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并解決直流大電流現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)難題。”邵海明說(shuō)。
破解三大技術(shù)難題
從2004年開(kāi)始，邵海明帶領(lǐng)的課題組圍繞三大技術(shù)難題開(kāi)展科研攻關(guān)。10年探索之路無(wú)疑困難重重。“曾經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間，我們的課題毫無(wú)進(jìn)展。”邵海明回憶，“有時(shí)候你有了一個(gè)好想法，要實(shí)現(xiàn)它卻并不容易。從好想法到好工藝再到后的好實(shí)現(xiàn)，每走一步都會(huì)遇到很多意想不到的問(wèn)題。”但邵海明堅(jiān)持認(rèn)為，做一個(gè)項(xiàng)目就一定要做到好，絕不能草草收?qǐng)觥?ldquo;我們一定要比別人做得更準(zhǔn)！”正是這樣的理念一直支撐著課題組的成員們。
在研究停滯不前的時(shí)候，來(lái)自外圍的支持和幫助讓課題組有了“柳暗花明又一村”的驚喜。邵海明一直對(duì)來(lái)自清華大學(xué)師生的幫助心存感激：“他們?cè)谖覀儾⒉皇煜さ念I(lǐng)域給了很好的建議，把他們的想法和我們的想法融合在一起，終于找到好的解決方案。”還有從老一輩電測(cè)專家張鐘華院士那里汲取的知識(shí)和營(yíng)養(yǎng)，讓課題組也受益匪淺。
邵海明和團(tuán)隊(duì)一起，在減小大電流產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng)及其對(duì)大電流直流比較儀計(jì)量校準(zhǔn)的影響方面，取得了多項(xiàng)的完全自主創(chuàng)新，解決了高準(zhǔn)確度直流大電流國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)研制和工業(yè)在線計(jì)量溯源難題；他們研究發(fā)現(xiàn)了偏心內(nèi)、外電流在鐵芯中干擾磁場(chǎng)的等效性，并成功應(yīng)用于大電流比較儀分布式母線優(yōu)化設(shè)計(jì)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采取反向偏心安裝法，解決了大電流干擾磁場(chǎng)對(duì)比較儀工作穩(wěn)定性的影響，研究發(fā)現(xiàn)了磁屏蔽中氣隙長(zhǎng)度對(duì)磁屏蔽效能的決定性影響，完善了比較儀磁屏蔽設(shè)計(jì)理論，找準(zhǔn)了提高比較儀抗磁干擾和減小誤差的關(guān)鍵，提出了一種DCC串并聯(lián)自校準(zhǔn)方法，解決了大電流DCC在額定大電流和實(shí)際漏磁狀態(tài)下高準(zhǔn)確度自校準(zhǔn)難題；提出并實(shí)現(xiàn)“倍增電流法”，測(cè)量了電阻基準(zhǔn)器的電流依賴性，解決了電阻量傳長(zhǎng)期存在的缺少測(cè)量手段評(píng)定這一不確定度分量的難題。
正如課題組所期望的那樣，10年研究探索的成果終解決了直流大電流計(jì)量溯源國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期存在的“準(zhǔn)”、“大”、“現(xiàn)場(chǎng)”三大難題，促進(jìn)了直流大電流計(jì)量科技進(jìn)步。
比好水平高5倍
邵海明拿出的成果鑒定書(shū)上顯示，該成果在上突破1×10-6的不確定度瓶頸，比高水平高近5倍，將我國(guó)直流大電流計(jì)量溯源水平提高10倍，提升了我國(guó)大電流計(jì)量影響力。同時(shí)，創(chuàng)新成果為我國(guó)直流大電流儀器研發(fā)企業(yè)提供了強(qiáng)有力溯源支持，提升了我國(guó)大電流計(jì)量?jī)x器產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大電流在線校準(zhǔn)難題，支撐了國(guó)家節(jié)能減排政策在行業(yè)的有效實(shí)施。
現(xiàn)在，這項(xiàng)成果已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大電流測(cè)量?jī)x器和標(biāo)準(zhǔn)提供了量值溯源，有力地支持了直流高壓輸電的發(fā)展；為高鐵機(jī)車研發(fā)和安全試驗(yàn)測(cè)量用大電流傳感器提供校準(zhǔn)溯源，保障了對(duì)機(jī)車安全運(yùn)行的監(jiān)控；為海軍提供艦船直流電動(dòng)力系統(tǒng)評(píng)估提供測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)咨詢和校準(zhǔn)，支持了海軍艦船裝備建設(shè)；為企業(yè)研發(fā)直流大電流計(jì)量?jī)x器提供了設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)技術(shù)咨詢和計(jì)量溯源，改進(jìn)了產(chǎn)品性能，提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，替代大量進(jìn)口儀器設(shè)備。
“如果沒(méi)有當(dāng)初‘要比別人做得更準(zhǔn)’的信念，我們的研究不可能取得現(xiàn)在的成果，也不可能發(fā)揮如此大的作用。”邵海明表示，目前他們還在做項(xiàng)目的深入擴(kuò)展應(yīng)用，將在解決更大電流在線計(jì)量溯源方面迎難而上，追求更準(zhǔn)的計(jì)量。
