風(fēng)洞天平校準(zhǔn)存在的計(jì)量問(wèn)題與解決方法

周華文

摘 要：天平作為實(shí)驗(yàn)中較為常見(jiàn)的儀器設(shè)備，主要是用于物體質(zhì)量測(cè)量的計(jì)量裝置，天平裝置的質(zhì)量高低將直接影響到物體質(zhì)量計(jì)量準(zhǔn)確性，需要予以高度重視。隨著技術(shù)的快速發(fā)展和創(chuàng)新，借助電子技術(shù)衍生而來(lái)的電子天平逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)洞天平作為一種力矩傳感器，是航空航天飛行器研制中風(fēng)動(dòng)測(cè)驗(yàn)中重要的測(cè)量裝置，在實(shí)際應(yīng)用中是對(duì)空氣動(dòng)力荷載大小和作用點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。風(fēng)洞天平的準(zhǔn)確性不僅僅是自身的性能決定，同時(shí)與校準(zhǔn)質(zhì)量存在密切聯(lián)系。本文主要討論風(fēng)洞天平校準(zhǔn)存在的計(jì)量問(wèn)題與解決方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)洞；天平；校準(zhǔn)；計(jì)量

天平作為實(shí)驗(yàn)中較為常見(jiàn)的儀器設(shè)備，主要是用于物體質(zhì)量測(cè)量的計(jì)量裝置，天平裝置的質(zhì)量高低將直接影響到物體質(zhì)量計(jì)量準(zhǔn)確性，需要予以高度重視。隨著技術(shù)的快速發(fā)展和創(chuàng)新，借助電子技術(shù)衍生而來(lái)的電子天平逐漸得到了廣泛的應(yīng)用，大大提升了計(jì)量準(zhǔn)確性。風(fēng)洞天平作為一種力矩傳感器，是航空航天飛行器研制中風(fēng)動(dòng)測(cè)驗(yàn)中重要的測(cè)量裝置，在實(shí)際應(yīng)用中是對(duì)空氣動(dòng)力荷載大小和作用點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。風(fēng)洞天平的準(zhǔn)確性不僅僅是自身的性能決定，同時(shí)與校準(zhǔn)質(zhì)量存在密切聯(lián)系。通過(guò)合理的計(jì)量技術(shù)保證風(fēng)動(dòng)天平校準(zhǔn)結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確，但是其中風(fēng)洞天平校準(zhǔn)中存在的計(jì)量問(wèn)題仍然存在，還有待進(jìn)一步完善。由此看來(lái)，加強(qiáng)風(fēng)洞天平校準(zhǔn)存在的計(jì)量問(wèn)題研究很有必要，有助于提升計(jì)量準(zhǔn)確性，為后續(xù)工作開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保障。

1 校準(zhǔn)規(guī)范

我國(guó)當(dāng)前尚未制定專(zhuān)門(mén)的風(fēng)洞天平校準(zhǔn)規(guī)范，更多的是依據(jù)《風(fēng)洞應(yīng)變天平規(guī)范》，其中包括風(fēng)洞應(yīng)變天平的設(shè)計(jì)、加工、校準(zhǔn)和使用等多種內(nèi)容，是一個(gè)為實(shí)踐工作開(kāi)展宮指導(dǎo)的規(guī)范，但是其中還存在一定的局限性有待進(jìn)一步完善。就風(fēng)洞天平校準(zhǔn)中存在計(jì)量問(wèn)題來(lái)看，嚴(yán)重影響到風(fēng)洞天平校準(zhǔn)精準(zhǔn)度。

1.1 存在的問(wèn)題

在風(fēng)洞天平校準(zhǔn)中，量值傳遞是否準(zhǔn)確與可靠，校準(zhǔn)結(jié)果是否準(zhǔn)確與可靠，其中存在的問(wèn)題表現(xiàn)為三個(gè)方面：其一，僅僅對(duì)標(biāo)準(zhǔn)力源做出明確控制要求，校準(zhǔn)技術(shù)水平和性能狀態(tài)對(duì)于最終校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確性帶來(lái)的影響重視程度不高，缺乏有效的控制；其二，校準(zhǔn)結(jié)果中的不確定性并未提供明確的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)定方法，校準(zhǔn)結(jié)果精準(zhǔn)度缺乏可靠的評(píng)估依據(jù)；其三，校準(zhǔn)環(huán)境要求不明確，在一定程度上影響到風(fēng)洞天平的性能。

特種天平盡管是為了滿(mǎn)足特種試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，不可以使用普通天平校準(zhǔn)規(guī)范，為了能夠保證特種天平可以充分發(fā)揮自身價(jià)值，保證校準(zhǔn)工作質(zhì)量，應(yīng)該選擇同一的技術(shù)依據(jù)，建立完善的技術(shù)比對(duì)交流平臺(tái)。

1.2 校準(zhǔn)設(shè)別的技術(shù)性能控制

風(fēng)洞天平校準(zhǔn)裝置中包括加載裝置、信號(hào)傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、調(diào)整裝置和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。為了保證校準(zhǔn)結(jié)果的精準(zhǔn)度和可靠性，需要對(duì)校準(zhǔn)裝置的技術(shù)提出明確的要求。從校準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確性來(lái)看，由于自身技術(shù)限制和性能影響可能對(duì)風(fēng)洞天平校準(zhǔn)精準(zhǔn)度產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，由于重復(fù)性同校準(zhǔn)裝置技術(shù)性能評(píng)定準(zhǔn)確性同樣存在一定的不確定性，所以還需要進(jìn)一步加強(qiáng)校準(zhǔn)裝置重復(fù)性的規(guī)范和控制。在保證精準(zhǔn)度的同時(shí)，還要保證校準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性。校準(zhǔn)裝置自身校準(zhǔn)能力需要充分滿(mǎn)足技術(shù)要求，盡可能的將校準(zhǔn)載荷范圍覆蓋風(fēng)洞天平測(cè)量范圍，同時(shí)還要選擇合理的校準(zhǔn)公式，更好的滿(mǎn)足風(fēng)洞天平測(cè)量精準(zhǔn)性與可靠性要求。

縱觀(guān)當(dāng)前的校準(zhǔn)裝置技術(shù)性能來(lái)看，尚未制定相配套的技術(shù)規(guī)范，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，所以風(fēng)洞天平校準(zhǔn)工作中應(yīng)該加強(qiáng)技術(shù)能力的控制，促使實(shí)際工作有效性顯著提升，對(duì)于其中可行性缺失的問(wèn)題，可以通過(guò)分別控制組件技術(shù)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)裝置技術(shù)性能的有效控制，切實(shí)提升校準(zhǔn)工作成效。

針對(duì)其中存在的問(wèn)題，需要綜合考量校準(zhǔn)裝置在何亮和傳遞設(shè)備技術(shù)性能是否可以滿(mǎn)足實(shí)際要求，充分權(quán)衡砝碼準(zhǔn)確度；加載臺(tái)或是校準(zhǔn)架可能由于承載能力不足發(fā)生變形，進(jìn)而同天平接口安裝中不夠牢固，出現(xiàn)橢圓度、摩擦力矩和靜不平衡誤差，確保裝置可以調(diào)整到合適范圍內(nèi)，糾正其中存在的偏差。然后，加強(qiáng)對(duì)校準(zhǔn)裝置電信號(hào)形成和設(shè)備技術(shù)性能的控制，諸如，信號(hào)傳輸通道衰減和數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)是否可以滿(mǎn)足控制要求，計(jì)算系數(shù)合理與否，將直接影響到后續(xù)的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析。

1.3 校準(zhǔn)環(huán)境條件控制

校準(zhǔn)環(huán)境的控制十分關(guān)鍵，可能受到溫度、濕度和振動(dòng)等因素的影響，將會(huì)直接影響到風(fēng)洞天平自身性能和校準(zhǔn)精準(zhǔn)度、可靠性。究其根本，校準(zhǔn)家安裝在地基力，如果校準(zhǔn)場(chǎng)所發(fā)生振動(dòng)和電磁干擾，可能導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生晃動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致校準(zhǔn)精準(zhǔn)度受到影響。所以，收集得到的輸出信號(hào)并非是預(yù)設(shè)程序得到的，校準(zhǔn)結(jié)果和天平實(shí)際性能存在一定偏差，所以需要加強(qiáng)對(duì)校準(zhǔn)環(huán)境的控制力度，盡可能降低振動(dòng)帶來(lái)的影響。風(fēng)洞天平輸出信號(hào)通天平承受載荷變形相對(duì)，校準(zhǔn)環(huán)境如如果存在電磁干擾和或是振動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致電信號(hào)準(zhǔn)確性受到嚴(yán)重干擾，這就需要對(duì)校準(zhǔn)環(huán)境的電磁干擾問(wèn)題予以合理控制，盡可能降低對(duì)校準(zhǔn)質(zhì)量帶來(lái)的影響。如果在溫度和濕度較高的條件下，可能導(dǎo)致風(fēng)洞天平的絕緣電阻下降，輸出信號(hào)不正常，對(duì)于校準(zhǔn)設(shè)備的可靠性帶來(lái)不同程度上影響，這就需要對(duì)校準(zhǔn)環(huán)境提出嚴(yán)格控制，尋求合理措施，盡可能提升校準(zhǔn)設(shè)備可靠性和精準(zhǔn)度。

1.4 校準(zhǔn)結(jié)果不確定性

根據(jù)《風(fēng)洞應(yīng)變天平規(guī)范》內(nèi)容來(lái)看，并未提出明確的關(guān)于風(fēng)洞天平校準(zhǔn)不確定性評(píng)測(cè)方法，加之在校準(zhǔn)證書(shū)不需要標(biāo)明不確定性程度，所以其中存在較大的局限性。但是，經(jīng)過(guò)不斷完善和創(chuàng)新，試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)質(zhì)量管理體系逐漸完善，風(fēng)洞試驗(yàn)逐漸精細(xì)化發(fā)展，相應(yīng)的需要明確校準(zhǔn)不確定度，從而為風(fēng)洞天平測(cè)試提供可靠性數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮風(fēng)洞天平原有作用和價(jià)值。但是，當(dāng)前我國(guó)風(fēng)洞天平校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定方法存在局限，缺乏統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，還有很多單位為了省時(shí)省力，將風(fēng)洞天平校準(zhǔn)的綜合準(zhǔn)度值作為不確定度進(jìn)行計(jì)量，這種方法是錯(cuò)誤的，存在較大的局限性。

對(duì)于校準(zhǔn)結(jié)果不確定性的評(píng)定，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)量裝置不確定測(cè)定過(guò)程進(jìn)一步優(yōu)化和完善，建立完善的數(shù)學(xué)模型，從而確定數(shù)據(jù)不確定度等級(jí)，根據(jù)數(shù)據(jù)相互關(guān)系計(jì)算合成不確定度。需要注意的是，如果已經(jīng)初步完成了風(fēng)洞天平校準(zhǔn)裝置不確定度的評(píng)定工作，同時(shí)得到了重復(fù)性的測(cè)定結(jié)果，充分發(fā)揮校準(zhǔn)天平性能優(yōu)勢(shì)，得到校準(zhǔn)不確定度貢獻(xiàn)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)洞天平校準(zhǔn)不確定度的有效評(píng)定，在此基礎(chǔ)上為后續(xù)的風(fēng)洞天平校準(zhǔn)工作提供參考依據(jù)，有效提升風(fēng)洞天平性能，提升物體質(zhì)量測(cè)定結(jié)果精準(zhǔn)度與可靠性。

2 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室

我國(guó)當(dāng)前的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)工作開(kāi)展中，主要是將風(fēng)洞天平設(shè)計(jì)、天平校準(zhǔn)和試驗(yàn)工作集中在同一個(gè)設(shè)計(jì)室中，多數(shù)情況下，這樣的設(shè)計(jì)室并未經(jīng)過(guò)權(quán)威的資質(zhì)認(rèn)定。天平裝置在實(shí)際應(yīng)用中，作為一種傳感裝置，從校準(zhǔn)到報(bào)廢全過(guò)程，天平裝置的性能評(píng)定并非是由具備權(quán)威實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)的設(shè)計(jì)室出具校準(zhǔn)證書(shū)，這種做法不符合實(shí)際規(guī)定，同質(zhì)量管理要求相悖，存在較大的局限性。與此同時(shí)，天平設(shè)計(jì)人員自身并未接受過(guò)專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)的訓(xùn)練，缺乏嚴(yán)格的考核，這就導(dǎo)致在后續(xù)的風(fēng)洞天平校準(zhǔn)工作中出現(xiàn)不同程度上的計(jì)量問(wèn)題，影響到天平性能發(fā)揮以及物體測(cè)量質(zhì)量。

故此，為了提升校準(zhǔn)質(zhì)量和可靠性分，應(yīng)該建立完善的實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理體系，同時(shí)制定相配套的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)準(zhǔn)則，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行嚴(yán)格的資質(zhì)考核，尋求合理的質(zhì)量保障措施，確保各項(xiàng)工作能夠有序開(kāi)展，提升校準(zhǔn)工作質(zhì)量。更為關(guān)鍵的是，應(yīng)該注重對(duì)校準(zhǔn)工作人員的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)和考核，除了豐富專(zhuān)業(yè)知識(shí)的儲(chǔ)備以外，還要注重對(duì)校準(zhǔn)工作人員專(zhuān)業(yè)能力的培訓(xùn)，能夠不斷完善和提升自我，積極投入到工作中，為實(shí)際工作開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量保障。只有培訓(xùn)與考核合格后的人員，具備從業(yè)資質(zhì)，方可從事相關(guān)天平校準(zhǔn)工作。

3 結(jié)論

綜上所述，風(fēng)洞天平的準(zhǔn)確性不僅僅是自身的性能決定，同時(shí)與校準(zhǔn)質(zhì)量存在密切聯(lián)系。故此，為了提升校準(zhǔn)工作精準(zhǔn)度與可靠性，需要選擇合理的計(jì)量技術(shù)，建立完善的質(zhì)量管理體系，加強(qiáng)校準(zhǔn)人員專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)和考核，保證風(fēng)動(dòng)天平校準(zhǔn)結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確，為后續(xù)的校準(zhǔn)工作開(kāi)展提供充分參考依據(jù)，充分發(fā)揮天平的性能。endprint