校准主图

最近,射频君被提问了一个问题:都说业内好几个大家的仪表很准,那这些大家的仪表出厂的时候又是如何测试的呢,又是如何保证准确度的呢?额,比较绕的问题,射频君思考了好一瞬,决定给大家展开一个专题,讲讲校准。说实话,聪明的射频攻城师们可能仪表玩的很溜,板子画的很好,但对于射频中比较偏门的校准,可真不一定上了多少心。

校准要说基本概念就是在规定条件下,为确定测量仪器或测量系统所指示的量值,与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。绕晕了,嘿嘿,其实就是对我们要测试的物体即被测件(无论是器件、仪表还是系统)与已知的参考值进行比较,从而检查其性能的一个展示过程(当然,里面也可能包含必要的调整从而更加贴近真值)。其实校准是个跨行业的概念,从长度、重量、厚度到射频微波的功率无一例外。最早的校准可能都能从秦始皇童鞋统一度量衡开始说起,时至今日,校准已经是各行各业标准化中不可缺失的一环,射频微波中也是如此。

1. 校准的原因

一般来讲,仪表或者器件由于使用年限增加经受了温度或者应力变化,指标会出现漂移。这样的仪表或者器件的漂移需要被量化来评估关键性能的下降情况。如何来量化,这个过程其实就是校准。如果没有定期的校准,那么测试仪器或者器件的测试结果就会不可靠,从而影响最终的产品质量。

2. 校准的核心-标准回溯

大家看到上面的定义中,会提到标准或者参考值。就是用来测试我们被测件的仪器或者器件或者系统,我们统一称为标准器。标准器这个东东又是肿么玩的呢?那就是跟我们列队一样,以排头为标准看齐,市级标准溯源到省级标准,省级标准溯源到国家标准。国家标准一般就要到美国国家标准与技术研究院(NIST)或者英国国家物理实验室(NPL)等世界著名实验室之间做溯源和量值传递了。

形象来说,就是中央规定了一把尺子的长度为1米,这个尺子就存放在某个真空罩中,别的尺子都要拿来跟他做比对。省一级的尺子比完了,是1.001米,市一级的尺子比完了,是1,003米。平时拿来测身高的时候,大家都可以拿来测,知道跟最高一级标准的差别就行了。参见如下的图1:

标准传递图图1 标准传递过程

        一般来说,用来做校准测试的标准器精度要比被测物高出4倍以上,我们认为测试才是基本有效的。所以,好东西自然就贵,大家可以发现校准件神马的东东绝对是很费银子的。

3. 校准周期

在射频行业,我们一般定义射频微波器件或者仪表的校准周期都是一年。所以一年左右,即使在产线上24小时跑的仪表,也需要停下来做校准,看看仪表性能有没有变差。

4. 校准的过程

以仪器校准为例,在研发阶段,研发工程师们就要想好定义好的指标如果漂了以后,以什么样的设备和方法来测试出来,或者有的指标可以仪表内部调整回来,这个一般会写入一个我们一般称为服务手册的文档(里面含维修或者校准手册)。那出厂校准的时候,就要按照服务手册的要求去购置测试被测仪表的标准器,按照规定好的校准方法,把仪器需要的校准测试项都测试一遍,这样子生产出来仪表的出场校准就算过了。

那到了校准周期的时候,这台仪表也需要再次按照服务手册中的项目再测试一遍,保证其性能都在出厂指标之内没有超标。非常完善的测试服务不光是提供校准的测试值,还能提供结合测试方法和标准器误差的测量不确定度。

今天先就校准的基础篇跟大家聊到这里,下次再补大坑-校准中的误差和不确定度。

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