作者：Maxim Integrated戰(zhàn)略應(yīng)用工程師Bill Laumeister

校準(zhǔn)工作好像總是安排在項目的最關(guān)鍵時刻進(jìn)行，比如工作團(tuán)隊忙著準(zhǔn)備年度行業(yè)展會時。作為說明校準(zhǔn)對項目影響的例子，我們假設(shè)某臺測試設(shè)備的校準(zhǔn)周期為6個月。在第5個月時，設(shè)計工程師啟動了一項持續(xù)時間為兩個月的測試項目。如果在測試期間對該儀器進(jìn)行重新校準(zhǔn)，那么前5個月累積形成的漂移或誤差將比較大，這將導(dǎo)致需要重新進(jìn)行測試。在啟動需要該設(shè)備的大型項目之前校準(zhǔn)該設(shè)備是否會更好？又或者說推遲校準(zhǔn)以防意外是否妥當(dāng)？與其它任何事件一樣，應(yīng)該在項目規(guī)劃軟件中制定校準(zhǔn)計劃，并且應(yīng)處于關(guān)鍵路徑中。如果忽視校準(zhǔn)，會造成項目延遲。

什么是校準(zhǔn)？

有些人將讀數(shù)相同的兩臺儀器（例如示波器和萬用表）認(rèn)為是“校準(zhǔn)過”的。然而，這種方法存在問題，至少是完全不科學(xué)的。這就好比讓一個會計審計自己的賬目。如果按這種方式進(jìn)行校準(zhǔn)，有三種顯而易見的情況是無法解釋的：首先，如果一臺儀器正確，另一臺儀器錯誤，那么誰是誰非？其次，如果兩臺儀器發(fā)生錯誤的方式相反，工程師怎么能說明兩者都不正確？最后，如果兩臺儀器發(fā)生錯誤的方式相同，結(jié)果就是錯誤的，而工程師毫不知情。如果沒有真正的可溯源外部標(biāo)準(zhǔn)，就不能說某臺儀器是正確的。

圖1. NASA的火星探測漫游者利用其導(dǎo)航攝像頭記錄2011年7月17日行動之后的畫面。對于該項任務(wù)而言，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（圓圈中的部件）至關(guān)重要。感謝NASA/JPL-Caltec提供圖片。

校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的精度必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于被測儀器的精度。不要忘了，標(biāo)準(zhǔn)也存在容差。如果被測設(shè)備（DUT）的容差范圍與標(biāo)準(zhǔn)的容差范圍重疊，就不能實現(xiàn)完全校準(zhǔn)。這正是校準(zhǔn)時通常要求標(biāo)準(zhǔn)的精度至少比DUT的精度高10倍的原因。如果標(biāo)準(zhǔn)的容差非常確定、足夠小，就能夠調(diào)節(jié)DUT，防止其在兩次校準(zhǔn)期間由于正常漂移而造成讀數(shù)超標(biāo)。當(dāng)校準(zhǔn)采用最新技術(shù)的儀器時，標(biāo)準(zhǔn)的精度不可能比其高10倍。根據(jù)實踐經(jīng)驗，可使用比精度高4倍的標(biāo)準(zhǔn)，但要配合更復(fù)雜的過程，包括與其它標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交叉檢驗。

計量實驗室

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ處熧徺I頂端品牌的儀器，并且預(yù)期這些電子測試儀器的精度較高。隨著使用時間加長，有些參數(shù)發(fā)生漂移，所以工程師將儀器送至計量實驗室進(jìn)行校準(zhǔn)。但計量實驗室的真實情況如何呢？

大多數(shù)計量實驗室是好的、有效的。不幸的是，有些則是不合格的。有些公司選擇價格最低的實驗室，而不調(diào)研其資質(zhì)，由工程師負(fù)責(zé)核實實驗室的真實性。好的實驗室非常樂意讓您參觀，并為其標(biāo)準(zhǔn)的溯源性而自豪。您可以拿著儀器的校準(zhǔn)手冊，與實驗室人員坐在一起，確認(rèn)實驗室擁有完成高精度校準(zhǔn)所必需的儀器。

您還必須確保實驗室的儀器經(jīng)過正確校準(zhǔn)，具有可溯源性。大多數(shù)國家擁有自己的國家標(biāo)準(zhǔn)實驗室，比如美國的國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）1。好的計量實驗室會有記錄證明其儀器與標(biāo)準(zhǔn)鏈進(jìn)行了正確比對，可溯源至由NIST或其它國家標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)的主標(biāo)準(zhǔn)。

測試儀器的內(nèi)部零件（例如電壓基準(zhǔn)、輸入分壓器、放大器增益，以及失調(diào)）會隨時間變化而發(fā)生漂移。好的校準(zhǔn)方式可確保典型的小漂移不會影響測量。校準(zhǔn)就是要發(fā)現(xiàn)并修正這種漂移。但有時也會有意外：儀器可能會跌落或操作人員可能會滑倒以及探測較高電壓。例如，數(shù)字萬用表（DMM）可能會過載，從而產(chǎn)生較大誤差。由于數(shù)字萬用表的輸入有保險絲或斷路器保護(hù)，所以有些人錯誤的認(rèn)為這種情況不會造成其超標(biāo)。然而，高電壓可能會跳過輸入保護(hù)裝置，或者會在保護(hù)裝置發(fā)揮作用之前的瞬間對電路造成破壞。

當(dāng)我們將儀器送去校準(zhǔn)時，我們希望計量實驗室使儀器恢復(fù)至校準(zhǔn)狀態(tài)。工程師還應(yīng)該收到一份校準(zhǔn)報告，其中列出儀器在校準(zhǔn)前及調(diào)節(jié)后的指標(biāo)偏移。如果校準(zhǔn)報告顯示儀器存在較大的校準(zhǔn)誤差，可能有必要重新執(zhí)行已使用該儀器完成的測試項目，進(jìn)行新的測量。

校準(zhǔn)的頻度有何要求？

這個問題不能一概而論，因為隨儀器、環(huán)境和應(yīng)用的不同而有所不同。測試儀器制造商會給出典型條件下的建議校準(zhǔn)周期；極端條件以及關(guān)鍵測量時，可能需要更頻繁地校準(zhǔn)。以下是關(guān)于校準(zhǔn)周期的一些通用規(guī)則：

1. 根據(jù)用戶合同、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)組織、軍用規(guī)范或其它行業(yè)要求的規(guī)定，必須進(jìn)行例行校準(zhǔn)。在測試之前，必須考慮適用的要求，以確保滿足測試設(shè)備的校準(zhǔn)或驗證。

2. 關(guān)鍵測量項目之前和之后。例如，完成新產(chǎn)品的試運行后，設(shè)計工程師將對產(chǎn)品進(jìn)行特征分析，以確保滿足技術(shù)要求，并優(yōu)化測試步驟。此時進(jìn)行的最終測試調(diào)整會從根本上縮短測試時間并影響收益。完備而可靠的測試要求在測試周期之前和之后驗證儀器的狀態(tài)。

3. 懷疑測量錯誤，或者儀器過載或跌落時。檢查確認(rèn)校準(zhǔn)和安全狀態(tài)（例如儀器跌落時造成導(dǎo)線與外殼短路）非常重要。

高精度校準(zhǔn)不是可有可無的奢侈品——校準(zhǔn)確保了測試儀器的可靠性甚至人員安全性。例如，在使用設(shè)備之前，工程師可能會測量儀表電壓以確保其安全。如果儀表損壞或提供的信息不準(zhǔn)確，就會造成人員傷害甚至死亡。此外，校準(zhǔn)是質(zhì)量的保證，可確保產(chǎn)品最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，以及在交付客戶時滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

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