賀 青，邵海明，梁成斌

(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京100029)

1 引 言

電磁計(jì)量是關(guān)于電磁量測(cè)量及其應(yīng)用的學(xué)科，是研究和保證電磁量測(cè)量準(zhǔn)確及量值統(tǒng)一的理論與實(shí)踐的計(jì)量學(xué)分支。電磁計(jì)量包括復(fù)現(xiàn)電磁學(xué)單位量值、建立實(shí)物基準(zhǔn)、保存單位量值，以及進(jìn)行電磁學(xué)單位量值傳遞的全部工作。

電磁計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。電磁計(jì)量產(chǎn)生于各種電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程之中，同時(shí)又促進(jìn)了各種電磁現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的進(jìn)程。人們通過(guò)電磁計(jì)量所給出的量的概念，確定了各種電磁現(xiàn)象的原理、定律，以及以一些電磁量定義另一些電磁量的相互關(guān)系。

直流和低頻領(lǐng)域的電磁計(jì)量主要包括直流電量和電阻計(jì)量、交流電量計(jì)量、交流阻抗計(jì)量、高壓和大電流計(jì)量以及磁學(xué)計(jì)量5部分內(nèi)容。電磁計(jì)量的主要內(nèi)容就是研究電磁物理量的單位復(fù)現(xiàn)、量值和頻率擴(kuò)展技術(shù)、測(cè)量和校準(zhǔn)方法等，建立電磁量的計(jì)量基準(zhǔn)和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中大量使用的電磁測(cè)量?jī)x器儀表、量具及參數(shù)的檢定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行量值傳遞和統(tǒng)一工作；圍繞科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和生活需求，研究電磁測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)和制造原理、技術(shù)和工藝，開(kāi)展檢定校準(zhǔn)技術(shù)和方法，研究測(cè)量不確定度各分量的來(lái)源及評(píng)價(jià)方法，制定國(guó)際、國(guó)家、地方和行業(yè)的計(jì)量技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展電磁測(cè)量?jī)x器的計(jì)量檢定、校準(zhǔn)、測(cè)試服務(wù)；參與組織和參加國(guó)際和國(guó)內(nèi)比對(duì)，在國(guó)際互認(rèn)協(xié)議(MRA)框架體系下，實(shí)現(xiàn)電磁校準(zhǔn)測(cè)量能力的國(guó)際等效互認(rèn)。

電磁量在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中有著重要的地位和廣泛的應(yīng)用，大部分的物理量都需要通過(guò)各類傳感器轉(zhuǎn)化為電磁信號(hào)來(lái)進(jìn)行精密測(cè)量。電磁計(jì)量科學(xué)技術(shù)伴隨著電磁計(jì)量單位的變革而逐漸發(fā)展。20世紀(jì)末，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院通過(guò)質(zhì)子旋磁比γp絕對(duì)測(cè)量電流和計(jì)算電容絕對(duì)測(cè)量RK，成為采用絕對(duì)測(cè)量法同時(shí)測(cè)量約瑟夫森效應(yīng)常數(shù)KJ和馮·克里青常數(shù)RK并被采納的第一批4個(gè)國(guó)家計(jì)量院(美、英、澳、中)之一，為建立基于KJ-90和RK-90約定值的電磁計(jì)量體系做出了重要貢獻(xiàn)。

2005年國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)提出了重新定義質(zhì)量單位千克和電流單位安培等4個(gè)基本單位的建議，其中電流單位安培建議采用基本電荷e進(jìn)行重新定義。2018年11月，第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)通過(guò)1號(hào)決議，批準(zhǔn)采用基本物理常數(shù)e重新定義電流的單位安培。2019年5月20日新SI單位定義開(kāi)始正式實(shí)施。在新SI中，安培根據(jù)基本電荷和時(shí)間定義。復(fù)現(xiàn)方法不做具體要求，可利用單電子隧道效應(yīng)，或利用KJ和RK通過(guò)歐姆定律來(lái)復(fù)現(xiàn)，也可以其他物理公式復(fù)現(xiàn)。

在新的國(guó)際單位制(SI)下，普朗克常數(shù)h、基本電荷e定義為無(wú)誤差常數(shù)，KJ=2e/h和RK=h/e2亦為無(wú)誤差常數(shù)，KJ-90和RK-90不再使用，電磁計(jì)量新體系既消除了原先的非SI電學(xué)單位系統(tǒng)，也使電磁計(jì)量步入“實(shí)物到量子”的嶄新時(shí)代。為應(yīng)對(duì)電磁計(jì)量單位變革，我國(guó)在新型電學(xué)量子標(biāo)準(zhǔn)研制，獨(dú)立自主研發(fā)量子基標(biāo)準(zhǔn)芯片，提高電磁SI單位復(fù)現(xiàn)能力和實(shí)現(xiàn)扁平化量值傳遞等領(lǐng)域均開(kāi)展了卓有成效的研究工作，在主要電磁基標(biāo)準(zhǔn)研究領(lǐng)域，在國(guó)際上從“跟跑”逐步發(fā)展到“并跑”，并在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“領(lǐng)跑”。

2 發(fā)展現(xiàn)狀與最新進(jìn)展

2.1 量子標(biāo)準(zhǔn)及芯片

2.1.1 量子電壓基準(zhǔn)

近年來(lái)，國(guó)際先進(jìn)計(jì)量院在量子電壓及應(yīng)用研究領(lǐng)域取得了多項(xiàng)突破進(jìn)展。這些研究的開(kāi)展，開(kāi)拓了交流約瑟夫森電壓的應(yīng)用前景，為交流約瑟夫森電壓的發(fā)展提供了方向。

在直流量子電壓方面，2015年，美國(guó)NIST成功研制基于制冷機(jī)的10 V可編程量子電壓系統(tǒng)，隨后逐步商業(yè)化[1]；日本AIST、德國(guó)PTB等先后成功研制出基于制冷機(jī)的可編程量子電壓系統(tǒng)。俄羅斯開(kāi)展基于制冷機(jī)的77 K高溫量子電壓系統(tǒng)，輸出電壓能力0.1～10 V。在交流電壓方面，2015年，美國(guó)NIST和德國(guó)PTB完成1 V脈沖驅(qū)動(dòng)量子電壓系統(tǒng)的研制[2,3]。隨后，美國(guó)NIST于2016年和2018年分別完成了2 V和3 V脈沖驅(qū)動(dòng)量子電壓系統(tǒng)，并成功商業(yè)化。2018年，美國(guó)NIST在世界范圍內(nèi)首次開(kāi)展可編程量子電壓系統(tǒng)與脈沖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生直流電壓的直接比對(duì)，比對(duì)結(jié)果為直流電壓差為3 nV，相對(duì)不確定度優(yōu)于10 nV；國(guó)際計(jì)量局(BIPM)首次使用美國(guó)NIST研制的4.2 K和日本AIST研制的10 K條件下10 V可編程約瑟夫森系統(tǒng)進(jìn)行了比對(duì)[4]，結(jié)果差值為0.05 nV，不確定度為0.79 nV。

在交流量子電壓領(lǐng)域，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院正開(kāi)展可編程交流量子電壓標(biāo)準(zhǔn)的研究[5,6]。為進(jìn)一步推廣普及量子電壓技術(shù)，將約瑟夫森電壓基準(zhǔn)裝備到大區(qū)、省級(jí)及有需求的實(shí)驗(yàn)室，取代目前普遍裝備的電壓實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院正開(kāi)展基于1 V可編程約瑟夫森結(jié)陣的免液氦量子電壓標(biāo)準(zhǔn)的研究。目前從可編程約瑟夫森電壓基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的電壓范圍來(lái)看，局限于約0.1 mV至10 V電壓之間。國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于量子基準(zhǔn)的微伏量子電壓的研究”于2014年開(kāi)始立項(xiàng)研究，至2018年底按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)完成驗(yàn)收。該研究得到了可直接溯源到量子基準(zhǔn)上的百納伏(10-7V)至百微伏(10-4V)量級(jí)的低電平量子電壓，其準(zhǔn)確度優(yōu)于10-10(V/V)，填補(bǔ)了這一研究領(lǐng)域的空白[7]。另外，首次采用了我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制的雙通道超導(dǎo)陣列芯片來(lái)復(fù)現(xiàn)超低電平的量子電壓[8]。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院還開(kāi)展了基于可編程約瑟夫森系統(tǒng)的磁通/互感測(cè)量方法研究[9]，通過(guò)伏秒差值法，將磁通測(cè)量的不確定度從傳統(tǒng)實(shí)物基準(zhǔn)的10-4的量級(jí)改善至10-7量級(jí)，可以建立量子磁通基準(zhǔn)。

2.1.2 量子電阻基準(zhǔn)

近年來(lái)，石墨烯在量子電阻基準(zhǔn)芯片方面得到廣泛關(guān)注，得益于其獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)，能夠在低磁場(chǎng)、高溫下實(shí)現(xiàn)電阻量子化，展現(xiàn)出在便攜式直流和交流電阻標(biāo)準(zhǔn)方面誘人的應(yīng)用前景[10]。在石墨烯量子電阻標(biāo)準(zhǔn)研究中，法國(guó)國(guó)家計(jì)量實(shí)驗(yàn)室(LNE)、英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)等國(guó)外研究機(jī)構(gòu)在石墨烯量子電阻計(jì)量芯片的制備水平上遙遙領(lǐng)先[11]。其中NPL于2015年實(shí)現(xiàn)在5 T磁場(chǎng)、3.2 K溫度條件下的小型制冷機(jī)制冷的磁體系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)量子電阻值；NIST于2018年在實(shí)驗(yàn)室條件下，研制成基于石墨烯量子電阻的無(wú)液氦傳遞系統(tǒng)，測(cè)量裝置采用常溫直流電流比較儀電阻電橋(DCC)。

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院于2016年啟動(dòng)基于石墨烯量子電阻標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，并將低頻電流比較儀電阻電橋的技術(shù)應(yīng)用于新一代便攜式石墨烯量子電阻傳遞裝置中，開(kāi)展了基于石墨烯量子電阻標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，目標(biāo)是在芯片制備、便攜式傳遞系統(tǒng)研制中打破國(guó)外技術(shù)壟斷，加速實(shí)現(xiàn)量子電阻的扁平化溯源能力。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提出一種量子電阻標(biāo)準(zhǔn)器概念，并聯(lián)合國(guó)內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯量子電阻的制備技術(shù)啟動(dòng)攻關(guān)，并于2016年啟動(dòng)基于石墨烯量子電阻標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，在芯片制備、便攜式傳遞系統(tǒng)研制中打破國(guó)外技術(shù)壟斷，便于在國(guó)內(nèi)迅速推廣。

2.1.3 電學(xué)計(jì)量用量子芯片

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院自2011年開(kāi)始開(kāi)展用于量子電壓的集成約瑟夫森結(jié)陣芯片的研制工作[12]。2015年，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)500個(gè)單層約瑟夫森結(jié)的集成[13]。至今，已實(shí)現(xiàn)40萬(wàn)結(jié)陣，我國(guó)已采用自主芯片實(shí)現(xiàn)0.5 V高精度量子電壓輸出，與美國(guó)NIST芯片比對(duì)差值為5.5×10-10V。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)雙通道微伏量子電壓芯片，使我國(guó)率先實(shí)現(xiàn)基于一個(gè)芯片的差分法微伏量子電壓標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

在量子電阻芯片研制中，基于GaAs/AlGaAs二維電子氣結(jié)構(gòu)[13]，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院自主研制成功低磁場(chǎng)(<8 T)和高磁場(chǎng)(>10 T)的標(biāo)準(zhǔn)芯片，與國(guó)際計(jì)量局(BIPM)芯片水平相當(dāng)，比對(duì)差僅為10-9量級(jí)[14]。除單個(gè)量子化霍爾標(biāo)準(zhǔn)芯片外，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研究了十進(jìn)制整數(shù)值量子霍爾陣列芯片，設(shè)計(jì)了100 Ω、1 kΩ、100 kΩ和1 MΩ芯片結(jié)構(gòu)[15]，其中1 kΩ芯片霍爾棒數(shù)量29個(gè)為國(guó)際最少、電流比11.9為國(guó)際最小。同時(shí)，僅用了12個(gè)霍爾單元，也實(shí)現(xiàn)了意大利計(jì)量院設(shè)計(jì)[16]的10 kΩ量子電阻。

在石墨烯量子電阻芯片研制領(lǐng)域，得益于Link?ping University的Yakimova R教授團(tuán)隊(duì)在碳化硅(SiC)外延石墨烯制備方面的杰出工作[17]。SiC外延石墨烯成為石墨烯量子霍爾電阻標(biāo)準(zhǔn)芯片的主流材料。英國(guó)計(jì)量院與Yakimova R團(tuán)隊(duì)合作較早，2015年已經(jīng)研制了集成石墨烯量子霍爾電阻標(biāo)準(zhǔn)芯片的桌面式無(wú)液氦制冷機(jī)系統(tǒng)，在3.8 K、5 T時(shí)，實(shí)現(xiàn)充分量子化[18]；美國(guó)NIST也研究了SiC外延石墨烯制備，并使用化學(xué)摻雜方式制作了芯片，在3.1 K、9 T運(yùn)行時(shí)，準(zhǔn)確度為5×10-9[19]，并在干式制冷機(jī)系統(tǒng)上使用二元低溫電流比較儀(BCCC)實(shí)現(xiàn)1×10-8的準(zhǔn)確度；法國(guó)計(jì)量院(LNE)使用的SiC高溫化學(xué)氣相沉積制作的石墨烯，在5 K、5 T實(shí)現(xiàn)1×10-9準(zhǔn)確度[20]；其他計(jì)量院，如韓國(guó)計(jì)量院和德國(guó)計(jì)量院(PTB)也開(kāi)展了相關(guān)工作。國(guó)內(nèi)在SiC外延石墨烯制備方面比較落后，目前山東大學(xué)晶體所制備的石墨烯由于載流子濃度過(guò)高還不適用于量子霍爾芯片制作，正在優(yōu)化工藝[21]。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展石墨烯研究較早[22]，受限于石墨烯質(zhì)量問(wèn)題，至2016年才從Graphensic公司獲得高質(zhì)量SiC外延石墨烯材料，并在科技部重點(diǎn)專項(xiàng)和儀器專項(xiàng)的支持下開(kāi)展高性能石墨烯量子霍爾芯片研制，目前研制的芯片樣品可充分實(shí)現(xiàn)量子化。

功率基準(zhǔn)芯片是毫米波功率計(jì)量基準(zhǔn)的核心，可實(shí)現(xiàn)功率計(jì)量系統(tǒng)集成化和小型化，并直接溯源到直流功率。我國(guó)是國(guó)際上第一個(gè)建立基于芯片的毫米波功率標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家，且芯片為中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院自主研制，該芯片大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)直流替代結(jié)構(gòu)，直流替代效率高于98%，鑒于此，NIST采用了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的方案。目前WR-6和WR-5頻段的功率標(biāo)準(zhǔn)芯片研制已經(jīng)完成[23]，WR-3頻段的芯片正在研制過(guò)程中。

2.2 能量天平

2005年，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)起草了關(guān)于采用基本物理常數(shù)定義部分SI基本單位的框架草案，建議采用普朗克常數(shù)h重新定義質(zhì)量單位千克(kg)，并鼓勵(lì)有能力的國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)科研工作，為重新定義這4個(gè)基本單位積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在普朗克常數(shù)h的測(cè)量方面，國(guó)際上主要有兩種方案：第一種采用電學(xué)方案測(cè)量普朗克常數(shù)h[24]；第二種是用硅球方案測(cè)量阿伏伽德羅常數(shù)NA，進(jìn)而導(dǎo)出普朗克常數(shù)h。

電學(xué)方案在具體實(shí)施時(shí)主要有3種：1) 國(guó)際上普遍采用的功率天平方案(英、美、加、瑞、法、國(guó)際計(jì)量局、韓國(guó)、土耳其等)；2) 我國(guó)獨(dú)立提出的能量天平方案；3) 新西蘭提出的壓力天平方案。

電學(xué)方案的第一種，也是目前較多國(guó)家正在采用的“功率天平(Watt Balance/Kibble Balance)”方案，是由英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的Kibble B P博士提出，后來(lái)陸續(xù)被美國(guó)、瑞士等國(guó)采用。為了應(yīng)對(duì)國(guó)際單位制的重大變革，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提出了用能量天平法測(cè)量普朗克常數(shù)的新方案，其特點(diǎn)是可避免國(guó)外方案中動(dòng)態(tài)測(cè)量的困難。在原型試驗(yàn)裝置研制成功，能量天平方案原理驗(yàn)證可行的前提下，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了新一代能量天平裝置的研制[25]。

2017年5月，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提交了普朗克常數(shù)的測(cè)量結(jié)果，不確定度為2.4×10-7(k=1)[26]。自2017年5月提交測(cè)量數(shù)據(jù)之后，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院對(duì)能量天平裝置進(jìn)行了持續(xù)的研究和改進(jìn)。截止到2018年12月，能量天平裝置的A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度已經(jīng)達(dá)到5×10-8，為最終建成我國(guó)獨(dú)立自主的千克單位復(fù)現(xiàn)裝置打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[27,28]。

2.3 交流電量計(jì)量

2.3.1 基于量子電壓的功率和電能基準(zhǔn)

電能作為電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域的一個(gè)重要物理量，其量值的準(zhǔn)確傳遞主要依賴于電壓和電流的精密測(cè)量，電流的精密測(cè)量又可以轉(zhuǎn)化為電壓的測(cè)量。國(guó)際上交流電壓向量子電壓的溯源方法主要有兩種，一種是基于階梯波交流量子電壓的量值傳遞方法，一種是基于正弦交流量子電壓的量值傳遞方法。由于正弦交流量子電壓具有純凈的頻譜分量，2014年來(lái)，隨著NIST合成幅值能力達(dá)到1 V[2]，為寬頻交流量子電壓的廣泛應(yīng)用開(kāi)啟了新的篇章，也使脈沖驅(qū)動(dòng)型交流量子電壓的合成及應(yīng)用成為了國(guó)際研究的前沿和熱點(diǎn)。2018年，澳大利亞國(guó)家計(jì)量院采用高精度感應(yīng)分壓器電壓比例技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交流量子電壓在40 Hz～1 kHz時(shí)電壓量程向上擴(kuò)展至120 V[29]。

我國(guó)對(duì)于基于量子技術(shù)的電能量值傳遞方法研究起步較晚，2015年在國(guó)家863課題的支持下才開(kāi)展了相應(yīng)的技術(shù)研究。通過(guò)該課題的研究，利用NIST的約瑟夫森結(jié)陣，采用平衡三進(jìn)制算法自主設(shè)計(jì)了階梯波交流量子電壓生成系統(tǒng)，并采用換向差分測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了50～400 Hz電壓的量值傳遞，其測(cè)量不確定度達(dá)到10-6量級(jí)[30]。

2.3.2 交直流轉(zhuǎn)換及寬頻功率計(jì)量

在基于熱電轉(zhuǎn)換原理的交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)方面，基于德國(guó)PTB和IPHT聯(lián)合研制的5只平面型薄膜多元熱電變換器PMJTC和自行研制的MJTC共同構(gòu)成我國(guó)交流電壓基準(zhǔn)參考組。在2016年，基于研制的量程擴(kuò)展電阻實(shí)現(xiàn)了交流電壓量程向上擴(kuò)展，基于級(jí)聯(lián)二進(jìn)制感應(yīng)分壓器，實(shí)現(xiàn)將交流電壓量程向下擴(kuò)展[31]。

近年來(lái)，國(guó)際上非常重視寬頻帶功率基準(zhǔn)的研究工作，美國(guó)NIST在實(shí)現(xiàn)了量子化的功率、電能基準(zhǔn)后，已經(jīng)開(kāi)始研究頻帶向上擴(kuò)展的方法。歐洲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量協(xié)會(huì)(EURAMET)也于2007年啟動(dòng)了新一代功率電能基準(zhǔn)的聯(lián)合研究計(jì)劃(JRP)，旨在建立寬頻帶以及瞬態(tài)信號(hào)條件下的功率標(biāo)準(zhǔn)。澳大利亞國(guó)家計(jì)量院在2009年提出了基于功率熱電變換器(thermal power converter，TPC)的方法，將交流功率范圍擴(kuò)展至200 kHz，在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。瑞典和荷蘭國(guó)家計(jì)量院采用數(shù)字采樣技術(shù)用于建立寬頻帶交流功率國(guó)家基準(zhǔn)。

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院在2012年完成的四端電阻時(shí)間常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流電壓轉(zhuǎn)換部分的相位溯源; 并在2014年啟動(dòng)的交流功率國(guó)家基準(zhǔn)建立的課題中提出了一種基于串并聯(lián)型結(jié)構(gòu)的電阻分壓器及其自校驗(yàn)方法，解決了電壓比例相位溯源問(wèn)題; 結(jié)合我國(guó)已完成的交流電壓和交流電流國(guó)家基準(zhǔn)，采用數(shù)字采樣技術(shù)，2016年完成建立了寬頻帶交流功率國(guó)家基準(zhǔn)[32]。

2.3.3 新能源及大數(shù)據(jù)電能計(jì)量

在新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展和電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)上，中國(guó)走在了世界前列。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院首先研究了電動(dòng)汽車充電設(shè)施直流電能計(jì)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在紋波條件下直流電能的準(zhǔn)確計(jì)量，并研制了直流電能標(biāo)準(zhǔn)裝置，在紋波系數(shù)為5%、紋波頻率小于500 Hz的條件下，電能測(cè)量不確定度達(dá)到0.01%(k=2)。

在技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、國(guó)家電網(wǎng)公司及國(guó)內(nèi)其他計(jì)量機(jī)構(gòu)共同制訂了充電設(shè)施電能國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程，包括：“電動(dòng)汽車交流充電樁”國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程(JJG 1148-2018)，“電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)”國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程(JJG 1149-2018)。這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)量檢定規(guī)程指導(dǎo)了充電設(shè)施的生產(chǎn)、驗(yàn)收及檢定。通過(guò)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院建立的標(biāo)準(zhǔn)裝置及制訂的計(jì)量規(guī)范，已構(gòu)建了我國(guó)充電設(shè)施的電能計(jì)量溯源體系。

同時(shí)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研究了沖擊負(fù)荷下電能計(jì)量技術(shù)[33]。為了提高能源利用效率，在充電計(jì)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國(guó)電力科學(xué)研究院研究了充電設(shè)施能效測(cè)評(píng)技術(shù)[34]。電動(dòng)汽車充電設(shè)施的充電對(duì)象是動(dòng)力電池，為支撐充電設(shè)施的計(jì)量，北京理工大學(xué)對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池特性進(jìn)行了分析[35]。

智能電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)重要發(fā)展方向，而作為智能電網(wǎng)基礎(chǔ)的智能電表，其質(zhì)量好壞對(duì)智能電網(wǎng)具有舉足輕重的作用。當(dāng)前國(guó)外電力系統(tǒng)中的電表大數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于電網(wǎng)故障預(yù)測(cè)、負(fù)載分析、電價(jià)及居民用電行為分析等方面。美國(guó)電力科學(xué)研究院利用回歸數(shù)學(xué)方法識(shí)別變壓器故障；IBM公司利用智能表計(jì)的大數(shù)據(jù)對(duì)電力用戶的行為特性進(jìn)行分類；美國(guó)托萊多大學(xué)、密歇根理工大學(xué)科研人員采用支持向量機(jī)(SVP)算法、馬爾科夫決策過(guò)程算法來(lái)分析電網(wǎng)中的偷電竊電現(xiàn)象等。目前國(guó)外對(duì)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行電能表計(jì)量特性分析的研究較少[36]。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)智能電表大數(shù)據(jù)計(jì)量技術(shù)也逐步開(kāi)展。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展集群式智能電能表在線計(jì)量技術(shù)的研究工作，通過(guò)智能電能表的數(shù)據(jù)分析，在線計(jì)算智能電能表的誤差[37]。通過(guò)聚類算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，之后利用相同時(shí)間內(nèi)流經(jīng)總表的能量與分表的能量之和相等的關(guān)系，對(duì)多個(gè)時(shí)刻采集的數(shù)據(jù)列方程組，方程的解可反映電表的誤差性質(zhì)，進(jìn)而進(jìn)行誤差的在線評(píng)估。

2.4 交流阻抗及比率計(jì)量

計(jì)算電容是電磁計(jì)量領(lǐng)域中，除了量子電阻、量子電壓之外的唯一能夠?qū)崿F(xiàn)10-8測(cè)量不確定度的基準(zhǔn)裝置，同時(shí)其也是交流阻抗(包含電容、電感和交流電阻)的溯源源頭。為了進(jìn)一步提高計(jì)算電容裝置的測(cè)量準(zhǔn)確度，國(guó)際計(jì)量局(BIPM)和澳大利亞國(guó)家計(jì)量院(NMIA)于2001年聯(lián)合研制新一代立式可動(dòng)屏蔽型計(jì)算電容，目標(biāo)不確定度5.0×10-9。隨后，加拿大國(guó)家計(jì)量院(NRC)和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院也相繼加入該國(guó)際合作項(xiàng)目。2013年12月，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院首先完成了整套裝置的研制，實(shí)現(xiàn)了20×10-9的測(cè)量不確定度[38]。針對(duì)最大不確定度來(lái)源的端部效應(yīng)誤差，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院采用了不同于國(guó)外機(jī)械補(bǔ)償方法的電補(bǔ)償方案，使得新一代立式計(jì)算電容復(fù)現(xiàn)電容的測(cè)量不確定度改善至1×10-8[39]。2017年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院采用本套裝置參加了國(guó)際計(jì)量委員會(huì)電磁咨詢委員會(huì)(CCEM)組織的電容國(guó)際關(guān)鍵比對(duì)(CCEM.K4-2017)。比對(duì)結(jié)果表明，中國(guó)復(fù)現(xiàn)10 pF電容量值的不確定度最小，10 pF和100 pF的電容比對(duì)數(shù)據(jù)均非常接近關(guān)鍵比對(duì)參考值(KCRV)，其中100 pF偏離參考值的結(jié)果在參與比對(duì)的8個(gè)國(guó)家中最小。比對(duì)結(jié)果標(biāo)志著我國(guó)新一代計(jì)算電容及電橋裝置達(dá)到世界領(lǐng)先水平，并取得了國(guó)際互認(rèn)[40]。

在交流阻抗領(lǐng)域，交流電阻、電感、電容等參量的準(zhǔn)確測(cè)量和量值溯源體系的擴(kuò)展，需要使用以感應(yīng)耦合比例技術(shù)為核心比例臂的電橋法來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，在交流電測(cè)量的其他領(lǐng)域，也需要通過(guò)感應(yīng)耦合比例技術(shù)將前端參量轉(zhuǎn)化至適當(dāng)?shù)牧恐捣秶M(jìn)行測(cè)量。

要獲得準(zhǔn)確的交流比例，主要有兩方面條件的制約：一個(gè)是比例器件本身準(zhǔn)確度，需要從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及屏蔽保護(hù)等方面進(jìn)行專門設(shè)計(jì)；另一個(gè)是比例自校準(zhǔn)，需要在自校準(zhǔn)方案、誤差成因、泄漏補(bǔ)償?shù)确矫孀屑?xì)研究。

目前準(zhǔn)確度最高的單盤抽頭式感應(yīng)分壓器由澳大利亞國(guó)家計(jì)量院(NMIA)研制，最高工作電壓為1 000 V，工作頻率為50 Hz，比差優(yōu)于2×10-9，角差優(yōu)于2×10-7。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研制了八盤組合式感應(yīng)分壓器[41]，最高工作電壓為1 000 V，工作頻率為50 Hz，比差、角差均優(yōu)于1×10-7。在音頻范圍內(nèi)，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院與澳大利亞國(guó)家計(jì)量院(NMIA)合作的新一代計(jì)算電容項(xiàng)目中，作為電橋比例臂的感應(yīng)分壓器在1 kHz和1 592 Hz校準(zhǔn)結(jié)果不確定度優(yōu)于5×10-9。

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院基于分流器和采樣技術(shù)，將大電容計(jì)量擴(kuò)展至1 F，頻率范圍50 Hz～1 kHz，電容范圍10 μF～1 F；研制高準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)電容器及電容箱[42]，電容范圍1 pF～1 μF，指標(biāo)±0.000 5%～±0.01%(1 kHz)[43,44]。損耗因數(shù)是電力系統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)的重要測(cè)量參數(shù)，也是評(píng)價(jià)電容器質(zhì)量的指標(biāo)。損耗因數(shù)是微小量，溯源測(cè)量需要高準(zhǔn)確度的電流比較儀電橋，商用電橋無(wú)法滿足溯源需求。因此，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院以電流比較儀為核心，結(jié)合雙級(jí)分壓器和分流器技術(shù)，優(yōu)化屏蔽接地及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研制10-6量級(jí)的電流比較儀電橋，滿足溯源需求，測(cè)量指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2.5 高壓計(jì)量

節(jié)能降耗一直是國(guó)家著力推廣的舉措，在節(jié)能降耗能源計(jì)量領(lǐng)域，能耗計(jì)量技術(shù)研究是是評(píng)估節(jié)能效果的重要手段。目前歐洲已經(jīng)頒布了BS EN 50463標(biāo)準(zhǔn)和TECREC 100 001技術(shù)推薦，用于列車運(yùn)行用能測(cè)量以及運(yùn)行用能統(tǒng)計(jì)的規(guī)范和驗(yàn)證。2017年，歐洲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量協(xié)會(huì)(EURAMET)設(shè)立了一個(gè)由6個(gè)計(jì)量組織牽頭，17個(gè)單位共同參與的項(xiàng)目“電氣化鐵路系統(tǒng)智能電能管理系統(tǒng)的校準(zhǔn)”，開(kāi)展用于電氣化鐵路電能交換精密測(cè)量和系統(tǒng)可靠性監(jiān)控的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施研究。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了列車運(yùn)行能耗計(jì)量技術(shù)研究[45]。

作為降低電網(wǎng)能源損耗的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器的效率近年來(lái)一直在提升。2018年，EURAMET 啟動(dòng)了“TrafoLoss”項(xiàng)目，研究工業(yè)變壓器現(xiàn)場(chǎng)損耗校準(zhǔn)技術(shù)，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院參加了此項(xiàng)目研究。十三五期間，在國(guó)家質(zhì)量基礎(chǔ)專項(xiàng)支持下，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了低功率因數(shù)高壓損耗計(jì)量技術(shù)研究。

為保障航空、航天飛行器及所用材料的耐雷電沖擊性能，以及超高壓直流、交流輸電電網(wǎng)設(shè)備的絕緣性能檢驗(yàn)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)的雷電沖擊電壓等級(jí)已達(dá)到兆伏(MV)量級(jí)[46]。針對(duì)國(guó)防安全和高端制造業(yè)對(duì)高電壓、陡波前沖擊信號(hào)的測(cè)量和計(jì)量溯源需求，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院十三五期間圍繞精密測(cè)量技術(shù)研究及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置建立為核心，開(kāi)展器件的傳遞函數(shù)測(cè)量，結(jié)合時(shí)域和頻域分析技術(shù)，建立了700 kV雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)并申報(bào)了國(guó)際校準(zhǔn)與測(cè)量能力(CMC)[47]。

大電流計(jì)量方面，在冶金、電力、國(guó)防、軍工、重大科學(xué)研究等領(lǐng)域，超大電流的計(jì)量溯源尚未得到有效解決。針對(duì)大電流設(shè)備通常存在的體積、重量龐大，安裝、運(yùn)輸不便等客觀問(wèn)題，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提出了光纖寬帶超大電流傳感及校準(zhǔn)技術(shù)研究方向。光纖電流傳感技術(shù)方案包括偏振測(cè)量和干涉測(cè)量?jī)煞N。

在超大電流光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。十三五期間，在國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)的支持下，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了光纖寬帶大電流測(cè)量?jī)x研制、校準(zhǔn)及應(yīng)用研究工作。通過(guò)理論研究，證明了采用橢圓雙折射光纖的電流傳感器具有良好的量程自擴(kuò)展特性，從而確定了干涉式柔性光纖電流傳感器的總體技術(shù)路線[48]。成功研制了光纖寬帶大電流測(cè)量?jī)x，測(cè)量范圍300 kA，直流、工頻超大電流準(zhǔn)確度優(yōu)于0.2%。建立了直流150 kA、工頻50 kA超大電流校準(zhǔn)裝置，校準(zhǔn)測(cè)量能力通過(guò)國(guó)際同行評(píng)審。在不斷提升直流、工頻測(cè)量性能的同時(shí)，面向國(guó)防軍工及重大科學(xué)研究領(lǐng)域長(zhǎng)脈沖超大電流在線測(cè)量的需求，開(kāi)展了光纖電流傳感器寬頻測(cè)量特性的研究工作[49]。研制的光纖寬帶大電流測(cè)量?jī)x已應(yīng)用于國(guó)防軍工大型裝備脈沖電焊電流的在線校準(zhǔn)。

在局部放電視在電荷量溯源方法和技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極開(kāi)展科研、法制和技術(shù)交流的工作。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了基于羅氏線圈局部放電測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)研究，建立并提升了高壓脈沖校準(zhǔn)能力。為進(jìn)一步完善技術(shù)法規(guī)，我國(guó)制定了JJG1115-2015局部放電校準(zhǔn)器檢定規(guī)程，修訂了GB/T 7354-2018高電壓試驗(yàn)技術(shù)-局部放電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 磁參量計(jì)量

磁計(jì)量學(xué)主要包括對(duì)直流和交流磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁通量φ，磁矩M和磁場(chǎng)梯度G這些磁參量的定義、復(fù)現(xiàn)和量值傳遞等內(nèi)容。目前的磁計(jì)量體系，以基本物理常數(shù)質(zhì)子旋磁比γp作為基準(zhǔn)。量值的復(fù)現(xiàn)，是通過(guò)工作基準(zhǔn)完成的，其中磁感應(yīng)強(qiáng)度量值采用核磁共振(NMR)技術(shù)復(fù)現(xiàn)，交流磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度量值以計(jì)算線圈實(shí)物基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，磁通量和磁矩的量值采用計(jì)算線圈比較儀實(shí)物基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，并向各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量值傳遞。

在定義方面，近年來(lái)最大的變化是國(guó)際單位制的修改。質(zhì)子旋磁比γp的數(shù)值由國(guó)際科技數(shù)據(jù)委員會(huì)(CODATA)通過(guò)對(duì)世界范圍內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，每四年發(fā)布一次最新結(jié)果，2014年公布的結(jié)果為2.675 221 900(18)×108s-1T-1，相對(duì)不確定度達(dá)到6.9×10-9。2018年國(guó)際單位制迎來(lái)深刻變革。在磁學(xué)方面，由于真空磁導(dǎo)率μ0不再作為基本物理常數(shù)中的定義量，而是降級(jí)為可測(cè)量的量[50]，μ0將具有不確定度。因此，歷史上對(duì)于質(zhì)子旋磁比γp的測(cè)量值將引入新的μ0的不確定度分量。

在實(shí)際量值復(fù)現(xiàn)和傳遞工作中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的量值準(zhǔn)確度水平最高，應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛，近年來(lái)該領(lǐng)域的進(jìn)展也最為迅速。傳統(tǒng)上以基于NMR技術(shù)的工作基準(zhǔn)較為常見(jiàn)，NMR技術(shù)是利用原子核磁矩在磁場(chǎng)中的拉莫爾進(jìn)動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量的，因?yàn)樵雍朔浅７€(wěn)定，不易受外界溫度、電磁波等干擾，穩(wěn)定性極好，計(jì)量學(xué)性能優(yōu)異。但是NMR也有其缺點(diǎn)，由于原子核磁矩難于極化，其信號(hào)較為微弱，并且會(huì)隨著待測(cè)磁場(chǎng)的減小而減弱。NMR磁基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度受限于其較低的信噪比。俄羅斯計(jì)量院(VNIIM)采用了一種新的基于原子磁共振(AMR)的基準(zhǔn)技術(shù)，將磁感應(yīng)強(qiáng)度量值復(fù)現(xiàn)的準(zhǔn)確度提升到0.03 nT，超越了NMR基準(zhǔn)的水平，成為目前準(zhǔn)確度最高的磁感應(yīng)強(qiáng)度復(fù)現(xiàn)技術(shù)。2013年俄羅斯計(jì)量院(VNIIM)和韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院(KRISS)進(jìn)行了基于AMR基準(zhǔn)的雙邊比對(duì)[51]，雙方的磁感應(yīng)強(qiáng)度基準(zhǔn)相對(duì)不確定度都達(dá)到了0.3×10-6。2017年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院又研發(fā)了一種基于激光泵浦的AMR標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)[52]，將AMR磁強(qiáng)計(jì)的靈敏度提高了1個(gè)數(shù)量級(jí)，有望進(jìn)一步提升AMR磁基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度[53]。

在應(yīng)用領(lǐng)域，準(zhǔn)確性是磁計(jì)量學(xué)追求的核心目標(biāo)。在高準(zhǔn)確度磁力儀方面，隨著近年來(lái)量子精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了很多新的進(jìn)步。如利用精細(xì)結(jié)構(gòu)間的原子共振進(jìn)行磁測(cè)量的HFS磁力儀，可以在消除死區(qū)的同時(shí)消除光頻移誤差，在地磁范圍內(nèi)相對(duì)不確定度達(dá)到0.5×10-6；相干粒子數(shù)布局囚禁(CPT)磁力儀，具有HFS磁力儀的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不需要復(fù)雜的微波技術(shù)，非常適合做高精度的航測(cè)磁力儀，目前已用于我國(guó)的張衡一號(hào)地震預(yù)測(cè)衛(wèi)星[54]。在微型化方面，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NIST)研制的芯片級(jí)磁力儀[55]可以工作在CPT的標(biāo)量場(chǎng)模式，也可以工作在無(wú)自旋交換弛豫(SERF)的矢量場(chǎng)模式，其探頭體積不超過(guò)1 cm3，是“NIST-on-a-Chip”計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃的目標(biāo)是制作各種量值的芯片級(jí)量子基準(zhǔn)，最終在一個(gè)可以商品化的模塊上復(fù)現(xiàn)各種可以溯源到基本物理常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)量值，實(shí)現(xiàn)從用戶直接到基準(zhǔn)的扁平化量值溯源鏈。

3 發(fā)展趨勢(shì)及展望

電學(xué)基本單位安培的重新定義，將成為電磁計(jì)量科學(xué)的又一個(gè)里程碑，將成為應(yīng)對(duì)21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)挑戰(zhàn)的重要支撐。電磁計(jì)量科學(xué)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在如下3個(gè)方面。

(一) 電磁計(jì)量科學(xué)技術(shù)將向極限/復(fù)雜電磁參量計(jì)量方向拓展。

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使一些極端條件下的計(jì)量測(cè)試成為深入研究的重要手段，近些年得到了迅速的發(fā)展和普遍的重視。同時(shí)大量來(lái)自交叉學(xué)科領(lǐng)域或基礎(chǔ)電磁參數(shù)之外的復(fù)雜參量溯源需求也不斷涌現(xiàn)。

隨著量子標(biāo)準(zhǔn)研究的進(jìn)一步深入，通過(guò)突破傳統(tǒng)的模擬技術(shù)和測(cè)量方法，開(kāi)展基于量子技術(shù)的極限電磁參量的計(jì)量技術(shù)研究，有望應(yīng)用于微弱信號(hào)極限技術(shù)測(cè)量，為極限信號(hào)的精密測(cè)量提供切實(shí)可靠的保障，推動(dòng)國(guó)防、航天等多種前沿科學(xué)研究相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

在弱磁探測(cè)領(lǐng)域，開(kāi)展航空磁力儀校準(zhǔn)研究，研究建立基于多種原子磁力儀的“異質(zhì)穩(wěn)場(chǎng)”的標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)裝置，解決在校準(zhǔn)原子磁力儀時(shí)的共振干擾誤差難題，發(fā)展對(duì)航空航天磁測(cè)繪領(lǐng)域常用的鉀光泵磁力儀的檢測(cè)、校準(zhǔn)能力。

在電磁計(jì)量領(lǐng)域，未來(lái)電磁參量朝著復(fù)合參量或復(fù)雜信號(hào)背景下參量計(jì)量發(fā)展。在交流電參量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)1 MHz交流電流和交流功率、超低頻電信號(hào)、毫伏甚至微伏交流小電壓及毫安甚至微安交流下電流校準(zhǔn)或溯源；在高壓大電流領(lǐng)域，滿足超高壓、特高壓交直流電網(wǎng)、城市軌道交通和航空航天領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的高壓大電流參數(shù)的測(cè)量和溯源。在直流電阻及電氣安全領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)極低阻(10 pΩ～1 μΩ)，微弱電流(10 fA)測(cè)量校準(zhǔn)能力。實(shí)現(xiàn)基于電荷量暫態(tài)電氣參數(shù)、飛行器雷電防護(hù)等復(fù)雜參數(shù)溯源。

針對(duì)新能源及智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展涌現(xiàn)的復(fù)雜電參量溯源需求，開(kāi)展高壓低功率因素?fù)p耗現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、光伏發(fā)電并網(wǎng)計(jì)量、電動(dòng)汽車充電設(shè)施能效評(píng)測(cè)、直流大電流充放電計(jì)量、超低頻及寬頻電容損耗標(biāo)準(zhǔn)及溯源、儲(chǔ)能超級(jí)電容器關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試及溯源技術(shù)研究。

(二) 電磁計(jì)量科學(xué)從傳統(tǒng)實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)向量子標(biāo)準(zhǔn)的邁進(jìn)，將解決量值傳遞體系中傳遞鏈過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的量值扁平化傳遞與溯源。

新SI單位制變革，加速了扁平化新型計(jì)量方式的應(yīng)用，即通過(guò)采用基于量子效應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，提供直接溯源至SI的校準(zhǔn)和測(cè)量能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳感器和測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)場(chǎng)/在線校準(zhǔn)，從而大幅提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性。對(duì)于電磁計(jì)量，開(kāi)展新一代量子電學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞技術(shù)，以應(yīng)對(duì)電學(xué)單位扁平化新型計(jì)量方式，顯得尤為突出和緊迫。新材料的應(yīng)用為未來(lái)量子電學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的推廣和應(yīng)用起到了決定性作用，大大降低了用戶向量子基準(zhǔn)溯源的門檻，使得我國(guó)的量子電學(xué)基準(zhǔn)從“高大上”的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室走出去“接地氣”，能更好地滿足我國(guó)能源工業(yè)、高新技術(shù)、精密儀器等各領(lǐng)域的日益增長(zhǎng)的需求，具有良好的應(yīng)用前景，同時(shí)拓寬了我國(guó)量子電學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的計(jì)量校準(zhǔn)能力，實(shí)現(xiàn)扁平化計(jì)量。

下一階段，需進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)能量天平裝置NIM-2，提升其穩(wěn)定性和重復(fù)性；應(yīng)對(duì)量傳扁平化的需求，對(duì)能量天平裝置的小型化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。實(shí)現(xiàn)電學(xué)量子基標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)產(chǎn)化和小型化，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的免液氦量子電壓標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和量子化霍爾電阻標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。開(kāi)展基于量子比例技術(shù)的交流電參量量值傳遞體系以及基于量子技術(shù)的寬頻功率基準(zhǔn)及量值傳遞體系的建立，實(shí)現(xiàn)交流電參量向基本物理常數(shù)溯源。

眾多電學(xué)相關(guān)物理可通過(guò)新一代電學(xué)量子計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)直接溯源至SI單位，這將徹底改變過(guò)去依靠實(shí)物基準(zhǔn)逐級(jí)傳遞的計(jì)量模式，大幅提高測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。通過(guò)扁平化量值傳遞，可將電學(xué)量子標(biāo)準(zhǔn)直接應(yīng)用于工業(yè)、電力、國(guó)防科技、精密儀表等行業(yè)，開(kāi)展各種傳感器和測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)場(chǎng)、在線校準(zhǔn)，推動(dòng)多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的科技發(fā)展，進(jìn)一步提升我國(guó)電磁計(jì)量科學(xué)技術(shù)水平。

(三) 基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新型電磁計(jì)量技術(shù)的快速發(fā)展。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展以及扁平化溯源的實(shí)現(xiàn)，電磁參量的計(jì)量校準(zhǔn)自動(dòng)分析、遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、在線測(cè)量的進(jìn)展，校準(zhǔn)將從目前的1對(duì)1變?yōu)?對(duì)n，甚至n對(duì)n的在線計(jì)量模式。電磁計(jì)量將由單一計(jì)量向多元測(cè)量轉(zhuǎn)變。計(jì)量結(jié)果的存在形式就是計(jì)量數(shù)據(jù)，在計(jì)量過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的測(cè)量數(shù)據(jù)，因此大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用也勢(shì)在必行?；诖髷?shù)據(jù)的新型計(jì)量形式是電磁計(jì)量轉(zhuǎn)向計(jì)量服務(wù)的一種動(dòng)向，同樣也是量值傳遞扁平化的又一體現(xiàn)。

目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)都已開(kāi)始開(kāi)展電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的研究工作。研究成果仍然比較粗糙，相關(guān)的研究和應(yīng)用多數(shù)仍處在研究和探索階段，國(guó)外的研究多集中在電網(wǎng)故障預(yù)測(cè)、負(fù)載分析、電價(jià)及居民用電行為分析等方面，對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)量特性的挖掘較少。

將大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用于計(jì)量，提高廣泛在用計(jì)量器具的檢測(cè)效率，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，支撐市場(chǎng)監(jiān)管部門對(duì)廣泛在用計(jì)量設(shè)備的有效監(jiān)督，從海量計(jì)量數(shù)據(jù)中挖掘指導(dǎo)社會(huì)生產(chǎn)和生活的有價(jià)值規(guī)律。

國(guó)內(nèi)以中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和國(guó)家電網(wǎng)公司為主的研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)展大數(shù)據(jù)下電能計(jì)量的研究工作，目前已取得一些研究成果，但距離實(shí)際應(yīng)用還需要相關(guān)探索和實(shí)際驗(yàn)證分析。下一階段需開(kāi)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)計(jì)量體系研究及應(yīng)用，建立面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和新能源領(lǐng)域的新一代先進(jìn)計(jì)量體系平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模在用計(jì)量設(shè)備及電力設(shè)備的在線計(jì)量、遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、性能評(píng)價(jià)和在線監(jiān)督。基于上述平臺(tái)開(kāi)展計(jì)量大數(shù)據(jù)挖掘和分析研究。

計(jì)量是質(zhì)量的基礎(chǔ)，加快構(gòu)建以量子計(jì)量為基礎(chǔ)的國(guó)家現(xiàn)代先進(jìn)電磁計(jì)量體系，將為國(guó)家“質(zhì)量強(qiáng)國(guó)”、“中國(guó)制造2025”等重大戰(zhàn)略的實(shí)施提供有力的技術(shù)支撐。