淺談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(shí)刻進(jìn)行，比如工作團隊忙著(zhù)準備年度行業(yè)展會(huì )時(shí)。作為說(shuō)明校準對項目影響的例子，我們假設某臺測試設備的校準周期為6個(gè)月。在第5個(gè)月時(shí)，設計工程師啟動(dòng)了一項持續時(shí)間為兩個(gè)月的測試項目。如果在測試期間對該儀器進(jìn)行重新校準，那么前5個(gè)月累積形成的漂移或誤差將比較大，這將導致需要重新進(jìn)行測試。在啟動(dòng)需要該設備的大型項目之前校準該設備是否會(huì )更好？又或者說(shuō)推遲校準以防意外是否妥當？與其它任何事件一樣，應該在項目規劃軟件中制定校準計劃，并且應處于關(guān)鍵路徑中。如果忽視校準，會(huì )造成項目延遲。

　　什么是校準？

　　有些人將讀數相同的兩臺儀器（例如示波器和萬(wàn)用表）認為是“校準過(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 )計審計自己的賬目。如果按這種方式進(jìn)行校準，有三種顯而易見(jiàn)的情況是無(wú)法解釋的：首先，如果一臺儀器正確，另一臺儀器錯誤，那么誰(shuí)是誰(shuí)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(shuō)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，結果就是錯誤的，而工程師毫不知情。如果沒(méi)有真正的可溯源外部標準，就不能說(shuō)某臺儀器是正確的。

　　圖1. NASA的火星探測漫游者利用其導航攝像頭記錄2011年7月17日行動(dòng)之后的畫(huà)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。如果被測設備（DUT）的容差范圍與標準的容差范圍重疊，就不能實(shí)現完全校準。這正是校準時(shí)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，就能夠調節DUT,防止其在兩次校準期間由于正常漂移而造成讀數超標。當校準采用最新技術(shù)的儀器時(shí)，標準的精度不可能比其高10倍。根據實(shí)踐經(jīng)驗，可使用比精度高4倍的標準，但要配合更復雜的過(guò)程，包括與其它標準進(jìn)行交叉檢驗。

計量實(shí)驗室

　　嚴謹的工程師購買(mǎi)頂端品牌的儀器，并且預期這些電子測試儀器的精度較高。隨著(zhù)使用時(shí)間加長(cháng)，有些參數發(fā)生漂移，所以工程師將儀器送至計量實(shí)驗室進(jìn)行校準。但計量實(shí)驗室的真實(shí)情況如何呢？

　　大多數計量實(shí)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(jià)格最低的實(shí)驗室，而不調研其資質(zhì)，由工程師負責核實(shí)實(shí)驗室的真實(shí)性。好的實(shí)驗室非常樂(lè )意讓您參觀(guān)，并為其標準的溯源性而自豪。您可以拿著(zhù)儀器的校準手冊，與實(shí)驗室人員坐在一起，確認實(shí)驗室擁有完成高精度校準所必需的儀器。

　　您還必須確保實(shí)驗室的儀器經(jīng)過(guò)正確校準，具有可溯源性。大多數國家擁有自己的國家標準實(shí)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(shí)驗室會(huì )有記錄證明其儀器與標準鏈進(jìn)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。

　　測試儀器的內部零件（例如電壓基準、輸入分壓器、放大器增益，以及失調）會(huì )隨時(shí)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(huì )影響測量。校準就是要發(fā)現并修正這種漂移。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 )滑倒以及探測較高電壓。例如，數字萬(wàn)用表（DMM）可能會(huì )過(guò)載，從而產(chǎn)生較大誤差。由于數字萬(wàn)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(huì )造成其超標。然而，高電壓可能會(huì )跳過(guò)輸入保護裝置，或者會(huì )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(shí)，我們希望計量實(shí)驗室使儀器恢復至校準狀態(tài)。工程師還應該收到一份校準報告，其中列出儀器在校準前及調節后的指標偏移。如果校準報告顯示儀器存在較大的校準誤差，可能有必要重新執行已使用該儀器完成的測試項目，進(jìn)行新的測量。

　　校準的頻度有何要求？

　　這個(gè)問(wèn)題不能一概而論，因為隨儀器、環(huán)境和應用的不同而有所不同。測試儀器制造商會(huì )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(shí)，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則：

　　1.根據用戶(hù)合同、質(zhì)量標準組織、軍用規范或其它行業(yè)要求的規定，必須進(jìn)行例行校準。在測試之前，必須考慮適用的要求，以確保滿(mǎn)足測試設備的校準或驗證。

　　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，設計工程師將對產(chǎn)品進(jìn)行特征分析，以確保滿(mǎn)足技術(shù)要求，并優(yōu)化測試步驟。此時(shí)進(jìn)行的最終測試調整會(huì )從根本上縮短測試時(shí)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(guò)載或跌落時(shí)。檢查確認校準和安全狀態(tài)（例如儀器跌落時(shí)造成導線(xiàn)與外殼短路）非常重要。

　　高精度校準不是可有可無(wú)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，在使用設備之前，工程師可能會(huì )測量儀表電壓以確保其安全。如果儀表?yè)p壞或提供的信息不準確，就會(huì )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)品最終測試結果的準確性，以及在交付客戶(hù)時(shí)滿(mǎn)足技術(shù)指標要求。