当前位置: 首页 » 行业聚焦 » 行业动态 » 正文

全球启用新国际单位制

“千克”“秒”“米”等国际单位制启用常数定义替代实物原器


  来源: 人民日报 时间:2019-05-22 编辑:伊敏
分享到:



5月20日,第二十个世界计量日,新修订的国际单位制体系正式生效。“秒”“米”“千克”“安培”“开尔文”“摩尔”“坎德拉”将全部以常数定义,全新的测量体系正式启用。其中,全球砝码量值的源头——国际千克原器大K也随之正式卸任。这是国际单位制自1963年创立以来最重大的变革。根据新定义,“掌管”千克的是一个以普朗克常数为基础的公式。基本单位不再与实物关联,计量精准度的跃迁更将开启无限可能,带来新的认知和机遇、催生新的技术和产业。

公式为虚,质量为实,由虚到实,如何复现公式定义的1千克呢?记者探访了中国计量科学研究院。

国际上主要采用功率天平、能量天平、压力天平等装置复现千克

走进实验室,一个像太空舱一样的三层大钟罩便映入眼帘。“未来,我国千克的复现将通过这个装置完成。”中国计量科学研究院电学量子基准实验室主任李正坤说,目前国际上主要采用功率天平、能量天平、压力天平等试验装置来复现千克,我国选用的是能量天平方案。

李正坤介绍,钟罩外观是为了提供真空的测量环境。钟罩内,置入水平径向磁场的悬挂线圈通过后将产生电磁力,稳稳托起被称砝码,使得测力传感器读数保持不变。“这样,我们就建立起机械量与电学量之间的关系,计算出电磁力,即可推导出砝码的质量。”李正坤说。

听起来似乎并不难?李正坤却说,电磁力的测量也不简单。从2007年开启研究,团队花费了大量精力,才成功研制出一套互感精密测量系统,将互感量溯源到量子化霍尔电阻和时间标准。


研究人员正在调试能量天平试验装置。(中国计量科学研究院供图)


体现在实物上,大钟罩边上整齐排列着4个机柜,每个柜子内放着各种仪器。电磁力的计算涉及多个电学量的测量,需要多种测量仪器,有些可以使用商用仪器,有些用于信号控制、滤波、线圈位置和姿态锁定等功能的仪器只能自行研发。

据介绍,今年9月,国际计量局将组织一次国际比对,看看哪个国家将千克复现得更准。比对时将把各国的测量结果进行加权平均,哪个国家的测量值离平均值更近,就意味着复现能力更强。权重则依据各国装置的测量稳定性确定,稳定性越高、误差越小,权重就越大。

“从现在起到9月,是我们对设备的调校期,希望参加比对时,我国能量天平装置的误差能缩小至10-8量级。” 李正坤说,这就好比世界一级方程式锦标赛,各个车队所采用的发动机、车体材料、车体形状等基本相同,比拼的是对车辆的调校能力,谁能将性能调到最优,谁获胜的可能性就越大。

为了降低能量天平的测量不稳定性,研究团队尽力把每个因素都考虑到位。为装置设置防震沟,以防微小振动对测量结果产生影响;钟罩框架采用大理石加工而成,千年形成的花岗岩结构稳定,既结实又不会产生放射性物质,构建实验环境最为理想;采用永磁体代替电磁体产生磁场,以防发电线圈发热导致测量环境温度升高,测量结果产生偏差……

能量天平方案是我国独创的方案,我国也是世界上唯一采用能量天平方案的国家。与主流功率天平方案相比,能量天平整个测量过程都是静态的,避免了功率天平的动态测量问题。

以实物为基准的量值已不能适应精密测量的需要

以前,我们将国家的千克原器送到位于法国的国际计量局和大K比对,回国后再根据比对结果对国内的千克原器进行修正。举个例子,1963年我国有了第一颗国家千克原器,此时它与大K质量相等,同为1千克。假设,40年后,2003年,将我国国家千克原器与大K比对时发现我国国家千克原器比大K重了0.00001千克,则原本我国记录的1千克物品质量都须变为1.00001千克。

现在,能量天平装置可以准确测出所有砝码的质量,通过砝码,即可衡量所有物品的质量。而不拥有千克复现能力的国家,只能委托其他国家进行测量,容易处于被动状态。

“这将节约大量的成本。以前,每隔一段时间,我国国家千克原器就得前往国际计量局进行比对,为防止发生空难导致国家千克原器受损,我国的两颗国家千克原器还须乘坐不同的航班前往法国,成本高昂。现在,国际计量局只需8—10年举行一次国际比对即可。”李正坤说。

新的国际单位制还将让我们对自然界有新的认识,带来新的机遇,从而催生新的产业。100多年来,科学家之所以探索国际单位制的变革,是因为以实物为基准向世界传递量值,已经越来越不适应精密测量的需要。

关键词:世界计量日 测量    浏览量:2629

声明:凡本网注明"来源:仪商网"的所有作品,版权均属于仪商网,未经本网授权不得转载、摘编使用。
经本网授权使用,并注明"来源:仪商网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品,归原版权所有人所有。目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如有作品的内容、版权以及其它问题的,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
本网转载自其它媒体或授权刊载,如有作品内容、版权以及其它问题的,请联系我们。相关合作、投稿、转载授权等事宜,请联系本网。
QQ:2268148259、3050252122。


让制造业不缺测试测量工程师

关注仪商网公众号

0条 [查看全部]  发表评论

最新发布
行业动态
行业聚焦
国际资讯
仪商专题
按分类浏览
Copyright © 2006- 861718.com All rights reserved 版权所有 © 星球国际资讯集团 广州德禄讯信息科技有限公司
本站转载或引用文章涉及版权问题请与我们联系。电话:020-34224268 传真: 020-34113782