儀器校準(zhǔn)這件事

儀器在生產(chǎn)完成后，由于工藝精度問題，無法保證在使用時(shí)完全達(dá)到最終要求的精度，為了提高儀器精度，需要對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)完成以后，還需要按照精度要求進(jìn)行檢定，只有這樣，才能確保送到客戶手中的每一臺(tái)儀器都符合精度要求。本文主要介紹儀器校準(zhǔn)的過程。

執(zhí)行環(huán)境

目前在計(jì)量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)，環(huán)境要求為：溫度：23℃，相對(duì)濕度：55%RH。

基于安全考慮，被校準(zhǔn)儀器和校準(zhǔn)源必須通過電源線接大地，供電的插座必須有地線。

校準(zhǔn)源每隔7天需要執(zhí)行一次預(yù)熱30分鐘后的調(diào)零。

實(shí)驗(yàn)室必須有單獨(dú)的地線，校準(zhǔn)器和被校準(zhǔn)儀器的機(jī)殼通過最短的線連接到單獨(dú)的地線，或者校準(zhǔn)源和被校準(zhǔn)儀器用最短的線將機(jī)殼相連然后單獨(dú)地線接其中一臺(tái)設(shè)備的外殼。

基于信號(hào)質(zhì)量的要求，兩臺(tái)設(shè)備外殼連接并接單獨(dú)的地線是必須的，因?yàn)橥ㄟ^電源線的地線有可能使兩臺(tái)設(shè)備的外殼連接路徑很長。這個(gè)單獨(dú)地線的連接見圖1，最好是方式3，設(shè)備放置于較大面積的金屬板上構(gòu)成地平面。

圖1  設(shè)備外殼接地的方式

校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

1、測(cè)試

儀器組裝所用的零部件，可能有部分因?yàn)楦鞣N原因無法正常工作。需要對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)試，保證儀器能正常工作，且滿足基本的精度要求，進(jìn)行測(cè)試時(shí)，根據(jù)采集卡、儀器等對(duì)應(yīng)的序列號(hào)，將產(chǎn)品信息與之綁定，上傳至服務(wù)器，進(jìn)行產(chǎn)品登記，并創(chuàng)建測(cè)試流程。測(cè)試結(jié)束時(shí)，將測(cè)試中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并關(guān)閉測(cè)試流程。

2、老化

剛生產(chǎn)完成的儀器硬件狀態(tài)不穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)較大差異，需要讓儀器在特定溫度下運(yùn)行一段時(shí)間，使得儀器的運(yùn)行狀態(tài)漸漸趨于穩(wěn)定。不同的設(shè)備老化方案不一致，如功率分析儀需要在老化進(jìn)行時(shí)，用程控電源向被老化設(shè)備輸入信號(hào)，同時(shí)被老化設(shè)備也需要讀取信號(hào)值。信號(hào)值在正常范圍內(nèi)，才是程序認(rèn)可的正確接線，否則，則中止老化流程。每隔一段時(shí)間，上位機(jī)軟件也會(huì)發(fā)送指令判斷被老化設(shè)備是否在線，若掉線，也會(huì)中止老化。

3、預(yù)熱

為了使儀器達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，使得校準(zhǔn)得到的校準(zhǔn)系數(shù)更加精確，在校準(zhǔn)開始前，需要使儀器（被校準(zhǔn)設(shè)備以及校準(zhǔn)源）運(yùn)行30分鐘以上。

4、設(shè)備連接

在開始運(yùn)行上位機(jī)軟件前，需要正確連接校準(zhǔn)源和待測(cè)儀器，上位機(jī)和校準(zhǔn)源也需要信號(hào)線進(jìn)行連接。在校準(zhǔn)過程中，根據(jù)待校準(zhǔn)設(shè)備需要校準(zhǔn)的通道（電壓通道，電流通道，傳感器通道）、量程、以及上位機(jī)軟件控制的信號(hào)輸出要求，更改校準(zhǔn)源和待校準(zhǔn)設(shè)備之間的接線、更換校準(zhǔn)源。

校準(zhǔn)原理

儀器校準(zhǔn)需要上位機(jī)程序控制校準(zhǔn)源(如圖 2 Fluke 5520A)輸出特定信號(hào)值給各個(gè)量程以及不同測(cè)量狀態(tài)下的待校準(zhǔn)儀器，待校準(zhǔn)儀器接收到輸入后，將測(cè)得的值傳輸給上位機(jī)軟件。上位機(jī)軟件將待校準(zhǔn)儀器在特定點(diǎn)位測(cè)量的輸入值以及輸出值帶入計(jì)算公式中，待所有校準(zhǔn)系數(shù)計(jì)算完成后，將其燒寫進(jìn)儀器中。

校準(zhǔn)完成后，上位機(jī)軟件執(zhí)行檢定程序部分，控制校準(zhǔn)源輸出特定信號(hào)給待測(cè)設(shè)備，上位機(jī)軟件通過比較待校準(zhǔn)設(shè)備此時(shí)信號(hào)的輸入與輸出，如果符合設(shè)定的誤差范圍則檢定通過，進(jìn)行下一項(xiàng)檢定，如果不符合，則校準(zhǔn)失敗，需要專業(yè)人員通過校準(zhǔn)日志以及其它輔助手段定位問題點(diǎn)，將問題排除后，再進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖2  Fluke 5520A

校準(zhǔn)報(bào)告以及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

校準(zhǔn)完成后，校準(zhǔn)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)會(huì)上傳到服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)（如圖3 校準(zhǔn)記錄），以便于日后有據(jù)可查。根據(jù)上傳數(shù)據(jù)，非調(diào)試模式下的校準(zhǔn)，服務(wù)器會(huì)生成校準(zhǔn)報(bào)告，記錄當(dāng)時(shí)設(shè)備在各個(gè)檢定點(diǎn)位的測(cè)量值、與標(biāo)準(zhǔn)值相比產(chǎn)生的實(shí)際誤差、誤差允許值等，記錄當(dāng)時(shí)的儀器狀態(tài)。

圖3 校準(zhǔn)記錄