測量電流很容易，但要實現高精度電流測量卻不簡單

買菜要稱重量、交電費要看電表的讀數、測血壓要用到血壓計，這些都是日常生活中的計量。據《長江日報》介紹，計量是指實現單位統一、量值准確可靠的活動。隨著生產和科學技術的發展，現代計量已發展成覆蓋長度、熱學、力學、電磁學、無線電、時間頻率、電離輻射、光學、聲學、化學等十大類的獨立學科。

分布式低負載系數電阻和精密電流傳感器

（圖片來源：中國計量科學研究院官網）

在我國歷史上，計量被稱為“度量衡”。秦始皇統一度量衡反映了古人的智慧，而我們現行的國際單位制最早形成於19世紀。據《光明日報》介紹，國際單位制是全球統一的計量單位制，其核心是七個基本單位，即時間單位“秒”、長度單位“米”、質量單位“千克”、熱力學溫度“開爾文”、電流單位“安培”、發光強度單位“坎德拉”和物質的量單位“摩爾”，它們是構成國際計量體系的基石。《中國質量報》指出，隨著科技的不斷發展，7個基本國際單位中，6個基准都已經實現了用微觀量來重新定義，如用銫原子的振動頻率來定義“秒”、用光在真空中的行進距離來定義“米”。可見在計量領域，人類對於精准度的追求是永無止境的。

精密測量的難題還有不少，下面就以電流測量為例，看看科學家們如何應對難題，又取得了哪些成效。

精密測量中的難題——電流測量

電學計量是現代計量科學中應用最為廣泛的計量之一，電流測量是電學計量的核心和基礎，而如何精確地進行電流測量卻是精密測量的一大難題。據中國計量科學研究院官網介紹，歐姆定律是我們測量電流的普遍方法，其原理是通過測量待測電流在電阻上產生的電壓降而測出電流大小，但由於電流通過電阻器件時會發熱，導致電阻值發生變化，從而產生測量誤差。因此，減小電阻的負載系數（電流通過待測電阻器件時因發熱而引起的電阻值相對變化，即實際計算負荷容量和額定負荷容量的比值）成為電流精密測量的關鍵所在。

如何應對“負載系數”？

據《中國質量報》報道，早在2012年，國家就啟動了“寬量限超高精密電流測量儀”項目，研制以極低負載效應分布式採樣電阻為核心的3套科研儀器：寬量限超高精密電流測量儀、採樣電阻負載系數校准裝置、高穩定度恆流電源，分別開展新型電阻比材料特性、負載系數自校准方法的研究，試制開發新型高精度電阻元件，同時建立新型電阻合金材料溫度系數數據庫，開展相關研究，從而實現電流單位的准確復現，為我國電學計量體系奠定准確、可靠的計量基礎。

應對成果怎麼樣？

根據國家質量監督檢驗檢疫總局官網消息稱，我國科學家提出了一種“基於鏈型電路的分布式極低負載效應採樣電阻設計”，研制出一系列電阻負載系數達到量級的低負載系數電阻器件，並研制出採樣電阻負載系數校准系統。據《中國質量報》報道，這些基於低負載系數電阻研制的電流測量儀、直流大電流校准裝置、直流電流表檢定裝置、高穩定度電流源和低熱電勢掃描開關等系列儀器，打破了國外壟斷，部分設備已應用於國防計量、新能源汽車、醫療診斷、冶金化工等領域。（劉洋）

本文由中科院物理所研究員吳光恆進行科學性把關。