風洞天平校準存在的計量問題與解決方法

周華文

摘 要：天平作為實驗中較為常見的儀器設備，主要是用于物體質量測量的計量裝置，天平裝置的質量高低將直接影響到物體質量計量準確性，需要予以高度重視。隨著技術的快速發展和創新，借助電子技術衍生而來的電子天平逐漸得到了廣泛的應用。風洞天平作為一種力矩傳感器，是航空航天飛行器研制中風動測驗中重要的測量裝置，在實際應用中是對空氣動力荷載大小和作用點進行測量。風洞天平的準確性不僅僅是自身的性能決定，同時與校準質量存在密切聯系。本文主要討論風洞天平校準存在的計量問題與解決方法。

關鍵詞：風洞；天平；校準；計量

天平作為實驗中較為常見的儀器設備，主要是用于物體質量測量的計量裝置，天平裝置的質量高低將直接影響到物體質量計量準確性，需要予以高度重視。隨著技術的快速發展和創新，借助電子技術衍生而來的電子天平逐漸得到了廣泛的應用，大大提升了計量準確性。風洞天平作為一種力矩傳感器，是航空航天飛行器研制中風動測驗中重要的測量裝置，在實際應用中是對空氣動力荷載大小和作用點進行測量。風洞天平的準確性不僅僅是自身的性能決定，同時與校準質量存在密切聯系。通過合理的計量技術保證風動天平校準結果更加可靠、準確，但是其中風洞天平校準中存在的計量問題仍然存在，還有待進一步完善。由此看來，加強風洞天平校準存在的計量問題研究很有必要，有助于提升計量準確性，為后續工作開展打下堅實的基礎和保障。

1 校準規范

我國當前尚未制定專門的風洞天平校準規范，更多的是依據《風洞應變天平規范》，其中包括風洞應變天平的設計、加工、校準和使用等多種內容，是一個為實踐工作開展宮指導的規范，但是其中還存在一定的局限性有待進一步完善。就風洞天平校準中存在計量問題來看，嚴重影響到風洞天平校準精準度。

1.1 存在的問題

在風洞天平校準中，量值傳遞是否準確與可靠，校準結果是否準確與可靠，其中存在的問題表現為三個方面：其一，僅僅對標準力源做出明確控制要求，校準技術水平和性能狀態對于最終校準結果準確性帶來的影響重視程度不高，缺乏有效的控制；其二，校準結果中的不確定性并未提供明確的標準和評定方法，校準結果精準度缺乏可靠的評估依據；其三，校準環境要求不明確，在一定程度上影響到風洞天平的性能。

特種天平盡管是為了滿足特種試驗設計要求，不可以使用普通天平校準規范，為了能夠保證特種天平可以充分發揮自身價值，保證校準工作質量，應該選擇同一的技術依據，建立完善的技術比對交流平臺。

1.2 校準設別的技術性能控制

風洞天平校準裝置中包括加載裝置、信號傳輸裝置、數據采集裝置、調整裝置和計算機處理系統。為了保證校準結果的精準度和可靠性，需要對校準裝置的技術提出明確的要求。從校準裝置準確性來看，由于自身技術限制和性能影響可能對風洞天平校準精準度產生一定的影響。同時，由于重復性同校準裝置技術性能評定準確性同樣存在一定的不確定性，所以還需要進一步加強校準裝置重復性的規范和控制。在保證精準度的同時，還要保證校準裝置的穩定性。校準裝置自身校準能力需要充分滿足技術要求，盡可能的將校準載荷范圍覆蓋風洞天平測量范圍，同時還要選擇合理的校準公式，更好的滿足風洞天平測量精準性與可靠性要求。

縱觀當前的校準裝置技術性能來看，尚未制定相配套的技術規范，業界標準不統一，所以風洞天平校準工作中應該加強技術能力的控制，促使實際工作有效性顯著提升，對于其中可行性缺失的問題，可以通過分別控制組件技術性能，實現對校準裝置技術性能的有效控制，切實提升校準工作成效。

針對其中存在的問題，需要綜合考量校準裝置在何亮和傳遞設備技術性能是否可以滿足實際要求，充分權衡砝碼準確度；加載臺或是校準架可能由于承載能力不足發生變形，進而同天平接口安裝中不夠牢固，出現橢圓度、摩擦力矩和靜不平衡誤差，確保裝置可以調整到合適范圍內，糾正其中存在的偏差。然后，加強對校準裝置電信號形成和設備技術性能的控制，諸如，信號傳輸通道衰減和數據采集設備數據格式轉換等問題。計算機處理系統是否可以滿足控制要求，計算系數合理與否，將直接影響到后續的數據計算和分析。

1.3 校準環境條件控制

校準環境的控制十分關鍵，可能受到溫度、濕度和振動等因素的影響，將會直接影響到風洞天平自身性能和校準精準度、可靠性。究其根本，校準家安裝在地基力，如果校準場所發生振動和電磁干擾，可能導致支撐結構發生晃動，進而導致校準精準度受到影響。所以，收集得到的輸出信號并非是預設程序得到的，校準結果和天平實際性能存在一定偏差，所以需要加強對校準環境的控制力度，盡可能降低振動帶來的影響。風洞天平輸出信號通天平承受載荷變形相對，校準環境如如果存在電磁干擾和或是振動，將會導致電信號準確性受到嚴重干擾，這就需要對校準環境的電磁干擾問題予以合理控制，盡可能降低對校準質量帶來的影響。如果在溫度和濕度較高的條件下，可能導致風洞天平的絕緣電阻下降，輸出信號不正常，對于校準設備的可靠性帶來不同程度上影響，這就需要對校準環境提出嚴格控制，尋求合理措施，盡可能提升校準設備可靠性和精準度。

1.4 校準結果不確定性

根據《風洞應變天平規范》內容來看，并未提出明確的關于風洞天平校準不確定性評測方法，加之在校準證書不需要標明不確定性程度，所以其中存在較大的局限性。但是，經過不斷完善和創新，試驗檢測機構質量管理體系逐漸完善，風洞試驗逐漸精細化發展，相應的需要明確校準不確定度，從而為風洞天平測試提供可靠性數據，充分發揮風洞天平原有作用和價值。但是，當前我國風洞天平校準結果不確定度評定方法存在局限，缺乏統一的評定標準，還有很多單位為了省時省力，將風洞天平校準的綜合準度值作為不確定度進行計量，這種方法是錯誤的，存在較大的局限性。

對于校準結果不確定性的評定，根據相關規范和標準，對測量裝置不確定測定過程進一步優化和完善，建立完善的數學模型，從而確定數據不確定度等級，根據數據相互關系計算合成不確定度。需要注意的是，如果已經初步完成了風洞天平校準裝置不確定度的評定工作，同時得到了重復性的測定結果，充分發揮校準天平性能優勢，得到校準不確定度貢獻量，從而實現對風洞天平校準不確定度的有效評定，在此基礎上為后續的風洞天平校準工作提供參考依據，有效提升風洞天平性能，提升物體質量測定結果精準度與可靠性。

2 校準實驗室

我國當前的校準實驗室各項工作開展中，主要是將風洞天平設計、天平校準和試驗工作集中在同一個設計室中，多數情況下，這樣的設計室并未經過權威的資質認定。天平裝置在實際應用中，作為一種傳感裝置，從校準到報廢全過程，天平裝置的性能評定并非是由具備權威實驗室資質的設計室出具校準證書，這種做法不符合實際規定，同質量管理要求相悖，存在較大的局限性。與此同時，天平設計人員自身并未接受過專業、系統的訓練，缺乏嚴格的考核，這就導致在后續的風洞天平校準工作中出現不同程度上的計量問題，影響到天平性能發揮以及物體測量質量。

故此，為了提升校準質量和可靠性分，應該建立完善的實驗室質量管理體系，同時制定相配套的實驗室校準準則，對于實驗室進行嚴格的資質考核，尋求合理的質量保障措施，確保各項工作能夠有序開展，提升校準工作質量。更為關鍵的是，應該注重對校準工作人員的專業培訓和考核，除了豐富專業知識的儲備以外，還要注重對校準工作人員專業能力的培訓，能夠不斷完善和提升自我，積極投入到工作中，為實際工作開展提供堅實的質量保障。只有培訓與考核合格后的人員，具備從業資質，方可從事相關天平校準工作。

3 結論

綜上所述，風洞天平的準確性不僅僅是自身的性能決定，同時與校準質量存在密切聯系。故此，為了提升校準工作精準度與可靠性，需要選擇合理的計量技術，建立完善的質量管理體系，加強校準人員專業培訓和考核，保證風動天平校準結果更加可靠、準確，為后續的校準工作開展提供充分參考依據，充分發揮天平的性能。endprint