国家计量基准/副基准

中国测试技术研究院长期致力于国家计量基标准的研究，建院以来共建立和保存了涉及几何量（长度）、热工（温度）、力学、电磁、无线电、时间与频率、光学、化学、声学、电离辐射等十大计量领域的国家计量基准/副基准 36项。

1MN力值基准机

基准编号：GJJ(力) 0204

证书编号：国基证[2002]第022号

量值范围：（20～1000）kN

量值复现不确定度：U= 1×10-5（k=3）

基准量值溯源情况：

力值基准建立初期1975～1985的十年间，每年进行一次砝码质量的量值溯源检定，砝码质量变化呈现逐年减小的情况，至1995年进行最后一次检定，相对于砝码标称质量的偏差均不大于±0.0001%，相对扩展不确定度均不大于砝码标称质量值的2×10-6（k=3）。

国际、国内比对情况：

1985年5月与德国PTB 500kN进行了力值比对；

1987年10月与国防科工委304所300kN副基准进行了力值比对；

1991年7月与意大利国家计量院200kN进行了力值比对；

2010年5月至2011年9月作为主导实验室进行“中小力值国内比对”；

2011年7月作为主导实验室与意大利国家计量院1MN基准进行了力值比对；

（上述比对结果所有比对点的力值相对偏差不大于±0.0015%，所有比对点的En＜1）。

1MN力基准机是统一国家1MN及以下力值的基准装置，建立于一九七六年，是国家中小力值量值传递20kN～1000kN量程段的主基准装置。由我院自行设计制造、具有自主知识产权的1MN力基准机的力值不确定度至今保持着国际领先的不确定度水平。

代表国际水平的实验室建立的静重式力基准机技术现状：

国家实验室

力值范围

相对扩展不确定度(k=3)

中国NIMTT

10N～1000kN

2×10-5

美国NIST

44N～4448kN

2×10-5

德国PTB

10N～1000kN

2×10-5

意大利INRIM

10N～1000kN

2×10-5

10N～1MN中小力值国家基准是统一国内“力值”量值的最高依据，也是国家（在该量程段）唯一参加量值国际关键比对的基准装置。保存和完善该基准系列，符合国家中、长期战备的要求。同时，对于维护国家现代计量体系的完整，保持我国在该项目与世界先进水平同步和我国在计量领域中的国际地位，具有重要的意义。

为了保证1MN力基准机的稳定性及国内中小力值量传体系的可靠性，2009年经国家科技部、质检总局的批准，我院承担了1MN力基准机的技改项目，通过本次技改，对完善国家计量基准体系的平台建设，保持中小力值国家基准量程10N～1MN，力值相对扩展不确定度达到1～2×10-5（包含因子k=3）国际水平，具有极其重要的意义。

空气声声压国家基准※空气声声压副基准

0.95×105～105帕自由场声压基准装置

Primary Standard Apparatus of Acoustics (for 0.95×105～105Pa Free Field Sound)

基准编号：GJJ（声）0102

基准证书号：（86）量局准证字第125号

耦合腔互易法声压副基准装置

Secondary Standard Apparatus of Acoustics Pressure for Coupler Reciprocity Method

基准编号：GJJ（声）0151

基准证书号：（86）量局准证副字第044号

声学室基准副基准介绍 

1、空气声声压国家基准（National Primary Standard of Air Acoustics Pressure）

种别名称：0.95×105～105帕自由场声压基准装置

Primary Standard Apparatus of Acoustics (for 0.95×105～105Pa Free Field Sound)

基准编号：GJJ（声）0102  

基准证书号：（86）量局准证字第125号

简介：该基准始建于1984年，指标为在1000Hz～20kHz频率范围内，传声器自由场声压灵敏度的测量结果不确定度为(0.2～0.3) dB(k=3)。技术指标达到当时国际水平，为我国传声器自由场校准的最高水平。2006年至2009年完成了基准的技术升级改造，技术指标与当前国际水平相当，并获2010年四川省科学进步二等奖。

技术指标：在1000Hz～25kHz，自由场灵敏度级测量U=0.2dB，k=2

覆盖国际建议中的全部标准传声器

比对结果：2009年7月与丹麦DPLA比对结果数据一致（比对传声器型号4180,4160）

2、空气声声压副基准（Secondary Standard for Air Acoustics Pressure）

种别名称：耦合腔互易法声压副基准装置

Secondary Standard Apparatus of Acoustics Pressure for Coupler Reciprocity Method

基准编号：GJJ（声）0151  

基准证书号：（86）量局准证副字第044号

简介：该副基准始与1965年，指标为在50Hz～2000）Hz频率范围内，传声器压力场声压灵敏度测量结果不确定度为0.1dB (k=3)。技术指标达到当时国际水平，与耦合腔空气声压基准完全一致。2009年完成了基准的技术升级改造，技术指标与当前国际水平和国家基准相当。

技术指标：在20Hz～25KHz，声压灵敏度级测量U=0.05dB～0.1dB，k=2

覆盖国际建议中的全部标准传声器

比对结果：2009年7月与丹麦DPLA比对结果数据一致（比对传声器型号4180,4160）

低频（垂直/水平）、中频振动国家计量（副）基准

振动激光绝对法基、标准装置，承担着全国各省市计量部门、航空航天及军工等各部门振动标准的量值传递工作；为机械电力、桥梁建筑、水利建设、地质勘探以及航天航空等领域的工程测量，地震监测，故障诊断、机械监控和大专院校、科研院所的高精尖技术研究提供检测校准服务。

振动加速度、速度、位移是重要的工程物理量。振动的测量和控制在科学研究和工程技术中有着广泛的应用，例如近年来开展的桥梁安全检测、大型水力发电机组的振动监测、地震检测等，可以说振动测量技术的研究和应用对象涉及国民经济各个领域。因此，振动量值的准确与否直接关系到大型工程、产品的质量和人民的生命安全。准确、高效的振动计量具有十分重要的意义。

我院振动基准由低频振动垂直向/水平向计量基准和中频振动计量副基准组成，覆盖了从（0.1～5000）Hz的频率范围，低频端0.1Hz可从10μm开始，装置的信噪比极高、环境条件是最好的；中频副基准为垂直水平两用；装置所采用的静压导轨技术使基准的复现性好、机械部分维护性小；处于国内领先水平。

作为基准主要担负对全国振动量值的传递工作。

低频垂直向振动基准装置

技术指标：

频率范围：0.1Hz～200Hz

加速度：（5×10-3～30）m/s2

位  移：（1×10-5～3.5×10-2）m

相  移：-180°～180° 

加速度幅值Urel:(k=2)

0.2%（参考点16Hz, 10m/s2）

0.3%（0.1Hz≤f ≤120Hz）

0.4%（120Hz＜f ≤200Hz）

加速度相位U:(k=2)

0.2°（参考点16Hz, 10m/s2）

0.4°（0.1Hz≤ f ≤200Hz）

低频水平向振动基准装置

技术指标：

频率范围：0.1Hz～200Hz

加速度：（5×10-3～30）m/s2

位  移：（1×10-5～2.25×10-2）m

相  移：-180°～180° 

加速度幅值Urel:(k=2)

0.2%（参考点16Hz, 10m/s2）

0.3%（0.1Hz≤ f ≤120Hz）

0.4%（120Hz＜f ≤200Hz）

加速度相位U:(k=2)

0.2°（参考点16Hz, 10m/s2）

0.4°（0.1Hz≤f ≤200Hz）

中频振动副基准装置

技术指标：

频率范围：10Hz～5000Hz

加速度：（5×10-2～100）m/s2

相  移：-180°～180° 

加速度幅值Urel:(k=2)

0.2%（参考点160Hz, 100m/s2）

0.2%（10Hz≤f ≤1000Hz）

0.3%（1000Hz＜f ≤5000Hz）

加速度相位U:(k=2)

0.2°（参考点160Hz, 100m/s2）

0.4°（10Hz≤f ≤5000Hz）

标准装置可在全国范围内开展下列检定、校准、检测项目：

1．低频标准加速度传感器、低频测振仪、拾振器、低频振动速度传感器、低频振动位移传感器；

2．标准加速度计、标准振动测量仪、振动速度传感器、振动位移传感器；

3．桩基动态测量仪、环境振动分析仪。

温标与温度基标准装置

温度是国际单位制中七个基本单位之一，在物理学单位中占有非常重要的地位。目前国际上公认的最基本的温度是根据热力学第二定律来定义的，称为热力学温度。

理想气体的等容和等压的延长线都交于一点，即在温度坐标轴的t=-273.15℃处，如右图所示。热力学温标给出了绝对零度为-273.15℃的概念，也称绝对温标。热力学温标的起点为绝对零度。

水三相点是国际温标中的一个极为重要的定义固定点，是用来定义热力学温度单位——开尔文的基本点。水的三相点就是水的固、液、汽三相共存的温度，水三相点压力为610.75Pa，温度为273.16K（0.01℃）。水三相点的复现性优于0.1mK。

热力学温度的单位为开尔文，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16，符号为K。

温度测量的基础是温标，温标实际上就是温度的数值表示方法，它用来保证温度量值的准确、一致和正确传递。温标包括定义固定点、内插仪器和内插公式三个基本要素。

我国目前采用的温标是ITS-90国际温标，它是我国温度量值统一的基础。ITS-90通过各温区和分温区来定义开尔文温度T90：

0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。

3.0K到氖三相点（24.5661K）之间，T90用氦气体温度计来定义。

平衡氢三相点（13.8033K）到银的凝固点（961.78℃）之间，T90用铂电阻温度计来定义。它使用一组规定的定义固定点和规定的参考函数以及内插温度的偏差函数来分度。

银凝固点（961.78℃）以上的温区，T90是借助于一个定义固定点和普朗克辐射定律来定义。

ITS-90分温区定义固定点

83.8058K～273.16K温度副基准装置

中国测试技术研究院建立保存的83.8058K～273.16K温度副基准装置主要由水三相点装置、汞三相点装置、氩三相点装置以及副基准铂电阻温度计组成，用于准确复现ITS-90温标规定的83.8058K～273.16K温区内的温度量值。该装置与中国计量科学研究院共同承担着我国83.8058K～273.16K温区的量值传递工作，维持全国温度量值的统一。

根据ITS-90温标的定义，在83.8058K～273.16K 温度范围内的温度值，T90用铂电阻温度计来定义。它使用氩三相点、汞三相点和水三相点三个定义固定点和规定的参考函数以及内插温度的偏差函数来分度铂电阻温度计。

参考函数为：

偏差函数为：

式中，a，b系数由标准铂电阻温度计在水三相点，氩三相点，汞三相点测量求得的W与对应的参考函数的偏差求得。

装置技术指标：

测量范围： 83.8058K～273.16K

不确定度： U=0.22mK～1.0mK，k=2

氩三相点装置结构图

83.8058K～273.16K 副基准主要装置图

273.15K～933.473K 温度副基准装置

中国测试技术研究院建立保存的273.15K～933.473K温度副基准装置主要由水三相点装置、铟凝固点、镓熔点、锡凝固点装置、锌凝固点、铝凝固点装置以及副基准铂电阻温度计组成，用于准确复现ITS-90温标规定的273.15K～933.473K温区内的温度量值。该装置与中国计量科学研究院共同承担着我国273.15K～933.473K温区的量值传递工作，维持全国温度量值的统一。

根据ITS-90温标的定义，在273.15K～933.473K温度范围内的温度值，T90用铂电阻温度计来定义。它使用铝凝固点、锌凝固点、锡凝固点、铟凝固点、镓熔点、水三相点六个定义固定点和规定的参考函数以及内插温度的偏差函数来分度铂电阻温度计。

参考函数为：

偏差函数为：

式中，a，b，c系数由标准铂电阻温度计在水三相点，锡凝固点，锌凝固点和铝凝固点温度测量求得的W值与对应的参考函数的偏差求得。

装置技术指标：

测量范围： 273.15K～933.473K

不确定度： U=0.22mK～2.1mK，k=2

锌凝固点装置结构图

273.15K～933.473K 副基准主要装置图

铂铑10-铂热电偶固定点装置

中国测试技术研究院建立和保存的铂铑10-铂热电偶固定点装置主要由铜凝固点装置、铝凝固点装置、锌凝固点装置和标准组铂铑10-铂热电偶组成，是热电偶传递系统的最高标准装置。该装置担负着西南地区和其他地区的热电偶的量值传递工作，与中国计量科学研究院共同维持着我国热电偶温度传感器的量值统一，并与各国在热电偶温度传感器的量值保持一致。

技术指标：

测量范围：419.527℃～1084.62℃

不确定度：U=0.1℃，k=2

633nm波长副基准装置

633nm波长副基准装置保存的长度单位“米”，是国际单位制七个基本单位之一，该装置确保了长度量值的准确和统一。

广泛应用于超高和高精度机械加工的在线控制与测量、集成电路芯片生产加工等领域，同时支撑着纳米技术、分子生物学、GPS定位系统的检测系统、飞机/轮船/超大型机械装备的工装和加工控制、风洞实验的鉴别、地球岩体位移和形变测量等前沿科技的发展和不断进步。

测量范围：633nm

测量不确定度：u=2.5×10-11

（60～250）kV X射线照射量副基准装置

（60～250）kV中能X射线空气比释动能副基准，其前身为（60～250）kV中能X射线照射量副基准，建立于1986年，达到同期国际同类基准的先进水平。

该基准用于复现（60～250）kV X射线空气比释动能。中能X射线空气比释动能是国际关键量比对项目之一，量值的准确可靠关系到公众的辐射安全、医用诊断X射线检查剂量评估、放射肿瘤治疗剂量的准确性。该副基准的建立，为国内中能X射线放射治疗类检测仪器、中能辐射防护类检测仪器以及医用X射线诊断类设备的量值溯源提供了必要的手段，确保了相关行业的健康发展。

技术指标：

能量范围：           （60～250）kV

空气比释动能率： （0.01～0.1）Gy/min

半值层范围：        （0.05～3.0）mmCu

系统定位精度：       <0.1 mm

量值复现不确定度：0.46%（k=2）

直流电压作证基准装置

基准编号：GJJ（电）1702

证书编号：量基证【2002】第061号

简介：直流电压作证基准装置建立于上世纪九十年代，主要由低温系统、微波系统、精密电压测量系统、数据监视与采集系统组成。4.2K温度下的低温系统内的约瑟夫森结阵列是由3020个Nb/NbOx/PbInAu结串联而成的，用微波系统产生频率为88GHz的毫米波辐照时，可以在0V～1.3V范围内产生连续可调的高稳定性量子化直流电压，用于复现国家直流电动势实物基准的量值，保持全国直流电压量值与国际的统一。

1962年，20多岁的英国物理学家约瑟夫森(B.D.Josephson)在剑桥大学从理论上首先预言了两块弱耦合超导体（即超导结）之间存在如下关系：

Vn=nf/(2e/h)=nf/KJ

式中f为辐照在超导结上的微波频率，n为微波感应台阶数，e为电子电荷，h为普朗克常数，KJ=2e/h为约瑟夫森常数，Vn为第n个台阶处的电压，该关系从理论上为保存或统一全世界的电压单位奠定了基础，约瑟夫森因此荣获了1973年的诺贝尔物理学奖。

1990年1月1日，国际计量局宣布取消直流电动势实物标准的国际长途搬运比对，在世界范围统一启用以约瑟夫逊常数KJ-90=483597.9GHz/V来保存本国的电压单位，真正保证了电压单位在世界范围内的一致，而且复现电压单位的准确度也得到了很大地提高。

技术指标：

测量范围：0V～1.018V

不确定度：U=0.03μV，k=2

温标与温度基标准装置

温度是国际单位制中七个基本单位之一，在物理学单位中占有非常重要的地位。目前国际上公认的最基本的温度是根据热力学第二定律来定义的，称为热力学温度。

理想气体的等容和等压的延长线都交于一点，即在温度坐标轴的t=-273.15℃处，如右图所示。热力学温标给出了绝对零度为-273.15℃的概念，也称绝对温标。热力学温标的起点为绝对零度。

水三相点是国际温标中的一个极为重要的定义固定点，是用来定义热力学温度单位——开尔文的基本点。水的三相点就是水的固、液、汽三相共存的温度，水三相点压力为610.75Pa，温度为273.16K（0.01℃）。水三相点的复现性优于0.1mK。

热力学温度的单位为开尔文，定义为水三相点的热力学温度的1/273.16，符号为K。

温度测量的基础是温标，温标实际上就是温度的数值表示方法，它用来保证温度量值的准确、一致和正确传递。温标包括定义固定点、内插仪器和内插公式三个基本要素。

我国目前采用的温标是ITS-90国际温标，它是我国温度量值统一的基础。ITS-90通过各温区和分温区来定义开尔文温度T90：

0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。

3.0K到氖三相点（24.5661K）之间，T90用氦气体温度计来定义。

平衡氢三相点（13.8033K）到银的凝固点（961.78℃）之间，T90用铂电阻温度计来定义。它使用一组规定的定义固定点和规定的参考函数以及内插温度的偏差函数来分度。

银凝固点（961.78℃）以上的温区，T90是借助于一个定义固定点和普朗克辐射定律来定义。

ITS-90分温区定义固定点

83.8058K～273.16K温度副基准装置

中国测试技术研究院建立保存的83.8058K～273.16K温度副基准装置主要由水三相点装置、汞三相点装置、氩三相点装置以及副基准铂电阻温度计组成，用于准确复现ITS-90温标规定的83.8058K～273.16K温区内的温度量值。该装置与中国计量科学研究院共同承担着我国83.8058K～273.16K温区的量值传递工作，维持全国温度量值的统一。

根据ITS-90温标的定义，在83.8058K～273.16K 温度范围内的温度值，T90用铂电阻温度计来定义。它使用氩三相点、汞三相点和水三相点三个定义固定点和规定的参考函数以及内插温度的偏差函数来分度铂电阻温度计。

参考函数为：

偏差函数为：

式中，a，b系数由标准铂电阻温度计在水三相点，氩三相点，汞三相点测量求得的W与对应的参考函数的偏差求得。

装置技术指标：

测量范围： 83.8058K～273.16K

不确定度： U=0.22mK～1.0mK，k=2

273.15K～933.473K 温度副基准装置

中国测试技术研究院建立保存的273.15K～933.473K温度副基准装置主要由水三相点装置、铟凝固点、镓熔点、锡凝固点装置、锌凝固点、铝凝固点装置以及副基准铂电阻温度计组成，用于准确复现ITS-90温标规定的273.15K～933.473K温区内的温度量值。该装置与中国计量科学研究院共同承担着我国273.15K～933.473K温区的量值传递工作，维持全国温度量值的统一。

根据ITS-90温标的定义，在273.15K～933.473K温度范围内的温度值，T90用铂电阻温度计来定义。它使用铝凝固点、锌凝固点、锡凝固点、铟凝固点、镓熔点、水三相点六个定义固定点和规定的参考函数以及内插温度的偏差函数来分度铂电阻温度计。

参考函数为：

偏差函数为：

式中，a，b，c系数由标准铂电阻温度计在水三相点，锡凝固点，锌凝固点和铝凝固点温度测量求得的W值与对应的参考函数的偏差求得。

装置技术指标：

测量范围： 273.15K～933.473K

不确定度： U=0.22mK～2.1mK，k=2

铂铑10-铂热电偶固定点装置

中国测试技术研究院建立和保存的铂铑10-铂热电偶固定点装置主要由铜凝固点装置、铝凝固点装置、锌凝固点装置和标准组铂铑10-铂热电偶组成，是热电偶传递系统的最高标准装置。该装置担负着西南地区和其他地区的热电偶的量值传递工作，与中国计量科学研究院共同维持着我国热电偶温度传感器的量值统一，并与各国在热电偶温度传感器的仪器校准量值保持一致。

技术指标：

测量范围：419.527℃～1084.62℃

不确定度：U=0.1℃，k=2