解析校準(zhǔn)工作在測(cè)試測(cè)量中的重要性
校準(zhǔn)工作好像總是安排在項(xiàng)目的最關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行,比如工作團(tuán)隊(duì)忙著準(zhǔn)備年度行業(yè)展會(huì)時(shí)。作為說(shuō)明校準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目影響的例子,我們假設(shè)某臺(tái)測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)周期為6個(gè)月。在第5個(gè)月時(shí),設(shè)計(jì)工程師啟動(dòng)了一項(xiàng)持續(xù)時(shí)間為兩個(gè)月的測(cè)試項(xiàng)目。如果在測(cè)試期間對(duì)該儀器進(jìn)行重新校準(zhǔn),那么前5個(gè)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(cè)試。在啟動(dòng)需要該設(shè)備的大型項(xiàng)目之前校準(zhǔn)該設(shè)備是否會(huì)更好?又或者說(shuō)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(xiàng)目規(guī)劃軟件中制定校準(zhǔn)計(jì)劃,并且應(yīng)處于關(guān)鍵路徑中。如果忽視校準(zhǔn),會(huì)造成項(xiàng)目延遲。
什么是校準(zhǔn)?
有些人將讀數(shù)相同的兩臺(tái)儀器(例如示波器和萬(wàn)用表)認(rèn)為是“校準(zhǔn)過(guò)”的。然而,這種方法存在問(wèn)題,至少是完全不科學(xué)的。這就好比讓一個(gè)會(huì)計(jì)審計(jì)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(jiàn)的情況是無(wú)法解釋的:首先,如果一臺(tái)儀器正確,另一臺(tái)儀器錯(cuò)誤,那么誰(shuí)是誰(shuí)非?其次,如果兩臺(tái)儀器發(fā)生錯(cuò)誤的方式相反,工程師怎么能說(shuō)明兩者都不正確?最后,如果兩臺(tái)儀器發(fā)生錯(cuò)誤的方式相同,結(jié)果就是錯(cuò)誤的,而工程師毫不知情。如果沒(méi)有真正的可溯源外部標(biāo)準(zhǔn),就不能說(shuō)某臺(tái)儀器是正確的。
對(duì)于該項(xiàng)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(cè)儀器的精度。不要忘了,標(biāo)準(zhǔn)也存在容差。如果被測(cè)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(shí)現(xiàn)完全校準(zhǔn)。這正是校準(zhǔn)時(shí)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(shí),標(biāo)準(zhǔn)的精度不可能比其高10倍。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),可使用比精度高4倍的標(biāo)準(zhǔn),但要配合更復(fù)雜的過(guò)程,包括與其它標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交叉檢驗(yàn)。
計(jì)量實(shí)驗(yàn)室
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ處熧?gòu)買頂端品牌的儀器,并且預(yù)期這些電子測(cè)試儀器的精度較高。隨著使用時(shí)間加長(zhǎng),有些參數(shù)發(fā)生漂移,所以工程師將儀器送至計(jì)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)。但計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)情況如何呢?
大多數(shù)計(jì)量實(shí)驗(yàn)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(jià)格最低的實(shí)驗(yàn)室,而不調(diào)研其資質(zhì),由工程師負(fù)責(zé)核實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)性。好的實(shí)驗(yàn)室非常樂(lè)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(cè),與實(shí)驗(yàn)室人員坐在一起,確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室擁有完成高精度校準(zhǔn)所必需的儀器。
您還必須確保實(shí)驗(yàn)室的儀器經(jīng)過(guò)正確校準(zhǔn),具有可溯源性。大多數(shù)國(guó)家擁有自己的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室,比如美國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)1。好的計(jì)量實(shí)驗(yàn)室會(huì)有記錄證明其儀器與標(biāo)準(zhǔn)鏈進(jìn)行了正確比對(duì),可溯源至由NIST或其它國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)的主標(biāo)準(zhǔn)。
測(cè)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(huì)隨時(shí)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(huì)影響測(cè)量。校準(zhǔn)就是要發(fā)現(xiàn)并修正這種漂移。但有時(shí)也會(huì)有意外:儀器可能會(huì)跌落或操作人員可能會(huì)滑倒以及探測(cè)較高電壓。例如,數(shù)字萬(wàn)用表(DMM)可能會(huì)過(guò)載,從而產(chǎn)生較大誤差。由于數(shù)字萬(wàn)用表的輸入有保險(xiǎn)絲或斷路器保護(hù),所以有些人錯(cuò)誤的認(rèn)為這種情況不會(huì)造成其超標(biāo)。然而,高電壓可能會(huì)跳過(guò)輸入保護(hù)裝置,或者會(huì)在保護(hù)裝置發(fā)揮作用之前的瞬間對(duì)電路造成破壞。
當(dāng)我們將儀器送去校準(zhǔn)時(shí),我們希望計(jì)量實(shí)驗(yàn)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(bào)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(bào)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(cè)試項(xiàng)目,進(jìn)行新的測(cè)量。
校準(zhǔn)的頻度有何要求?
這個(gè)問(wèn)題不能一概而論,因?yàn)殡S儀器、環(huán)境和應(yīng)用的不同而有所不同。測(cè)試儀器制造商會(huì)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(cè)量時(shí),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(cè)試之前,必須考慮適用的要求,以確保滿足測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)或驗(yàn)證。
2.關(guān)鍵測(cè)量項(xiàng)目之前和之后。例如,完成新產(chǎn)品的試運(yùn)行后,設(shè)計(jì)工程師將對(duì)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(cè)試步驟。此時(shí)進(jìn)行的最終測(cè)試調(diào)整會(huì)從根本上縮短測(cè)試時(shí)間并影響收益。完備而可靠的測(cè)試要求在測(cè)試周期之前和之后驗(yàn)證儀器的狀態(tài)。
3.懷疑測(cè)量錯(cuò)誤,或者儀器過(guò)載或跌落時(shí)。檢查確認(rèn)校準(zhǔn)和安全狀態(tài)(例如儀器跌落時(shí)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(wú)的奢侈品——校準(zhǔn)確保了測(cè)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(huì)測(cè)量?jī)x表電壓以確保其安全。如果儀表?yè)p壞或提供的信息不準(zhǔn)確,就會(huì)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(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性,以及在交付客戶時(shí)滿足技術(shù)指標(biāo)要求。