張書鋒，季啟政，張少楠

（北京東方計量測試研究所，北京 100029）

0 引言

計量保障是為保證裝備性能參數(shù)的量值準確一致，實現(xiàn)測量溯源性和檢測過程受控，確保裝備始終處于良好的技術(shù)狀態(tài)，具備隨時準確執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的能力而進行的一系列管理和技術(shù)活動[1]。計量保障的質(zhì)量和效率直接影響到測試設(shè)備和裝備的質(zhì)量和使用效率。

空間環(huán)境模擬試驗是航天器研制工作中的重要程序，目前型號試驗主要包括真空熱試驗、力學(xué)試驗、磁試驗、溫濕度試驗等。計量保障工作關(guān)系到試驗測試設(shè)備的溯源性和測試數(shù)據(jù)的準確性，對保證型號試驗順利有效進行，從而促進航天器的研制、生產(chǎn)和經(jīng)營發(fā)揮著重要作用。隨著航天器向長壽命、多功能、高可靠方向的發(fā)展，對環(huán)境模擬試驗的計量保障也提出了更高、更嚴格的要求。

1 航天器環(huán)模試驗的計量保障現(xiàn)狀

1.1 中國空間技術(shù)研究院有關(guān)情況

1）環(huán)境試驗中的通用測量設(shè)備儀器基本都按期進行計量校準。但專用測試設(shè)備尚有部分未經(jīng)計量校準。有部分具有計量特性的儀器設(shè)備未進行檢定校準。

2）力學(xué)試驗（振動和沖擊）設(shè)備基本都按期進行計量校準。

3）熱真空試驗設(shè)備沒有相應(yīng)的校準規(guī)范，沒有統(tǒng)一的工作依據(jù)。

4）專用測試設(shè)備的校準規(guī)范質(zhì)量不高，無法保障整個測試設(shè)備的溯源性。

5）各廠、所的小型真空試驗設(shè)備、熱真空試驗設(shè)備、溫濕度試驗箱等有相當一部分經(jīng)過了計量機構(gòu)的驗收測試和周期計量校準，但是還有很多未經(jīng)計量機構(gòu)進行驗收測試和周期計量校準。

6）真空計需要定期計量校準。真空計易受環(huán)境污染，穩(wěn)定性較差，不合格的概率較高，經(jīng)過校準的真空計過一段時間后其測量值可能和剛校準時差1～2個數(shù)量級。因此真空計應(yīng)定期進行計量校準，保證其測量數(shù)據(jù)的準確性。

7）大型環(huán)境試驗的現(xiàn)場計量保障工作不到位，特別是現(xiàn)場原位計量。比如大型熱真空設(shè)備中的數(shù)量龐大的熱電偶、鉑電阻和各類壓力表、壓力傳感器等常年處于計量校準不到位的狀態(tài)，溯源性和測量準確性無法保障。

1.2 北京東方計量測試研究所的計量保障能力

北京東方計量測試研究所的傳統(tǒng)強項是電學(xué)計量、無線電計量、長度計量等。2007年中國空間技術(shù)研究院計量資源整合后，將北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所的計量室合并入北京東方計量測試研究所，使后者在振動、沖擊、真空、壓力、溫濕度等力學(xué)和熱學(xué)計量參數(shù)的能力實現(xiàn)零的突破，航天器環(huán)模試驗的計量保障能力大大提高。

1）真空計量實驗室是華北地區(qū)唯一一家國防工業(yè)真空計量實驗室，承擔著航天兩大集團、航空、中電集團、中國科學(xué)院以及部隊下屬多家單位的真空量值傳遞。實驗室具有兩套真空比對校準系統(tǒng)和真空計電參數(shù)測試系統(tǒng)，可校準/檢測的真空范圍為105～10-4Pa，可對真空計電參數(shù)、各類真空計、各類真空規(guī)管（電離真空計、壓阻真空計、電容薄膜真空計、熱偶真空計、電阻真空計、復(fù)合真空計等）進行計量校準。

2）壓力實驗室具有標準活塞壓力計和數(shù)字標準壓力計等，能校準各類壓力表、壓力傳感器和壓力變送器。

3）溫濕度實驗室配有鉑電阻溫度計標準裝置、一等水銀溫度計標準裝置、精密露點儀檢定裝置、恒溫低溫槽、濕度發(fā)生器、溫濕度標準箱、溫濕度采集系統(tǒng)等，用于溫濕度環(huán)境試驗設(shè)備、恒溫槽、各類溫度計（鉑電阻、各種型號的熱電偶、機械式溫濕度計、熱敏電阻等）、溫度傳感器、露點儀、濕度計、數(shù)字溫度顯示和調(diào)節(jié)儀表的檢定校準。

4）振動沖擊實驗室配有高、中、低頻全自動加速度計校準系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)等儀器設(shè)備，可對沖擊、加速度計、電荷放大器、振動臺、信號適調(diào)儀等進行檢定校準。

5）可以進行熱真空試驗設(shè)備的驗收測試，可檢項目包括極限真空、工作真空度、抽速、溫度上下限值、溫度場不均勻度、溫度場穩(wěn)定度、升降溫速率等，已經(jīng)為有關(guān)單位多次開展驗收測試和周期測試業(yè)務(wù)。

2 航天器環(huán)模試驗的計量保障工作建議

2.1 真空環(huán)境下的溫度校準技術(shù)尚需進一步研究

為驗證衛(wèi)星熱設(shè)計的正確性，保證衛(wèi)星在空間軌道的可靠運行，在衛(wèi)星研制過程中必須進行。地面模擬空間熱環(huán)境試驗在熱真空試驗中，相關(guān)部位的溫度是需要準確測量的核心參數(shù)之一，按溫度測點所在位置可分為航天器溫度和試驗設(shè)備溫度兩部分。目前這些部位的溫度測量主要采用T型銅-康銅熱電偶系統(tǒng)，以鉑電阻和熱敏電阻進行比對。歐洲的ESTEC、INTESPACE、IABG以及日本、印度、巴西也主要采用T型熱電偶系統(tǒng)，INTESPACE還選用了K型熱電偶，ESTEC、IABG等試驗中心還使用了鉑電阻、熱敏電阻。

為確保溫度測量的準確性和溯源性，需要定期對溫度測量設(shè)備進行檢定校準。目前，溫度校準主要是在常壓下進行。國外計量機構(gòu)如德國PTB、美國NIST等及國內(nèi)的中國計量科學(xué)研究院、北京長城計量測試技術(shù)研究所、北京航天計量測試技術(shù)研究所等都在常壓下的溫度校準方面作了大量工作，取得較多成果，形成了成熟的溫度校準方法。但在真空下的溫度測量與校準方面，國外的計量機構(gòu)已開展了相關(guān)的工作，國內(nèi)在這方面的研究還處在空白。真空環(huán)境對溫度傳感器的影響與大氣中不同，傳感器材料長期處于真空中，由于氣體脫附及揮發(fā)物質(zhì)的損失，材料的電熱特性將會發(fā)生改變。

目前，國內(nèi)在空間熱環(huán)境模擬試驗中，主要采用熱電偶、鉑電阻和熱敏電阻作為傳感器進行溫度測量，其校準、溯源均在常壓下實現(xiàn)。但在真空環(huán)境下，溫度傳感器材料特性及傳熱過程都發(fā)生變化，熱真空試驗的溫場分布十分復(fù)雜。因此為保證溫度測量的準確性，空間溫度測量及校準技術(shù)有待進一步研究。中國空間技術(shù)研究院在衛(wèi)星熱真空試驗工作中遇到諸多溫度測量相關(guān)問題急需解決，比如發(fā)現(xiàn)多支溫度傳感器在常壓環(huán)境下測量結(jié)果接近，但在真空環(huán)境下的測量結(jié)果相差較大，嚴重影響對衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)工作有效性的正確評價。為了更深層次地分析真空環(huán)境下的傳熱機理，解決真空環(huán)境下溫度測量的量值溯源問題，確保真空下溫度測量的準確性，有必要建立一套熱真空環(huán)境下的溫度校準系統(tǒng)，深入研究真空環(huán)境下的溫度校準技術(shù)和方法。

2.2 做好測量設(shè)備的檢定／校準是計量保障工作之根本

測量設(shè)備的檢定／校準是計量保證工作的基礎(chǔ)，只有檢定／校準做好了，才能保證用于產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、試驗、使用時量值的準確可靠。為了做好測量設(shè)備的管理，對計量工作應(yīng)提出8個100 %的控制目標[4]：配備測量設(shè)備100 %合理；所有的測量設(shè)備要100 %建賬；所用的測量設(shè)備要100 %檢定／校準；所用的測量設(shè)備100 %合格；所用的測量設(shè)備100 %有有效標識；計量確認活動100 %執(zhí)行程序；執(zhí)行程序100 %有記錄；測量結(jié)果要100 %準確、可靠。以上8個100 %做到了，測量設(shè)備也就受控了。

對有計量特性的專用測試設(shè)備應(yīng)編制校準規(guī)范。校準規(guī)范的編制應(yīng)當以該設(shè)備的技術(shù)條件和測試方法（調(diào)試細則）為依據(jù)，參照GJB 5348—2004《國防科技工業(yè)校準規(guī)范編寫規(guī)則》進行編寫。校準規(guī)范所使用的方法應(yīng)當把專用測試設(shè)備的量值能溯源到國防最高計量標準或國家計量基準、標準中。當專用測試設(shè)備的量值無法向國防最高計量標準或國家計量基準、標準溯源時，可采用文獻[4]中提到的5種校準方法。

2.3 建立型號計量師系統(tǒng)是開展計量保障工作的關(guān)鍵

傳統(tǒng)的計量工作主要是由計量人員完成計量器具的量值傳遞，這使得計量工作遠離型號，型號產(chǎn)品質(zhì)量得不到有效控制，無法保證量值的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)的準確可靠，無法確保產(chǎn)品的高質(zhì)量、高水平和高效率[2-4]。計量保障工作源于傳統(tǒng)計量，又高于傳統(tǒng)計量，它突破了傳統(tǒng)計量工作中單一的、靜止的量值傳遞，是一個完整的動態(tài)的全系統(tǒng)概念，是傳統(tǒng)計量的繼承和發(fā)展。要做好型號試驗計量保障工作，必須將計量工作貫穿于型號試驗的全過程，要對全過程的量值、數(shù)據(jù)進行控制，隨型號工程的實施而開始，隨型號工程的發(fā)展而發(fā)展。為了在型號工程中有效地開展計量保障工作，應(yīng)在型號工程中建立型號計量師系統(tǒng)，實行型號計量師制度，把計量資源作為型號研制資源，使其成為技術(shù)支持和質(zhì)量保證的組成部分，通過計量與型號的結(jié)合，確保型號工程的研制質(zhì)量。

2.4 進一步加強計量機構(gòu)的計量能力建設(shè)

為了給型號環(huán)模試驗提供更好的計量保障，北京東方計量測試研究所作為航天專業(yè)計量測試研究所，在現(xiàn)有的計量參數(shù)和能力的基礎(chǔ)上，將進一步增擴建一批如聲學(xué)參數(shù)、扭矩、扭矩扳手、力值、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速、流量、漏孔、非接觸式測溫、高溫和低溫等計量校準能力，以提高計量校準的工作效率。

3 結(jié)束語

本文分析了航天器環(huán)境模擬試驗的計量保障現(xiàn)狀以及存在的問題，并探討了計量保障的發(fā)展趨勢，提出了加強真空環(huán)境下的溫度校準技術(shù)研究、做好測量設(shè)備的檢定/校準、建立型號計量師系統(tǒng)、加強計量機構(gòu)的計量能力建設(shè)等建議。

（References）

[1]GJB 5109—2004, 裝備計量保障通用要求——檢測和校準[S]

[2]邢馨婷, 宋濤, 龍祖洪, 等.計量保障在型號工程中的作用[J].計測技術(shù)，2008, 28(5): 60-62 Xing Xinting, Song Tao, Long Zuhong.et al.The effect of metrology guarantee in the model project[J].Metrology & Measurement Technology, 2008, 28(5):60-62

[3]趙瑞賢, 孟曉風(fēng), 王國華.計量保障現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].測控技術(shù)2006, 25(4): 1-4 Zhao Ruixian, Meng Xiaofeng, Wang Guohua.Status and tendency of metrology support[J].Measurement &Control Technology, 2006, 25(4): 1-4

[4]鄭錦秀.做好型號計量保障工作的探討[J].計測技術(shù),2009, 29(3): 45Zheng Jinxiu.Discussion on model metrology support[J].Metrology & Control Technology, 2009,29(3): 45