仪器校准这件事

【导读】仪器在生产完成后，由于工艺精度问题，无法保证在使用时完全达到最终要求的精度，为了提高仪器精度，需要对仪器进行校准，在校准完成以后，还需要按照精度要求进行检定，只有这样，才能确保送到客户手中的每一台仪器都符合精度要求。本文主要介绍仪器校准的过程。

执行环境

目前在计量校准实验室进行校准，环境要求为：温度：23℃，相对湿度：55%RH。

基于安全考虑，被校准仪器和校准源必须通过电源线接大地，供电的插座必须有地线。

校准源每隔7天需要执行一次预热30分钟后的调零。

实验室必须有单独的地线，校准器和被校准仪器的机壳通过最短的线连接到单独的地线，或者校准源和被校准仪器用最短的线将机壳相连然后单独地线接其中一台设备的外壳。

基于信号质量的要求，两台设备外壳连接并接单独的地线是必须的，因为通过电源线的地线有可能使两台设备的外壳连接路径很长。这个单独地线的连接见图1，最好是方式3，设备放置于较大面积的金属板上构成地平面。

图1 设备外壳接地的方式

校准前准备

1、测试

仪器组装所用的零部件，可能有部分因为各种原因无法正常工作。需要对仪器进行测试，保证仪器能正常工作，且满足基本的精度要求，进行测试时，根据采集卡、仪器等对应的序列号，将产品信息与之绑定，上传至服务器，进行产品登记，并创建测试流程。测试结束时，将测试中产生的所有数据上传至服务器，并关闭测试流程。

2、老化

刚生产完成的仪器硬件状态不稳定，测试数据容易出现较大差异，需要让仪器在特定温度下运行一段时间，使得仪器的运行状态渐渐趋于稳定。不同的设备老化方案不一致，如功率分析仪需要在老化进行时，用程控电源向被老化设备输入信号，同时被老化设备也需要读取信号值。信号值在正常范围内，才是程序认可的正确接线，否则，则中止老化流程。每隔一段时间，上位机软件也会发送指令判断被老化设备是否在线，若掉线，也会中止老化。

3、预热

为了使仪器达到稳定的运行状态，使得校准得到的校准系数更加精确，在校准开始前，需要使仪器（被校准设备以及校准源）运行30分钟以上。

4、设备连接

在开始运行上位机软件前，需要正确连接校准源和待测仪器，上位机和校准源也需要信号线进行连接。在校准过程中，根据待校准设备需要校准的通道（电压通道，电流通道，传感器通道）、量程、以及上位机软件控制的信号输出要求，更改校准源和待校准设备之间的接线、更换校准源。

校准原理

仪器校准需要上位机程序控制校准源(如图 2 Fluke 5520A)输出特定信号值给各个量程以及不同测量状态下的待校准仪器，待校准仪器接收到输入后，将测得的值传输给上位机软件。上位机软件将待校准仪器在特定点位测量的输入值以及输出值带入计算公式中，待所有校准系数计算完成后，将其烧写进仪器中。

校准完成后，上位机软件执行检定程序部分，控制校准源输出特定信号给待测设备，上位机软件通过比较待校准设备此时信号的输入与输出，如果符合设定的误差范围则检定通过，进行下一项检定，如果不符合，则校准失败，需要专业人员通过校准日志以及其它辅助手段定位问题点，将问题排除后，再进行校准。

图2 Fluke 5520A

校准报告以及校准数据

校准完成后，校准过程中产生的所有数据会上传到服务器进行存储（如图3 校准记录），以便于日后有据可查。根据上传数据，非调试模式下的校准，服务器会生成校准报告，记录当时设备在各个检定点位的测量值、与标准值相比产生的实际误差、误差允许值等，记录当时的仪器状态。

图3 校准记录

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