[00143755]国家直流大电流计量标准研究建立与应用

直流大电流准确测量对节能减排、安全监控具有重要意义。金属冶炼、氯碱化工、电解电镀及新材料等工业生产主要消耗直流电能，以金属电解为例，直流电能占其能源总消耗的90%以上。舰船动力、高铁机车、电动汽车、光伏发电、直流高压输电等产业也以直流电方式储存或输送电能。直流大电流的准确计量直接关系到这些行业的产品质量、生产效率或安全，节能降耗、能效测评需要准确的直流大电流测量作为基础数据。在核物理、高能物理和核动力等科学研究中，准确的直流大电流测量、控制和校准，直接影响实验和研究的成败。因此，研究和建立高准确度直流大电流国家计量标准意义重大。长期以来，国际上直流大电流计量标准一直难以突破10<'-6>水平，工业现场的直流大电流在线测量也无法可靠地溯源到国家计量基准，这主要受到一些技术限制，包括：大电流母线和返回导体产生的强干扰磁场，磁屏蔽效能不高，以及缺少在实际工作状态（工作磁势和漏磁势）下高准确度校准方法等。该成果主要研究了直流电流比较仪(简称DCC)自校准、磁屏蔽和母线优化等理论、方法和技术，提出了一种“分布式均匀化磁势法”大电流DCC设计和自校准理论，并将之应用于DCC设计、研制和校准中，研制了一套直流大电流比例自校准装置，建立了国家直流大电流计量标准，量程10 A：1A～5 kA:5 A；测量不确定度1×l0<'-8>—2.6 ×l0<'-7>，k=2，解决了高准确度DCC在额定磁势和实际工作条件下的自校准难题，技术指标达到国际领先水平，取得多项自主创新成果。主要包括：在国际上首次提出了“分布式均匀化磁势法”大电流“D"型母线优化设计方案，将大电流母线漏磁干扰降低了1个数量级；首次推导和验证了有气隙的磁屏蔽效能计算解析公式，完善了比较仪磁屏蔽设计理论；首次提出一种DCC自校准的新方法——“串并联法”，解决了在实际大电流及其漏磁状态下高准确度自校准难题，4步测量将电流从1A扩展到5 kA，不确定度比国际最好水平小5倍；提出并实现了“倍增电流法”，解决了电阻基准器电流依赖性绝对测量难题。基于该成果，中国直流大电流分流器校准和测量能力(CMC)进入了国际计量局(BIPM)国际等效互认数据库；进一步研制了2 kA～60 kA(O.01～0.05级)工业现场直流大电流标准传感器，开发了在线整流机组效率测量系统和交直流分时电量测量管理系统，成功应用于驰宏锌锗等金属电解企业，为企业优化工艺提供了在线测量支持，提高整流运行效率2%，降低直流电单耗1%，节约电能约1000万度／年，经济和社会效益显著；为海军装备、核动力、高铁、电机、电动汽车等行业大电流测量标准和传感器制造企业的研究、设计和检测提供了量值溯源和技术支持，为高准确度仪器仪表制造企业提供了技术咨询。 发表论文29篇，其中SCI索引6篇，EI索引19篇；申请发明专利2项，实用新型专利2项。研究成果在国际精密电磁测量会议(CPEM)应邀作报告5次，《科技日报》在头版报道了该成果。