计量量子化变革对我国工业计量的影响(2)

量子化效应中的量值，多来源于极限条件下微小粒子能量转换过程中产生的特殊物理现象所呈现的离散化效应，大多具有准确度和稳定性比非量子化效应量值的测量器具高一个或几个数量级的特征。

通常，该类量值不再依赖或受限于某个具体的复现装置、地理位置、外部条件，具有全球普适性，无需溯源和校准。但在外层宇宙空间中，其量值是否仍然符合定义并具有和地球上一样的普适性，仍然需要理论和实验证实［10］。

因此，它直接挑战了目前不确定度评定标准中的真值不可知论的前提假设。若在计量校准中，标准装置的误差比被计量对象小一个数量级以上时，应该可以认定其即为工程真值。在量子化效应涉及的技术体系中，应当修订相关法规文件，允许真值可知论的存在。

2）以量子化技术、原理、方法、装置复现基本量及其导出量，是人们理所当然的首选，其核心思想和理念是以较低精度的技术手段复现高精度的量值，并将其多值化、量程化、交流化、波形化［11-12］。

3）量子化计量装置目前存在的几个问题：

①体积庞大笨重，原理比较复杂，制造成本高昂；

②多数需要在接近绝对零度的超低温条件下才有量子化效应，工作条件苛刻，运行维护成本高昂；

③原始的量子化效应，仅能提供一个或几个稳定的量值，表现为仅有稳定的量值而缺乏波形变化，很难直接广泛应用于工程实际中。

针对这些问题，人们一直在尝试解决，例如：

①量子化计量装置的小型化、便携化、芯片化［13-14］，以期能够降低成本，并将其嵌入到实际仪器系统中；

②高温、常温条件下量子化效应的探索与研究［15］，以期能够降低运行维护成本；

③量子化计量装置的多值化、量程化、交流化、波形化技术研究，以期能够与工程实际应用直接结合。

目前已经开展的工作，例如用多个约瑟夫森结串联叠加合成的1 V和10 V约瑟夫森电压基准，以众多约瑟夫森结以D/A方式合成的交流约瑟夫森电压基准等，即属于该方向上的技术尝试［11-12］。

实际上，将现有的波形发生装置的参量，如幅度、周期、脉宽等锁定到量子化参考标准上，也应该是交流量值与动态量值的量子化发展方向之一。

3 量子化计量给工业计量带来的影响

3.1 行业计量与量子化融合

工业领域的众多产品均非计量器具，但其产品指标及质量确需计量控制。其过程中的重要环节即是工业计量。但是在我国，相应的法律法规还远未完善。

以航空行业为例，飞机、发动机以及其它航空器，均非计量器具，因而，从本质上，就现行只监管到计量器具的计量法的作用范畴而言，它们在总体上均不属于计量法涉及的管理范畴。

只有国家军用标准GJB 5109-2004《装备计量保障通用要求检测和校准》，在涉及武器装备的全寿命周期计量保障要求、国家的产品质量法、国际分工合作的分包合同、航空器自身产品质量与性能保证、民用航空的适航性检测、飞行器维护维修保障等技术要求时，才真正实在地提出了航空计量的总体要求［16］。

这些具体而明确的要求复杂多样、包罗面广，总体上涉及航空行业的全产业链，航空产品的全溯源链，航空产品的设计、研制、试验、生产、交付、使用、维护等全寿命周期，要求航空计量在其中体现出先导性、前瞻性、引领性与保障性。

它们即是航空计量的特点，也是难点，属于航空行业计量工作中一直试图解决的问题，且一直未能解决好。

随着计量单位制变革，以及量子化、扁平化发展，将迎来解决航空计量问题的新一轮契机，并将会带来新的解决方式。其具体范围涉及航空产品的设计、研制、试验、生产、制造、使用、维护、维修、保养等众多方面。

航空计量的特点，可以概括为：

1）对象描述复杂；

2）技术要求复杂；

3）对象运行过程封闭、复杂；

4）可靠性要求高。

举例说来，航空发动机叶片，不仅材料及内外部结构复杂，其外形尺寸也极不规则。只用一个或几个量值进行面型描述，不可能全面完整，一定会存在众多隐患。例如其面型量值控制与计量的参考面的确定就不能太过随意和变化，应有具体、稳定、统一而明确的技术要求。参考点和参考面的不同，将导致获取的控制量值截然不同，其加工、复现、工艺实现的难度、量值不确定度等也将明显不同，它们之间的互导，将带来额外的误差和不确定度。其最佳计量方式，将是在制造过程中，实时调控其制造条件，以保证其形貌尺寸并直接溯源，确保其制造结果完全符合规格指标的定义及质量控制要求，并不再需要额外的检验工序。但在制造过程中，其计量参考面尚未成形和出现，即使预先加工了计量参考面，其精度、完整性、可靠性等仍然存在问题，与加工完毕的成品有着本质的差异，使得其加工过程的面型量值控制具有极大的难度和挑战性。

文章来源：《航空学报》 网址: http://www.hkxbzz.cn/qikandaodu/2021/0522/1235.html