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(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”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(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。如果沒有真正的可溯源外部標(biāo)準(zhǔn)，就不能說某臺(tái)儀器是正確的。

圖1. NASA的火星探測(cè)漫游者利用其導(dǎo)航攝像頭記錄2011年7月17日行動(dòng)之后的畫面。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。

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