2021年新建國家計量基準之一：（0.2～30）m/s空氣流速基準裝置

編者按： 

計量基準是國家量值的最高依據，也是保障全國量值準確可靠的源頭。黨中央、國務院高度重視計量體系和計量能力建設，將計量基準等作為國家重要戰略資源。2021年，市場監管總局依照《計量法》有關規定，新批準建立5項國家計量基準，填補了我國相關領域最高測量能力空白，對推動科學技術創新、促進產業轉型升級、保障改善民生具有重要意義。市場監管總局組織有關單位和專家撰寫了科普宣傳圖文，使社會各界更好明白計量、理解計量、支持計量、用好計量。 

（0.2～30）m/s空氣流速基準裝置

近日，市場監管總局批準啟用（0.2～30）m/s空氣流速基準裝置（國基證〔2021〕第152號），其測量能力達到國際先進水平，填補了我國空氣流速量值傳遞與溯源能力空白，為空氣流速量值準確獲取和應用提供技術支撐。 

空氣流速也叫風速，指空氣相對于地面某一固定地點的運動速率。流速量值伴隨諸多自然現象和人類活動出現，廣泛應用于生產活動中。風速根據其范圍可劃分為微風速、亞音速、超音速等。實現空氣流動的合理利用一直是人類努力追求的目標，而準確有效的空氣流速是關鍵因素。空氣流速計量在產業發展、科技創新等諸多方面支撐國家戰略、服務社會民生。 

圖1 空氣流速服務國計民生 

在服務風電產業、助推國家能源結構調整、助力國家“雙碳”目標實現方面，風速的準確計量至關重要。在我國加快建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系的形勢下，風電是清潔低碳能源的重要組成部分。風速是風電場宏觀微觀選址的關鍵技術參數，風速計量直接支撐風電設備的效率評價、日常運維和故障診斷。風速計量準確度水平顯著影響風電設備的精細化運行和控制策略優化，是提升風電產業技術水平的重要環節。此外，大氣環境監測中生產企業有害煙氣量排放測量、室內通風環境質量監測中大型建筑中央空調通風換氣能力測量、安全生產監管領域中煤礦通風換氣能力測量、氣象災害預報中局地環境風力等級測量、生物制藥領域中潔凈生產過程微風速測量等，都需要空氣流速的準確計量。 

圖2 （0.2～30）m/s空氣流速基準裝置 

空氣流速計量基準裝置是準確測量該量值的前提和保障，也是支撐上述產業發展服務社會的基礎。2009年起，中國計量科學研究院開展了激光多普勒流速儀的校準方法研究，自主研制轉盤校準裝置，實現我國空氣流速量值m/s向SI單位m和s的有效溯源。轉盤校準裝置依托寬速比伺服控制可實現線速度范圍（0.2～30）m/s的連續可調轉動，在全速度范圍內轉動穩定性優于0.02%。在氣浮導軌上采用了獨特的平衡對稱布局設計，光軸方向上步進分辨率達到5μm，可實現激光多普勒流速儀測量體內條紋間距的高分辨校準。散射目標采用直徑小于5μm的鍍鉑鎢絲，利用鍍鉑鎢絲良好的散射特性，獲得了高信噪比多普勒信號，在解決多個技術難點的基礎上開展激光多普勒流速儀的高精度校準，實現了空氣流速量值的傳遞與溯源。

圖3 （0.2～30）m/s空氣流速基準裝置校準激光多普勒流速儀 

2014年，中國計量科學研究院研制的轉盤校準裝置參加了CCM.FF-K3空氣流速關鍵量值國際比對，比對結果于2016年正式發布，比對結果驗證了我國空氣流速量值的等效性和一致性。2017年經國際同行專家評審，中國計量科學研究院基于該裝置通過了3項空氣流速量值的校準測量能力（CMC），目前已在國際計量局（BIPM）官網發布，這是我國首次在流速量值中獲得了國際同行認可。2020年，中國計量科學研究院參與主導完成亞太計量組織（APMP）空氣流速量值國際比對（2020APMP.K3）。同時，中國計量科學研究院通過進一步提升轉盤校準裝置的測量能力，實現全流速范圍內的最大測量不確定度為0.1%（k=2）的校準水平。 

（0.2～30）m/s空氣流速基準裝置的建立，填補了我國空氣流速量值源頭的空白，實現了國際等效一致，對規范國內氣體流速量值傳遞體系和促進國民經濟發展具有重要意義。同時，該計量基準的建立有助于我國空氣流速測量水平的提升，為能源環保、航空航天、生物醫藥等產業發展中的空氣流速監測和應用提供計量技術支撐。