• 2021年新建国家计量基准之一:
    (0.2~30)m/s空气流速基准装置
  • 发布时间:2021-12-27 19:36     信息来源:市场监管总局

  编者按: 

  计量基准是国家量值的最高依据,也是保障全国量值准确可靠的源头。党中央、国务院高度重视计量体系和计量能力建设,将计量基准等作为国家重要战略资源。2021年,市场监管总局依照《计量法》有关规定,新批准建立5项国家计量基准,填补了我国相关领域最高测量能力空白,对推动科学技术创新、促进产业转型升级、保障改善民生具有重要意义。市场监管总局组织有关单位和专家撰写了科普宣传图文,使社会各界更好明白计量、理解计量、支持计量、用好计量。 


(0.2~30)m/s空气流速基准装置

 

  近日,市场监管总局批准启用(0.2~30)m/s空气流速基准装置(国基证〔2021〕第152号),其测量能力达到国际先进水平,填补了我国空气流速量值传递与溯源能力空白,为空气流速量值准确获取和应用提供技术支撑。 

  空气流速也叫风速,指空气相对于地面某一固定地点的运动速率。流速量值伴随诸多自然现象和人类活动出现,广泛应用于生产活动中。风速根据其范围可划分为微风速、亚音速、超音速等。实现空气流动的合理利用一直是人类努力追求的目标,而准确有效的空气流速是关键因素。空气流速计量在产业发展、科技创新等诸多方面支撑国家战略、服务社会民生。 

图1 空气流速服务国计民生 

  在服务风电产业、助推国家能源结构调整、助力国家“双碳”目标实现方面,风速的准确计量至关重要。在我国加快建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的形势下,风电是清洁低碳能源的重要组成部分。风速是风电场宏观微观选址的关键技术参数,风速计量直接支撑风电设备的效率评价、日常运维和故障诊断。风速计量准确度水平显著影响风电设备的精细化运行和控制策略优化,是提升风电产业技术水平的重要环节。此外,大气环境监测中生产企业有害烟气量排放测量、室内通风环境质量监测中大型建筑中央空调通风换气能力测量、安全生产监管领域中煤矿通风换气能力测量、气象灾害预报中局地环境风力等级测量、生物制药领域中洁净生产过程微风速测量等,都需要空气流速的准确计量。 

图2 (0.2~30)m/s空气流速基准装置 

  空气流速计量基准装置是准确测量该量值的前提和保障,也是支撑上述产业发展服务社会的基础。2009年起,中国计量科学研究院开展了激光多普勒流速仪的校准方法研究,自主研制转盘校准装置,实现我国空气流速量值m/s向SI单位m和s的有效溯源。转盘校准装置依托宽速比伺服控制可实现线速度范围(0.2~30)m/s的连续可调转动,在全速度范围内转动稳定性优于0.02%。在气浮导轨上采用了独特的平衡对称布局设计,光轴方向上步进分辨率达到5μm,可实现激光多普勒流速仪测量体内条纹间距的高分辨校准。散射目标采用直径小于5μm的镀铂钨丝,利用镀铂钨丝良好的散射特性,获得了高信噪比多普勒信号,在解决多个技术难点的基础上开展激光多普勒流速仪的高精度校准,实现了空气流速量值的传递与溯源。

 

图3 (0.2~30)m/s空气流速基准装置校准激光多普勒流速仪 

  2014年,中国计量科学研究院研制的转盘校准装置参加了CCM.FF-K3空气流速关键量值国际比对,比对结果于2016年正式发布,比对结果验证了我国空气流速量值的等效性和一致性。2017年经国际同行专家评审,中国计量科学研究院基于该装置通过了3项空气流速量值的校准测量能力(CMC),目前已在国际计量局(BIPM)官网发布,这是我国首次在流速量值中获得了国际同行认可。2020年,中国计量科学研究院参与主导完成亚太计量组织(APMP)空气流速量值国际比对(2020APMP.K3)。同时,中国计量科学研究院通过进一步提升转盘校准装置的测量能力,实现全流速范围内的最大测量不确定度为0.1%(k=2)的校准水平。 

  (0.2~30)m/s空气流速基准装置的建立,填补了我国空气流速量值源头的空白,实现了国际等效一致,对规范国内气体流速量值传递体系和促进国民经济发展具有重要意义。同时,该计量基准的建立有助于我国空气流速测量水平的提升,为能源环保、航空航天、生物医药等产业发展中的空气流速监测和应用提供计量技术支撑。