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仪器校正对于量测结果的影响
 

【作者: 褚龍印】2002年04月05日 星期五

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近年来由于国内通讯产业的发达,因此对各种量测仪器的需求量​​均大为增加,准确的量测仪器是生产高品质产品不可或缺的重要设备,任何一项不准确的量测结果均会造成产品品质的下降,而确保量测结果准确性的不二法门就是校正(Clibration),本文将针对仪器校正与量测结果之间的关系作一简单的介绍。


量测仪器特性

一般来说,使用于通讯产业的量测仪器大部分均针对频率、电量及微波功率进行量测,每部仪器在出厂时,仪器制造商必定会按照产品手册将所有量测的读值调整至规格之内,以期让使用者能得到准确的量测结果。而无论是多么精密的电子仪器,其内部必定是由最基本的电子元件所组合而成的,这些元件特性会受到使用时间、环境(在此我们假设使用者均能按照产品手册在仪器规格范围内使用)等影响而产生不同程度的变化,使得原本在规格内的量测值会慢慢产生误差,如频率振荡器的老化(Aging)现象。


在此要特别说明的是,无论使用者多么注意的操作仪器,此种电子元件特性的变化终究是无法避免的,当变化累积到一定的程度后,即会造成量测结果发生不等程度的误差,此时使用者无法立即判断误差是肇因于本身的待测物(Device under test)或是由于仪器的因素,而在大部分的情况下,量测仪器的准确性是高于待测物的,因此若误差是由于仪器所产生,则使用者往往无法在第一时间确定误差的来源,从而降低了量测的效率。


「适时校正​​」概念

因此,为了判断量测仪器的读值是否仍在规格之内,适时的校正是必需的,何谓校正呢?校正广泛的定义即是将待校件与一标准件进行比较而得知误差的程度,而标准件的准确性是高于待校件的,此误差程度对于使用者来说是相当重要的,因为使用者可以利用此资讯在量测发生误差时,立即判断误差产生的来源并采取适当的对策以确保量测结果的准确性。


校正步骤

由上文可知校正可广泛定义为一连串的比对动作,透过此方式可确保量测仪器的准确性。而校正要如何进行呢?


以一个类比信号产生器为例,基本的类比信号产生器可所需校正的项目有以下几项:输出信号频率、输出信号强度以及AM和FM的调变度,而校正实验室只要具备频率计数器、功率计以及调变分析仪做为标准件就可以针对上述项目进行校正,而这是否代表任意的仪器均可做为标准件用于校正呢?答案是否定的,所有做为标准件而用于校正的仪器均必需可追溯到相关的国家或国际标准以保证校正结果的准确性,而校正实验室除了量测仪器必需要有较高的准确性外,另外针对环境、人员及各方面均有特别的要求,以使得各种会影响校正结果的因素均能降到最低。


自动化校正系统

现今的电子仪器日趋精密,而所要校正的项目也相当繁多,若完全以手动方式进行各个项目的校正,则会花费的相当长的时间。使用自动化校正系统(图一)则可大幅的降低校正所需的时间,在自动化校正系统中,电脑控制系统内所有的量测仪器及待校仪器,而所有的测试程序已储存于电脑中,因此校正时仅需将待校仪器与自动化校正系统连接,并在电脑执行相关的程式即可进行校正作业。



《图一 自动化校正系统》
《图一 自动化校正系统》数据源:Source:职联盛通讯

如同前文所提,校正基本上可定义为一连串的比对,藉由此种比对得到待校仪器误差的程度,此时可能有人会问:若能得知待校仪器的误差程度,是否能将此误差重新调整回仪器的规格内呢?在此我们用车子的例子来解释:


假设某甲买了一部百万级的进口名车,当车子需要进行例行的保养时,某甲有两种选择,第一是将爱车送回原厂进行保养,第二是在非原厂的车厂进行保养。当这部百万级的名车回到属于它的原厂时,等待着它的是一群专业的技术人员和无数的专业器材,所有的人员和器材都是专门为了「它」而设计的,因此原厂所给予的服务当然是全面性的,无论这部名车有任何地方需要调整或更换,原厂的技术人员绝对有能力可以完成,因为技术人员所受的训练就是专门为了应付各种不同的状况。


而这部名车如果在非原厂进行保养时又会是怎么样的情形呢?可以想见的是非原厂的人员所要面对的是各种不同厂牌的汽车,因此绝对无法像原厂的技术人员一样,对这部名车的各项性能有深入的了解,而在保养的同时,势必无法像原厂技术人员一样进行全面的检查和调整,或什至根本没有调整的能力!因此当这部名车在非原厂进行保养时,非原厂的人员仅有能力进行基本项目的保养(如换机油),而更多的专业保养项目非原厂人员是没有能力进行的,而由于这些项目未能进行保养,是有可能对行车安全造成影响的。


结语

回到电子仪器的领域中,原厂和非原厂最大的差别在于原厂技术人员具备「调整」的能力,这对使用者来说是相当重要的,而且原厂所提供的校正是包括待校仪器所有需校正的项目,当一部价值百万的测试仪器回到原厂进行校正时,原厂的技术人员均有足够的器材和专业技术可将待校仪器超出规格的量测读值重新调整回规格之内,因此使用者所得到的结果可说是完全和出厂时相同,唯有量测仪器的读值在规格之内,才能确保量测结果的准确性。


而当量测仪器在非原厂校正时,非原厂人员并没有能力、器材和专业知识对待校仪器进行任何的调整,甚至受限于仪器设备而无法校正所有的项目,以前文所提的信号产生器为例,若待校仪器为一数位信号产生器,则所需校正的项目将不仅只有输出信号的强度频率和调变度而已,还包括了数位调变的部份,如果非原厂的校正实验室未具备测试数位调变部份的仪器而仅对输出信号频率、强度和类比调变度进行测试,则使用者对最重要的数位调变部份将无法得知任何的误差状况,自然也就无法针对量测读值进行判断了。严格来说,这将失去部分校正的意义。


精密的量测仪器就如同百万级的名车一样,需要定期保养才能发挥最大的效能,校正对于测试仪器来说就如同定期的保养,唯有定期校正的测试仪器才能提供最准确的量测结果,而也唯有原厂所提供的校正服务才能确保量测仪器所有的读值均在规格之内,而在非原厂校正所节省的些许成本将远远不及判断量测误差来源所耗费的时间成本。 (作者现任职联盛通讯)


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