儀器校準這件事

儀器在生產完成后，由于工藝精度問題，無法保證在使用時完全達到最終要求的精度，為了提高儀器精度，需要對儀器進行校準，在校準完成以后，還需要按照精度要求進行檢定，只有這樣，才能確保送到客戶手中的每一臺儀器都符合精度要求。本文主要介紹儀器校準的過程。

執行環境

目前在計量校準實驗室進行校準，環境要求為：溫度：23℃，相對濕度：55%RH。

基于安全考慮，被校準儀器和校準源必須通過電源線接大地，供電的插座必須有地線。

校準源每隔7天需要執行一次預熱30分鐘后的調零。

實驗室必須有單獨的地線，校準器和被校準儀器的機殼通過最短的線連接到單獨的地線，或者校準源和被校準儀器用最短的線將機殼相連然后單獨地線接其中一臺設備的外殼。

基于信號質量的要求，兩臺設備外殼連接并接單獨的地線是必須的，因為通過電源線的地線有可能使兩臺設備的外殼連接路徑很長。這個單獨地線的連接見圖1，最好是方式3，設備放置于較大面積的金屬板上構成地平面。

圖1  設備外殼接地的方式

校準前準備

1、測試

儀器組裝所用的零部件，可能有部分因為各種原因無法正常工作。需要對儀器進行測試，保證儀器能正常工作，且滿足基本的精度要求，進行測試時，根據采集卡、儀器等對應的序列號，將產品信息與之綁定，上傳至服務器，進行產品登記，并創建測試流程。測試結束時，將測試中產生的所有數據上傳至服務器，并關閉測試流程。

2、老化

剛生產完成的儀器硬件狀態不穩定，測試數據容易出現較大差異，需要讓儀器在特定溫度下運行一段時間，使得儀器的運行狀態漸漸趨于穩定。不同的設備老化方案不一致，如功率分析儀需要在老化進行時，用程控電源向被老化設備輸入信號，同時被老化設備也需要讀取信號值。信號值在正常范圍內，才是程序認可的正確接線，否則，則中止老化流程。每隔一段時間，上位機軟件也會發送指令判斷被老化設備是否在線，若掉線，也會中止老化。

3、預熱

為了使儀器達到穩定的運行狀態，使得校準得到的校準系數更加精確，在校準開始前，需要使儀器（被校準設備以及校準源）運行30分鐘以上。

4、設備連接

在開始運行上位機軟件前，需要正確連接校準源和待測儀器，上位機和校準源也需要信號線進行連接。在校準過程中，根據待校準設備需要校準的通道（電壓通道，電流通道，傳感器通道）、量程、以及上位機軟件控制的信號輸出要求，更改校準源和待校準設備之間的接線、更換校準源。

校準原理

儀器校準需要上位機程序控制校準源(如圖 2 Fluke 5520A)輸出特定信號值給各個量程以及不同測量狀態下的待校準儀器，待校準儀器接收到輸入后，將測得的值傳輸給上位機軟件。上位機軟件將待校準儀器在特定點位測量的輸入值以及輸出值帶入計算公式中，待所有校準系數計算完成后，將其燒寫進儀器中。

校準完成后，上位機軟件執行檢定程序部分，控制校準源輸出特定信號給待測設備，上位機軟件通過比較待校準設備此時信號的輸入與輸出，如果符合設定的誤差范圍則檢定通過，進行下一項檢定，如果不符合，則校準失敗，需要專業人員通過校準日志以及其它輔助手段定位問題點，將問題排除后，再進行校準。

圖2  Fluke 5520A

校準報告以及校準數據

校準完成后，校準過程中產生的所有數據會上傳到服務器進行存儲（如圖3 校準記錄），以便于日后有據可查。根據上傳數據，非調試模式下的校準，服務器會生成校準報告，記錄當時設備在各個檢定點位的測量值、與標準值相比產生的實際誤差、誤差允許值等，記錄當時的儀器狀態。

圖3 校準記錄