電學(xué)計(jì)量中多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法

侯鈺

摘要 ：多功能校準(zhǔn)器是一種可輸出多種不同信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)源。它廣泛用于計(jì)量行業(yè)的量值傳遞，實(shí)驗(yàn)室的科研研究，生產(chǎn)工廠的數(shù)字多用表、過(guò)程校驗(yàn)儀的檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)儀器的維修校準(zhǔn)等。為了提高工作效率及質(zhì)量，本文特對(duì)多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 ：多功能校準(zhǔn)器 校準(zhǔn)方法 電學(xué)計(jì)量

1. 多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法

多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)項(xiàng)目主要有：直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻、頻率、電壓短期穩(wěn)定度、波形失真等項(xiàng)目。以校準(zhǔn)美國(guó)公司5520A多功能校準(zhǔn)器為例，選取其中比較重要且具代表性的“交流電壓示值誤差”這一參數(shù)進(jìn)行分析。多功能校準(zhǔn)器交流電壓共六個(gè)量程，其中0.33-3.3V量程準(zhǔn)確度最高。以此為例，數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求及廠家技術(shù)指標(biāo)，選取為交流電壓基本頻率，考慮到3.3V量程的上端、下端及測(cè)量的連續(xù)性，選取0.4V、0.8V、1V、2V、為該量程的測(cè)試點(diǎn)。交流電壓示值誤差采用標(biāo)準(zhǔn)表法校準(zhǔn)，接線見圖1。

根據(jù)規(guī)程要求，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)表的最大允許誤差小于被檢標(biāo)準(zhǔn)源允許誤差的1/3-1/5，可用它作為標(biāo)準(zhǔn)表直接測(cè)量多功能校準(zhǔn)器，如表2所示。5790A交流測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)完全符合規(guī)程要求，故采用5790A為測(cè)量多功能校準(zhǔn)器交流電壓的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

2. 多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)過(guò)程

2.1 人工手動(dòng)校準(zhǔn)

首先要確認(rèn)5520A的輸出置于關(guān)閉狀態(tài)，正確連接5790A交流測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與5520A多功能校準(zhǔn)器之間的連接線；將5790A置700mV量程，設(shè)置輸出值為交流電壓0.4V，頻率1kHz，按下“OPR”鍵，輸出電壓，待5790A讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)，此讀數(shù)即為實(shí)測(cè)值；根據(jù)5520A具體輸出值改變5790A的量程設(shè)置，并按照以上步驟循環(huán)進(jìn)行其他測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試。根據(jù)5790A的量程可以看出，要完整地檢測(cè)5520A的0.33-3.3V量程準(zhǔn)確度需要切換5790A量程三次。檢測(cè)完畢對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，給出判定結(jié)果。至此，對(duì)交流電壓3.3V量程的示值誤差測(cè)量完畢。所有校準(zhǔn)過(guò)程均由人工手動(dòng)接線，手動(dòng)改變5790A的量程、5520A的輸出數(shù)值和輸出單位并記錄數(shù)據(jù)。

2.2 計(jì)算機(jī)自動(dòng)校準(zhǔn)

自動(dòng)校準(zhǔn)整個(gè)過(guò)程中，只需進(jìn)行通信總線的搭建和儀器之間測(cè)量線的連接，在系統(tǒng)中輸入設(shè)備的信息，選擇好校準(zhǔn)的項(xiàng)目，其他工作均由計(jì)算機(jī)完成。第一，手動(dòng)設(shè)定每臺(tái)儀器在通信總線上的唯一地址，這可以保證計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備之間的正?！皩?duì)話”；第二，程序自動(dòng)設(shè)定好所需儀器輸出或采集數(shù)據(jù)時(shí)的技術(shù)參數(shù)，通過(guò)軟件自動(dòng)發(fā)送給儀器設(shè)備，使其按照軟件規(guī)定的設(shè)定值改變其測(cè)量功能、量程、分辨力、濾波器、采樣時(shí)間、輸出值等；第三，程序在后臺(tái)對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，按照技術(shù)指標(biāo)判定數(shù)據(jù)，給出最終結(jié)論：合格、不合格，數(shù)據(jù)合格與否將與數(shù)據(jù)同時(shí)顯示在屏幕上；最后，所有校準(zhǔn)項(xiàng)目結(jié)束，程序自動(dòng)保存被檢儀器的所有信息及數(shù)據(jù)，并生成符合相關(guān)文件的報(bào)告。如圖2所示：

3 .多功能校準(zhǔn)器檢定過(guò)程中的注意事項(xiàng)

目前對(duì)于5520多功能校準(zhǔn)器，國(guó)內(nèi)還沒有相應(yīng)的計(jì)量檢定規(guī)程，那么在檢定時(shí)哪些問題需要特別注意的呢？這是下面要介紹的。

3.1 最大允許誤差的確定

最大允許誤差是計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)判別儀器是否符合技術(shù)指標(biāo)要求的基本依據(jù)，首先，明確檢定/校準(zhǔn)周期，通常規(guī)定計(jì)量檢定周期為一年，那么，應(yīng)該以多功能校準(zhǔn)器一年的絕對(duì)不確定度指標(biāo)作為判別儀器是否超差的依據(jù)，特別需要注意的是，在確定最大允許誤差時(shí)，要正確理解絕對(duì)不確定度指標(biāo)的意義，即儀器的絕對(duì)不確定度指標(biāo)與校準(zhǔn)所采用校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的絕對(duì)不確定度有關(guān)。

3.2 儀器技術(shù)指標(biāo)的調(diào)節(jié)

5520多功能校準(zhǔn)器給出了校準(zhǔn)后24小時(shí)、90天、1年，溫度范圍±5℃、置信度99%的條件下的絕對(duì)不確定度指標(biāo)，用戶根據(jù)自己的使用條件，對(duì)技術(shù)指標(biāo)選擇使用。在短時(shí)間內(nèi)可以規(guī)定極高的性能水平，只是這種水平保持的時(shí)間很短，這主要是低頻噪聲和儀器對(duì)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤能力的影響，長(zhǎng)期的技術(shù)指標(biāo)主要反映體現(xiàn)儀器的積累漂移、環(huán)境影響等因素的作用。

在檢定過(guò)程中，究竟何時(shí)需要對(duì)儀器輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者說(shuō)調(diào)節(jié)的原則是什么，什么條件只檢定不調(diào)節(jié)，什么條件下需要調(diào)節(jié)。一種觀點(diǎn)是只有當(dāng)檢定點(diǎn)超差或接近超差的，才應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；另一種觀點(diǎn)是在可能的情況下，在實(shí)施檢定過(guò)程的時(shí)候，都應(yīng)當(dāng)校準(zhǔn)，無(wú)論是否發(fā)現(xiàn)檢定點(diǎn)是否超差。5520多功能校準(zhǔn)器由于具有原器校準(zhǔn)和內(nèi)部軟件自校準(zhǔn)的功能，它支持不開殼校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便，每個(gè)檢定周期均應(yīng)該進(jìn)行校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)，使其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.3 檢定周期和檢定過(guò)程

技術(shù)指標(biāo)是儀器在特定的時(shí)間間隔內(nèi)能夠滿足的技術(shù)要求，這一時(shí)間反映了校準(zhǔn)/檢定周期，檢定校準(zhǔn)周期反映了在特定時(shí)間內(nèi)保持其給定技術(shù)指標(biāo)的能力，檢定過(guò)程就是要對(duì)檢定間隔內(nèi)儀器保持技術(shù)指標(biāo)的能力進(jìn)行判定。對(duì)5520多功能校準(zhǔn)器給出了1年的絕對(duì)不確定度指標(biāo)，反映校準(zhǔn)后1年內(nèi)儀器穩(wěn)定性、溫度影響因素、線性、傳輸線和負(fù)載調(diào)整的影響，以及對(duì)采用的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的溯源能力，這些影響的總和小于絕對(duì)不確定度。對(duì)儀器的檢定就是對(duì)這一指標(biāo)進(jìn)行考核。

許多單位在購(gòu)置5520多功能校準(zhǔn)器時(shí)，選擇了原器校準(zhǔn)附件，何時(shí)進(jìn)行自校準(zhǔn)，是一個(gè)值得關(guān)注的問題，首先，在5520多功能校、準(zhǔn)器的穩(wěn)定性考核期間不應(yīng)該進(jìn)行自校準(zhǔn)，否則，不能體現(xiàn)儀器的穩(wěn)定性能。其次，對(duì)于沒有檢定能力，需要向上級(jí)進(jìn)行溯源的單位，兩次檢定的中間不應(yīng)該自校準(zhǔn)，否則影響儀器下次的檢定結(jié)果。如果用戶確實(shí)有必要需要使用儀器短期的不確定度技術(shù)指標(biāo)，例如24小時(shí)技術(shù)指標(biāo)，可以使用前進(jìn)行自校準(zhǔn)，但是，下次送檢時(shí)應(yīng)該聲明自校準(zhǔn)的時(shí)間，上級(jí)檢定部門根據(jù)用戶自校準(zhǔn)的時(shí)間，可以采用30天、90天、180天、1年的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行考核、判別。

4 .結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，儀器技術(shù)指標(biāo)的定義越來(lái)越完善，準(zhǔn)確地計(jì)量檢定，具有重要意義，同時(shí)對(duì)檢定人員提出了更高的要求。只有對(duì)這類儀器的檢定方法進(jìn)行探討、更新，才能滿足計(jì)量技術(shù)發(fā)展的需要，本文僅就5520多功能校準(zhǔn)器檢定過(guò)程中的一些問題進(jìn)行了探討，同樣適用于其他類型的儀器。

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