计量校准中的复杂环境的研究及策略分析

天津市计量监督检测科学研究院电子仪表实验所□佟 伟 任 晟

大部分情况下， 计量校准均是在实验室内开展， 环境因素主要包括温度与湿度。 通过合理控制， 按照相关规则进行， 可以更好地进行环境变化的管控。 随着计量校准从实验室朝着现场转变， 使得环境条件也产生了较大的变化， 很难使用主观意愿对其进行管控， 使得校准结果的量值、 含义受到了环境条件的限制。

1） 环境要素

环境要素表述的齐全与完整， 属于确定、完备的描述方式， 但并不是唯一的描述方式。不完整的要素， 必须要将位置的不确定性隐含在其中， 比如： 自然要素内的水源、 土壤、 空气、 生物等， 若是缺少任何一项， 均不属于完整的描述， 任何要素的变化， 均是自然环境发生了变化。

计量校准设计的环境要素主要包括： ①媒介条件： 指受到周围环境媒介影响产生的相应主体， 比如： 淡水、 火焰、 海水、 污秽物及毒害液体等； ②场条件： 指周围存在的物理场条件， 一般包括磁电厂、 光辐射场、 电力辐射场及噪声场等； ③力学条件： 指周围环境内主体感受到的力的作用， 比如： 冲击、 旋转、 摆动、 流动等； ④空间条件： 指周围环境主体感受到的， 可以利用的自由空间条件， 包括： 开放空间、 封闭空间与狭小空间等。

2） 环境条件分类

在上述四大环境要素抽象分类基础上， 可以简化环境条件分类。 选择一类要素为主进行区分划分， 按照再重复程度、 关注程度， 以此进行确定， 并在其他要素条件下开展相应的分类。

按照媒介要素进行分类， 可以划分为真空环境、 空气环境、 天然气环境、 淡水环境、 海水环境、 石油液体环境和甲烷环境等。 若确定为空气媒介环境， 需要对场条件特性、 电磁场、 噪声场、 温度场、 光辐射场等明确要求规定。 对力学条件特性， 如： 振动、 冲击、 压力、 旋转、 摆动、 流动、 机动过载及爆炸冲击波等出具了明确的要求。 就其中的空间特性， 包括： 开放空间、封闭空间及半开放空间、 半封闭空间、 狭小空间， 给出具体、 详细的说明与阐述。 若为真空环境， 则就要素内的温度场、 噪声场及湿度场等，要明确审查。

假设确定为水下环境（海水水下环境）， 则其要素中的电磁场、 光辐射场、 温度场、 噪声场及湿度场等， 存在的影响可以忽略， 明确各个要素， 归纳整理其影响。 环境条件分类， 要开展完整的描述， 但这一过程比较复杂与繁琐， 为了将表述简化， 多数环境条件下的影响可以忽略， 将比较容易引发结果变化的影响因素确定出来， 这些被统称为参考及标准环境。

环境条件的表述， 可划分为恒定、 非恒定两种。

恒定环境指的是， 全部环境要素处于恒定不变的状况， 非恒定相比前者要复杂很多， 可能是一个环境要素在变化的单量环境系统中， 属于环境试验选择的最为常见的环境系统。 若是该环境要素变化规律平稳， 且呈现过程式的变化， 则要素为急速变化， 比如： 冲击、 阶跃等， 可以将其称之为瞬态变化的环境。

非恒定环境中， 经常可见不止一种环境要素在变化， 进而被称之为多变量变化环境。 这些变量可以同时变化， 也可以顺序变化、 间歇变化。变化的组合状态、 规律比较复杂。 在这类情况下， 环境条件为完整表述， 可以将每一种环境要素与变化规律完整地展现出来。

环境要素是否被当做环境变量， 需要结合测量精准度要求审查。 准确度较低的测量， 一些环境要素影响并非主要， 可以将其忽略， 不当做环境变量进行处理。 针对测量精准度要求较高的，且到达一定程度之后， 不可忽略其对测量所产生的影响。 例如： 激光干涉距离测量， 空气折射率的影响就属于这类情况。

在确立了环境条件相关原则之后， 综合考虑影响计量的作用因素， 集中要素不在环境条件内特别考虑， 确定计量校准采取的环境应对策略，主要包含以下几种：

1） 选择或研制适应环境的计量校准系统，促使其涉及到变化环境及极限环境， 仍旧可以保持较高的适应性， 可以确保测量的精准度。这一策略对系统校准装置的要求较高， 选择的措施包含了校准原理、 技术、 软件及方法， 且难度最大。

2） 局部环境控制的策略， 该策略的实施不会改变校准系统本身， 通过将其封闭在局部狭小的空间环境内， 开展环境条件控制， 促使其保证良好的性能与状态， 实现过程对环境的较好适应。

3） 影响因素的降维策略， 为更好地适应严酷环境下带来的影响， 使用一种或者是几种影响量不敏感的技术， 参照原理执行计量校准， 减少影响量， 并降低因素影响。

综上所述， 计量校准中的环境因素影响不仅复杂， 且涉及多方面。 本文通过介绍环境要素，对其进行分类， 系统性地开展表述、 分析与构建， 从不同层面和角度开展， 减少复杂环境不确定表述， 促进剂量校准内环境因素的研究， 并强化其应用。