“國家直流大電流計量標準研究建立與應用”項目獲獎

“一件事堅持做10年，一定能做出成就來！”剛剛從“2013年度國家科學技術獎勵大會”現場趕回來的中國計量院電磁所副所長邵海明臉上，仍然難掩獲獎的激動與興奮。作為國家科技進步二等獎“國家直流大電流計量標準研究建立與應用”項目的主要完成人，邵海明發自肺腑地說：“這不僅僅是我們課題組成員的榮耀，更是整個質檢系統的榮耀。”
    經濟發展急需計量保障
    談起高準確度國家直流大電流計量標準的重要性，邵海明舉了幾個例子。
    我國發電量居世界第一，直流用電量占20%至40%，而直流高壓輸電線路就需要依靠準確的直流大電流測量來計算線路損耗；風能、太陽能等新能源并網運行也需要準確測量直流大電流評價換流效率；在金屬電解行業，直流用電量約占其總用電量90%，行業準入、節能考核都需要準確測量直流大電流來評價電流效率；高鐵、地鐵等現代機車靠直流電機驅動，裝配有大量直流大電流傳感器對機車運行狀況進行監控，這些直流大電流的準確有效測量完全依賴高準確度的國家大電流計量標準；在高能物理和核動力等科學研究中，更需要準確測量和穩定直流大電流，控制粒子偏轉和聚焦，高準確度計量溯源關系到科學實驗和研究的成敗。
    “‘準’、‘大’和‘現場’是直流大電流計量溯源面對的三大技術難題?！鄙酆Ｃ鹘忉?，“準”是國家直流大電流計量標準研究和建立的第一要務，而大電流產生的強干擾磁場則是計量校準的主要誤差源。一直以來無法攻克強干擾磁場及影響，導致各國計量機構研究建立的直流大電流計量標準的測量不確定度長期無法突破，難以滿足廣泛使用的直流大電流測量儀器計量溯源要求，更無法進行現場校準。在我國，直流大電流測量廣泛應用于各行業領域，國家發改委發布實施的《鋁行業準入條件》要求電解鋁電流效率不得低于93%，金屬電解生產電流效率的測量和提高，首先取決于直流大電流的準確測量和控制。然而，在電解工業現場，大電流強磁場干擾有時會導致測量和控制直流大電流傳感器工作不穩定，不同廠家傳感器測量結果不一致，在線計量校準很難進行，不僅影響安全生產，也影響了節能減排國家戰略的實施。
    “這迫切需要我們突破技術難點，研究建立高準確度的國家直流大電流計量標準，并解決直流大電流現場在線校準難題?！鄙酆Ｃ髡f。
    破解三大技術難題
    從2004年開始，邵海明帶領的課題組圍繞三大技術難題開展科研攻關。10年探索之路無疑困難重重?！霸浻泻荛L一段時間，我們的課題毫無進展?！鄙酆Ｃ骰貞?，“有時候你有了一個好想法，要實現它卻并不容易。從好想法到好工藝再到最后的好實現，每走一步都會遇到很多意想不到的問題。”但邵海明堅持認為，做一個項目就一定要做到最好，絕不能草草收場?！拔覀円欢ㄒ葎e人做得更準！”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候，來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。邵海明一直對來自清華大學師生的幫助心存感激：“他們在我們并不熟悉的領域給了很好的建議，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?！边€有從老一輩電測專家張鐘華院士那里汲取的知識和營養，讓課題組也受益匪淺。
    邵海明和團隊一起，在減小大電流產生的干擾磁場及其對大電流直流比較儀計量校準的影響方面，取得了多項國際首創的完全自主創新，解決了高準確度直流大電流國家計量標準研制和工業在線計量溯源難題；他們研究發現了偏心內、外電流在鐵芯中干擾磁場的等效性，并成功應用于大電流比較儀分布式母線優化設計，在工業現場采取反向偏心安裝法，解決了大電流干擾磁場對比較儀工作穩定性的影響，研究發現了磁屏蔽中氣隙長度對磁屏蔽效能的決定性影響，完善了比較儀磁屏蔽設計理論，找準了提高比較儀抗磁干擾和減小誤差的關鍵，提出了一種DCC串并聯自校準方法，解決了大電流DCC在額定大電流和實際漏磁狀態下高準確度自校準難題；提出并實現“倍增電流法”，絕對測量了電阻基準器的電流依賴性，解決了電阻量傳長期存在的缺少絕對測量手段評定這一不確定度分量的難題。
    正如課題組所期望的那樣，10年研究探索的成果最終解決了直流大電流計量溯源國內外長期存在的“準”、“大”、“現場”三大難題，促進了直流大電流計量科技進步。
    比國際最好水平高5倍
    邵海明拿出的成果鑒定書上顯示，該成果在國際上首次突破1×10-6的不確定度瓶頸，比國際最高水平高近5倍，將我國直流大電流計量溯源水平提高10倍，提升了我國大電流計量國際影響力。同時，創新成果為我國高端直流大電流儀器研發企業提供了強有力溯源支持，提升了我國大電流計量儀器產品國際競爭力；解決了工業現場大電流在線校準難題，支撐了國家節能減排政策在行業的有效實施。
    現在，這項成果已經為國內高端大電流測量儀器和標準提供了量值溯源，有力地支持了直流高壓輸電的發展；為高鐵機車研發和安全試驗測量用大電流傳感器提供校準溯源，保障了對機車安全運行的監控；為海軍提供艦船直流電動力系統評估提供測量系統的技術咨詢和校準，支持了海軍艦船裝備建設；為企業研發高端直流大電流計量儀器提供了設計、校準技術咨詢和計量溯源，改進了產品性能，提升了企業國際競爭力，替代大量進口儀器設備。