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中國計量院成功解決質(zhì)量單位重新定義后量值傳遞問題

發(fā)布時間:2017-01-12 作者: 來源:中國計量科學研究院 瀏覽:1540

    日前,由中國計量科學研究院(以下簡稱“中國計量院”)承擔的國家質(zhì)檢總局科技計劃項目“高準確度真空質(zhì)量測量系統(tǒng)的建立”項目順利通過專家驗收。項目首次在我國建立了最大量程1 kg的高準確度真空質(zhì)量測量裝置,真空質(zhì)量測量重復性、靈敏度達到國際先進水平,成功解決了2018年國際質(zhì)量單位千克重新定義后質(zhì)量量值傳遞技術(shù)關(guān)鍵問題,為保障未來我國質(zhì)量量值與國際等效一致奠定了技術(shù)基礎。

 

圖為中國計量院研究人員在現(xiàn)場測試真空質(zhì)量測量裝置


    在國際單位制7個基本量中,質(zhì)量單位是目前唯一靠實物基準復現(xiàn)的。然而,由于實物基準易受環(huán)境影響,在長期穩(wěn)定性方面具有局限性,國際上計劃在2018年實現(xiàn)對“千克”進行重新定義。屆時,基于量子物理的質(zhì)量自然基準將取代目前尚在使用的國際千克原器實物基準,成為國際質(zhì)量單位新的源頭。由于未來的質(zhì)量單位將在真空中實現(xiàn),而日常生活的質(zhì)量工作標準??砝碼仍是在空氣中使用的,這給質(zhì)量量值的傳遞方式帶來了一系列問題??除了需要將保存在真空中的質(zhì)量標準傳遞到空氣中外,還必須對環(huán)境參數(shù)進行測量和實時修正,以保障質(zhì)量單位重新定以后,我國質(zhì)量量值在傳遞過程中的準確、可靠。
    

    為此,中國計量院從2013年起,圍繞質(zhì)量單位新定義之后質(zhì)量量值傳遞關(guān)鍵技術(shù)開展了系列研究。經(jīng)過多年努力,項目組在真空質(zhì)量測量、真空質(zhì)量標準的傳遞,以及異型砝碼表面吸附測量和修正等方面取得了一系列創(chuàng)新成果,建立了測量靈敏度優(yōu)于0.1μg、滿載重復性優(yōu)于0.47 μg、測量擴展不確定度25 μg(k=2)的高準確度真空質(zhì)量測量裝置;形成了不同材料砝碼表面吸附率測量、不確定度評估和吸附修正,空氣密度測量,砝碼交換稱量等一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。
    

    “0.1μg相對于1 kg物體來說,就相當于2 只蚊子與1架空客A320客機質(zhì)量之間的關(guān)系?!表椖控撠熑巳涡⑵酱蛄艘粋€形象的比方,“靈敏度越小,質(zhì)量測量過程中裝置感知質(zhì)量變化的能力越強,可以達到的測量準確度也就越高?!?BR>    

    據(jù)介紹,項目建立的高準確度真空質(zhì)量測量裝置成功解決了砝碼真空質(zhì)量測量時系統(tǒng)穩(wěn)定性和保持高真空度之間的矛盾;采用的非接觸式分子泵散熱方法和多點位多參數(shù)循環(huán)監(jiān)測方法,顯著提高了裝置的測量重復性和穩(wěn)定性。此外,項目還實現(xiàn)了多種砝碼表面吸附與其逆過程的精確分析,吸附測量擴展不確定度0.0011 μg/cm2(k=2),達到了國際先進水平。
    

    任孝平表示,項目建立的高準確度真空質(zhì)量裝置和提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的質(zhì)量測量數(shù)據(jù)比較方法,在提高我國真空質(zhì)量量值傳遞的可靠性的同時,為國際質(zhì)量單位重新定義的研究積累并提供了基礎數(shù)據(jù)。(文:楊帆 任孝平)

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