導(dǎo)讀：10年研究終成果，“國家直流大電流計量標(biāo)準(zhǔn)研究建立與應(yīng)用”項目獲國家科技進(jìn)步二等獎。現(xiàn)在，這項成果已經(jīng)為國內(nèi)大電流測量儀器和標(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 “一件事堅持做10年，一定能做出成就來！”剛剛從“2013年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會”現(xiàn)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(jìn)步二等獎“國家直流大電流計量標(biāo)準(zhǔn)研究建立與應(yīng)用”項目的主要完成人，邵海明發(fā)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(zhì)檢系統(tǒng)的榮耀。”
經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需計量保障
談起高準(zhǔn)確度國家直流大電流計量標(biāo)準(zhǔn)的重要性，邵海明舉了幾個例子。
我國發(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)確的直流大電流測量來計算線路損耗；風(fēng)能、太陽能等新能源并網(wǎng)運(yùn)行也需要準(zhǔn)確測量直流大電流評價換流效率；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)確測量直流大電流來評價電流效率；高鐵、地鐵等現(xiàn)代機(jī)車靠直流電機(jī)驅(qū)動，裝配有大量直流大電流傳感器對機(jī)車運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，這些直流大電流的準(zhǔn)確有效測量完全依賴高準(zhǔn)確度的國家大電流計量標(biāo)準(zhǔn)；在高能物理和核動力等科學(xué)研究中，更需要準(zhǔn)確測量和穩(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’是直流大電流計量溯源面對的三大技術(shù)難題。”邵海明解釋，“準(zhǔn)”是國家直流大電流計量標(biāo)準(zhǔn)研究和建立的要務(wù)，而大電流產(chǎn)生的強(qiáng)干擾磁場則是計量校準(zhǔn)的主要誤差源。一直以來無法攻克強(qiáng)干擾磁場及影響，導(dǎo)致各國計量機(jī)構(gòu)研究建立的直流大電流計量標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。在我國，直流大電流測量廣泛應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域，國家發(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)電流效率的測量和提高，首先取決于直流大電流的準(zhǔn)確測量和控制。然而，在電解工業(yè)現(xiàn)場，大電流強(qiáng)磁場干擾有時會導(dǎo)致測量和控制直流大電流傳感器工作不穩(wěn)定，不同廠家傳感器測量結(jié)果不一致，在線計量校準(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)確度的國家直流大電流計量標(biāo)準(zhǔn)，并解決直流大電流現(xiàn)場在線校準(zhǔn)難題。”邵海明說。
破解三大技術(shù)難題
從2004年開始，邵海明帶領(lǐng)的課題組圍繞三大技術(shù)難題開展科研攻關(guān)。10年探索之路無疑困難重重。“曾經(jīng)有很長一段時間，我們的課題毫無進(jìn)展。”邵海明回憶，“有時候你有了一個好想法，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)，每走一步都會遇到很多意想不到的問題。”但邵海明堅持認(rèn)為，做一個項目就一定要做到好，絕不能草草收場。“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(xué)師生的幫助心存感激：“他們在我們并不熟悉的領(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。”還有從老一輩電測專家張鐘華院士那里汲取的知識和營養(yǎng)，讓課題組也受益匪淺。
邵海明和團(tuán)隊一起，在減小大電流產(chǎn)生的干擾磁場及其對大電流直流比較儀計量校準(zhǔn)的影響方面，取得了多項的完全自主創(chuàng)新，解決了高準(zhǔn)確度直流大電流國家計量標(biāo)準(zhǔn)研制和工業(yè)在線計量溯源難題；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，在工業(yè)現(xiàn)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(wěn)定性的影響，研究發(fā)現(xiàn)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(shè)計理論，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”，測量了電阻基準(zhǔn)器的電流依賴性，解決了電阻量傳長期存在的缺少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年研究探索的成果終解決了直流大電流計量溯源國內(nèi)外長期存在的“準(zhǔn)”、“大”、“現(xiàn)場”三大難題，促進(jìn)了直流大電流計量科技進(jìn)步。
比好水平高5倍
邵海明拿出的成果鑒定書上顯示，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影響力。同時，創(chuàng)新成果為我國直流大電流儀器研發(fā)企業(yè)提供了強(qiáng)有力溯源支持，提升了我國大電流計量儀器產(chǎn)品競爭力；解決了工業(yè)現(xiàn)場大電流在線校準(zhǔn)難題，支撐了國家節(jié)能減排政策在行業(yè)的有效實(shí)施。
現(xiàn)在，這項成果已經(jīng)為國內(nèi)大電流測量儀器和標(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)測量用大電流傳感器提供校準(zhǔn)溯源，保障了對機(jī)車安全運(yùn)行的監(jiān)控；為海軍提供艦船直流電動力系統(tǒng)評估提供測量系統(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)直流大電流計量儀器提供了設(shè)計、校準(zhǔn)技術(shù)咨詢和計量溯源，改進(jìn)了產(chǎn)品性能，提升了企業(yè)競爭力，替代大量進(jìn)口儀器設(shè)備。
“如果沒有當(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，目前他們還在做項目的深入擴(kuò)展應(yīng)用，將在解決更大電流在線計量溯源方面迎難而上，追求更準(zhǔn)的計量。
