校準工作在測試中的重要性

引言

校準工作好像總是安排在項目的最關(guān)鍵時刻進行，比如工作團隊忙著準備年度行業(yè)展會時。作為說明校準對項目影響的例子，我們假設(shè)某臺測試設(shè)備的校準周期為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行重新校準，那么前5個月累積形成的漂移或誤差將比較大，這將導(dǎo)致需要重新進行測試。在啟動需要該設(shè)備的大型項目之前校準該設(shè)備是否會更好？又或者說推遲校準以防意外是否妥當？與其它任何事件一樣，應(yīng)該在項目規(guī)劃軟件中制定校準計劃，并且應(yīng)處于關(guān)鍵路徑中。如果忽視校準，會造成項目延遲。

什么是校準？

有些人將讀數(shù)相同的兩臺儀器(例如示波器和萬用表)認為是“校準過”的。然而，這種方法存在問題，至少是完全不科學的。這就好比讓一個會計審計自己的賬目。如果按這種方式進行校準，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準，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，校準標準(圓圈中的部件)至關(guān)重要。感謝NASA/JPL-Caltec提供圖片

校準標準的精度必須遠遠高于被測儀器的精度。不要忘了，標準也存在容差。如果被測設(shè)備(DUT)的容差范圍與標準的容差范圍重疊，就不能實現(xiàn)完全校準。這正是校準時通常要求標準的精度至少比DUT的精度高10倍的原因。如果標準的容差非常確定、足夠小，就能夠調(diào)節(jié)DUT，防止其在兩次校準期間由于正常漂移而造成讀數(shù)超標。當校準采用最新技術(shù)的儀器時，標準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倍的標準，但要配合更復(fù)雜的過程，包括與其它標準進行交叉檢驗。

計量實驗室

嚴謹?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行校準。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)，由工程師負責核實實驗室的真實性。好的實驗室非常樂意讓您參觀，并為其標準的溯源性而自豪。您可以拿著儀器的校準手冊，與實驗室人員坐在一起，確認實驗室擁有完成高精度校準所必需的儀器。

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

測試儀器的內(nèi)部零件(例如電壓基準、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。好的校準方式可確保典型的小漂移不會影響測量。校準就是要發(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，所以有些人錯誤的認為這種情況不會造成其超標。然而，高電壓可能會跳過輸入保護裝置，或者會在保護裝置發(fā)揮作用之前的瞬間對電路造成破壞。

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

校準的頻度有何要求？

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周期；極端條件以及關(guān)鍵測量時，可能需要更頻繁地校準。以下是關(guān)于校準周期的一些通用規(guī)則：

1. 根據(jù)用戶合同、質(zhì)量標準組織、軍用規(guī)范或其它行業(yè)要求的規(guī)定，必須進行例行校準。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。檢查確認校準和安全狀態(tài)(例如儀器跌落時造成導(dǎo)線與外殼短路)非常重要。

高精度校準不是可有可無的奢侈品——校準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確，就會造成人員傷害甚至死亡。此外，校準是質(zhì)量的保證，可確保產(chǎn)品最終測試結(jié)果的準確性，以及在交付客戶時滿足技術(shù)指標要求。

參考文獻
1. 美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)是美國商務(wù)部的一個部門。http://www.nist.gov/index.html