計量校準中的復雜環境的研究及策略分析

天津市計量監督檢測科學研究院電子儀表實驗所□佟 偉 任 晟

大部分情況下， 計量校準均是在實驗室內開展， 環境因素主要包括溫度與濕度。 通過合理控制， 按照相關規則進行， 可以更好地進行環境變化的管控。 隨著計量校準從實驗室朝著現場轉變， 使得環境條件也產生了較大的變化， 很難使用主觀意愿對其進行管控， 使得校準結果的量值、 含義受到了環境條件的限制。

1） 環境要素

環境要素表述的齊全與完整， 屬于確定、完備的描述方式， 但并不是唯一的描述方式。不完整的要素， 必須要將位置的不確定性隱含在其中， 比如： 自然要素內的水源、 土壤、 空氣、 生物等， 若是缺少任何一項， 均不屬于完整的描述， 任何要素的變化， 均是自然環境發生了變化。

計量校準設計的環境要素主要包括： ①媒介條件： 指受到周圍環境媒介影響產生的相應主體， 比如： 淡水、 火焰、 海水、 污穢物及毒害液體等； ②場條件： 指周圍存在的物理場條件， 一般包括磁電廠、 光輻射場、 電力輻射場及噪聲場等； ③力學條件： 指周圍環境內主體感受到的力的作用， 比如： 沖擊、 旋轉、 擺動、 流動等； ④空間條件： 指周圍環境主體感受到的， 可以利用的自由空間條件， 包括： 開放空間、 封閉空間與狹小空間等。

2） 環境條件分類

在上述四大環境要素抽象分類基礎上， 可以簡化環境條件分類。 選擇一類要素為主進行區分劃分， 按照再重復程度、 關注程度， 以此進行確定， 并在其他要素條件下開展相應的分類。

按照媒介要素進行分類， 可以劃分為真空環境、 空氣環境、 天然氣環境、 淡水環境、 海水環境、 石油液體環境和甲烷環境等。 若確定為空氣媒介環境， 需要對場條件特性、 電磁場、 噪聲場、 溫度場、 光輻射場等明確要求規定。 對力學條件特性， 如： 振動、 沖擊、 壓力、 旋轉、 擺動、 流動、 機動過載及爆炸沖擊波等出具了明確的要求。 就其中的空間特性， 包括： 開放空間、封閉空間及半開放空間、 半封閉空間、 狹小空間， 給出具體、 詳細的說明與闡述。 若為真空環境， 則就要素內的溫度場、 噪聲場及濕度場等，要明確審查。

假設確定為水下環境（海水水下環境）， 則其要素中的電磁場、 光輻射場、 溫度場、 噪聲場及濕度場等， 存在的影響可以忽略， 明確各個要素， 歸納整理其影響。 環境條件分類， 要開展完整的描述， 但這一過程比較復雜與繁瑣， 為了將表述簡化， 多數環境條件下的影響可以忽略， 將比較容易引發結果變化的影響因素確定出來， 這些被統稱為參考及標準環境。

環境條件的表述， 可劃分為恒定、 非恒定兩種。

恒定環境指的是， 全部環境要素處于恒定不變的狀況， 非恒定相比前者要復雜很多， 可能是一個環境要素在變化的單量環境系統中， 屬于環境試驗選擇的最為常見的環境系統。 若是該環境要素變化規律平穩， 且呈現過程式的變化， 則要素為急速變化， 比如： 沖擊、 階躍等， 可以將其稱之為瞬態變化的環境。

非恒定環境中， 經常可見不止一種環境要素在變化， 進而被稱之為多變量變化環境。 這些變量可以同時變化， 也可以順序變化、 間歇變化。變化的組合狀態、 規律比較復雜。 在這類情況下， 環境條件為完整表述， 可以將每一種環境要素與變化規律完整地展現出來。

環境要素是否被當做環境變量， 需要結合測量精準度要求審查。 準確度較低的測量， 一些環境要素影響并非主要， 可以將其忽略， 不當做環境變量進行處理。 針對測量精準度要求較高的，且到達一定程度之后， 不可忽略其對測量所產生的影響。 例如： 激光干涉距離測量， 空氣折射率的影響就屬于這類情況。

在確立了環境條件相關原則之后， 綜合考慮影響計量的作用因素， 集中要素不在環境條件內特別考慮， 確定計量校準采取的環境應對策略，主要包含以下幾種：

1） 選擇或研制適應環境的計量校準系統，促使其涉及到變化環境及極限環境， 仍舊可以保持較高的適應性， 可以確保測量的精準度。這一策略對系統校準裝置的要求較高， 選擇的措施包含了校準原理、 技術、 軟件及方法， 且難度最大。

2） 局部環境控制的策略， 該策略的實施不會改變校準系統本身， 通過將其封閉在局部狹小的空間環境內， 開展環境條件控制， 促使其保證良好的性能與狀態， 實現過程對環境的較好適應。

3） 影響因素的降維策略， 為更好地適應嚴酷環境下帶來的影響， 使用一種或者是幾種影響量不敏感的技術， 參照原理執行計量校準， 減少影響量， 并降低因素影響。

綜上所述， 計量校準中的環境因素影響不僅復雜， 且涉及多方面。 本文通過介紹環境要素，對其進行分類， 系統性地開展表述、 分析與構建， 從不同層面和角度開展， 減少復雜環境不確定表述， 促進劑量校準內環境因素的研究， 并強化其應用。