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2021年新建國家計量基準(zhǔn)之一: (0.2~30)m/s空氣流速基準(zhǔn)裝置
來源: | 作者:南京明瑞 | 發(fā)布時間: 2022-01-12 | 1182 次瀏覽 | 分享到:

   
  計量基準(zhǔn)是國家量值的最高依據(jù),也是保障全國量值準(zhǔn)確可靠的源頭。黨中央、國務(wù)院高度重視計量體系和計量能力建設(shè),將計量基準(zhǔn)等作為國家重要戰(zhàn)略資源。2021年,市場監(jiān)管總局依照《計量法》有關(guān)規(guī)定,新批準(zhǔn)建立5項國家計量基準(zhǔn),填補了我國相關(guān)領(lǐng)域最高測量能力空白,對推動科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、保障改善民生具有重要意義。市場監(jiān)管總局組織有關(guān)單位和專家撰寫了科普宣傳圖文,使社會各界更好明白計量、理解計量、支持計量、用好計量。 
 

                                              (0.2~30)m/s空氣流速基準(zhǔn)裝置


  近日,市場監(jiān)管總局批準(zhǔn)啟用(0.2~30)m/s空氣流速基準(zhǔn)裝置(國基證〔2021〕第152號),其測量能力達到國際先進水平,填補了我國空氣流速量值傳遞與溯源能力空白,為空氣流速量值準(zhǔn)確獲取和應(yīng)用提供技術(shù)支撐。 

  空氣流速也叫風(fēng)速,指空氣相對于地面某一固定地點的運動速率。流速量值伴隨諸多自然現(xiàn)象和人類活動出現(xiàn),廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)活動中。風(fēng)速根據(jù)其范圍可劃分為微風(fēng)速、亞音速、超音速等。實現(xiàn)空氣流動的合理利用一直是人類努力追求的目標(biāo),而準(zhǔn)確有效的空氣流速是關(guān)鍵因素??諝饬魉儆嬃吭诋a(chǎn)業(yè)發(fā)展、科技創(chuàng)新等諸多方面支撐國家戰(zhàn)略、服務(wù)社會民生。

圖1 空氣流速服務(wù)國計民  

  在服務(wù)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)、助推國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、助力國家“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)方面,風(fēng)速的準(zhǔn)確計量至關(guān)重要。在我國加快建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的形勢下,風(fēng)電是清潔低碳能源的重要組成部分。風(fēng)速是風(fēng)電場宏觀微觀選址的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),風(fēng)速計量直接支撐風(fēng)電設(shè)備的效率評價、日常運維和故障診斷。風(fēng)速計量準(zhǔn)確度水平顯著影響風(fēng)電設(shè)備的精細化運行和控制策略優(yōu)化,是提升風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的重要環(huán)節(jié)。此外,大氣環(huán)境監(jiān)測中生產(chǎn)企業(yè)有害煙氣量排放測量、室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測中大型建筑中央空調(diào)通風(fēng)換氣能力測量、安全生產(chǎn)監(jiān)管領(lǐng)域中煤礦通風(fēng)換氣能力測量、氣象災(zāi)害預(yù)報中局地環(huán)境風(fēng)力等級測量、生物制藥領(lǐng)域中潔凈生產(chǎn)過程微風(fēng)速測量等,都需要空氣流速的準(zhǔn)確計量。

                                                       圖2 (0.2~30)m/s空氣流速基準(zhǔn)
  空氣流速計量基準(zhǔn)裝置是準(zhǔn)確測量該量值的前提和保障,也是支撐上述產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)社會的基礎(chǔ)。2009年起,中國計量科學(xué)研究院開展了激光多普勒流速儀的校準(zhǔn)方法研究,自主研制轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)裝置,實現(xiàn)我國空氣流速量值m/s向SI單位m和s的有效溯源。轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)裝置依托寬速比伺服控制可實現(xiàn)線速度范圍(0.2~30)m/s的連續(xù)可調(diào)轉(zhuǎn)動,在全速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性優(yōu)于0.02%。在氣浮導(dǎo)軌上采用了獨特的平衡對稱布局設(shè)計,光軸方向上步進分辨率達到5μm,可實現(xiàn)激光多普勒流速儀測量體內(nèi)條紋間距的高分辨校準(zhǔn)。散射目標(biāo)采用直徑小于5μm的鍍鉑鎢絲,利用鍍鉑鎢絲良好的散射特性,獲得了高信噪比多普勒信號,在解決多個技術(shù)難點的基礎(chǔ)上開展激光多普勒流速儀的高精度校準(zhǔn),實現(xiàn)了空氣流速量值的傳遞與溯源。


圖3 (0.2~30)m/s空氣流速基準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)激光多普勒流速儀

  2014年,中國計量科學(xué)研究院研制的轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)裝置參加了CCM.FF-K3空氣流速關(guān)鍵量值國際比對,比對結(jié)果于2016年正式發(fā)布,比對結(jié)果驗證了我國空氣流速量值的等效性和一致性。2017年經(jīng)國際同行專家評審,中國計量科學(xué)研究院基于該裝置通過了3項空氣流速量值的校準(zhǔn)測量能力(CMC),目前已在國際計量局(BIPM)官網(wǎng)發(fā)布,這是我國首次在流速量值中獲得了國際同行認可。2020年,中國計量科學(xué)研究院參與主導(dǎo)完成亞太計量組織(APMP)空氣流速量值國際比對(2020APMP.K3)。同時,中國計量科學(xué)研究院通過進一步提升轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)裝置的測量能力,實現(xiàn)全流速范圍內(nèi)的最大測量不確定度為0.1%(k=2)的校準(zhǔn)水平。 

 ?。?.2~30)m/s空氣流速基準(zhǔn)裝置的建立,填補了我國空氣流速量值源頭的空白,實現(xiàn)了國際等效一致,對規(guī)范國內(nèi)氣體流速量值傳遞體系和促進國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。同時,該計量基準(zhǔn)的建立有助于我國空氣流速測量水平的提升,為能源環(huán)保、航空航天、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的空氣流速監(jiān)測和應(yīng)用提供計量技術(shù)支撐。