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[導讀]校準至關重要，我們必須定期校準儀器，以確保它們在規(guī)格范圍內(nèi)運行。校準將儀器的測量值與參考信號進行比較。如果儀器的讀數(shù)超出可容忍的限度，則儀器將需要調(diào)整。在典型的校準中，將為每個范圍校準幾個(通常是 11 個)等間隔的值。圖 3中的圖表顯示了理想的性能和五種可能的錯誤原因。

校準至關重要，我們必須定期校準儀器，以確保它們在規(guī)格范圍內(nèi)運行。校準將儀器的測量值與參考信號進行比較。如果儀器的讀數(shù)超出可容忍的限度，則儀器將需要調(diào)整。在典型的校準中，將為每個范圍校準幾個(通常是 11 個)等間隔的值。圖 3中的圖表顯示了理想的性能和五種可能的錯誤原因。

圖 3. 儀器的增益、偏移和線性度以及隨機誤差都會影響其測量。

圖 3a 顯示了理想的響應：一條穿過原點、斜率為 45° 的直線。圖 3b 是偏移誤差的示例。校準線相對于理想線向上或向下移動。在增益誤差中(圖 3c)，校準線旋轉至原點。

圖 3d 顯示了增益和失調(diào)誤差。增益和偏移 (mX + b) 的調(diào)整可以補償這些誤差。調(diào)整通常通過儀器的固件完成，它將 mX + b 校準常數(shù)應用于激勵信號。這種調(diào)整稱為兩點調(diào)整。

但有時，儀器的響應不是線性的。在這種情況下，簡單的 mX + b 調(diào)整不會補償誤差。圖 3e 顯示了在范圍極值處沒有錯誤，但在范圍極值之間有錯誤的情況。在這種情況下，儀器必須應用非線性曲線擬合(三個或更多點)以將其測量值保持在可接受的限度內(nèi)。

如果每次校準設備時始終出現(xiàn)誤差，則表明測量儀器存在系統(tǒng)誤差。如果校準之間的誤差發(fā)生不可預測的變化，則儀器存在隨機誤差。隨機誤差由每個校準點獲得的整套校準數(shù)據(jù)的最小值、最大值和平均值表示(圖 3f)。

圖 3b、3c 和 3d 中表示的誤差是系統(tǒng)誤差的示例，因為它們是預期的且可預測的。儀器制造商正確的設計和電路調(diào)整可以最大限度地減少這些錯誤的影響。然而，隨機誤差是不可預測的。它總是出現(xiàn)在測量結果中。您無法消除隨機誤差，但可以通過對同一輸入信號的多個讀數(shù)進行平均來減少其影響。

環(huán)境因素引起的誤差

測量誤差是由儀器設計以及許多環(huán)境因素引起的，例如溫度、時間、濕度、氣壓，以及交流信號的情況下，測量信號的形狀和頻率。在校準期間，這些環(huán)境條件必須保持在規(guī)定的限度內(nèi)。例如，溫度通常必須為23°C ±5°C。有些儀器需要更嚴格的溫度限制。當所有因素都在其限度內(nèi)時，儀器就可以在正常條件下進行校準。

在正常條件下校準所確定的誤差稱為基本誤差。它是描述測量范圍內(nèi)誤差行為的單個值或表達式。基本相對(百分比)誤差是每種儀器的通用精度規(guī)格。

當環(huán)境因素超過規(guī)定限度時，測量誤差就會增大。附加溫度誤差以 %/°C 為單位指定。儀器規(guī)格提供校準后三個時間間隔的時間或老化誤差：24 小時、90 天和 1 年。

例如，在 20°C 下校準的數(shù)字萬用表的基本精度為 0.05%，附加溫度誤差為 0.005 %/°C。如果在 50°C 下操作儀器，附加溫度誤差將為 30°C x 0.005%/°C = 0.15%。總誤差是基本誤差和附加誤差之和。在這種情況下，誤差為 0.05% + 0.15% = 0.20%。請注意，相對誤差現(xiàn)在高出四倍。

了解規(guī)格

校準實驗室將生成儀器性能報告。校準報告顯示應用信號的值、測量下限和上限、儀器讀數(shù)以及每個校準點的測試結果。表 2 顯示了該校準的直流電壓結果。

要理解校準報告，您需要知道如何計算限值和誤差。查看表 2 中 2-VDC 范圍內(nèi)的校準結果。制造商的規(guī)格將誤差定義為“讀數(shù)的 0.04% + 2 位數(shù)字”。 “讀數(shù)”是輸入值(1.9 V)，“2 位”表示最低有效位的兩個單位。對于此范圍，最低有效數(shù)字(分辨率)的值為 0.0001 V。該誤差有一個單位，使其成為絕對誤差?；叵胍幌拢^對誤差可以是正值，也可以是負值。您可以計算絕對誤差以及測量范圍的下限和上限：

絕對誤差：

0.04×0.01×1.9V+2×0.0001V=0.00096V

下限：

1.9V – 0.00096V = 1.89904V ≈ 1.8990V

上限：

1.9V + 0.00096V = 1.90096V ≈ 1.9010V

相對誤差：

0.00096V ÷ 1.9V = 5.05 × 10 –4 = 0.05%

1.8990 和 1.9010 V 這兩個限值定義了可接受的讀數(shù)范圍。如果在校準過程中，所有儀器的讀數(shù)都在該范圍內(nèi)，則通過。如果只有一個校準點超出限制，則整個校準失敗?？赡軙霈F(xiàn)異常情況。例如，如果在生產(chǎn)中使用數(shù)字萬用表并且僅進行電壓測量，您可能不關心電流測量是否超出容差。

交流測量

測量交流電壓和電流存在一些直流測量中不存在的陷阱。數(shù)字萬用表報告交流信號的 RMS(均方根)值，但您應該注意，儀器在計算交流電壓或電流的方式上有所不同。

許多數(shù)字萬用表使用真有效值測量方法，因為它可以為任何形狀的信號提供正確的結果：正弦波、三角波或方波。其他方法(例如平均)只能為正弦波信號提供正確的結果。對交流模式下 20 伏特表的研究表明，不使用真有效值的儀器可能會導致嚴重誤差，讀數(shù)可能低至真值的 52%(參考文獻 1)。

RMS 值取決于信號的形狀。如果信號的峰值為V P ，則正弦波的RMS值為V P /√2，三角波的RMS值為V P /√3，方波的RMS值為V P 。