电磁计量科学研究所简介

电磁计量科学研究所简介

磁参量计量实验室领导简介

室主任： 张伟

成员：李鑫，伏吉庆，陈嘉伟

室主任简介：

张伟，高级工程师,磁学计量研究室主任，

研究领域：磁场计量。参加和主持课题项目包括：“数字式磁通门磁强计研制” 计量院青年科学基金课题项目课题负责人，“交变弱磁场标准自动测试装置的改进” 计量院青年科学基金课题项目课题负责人，“非晶磁通门磁传感器的研究” 局科技课题 第二完成人，“磁感应强度基准装置的改进” 世行贷款课题项目 第二完成人，“提高磁感应强度基准装置磁场复现的稳定度”局技改项目负责人，“CCEM.M-K1低频磁通密度国际比” BIPM组织的国际比对项目负责人。在计量学权威期刊发表多篇论文。 

张伟,高级工程师,磁学计量研究室主任

交流阻抗实验室

主任：杨雁

交流阻抗标准实验室共有工作人员7名，其中，副研究员4人，工程师2人，助理工程师1人。

主要研究领域：

1、电容基准、电感基准以及交流阻抗（电容、电感、电阻、阻抗测量仪）的检测技术。

2、电容器扩频、电容器损耗因数基准以及高压电桥的检测技术。

3、阻抗参数仪器仪表检测技术。

4、交流比率（感应分压器、互感器、变压比电桥）标准和检测技术的研究。

5、模拟应变量标准以及应变仪的检测技术。

6、局部放电和高压脉冲标准的建立以及校验方法的研究。

日常工作：

电磁计量科学研究所主要从事计算电容法绝对测量阻抗（电容、电感、电阻）、交流阻抗及损耗因数基准和标准、阻抗参数仪器、交流电桥、比例标准等的维护、改进和提高，新的基标准和测量方法的研究,相关的量值传递、法制计量和测试校准服务工作。建有计算电容基准、电容工作基准和标准装置、电容损耗因数基准装置及工作标准、国家电感基准、电感工作基准和标准装置、数字阻抗电桥测试标准、工频/音频电压/电流比率标准、互感器校验仪、变压比电桥、电阻应变仪、模拟应变量标准装置等。 此外，还担负相关仪器计量基标准的改善和提高，包括：

1、对已建立的基标准进行技术改造（提高测量准确度、扩展测量范围）。

2、开展新领域课题（如电容器扩频、互感器校验、局部放电和高压脉冲标准等）的研究。

3、开展交流阻抗（电容、电感、电阻、阻抗测量仪）、电容器损耗因数、高压电桥、高压电容、交流比率（感应分压器、互感器、变压比电桥）、标准模拟应变量校准器、电阻应变仪、磁粉探伤仪、钢筋定位仪、钢筋测厚仪、库仑表、局部放电和高压脉冲仪表的检测、校准工作。

4、制定相关检定规程﹑检定系统表以及建标考核和新产品定型试验 。

20世纪末，电容基准量值两次参加的基本物理常数Rk-90和 VJ-90的国际平差测量，均被国际基本物理常数组织 CODATA所采纳。

1992年参加BIPM组织的CCEM-K3电感国际比对，2002年参加BIPM组织的CCEM-K7交流电压比率关键性国际比对，1998年和2017年两次参加BIPM组织的CCEM-K4电容国际比对，结果表明交流阻抗单位在国际上处于领先水平。

磁参量计量实验室

主任：张伟

磁参量计量实验室共有工作人员3名，其中，副研究员1人，高级工程师2人。

主要研究领域：

1、磁感应强度基准、磁通基准以及交流磁感应强度标准、强磁场标准技术。

2、磁通门磁强计、光泵磁强计研发。

3、特斯拉计、霍尔磁强计、核磁共振磁强计、交变磁强计、感应线圈、磁通门磁强计、光泵磁强计、质子磁强计、磁场线圈、磁屏蔽筒、磁屏蔽室、磁通量具、磁通表、等仪器仪表、实物量具、工作环境的电磁仪器计量检定、校准和测试技术。

4、零场磁力仪、生物磁场的检测技术。

5、地磁范围内高灵敏度光泵原子磁力仪校准方法的研究。

日常工作：

主要从事磁参量(磁感应强度、磁通、磁矩)的基标准的维护、改进和提高，新的基标准和测量方法的研究,各种磁参量测量仪器的量值传递、法制计量和测试校准服务工作。建有磁感应强度国家基准、强磁场标准装置、磁通量具标准装置、交变磁感应强度标准装置等。 此外，还担负相关计量基标准的改善和提高，包括： 1、对已建立的基标准进行技术改造（提高测量准确度、扩展测量范围）。

2、开展新领域课题（如原子磁强计、量子精密测量等）的研究。

3、开展对特斯拉计、霍尔磁强计、核磁共振磁强计、交变磁强计、感应线圈、磁通门磁强计、光泵磁强计、质子磁强计、磁场线圈、磁屏蔽筒、磁屏蔽室、磁通量具、磁通表、等仪器仪表、实物量具、工作环境的电学仪器计量检定、校准和测试工作。

4、制定相关检定规程﹑检定系统表以及建标考核和新产品定型试验 。

九十年代，磁参量实验室参加了的基本物理常数质子旋磁比γp的国际平差测量，实验数据被国际基本物理常数组织 CODATA所采纳。

2005年参与了BIPM组织的CCEM-K1磁感应强度国际比对，2014年参加了APMP组织的APMP.EM-S14全球地磁观测网络向国际单位制量值溯源的关键性国际比对，两次国际比对，结果表明我国的磁感应强度基准装置在国际上处于先进水平。

我国新一代计算电容 “领跑”国际

计算电容是交流阻抗量值溯源的源头，是目前电磁计量领域除量子电压、量子电阻之外具有最高准确度水平的基准装置。

中国计量科学研究院经过近10年的努力，创新性地采用了独有的“中空电补偿电极”，建立起中国新一代计算电容，将复现电容单位的测量标准不确定度降至10.5‍×‍10-9，超越了国际同类装置，达到了国际领先水平。2018年10月，国际著名电磁计量专家彼得·菲利普斯基（Piotr Filipski）在进行现场同行评审时，评价此装置为“国际最先进的计算电容”。

2018年12月，国际计量局公布的国际关键比对数据表明：在由国际计量局主导，中、美、英、德、瑞、俄、澳7国国家计量院参加的电容关键比对中，中国计量院基于新一代计算电容复现电容量值不确定度水平、与参考值接近程度全面领先，我国电容单位复现精度“领跑”国际。

量子精密磁测量技术

量子精密磁测量作为量子信息领域的一个重要组成部分，通过量子操控实现对磁场的超高灵敏度和准确度的测量，突破传统测量方法的理论极限，已成为精密测量技术的一个重要发展方向。

磁参量计量实验室从上世纪六十年代开始就开始相关方向的研究，早期的研究成果包括对基本物理常数质子旋磁比的测量，基于该项目建设了磁感应强度基准、研究了核磁共振磁强计、光泵磁强计等多种量值精密测量装置，在磁场探测技术领域有几代人的研究传统，是我国最早开展光泵磁强计和核磁共振磁强计研发的单位之一。目前正在探索的研究领域包括新一代的基于电子磁矩的磁感应强度基准技术，生物磁场（nT-pT量级）与国际单位制的量值溯源技术等空白领域。

能量天平试验装置

为应对国际单位制的重大变革—用普朗克常数重新定义千克单位。我国于2006年独立提出了能量天平方案，并于2007年开始研制成原理验证装置，在空气中测量普朗克常数的相对不确定度达到2.6×10-6（k=1），2013年起，开始研制第二代能量天平试验装置NIM-2。2016年12月，项目组完成了NIM-2装置的初步安装和调试，实现了真空环境测量。2017年5月，NIM-2提交了首次测量结果，相对不确定度为。此后项目组进行了一系列的优化改进研究，研制成永磁磁体和双层磁屏蔽，对外磁场的影响进行了抑制；研制成双环重叠柔性铰链等，对准直系统进行了优化。截止到2019年10月，NIM-2能量天平装置的A类不确定度已经达到2×10-8（k=1），为最终建成我国独立复现千克单位的基准装置打下了坚实的基础。目前，NIM-2已报名参加了国际计量局组织的千克复现方法关键比对。能量天平项目的研究依托于电学量子基准实验室，电学量子室还承担着约瑟夫森量子电压基准和量子化霍尔电阻基准两项国家基准的研制、运行维护和量传工作。这两项基准也为能量天平项目的研究提供了重要的技术支撑。

量子霍尔电阻基准装置

直流电阻（量子化霍尔电阻）基准装置，是我国电阻国家计量基准，用于复现电阻单位， 统一全国直流电阻量值。中国计量科学研究院于2003年建成量子化霍尔电阻基准装置，其标准不确定度为2.4×10-10，2003年参加国际计量电学委员会组织的CCEM-K10关键比对，比对结果达到国际领先水平, 2006年该装置确定为直流电阻国家基准，并于2007年获国家科技进步一等奖；2018年，我院在昌平新建的量子霍尔电阻基准装置，参加了国际计量局（BIPM）组织的电阻国际关键比对（BIPM.EM-K13.a and 13.b），在近20个参比国家或地区实验室中，该量子霍尔电阻基准装置复现的电阻量值不确定度水平、与参考值接近程度处于领先地位。

约瑟夫森量子电压基准装置

电压单位伏特是电学量中最重要的导出单位之一，直流电压基准是我国直流电压量值溯源的源头。2018年国际单位制重新定义，新定义将SI单位制中的4个基本物理单位用物理常数重新定义，国际单位制迈入了量子化的时代。我国的直流电压基准基于约瑟夫森效应，采用物理常数来复现和保存电压单位伏特。该装置可以进行电压量值传递、精密测量、量值比对和科学研究等工作，准确度可以达到10-9量级，可应用于精密仪器和各种直流电压基标准的精密校准测量以及国际比对。量子直流电压基准保证了我国电压单位量值与国际上电压单位的一致性，完成了两次国际关键比对：1995年底，该基准装置与国际计量局(BIPM)开展1伏直流量子电压基准的比对(BIPM-K10.a)，比对结果我国和国际计量局的量子电压基准所复现的1伏电压量值仅相差-0.1×10-10，相对不确定度1.1×10-10 (k=1)；2013年与BIPM在国家计量院现场进行了10伏量值的国际关键比对(BIPM-K10.b)，比对结果与BIPM的电压基准所复现的1伏电压量值仅相差-0.2×10-10，相对不确定度0.9×10-10 (k=1)，比对结果表明我国的直流电压基准技术指标达到国际领先水平。该装置研究项目分别于1999年和2003年获得国家科技进步二等奖。

电磁阻抗实验室计量基标准

1 计算电容基准

电容是电磁计量中重要的物理量，电容单位法拉（F）是国际单位制（SI）中重要导出单位。计算电容基准是我国交流阻抗量值溯源体系的源头。目前国际上仅有我国拥有正常运行的两套计算电容装置。

上世纪七十年代建立的卧式静止型计算电容国家基准位于和平里院区，由卧式可计算电容器及电容传递电桥等仪器组成，量程范围：1pF~100pF，测量不确定度1×10-7（k=1）。依据JJG163-1991电容工作基准检定规程，可用于校准0.0001级及以下等级的标准电容器。

以电补偿为标志的新一代立式可动屏蔽型计算电容基准装置建于昌平院区，2017年，测量标准不确定度降至1.0×10-8，达到国际领先水平。2018年12月国际计量局公布的CCEM-K4.2017国际关键比对数据表明，在由国际计量局主导，七国国家计量院参加的电容关键比对中，中国计量院基于新一代立式计算电容复现电容量值不确定度水平、与参考值接近程度全面领先，并取得国际互认。

2电容器损耗因数基准装置

证书编号：国基证[2002] 第057号

测量范围：0～1，50 Hz～10 kHz

技术指标：U=1×10-7～1×10-4 (k=2)

可开展的检定校准项目：电容损耗箱，标准损耗器，标准电容器、电容电桥，高压电容电桥，高压介损电桥，高压标准电容器，高压介损标准器等。

电感是电磁计量中重要的物理量，电感单位亨利（H）是国际单位制（SI）中重要导出单位。我国电感基准装置于1971年研制，1975年完成，经4年工作后于1979年通过鉴定。该装置由电感基准器（沙利文）和交流谐振电桥组成，溯源于第一代计算电容。量值对应于1kHz，0.1H不确定度为5×10-6（k=1），达到当时的国际先进水平。1990年参加过CCEM-K3国际比对并或国际互认。

溯源至电感基准的我国电感量值的传递系统建立，为我国的科技生产、国防军工、以及电感器的生产等行业提供了技术保障。

工作基准，2项：

标准名称：电容工作基准装置

证书编号：[1998]国量标计证字 第085号

测量范围：0.001 pF～1 μF，50 Hz～10 MHz

技术指标：Urel=3×10-7～5×10-3 (k=2)

可开展的检定校准项目：标准电容器、电容电桥，标准损耗箱，损耗器，标准电容箱等。

电感工作基准装置

证书编号：［1988］国社量标计证字第083号

测量范围：1 μH～10 H

技术指标：100 μH～1 H： Urel=30μH/H (k=3) ; 1 μH～100 μH U=3 nH (k=3); 1000 Hz

可开展的检定校准项目: 标准电感器，标准电感箱等

电感工作基准建立于1984年，对各省级计量系统及电感器生产厂商开展高精度电感器的检定和与测试服务。

电感工作基准装置

证书编号：［1988］国社量标计证字第083号

测量范围：1 μH～10 H

技术指标：100 μH～1 H： Urel=30μH/H (k=3) ; 1 μH～100 μH U=3 nH (k=3); 1000 Hz

可开展的检定校准项目: 标准电感器，标准电感箱等

电感工作基准建立于1984年，对各省级计量系统及电感器生产厂商开展高精度电感器的检定和与测试服务。

标准装置：10项

1、电感标准装置

标准证书号：［1988］国社量标计证字第022号。测量范围：1μH～1H，不确定度水平：1μH ~100μH：U=10nH（k=3）100μH ~1H：Urel=1.0×10-4（k=3）。可用于检定0.02级及以下等级的标准电感器或电感箱

电感标准装置主要是采用替代法来检定标准电感器。用性能已被校准过的RLC阻抗电桥对被校电感器和标准电感器分别进行测量（被测电感与标准电感应为同名义值），通过计算修正得出被校电感器实际值。另本装置可用直接测量法检定阻抗电桥装置。

2、电阻应变仪检定装置

计量标准为标准模拟应变量校准器，量程范围（0.1~105）με，准确度0.02级。依据JJG 623-2005电阻应变仪检定规程，可用于检定0.1级及以下等级的静态电阻应变仪和动态电阻应变仪。

电阻应变仪是测量结构及材料在载荷作用下变形的应力分析仪器，配上相应的传感器，可以测量力、压力、扭矩、加速度、位移等物理量的变化过程，它在国民经济建设中起着重要的作用。

3、模拟应变量标准装置

计量标准为感应分压器-电阻匹配网络，量程范围（0.01~105）με，准确度0.005级。依据JJG533-2007标准模拟应变量校准器检定规程，可用于检定0.02级及以下等级的标准模拟应变量校准器。

标准模拟应变量校准器检测电阻应变仪必不可少的标准设备，被广泛应用于各级计量部门。为了保证应变计量量值传递的准确可靠，必需建立模拟应变量标准装置，以保证应变计量量值溯源体系的统一。

4、工频电压比率标准装置

计量标准为感应分压器，量程范围(10~600)V，准确度5×10-8。依据JJG244-2003 感应分压器检定规程及JJG314-2010 测量用电压互感器检定规程，可用于检定5×10-8及以下等级的感应分压器和电压互感器。

工频电压比率在电学计量领域及电力系统各单位的安全生产中起着重要作用。建立工频电压比率标准装置后，不仅完善了量值溯源系统，为各级计量机构提供检定与校准服务，还可为我国科技生产、国防军工、以及相关生产行业提供有力的技术保证。

5、工频电流比率标准装置

计量标准为电流比较仪及电流互感器，量程范围(0.025A~5000)A，准确度5×10-7。依据JJG313-2010 测量用电流互感器检定规程，可用于检定2×10-6及以下等级的电流比较仪和电流互感器。

工频电流比率在电学计量领域及电力系统各单位的安全生产中起着重要作用。建立工频电流比率标准装置后，不仅完善了量值溯源系统，为各级计量机构提供检定与校准服务，还可为我国科技生产、国防军工、以及相关生产行业提供有力的技术保证。

6、音频电压比率标准装置

计量标准为音频感应分压器，量程范围(1~10)V，准确度2×10-8。依据JJG244-2003 感应分压器检定规程，可用于检定2×10-8及以下等级的感应分压器和音频电压比例器件。

电压比率技术在交流电测量中起着非常重要的作用，尤其是对测量准确度有较高的要求时，通常都是用比率技术来实现的。而感应式分压器（简称感应分压器）以其具有很高的输入阻抗、很低的输出阻抗、准确度高、稳定性好、受环境温度影响小、结构简单等优越的性能，被广泛地应用于交流电精密测量以及一些非电量测量中。

7、互感器校验仪检定装置

计量标准为互感器校验仪检定装置，量程范围比差：(0.01~5)%；角差：(0.01~5)%；S：(0.1~50)VA；cosΦ：0~1，准确度0.2级。依据JJG169-2010 《互感器校验仪》检定规程及JJF1264-2010 《互感器负荷箱校准规范》，可用于检定1级及以下等级的互感器校验仪和校准3级及以下等级的互感器负载箱。 互感器校验仪及互感器负载箱是互感器检定装置中不可或缺的主要设备，因此需要建立相应的标准对其进行检定或校准，确保传递的准确可靠。

8、变压比电桥检定装置

计量标准为变压比电桥检定仪和三相组合电压互感器，量程范围：变比值K=1～10000，准确度0.01级。依据JJG970-2002变压比电桥检定规程，可用于检定0.05级及以下等级的变压比电桥和变比测试仪。

变压比电桥是测量变压器变压比的专用仪器，变压器的变压比是变压器制造和使用中的一个很重要的技术参数。对这个参数检测的准确与否，是至关重要的。目前国内各变压器生产厂家和使用单位都在大量地使用变压比电桥检测该项参数。因此，要使变压比电桥得到准确的测量结果，保证产品质量，就需要对变压比电桥本身进行检定。

9、LCR测量仪标准装置

计量标准为标准电感器、交直流电阻、交直流标准电阻器、电容器等仪器设备，最佳量程范围：0.1mH~1H；1Ω~1MΩ；1pF~1μF，测量不确定度6×10-5（k=2）。依据NIM-ZY-DL-ZK-210数字阻抗电桥校准规范，可用于校准0.02级及以下等级的LCR测量仪。

LCR数字阻抗电桥是电感(L)、电容(C)、电阻(R)量值传递中不可或缺的主要设备，因此需要建立标准对其进行检测或校准，确保传递的准确可靠。

10、局部放电校准器检定装置

局部放电校准器检定装置依据JJG1115-2015局部放电校准器检定规程对校准器进行检定、校准与测试。

该装置由电荷量测量仪、标准电荷量测量装置、频率计、高精密自动电容电桥、数字多用表等仪器组成。该装置可以实现对电荷量、脉冲重复率、阶跃波电压波形参数、分度电容容量值、校准器内阻以及电荷测量仪输入阻抗、带宽等实现量值传递、校准与测试的任务。

电荷量的定义是电流的积分，该装置基于电流积分的原理，实现对1pC至1000pC电荷量的检定与校准，装置的最大允许误差不超过（1%-2%）读数+0.3pC。辅助参数与核心参数电荷量组成一个体系。