電學計量中多功能校準器的校準方法

侯鈺

摘要 ：多功能校準器是一種可輸出多種不同信號的標準源。它廣泛用于計量行業的量值傳遞，實驗室的科研研究，生產工廠的數字多用表、過程校驗儀的檢測，現場儀器的維修校準等。為了提高工作效率及質量，本文特對多功能校準器的校準方法進行了探討。

關鍵詞 ：多功能校準器 校準方法 電學計量

1. 多功能校準器的校準方法

多功能校準器的校準項目主要有：直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻、頻率、電壓短期穩定度、波形失真等項目。以校準美國公司5520A多功能校準器為例，選取其中比較重要且具代表性的“交流電壓示值誤差”這一參數進行分析。多功能校準器交流電壓共六個量程，其中0.33-3.3V量程準確度最高。以此為例，數據見表1。

根據相關技術要求及廠家技術指標，選取為交流電壓基本頻率，考慮到3.3V量程的上端、下端及測量的連續性，選取0.4V、0.8V、1V、2V、為該量程的測試點。交流電壓示值誤差采用標準表法校準，接線見圖1。

根據規程要求，當標準表的最大允許誤差小于被檢標準源允許誤差的1/3-1/5，可用它作為標準表直接測量多功能校準器，如表2所示。5790A交流測量標準完全符合規程要求，故采用5790A為測量多功能校準器交流電壓的標準設備。

2. 多功能校準器的校準過程

2.1 人工手動校準

首先要確認5520A的輸出置于關閉狀態，正確連接5790A交流測量標準與5520A多功能校準器之間的連接線；將5790A置700mV量程，設置輸出值為交流電壓0.4V，頻率1kHz，按下“OPR”鍵，輸出電壓，待5790A讀數穩定后記錄數據，此讀數即為實測值；根據5520A具體輸出值改變5790A的量程設置，并按照以上步驟循環進行其他測試點的測試。根據5790A的量程可以看出，要完整地檢測5520A的0.33-3.3V量程準確度需要切換5790A量程三次。檢測完畢對數據進行判定，給出判定結果。至此，對交流電壓3.3V量程的示值誤差測量完畢。所有校準過程均由人工手動接線，手動改變5790A的量程、5520A的輸出數值和輸出單位并記錄數據。

2.2 計算機自動校準

自動校準整個過程中，只需進行通信總線的搭建和儀器之間測量線的連接，在系統中輸入設備的信息，選擇好校準的項目，其他工作均由計算機完成。第一，手動設定每臺儀器在通信總線上的唯一地址，這可以保證計算機與儀器設備之間的正?！皩υ挕?；第二，程序自動設定好所需儀器輸出或采集數據時的技術參數，通過軟件自動發送給儀器設備，使其按照軟件規定的設定值改變其測量功能、量程、分辨力、濾波器、采樣時間、輸出值等；第三，程序在后臺對采集來的數據進行處理、分析，按照技術指標判定數據，給出最終結論：合格、不合格，數據合格與否將與數據同時顯示在屏幕上；最后，所有校準項目結束，程序自動保存被檢儀器的所有信息及數據，并生成符合相關文件的報告。如圖2所示：

3 .多功能校準器檢定過程中的注意事項

目前對于5520多功能校準器，國內還沒有相應的計量檢定規程，那么在檢定時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

最大允許誤差是計量檢定機構判別儀器是否符合技術指標要求的基本依據，首先，明確檢定/校準周期，通常規定計量檢定周期為一年，那么，應該以多功能校準器一年的絕對不確定度指標作為判別儀器是否超差的依據，特別需要注意的是，在確定最大允許誤差時，要正確理解絕對不確定度指標的意義，即儀器的絕對不確定度指標與校準所采用校準標準的絕對不確定度有關。

3.2 儀器技術指標的調節

5520多功能校準器給出了校準后24小時、90天、1年，溫度范圍±5℃、置信度99%的條件下的絕對不確定度指標，用戶根據自己的使用條件，對技術指標選擇使用。在短時間內可以規定極高的性能水平，只是這種水平保持的時間很短，這主要是低頻噪聲和儀器對校準標準的跟蹤能力的影響，長期的技術指標主要反映體現儀器的積累漂移、環境影響等因素的作用。

在檢定過程中，究竟何時需要對儀器輸出進行調節，或者說調節的原則是什么，什么條件只檢定不調節，什么條件下需要調節。一種觀點是只有當檢定點超差或接近超差的，才應進行調節；另一種觀點是在可能的情況下，在實施檢定過程的時候，都應當校準，無論是否發現檢定點是否超差。5520多功能校準器由于具有原器校準和內部軟件自校準的功能，它支持不開殼校準，校準過程簡單、操作方便，每個檢定周期均應該進行校準、調節，使其技術指標達到最佳狀態。

3.3 檢定周期和檢定過程

技術指標是儀器在特定的時間間隔內能夠滿足的技術要求，這一時間反映了校準/檢定周期，檢定校準周期反映了在特定時間內保持其給定技術指標的能力，檢定過程就是要對檢定間隔內儀器保持技術指標的能力進行判定。對5520多功能校準器給出了1年的絕對不確定度指標，反映校準后1年內儀器穩定性、溫度影響因素、線性、傳輸線和負載調整的影響，以及對采用的校準標準的溯源能力，這些影響的總和小于絕對不確定度。對儀器的檢定就是對這一指標進行考核。

許多單位在購置5520多功能校準器時，選擇了原器校準附件，何時進行自校準，是一個值得關注的問題，首先，在5520多功能校、準器的穩定性考核期間不應該進行自校準，否則，不能體現儀器的穩定性能。其次，對于沒有檢定能力，需要向上級進行溯源的單位，兩次檢定的中間不應該自校準，否則影響儀器下次的檢定結果。如果用戶確實有必要需要使用儀器短期的不確定度技術指標，例如24小時技術指標，可以使用前進行自校準，但是，下次送檢時應該聲明自校準的時間，上級檢定部門根據用戶自校準的時間，可以采用30天、90天、180天、1年的技術指標進行考核、判別。

4 .結語

隨著技術的發展與進步，儀器技術指標的定義越來越完善，準確地計量檢定，具有重要意義，同時對檢定人員提出了更高的要求。只有對這類儀器的檢定方法進行探討、更新，才能滿足計量技術發展的需要，本文僅就5520多功能校準器檢定過程中的一些問題進行了探討，同樣適用于其他類型的儀器。

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