新生效的国际单位制新定义对传感器校准的影响

2019-05-28
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摘要 随着新定义的生效,芯片级的传感器将可在工业产品流水线上实现对长度、电流、温度等国际单位制的溯源,从而有助于提高智能制造、物联网等新技术产业的质量水平。

  今年5月20日是一年一度的世界计量日,今年世界计量日的主题是“国际单位制(SI)——根本性飞跃”。去年国际度量衡大会上通过的千克、安培、开尔文和摩尔新定义于于5月20日正式生效。最新生效的新的国际单位制(SI)也将在未来对科学、技术、贸易、健康、环境以及更多领域产生深远影响。


国际单位制新定义于5月20日生效

  新的定义使用了普朗克常数,包括安培、开尔文和摩尔在内的七个定量单元如今全部使用自然界的常数去定义。重新定义影响7个基本单位中的四个:千克将由普朗克常数(h)定义,安培将由基本电荷定义(e),开尔文将由玻尔兹曼常数(k)定义,摩尔将由阿伏加德罗常数(NA)定义。

  目前,我国智能制造企业对计量的需求日益增加,在各种先进的智能化生产车间,除了配置大量的工业机器人外,还需要配置数以万计的各种传感器,每秒采集的数据近万条。其中,传感器的采集和数据传输的精度,直接影响着生产运行和质量控制,背后的支撑就是要解决大量的在线测量问题。


测试测量仪器

  如今,新定义生效后,无需到位于巴黎的国际计量局去复现量值,现在可随时随地复现。我们可以在生产线上复现,即可以直接用溯源到的SI的方式,校准生产线上的上千个传感器。

  例如,如果我们想进行精确的测量,目前能达到的最准确的测量是基于一千克的质量元器。如果想测量一毫克,必须对一千克进行分解,这样会失去准确性。使用基于常量的新定义,就不会失去准确性。我们可以在非常小的级别或非常大的级别进行相同的精度测量。这可能会对工业产生实际影响。

  另外,我们可以建立一个更短的、直达SI的溯源链,从长远来看,对于物联网、嵌入式系统和微型传感器来说也很重要。可以被放在任何地方、比头发小一百倍的传感器,也可根据SI进行自校准,或将促进工业界产生重大创新。对于科学而言,它同样重要。从宏观角度,我们可以通过两种方法复现千克;从微观角度,我们首次可通过至少两种方法来测量原子质量。第一次可以使原子和分子的质量溯源到SI,这虽然对工业不是那么重要,但对科学而言非常重要。

  随着新定义的生效,芯片级的传感器将可在工业产品流水线上实现对长度、电流、温度等国际单位制的溯源,物联网各个终端采集的数据由此可以实现可比,无时无处不在的最佳测量,从而有助于提高智能制造、物联网等新技术产业的质量水平,推动人工智能、5G通讯、云计算等产业的跨越式发展。

  新定义可在任意范围复现,保障了国际单位制的全范围准确性,为科学发现和技术创新提供了新的机遇。得益于更高的测量准确度,我们将可以测量极高、极低温度的微小变化,从而更加准确地监测核反应堆内、航天器表面的温度变化;在生物医药领域,我们可以准确测量单个细胞内某种物质的含量,并根据实际需要,配制更加精确的药物剂量。

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