Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 製造/封裝
 
 
製造/封裝  

電腦式測量儀器的校準方法

上網時間: 2003年11月30日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:instruments  computer based instruments  calibration  internal calibration  external calibration 

電腦式(Computer Based)虛擬測量儀器比單機式測量儀器的成本要低,近年來應用普及很快。它與傳統的單機式測量儀器一樣,儀器都有一個校準有效期,因而需要進行定期校準以確保測量精密度,本文介紹對電腦式測量儀器進行內部和外部校準的方法。

電腦式測量儀器具有很大的靈活性,應用因而日益普及。透過控制儀器功能,可以開發滿足特殊要求的測量系統。對任何測量系統來說,成本是第一個考慮因素。開發一個電腦式測量儀器的費用常常比購買一個獨立的台式儀器要便宜幾倍。這是由於硬體成本較低、軟體可重覆使用,且一個測試儀器常常可代替若干獨立的測量儀器的緣故。

電腦式測量儀器與電腦產業聯繫緊密,它們得益於電腦技術的進步,這包括開放的通訊標準、網路伺服器和在儀器和桌面應用之間進行電子表單和文字處理的簡單介面。這些測量儀器也因電腦性能的穩定及價格的降低而獲益,因而使電腦式測量儀器在沒有加價的條件下性能得到持續的提高。

採用校準實現精確測量

大部份測量儀器以精密度表的形式提供有關某一測量儀器的測量線路精確性的資訊。精密度規格表有助於確定測量儀器整體的不確定性,然而,這些精確規格僅適用於被成功校準的電路板,因此,你必須在測量調整前後均要運用這些規格來驗證板的工作。

測量儀器準確測量實體量變化的能力是按照一定的因子變化的。使用壽命、溫度、濕度和暴露在外部環境的情況及誤用都會影響測量的準確性。透過對所得測試結果與己知標準進行比較,校準將測量的不確定性進行了量化。它要驗證測量儀器是否工作在規定的指標範圍內。如果儀器的測量值超過了所公佈的不確定性,那麼就要調整測量電路以使之符合業已公佈的規格。

經過一段時間,用戶要對傳統的測量儀器進行校準,基於電腦的測量儀器也一樣需要校準。用戶應當選擇具備內部校準(也稱自動校準)和外部校準工具的電腦式測試儀器。

內部校準

如果你使用了如示波器這樣的儀器,那時你已經完成了內部校準。事實上,當你改變垂直範圍設置的時候,大部份示波器已完成了內部校準。基本上儀器將高精確度和板上電壓源進行數位化,並將其讀數與己知值相較較,然後將校準因子保存在儀器自身攜帶的電可擦除唯讀記憶體中,這個自身攜帶的板上電壓源也被校準為如NIST之類的大家所知的標準,進行內部校準的主要目的是補償工作壞境的變化、內部校準溫度的變化和可能影響測量的其它因素。

同傳統的測量儀器一樣,電腦式測量儀器應當支援內部校準。電腦式測量儀器的內部校準由調用校準測量電路的軟體功能來啟動。由於測量可立刻進行,並且無須等待這個內部校準無論何時調整垂直範圍,因而由軟體控制的內部校準技術可節省測試時間。

電腦式測量儀器被安裝在桌面電腦、PXI/CompactPCI機箱,或VXI/VME機箱這樣的環境中,因為基於電腦測量儀器被安裝於多種不同的電腦環境當中,設計人員應當記住電腦式測量儀器會受到電磁干擾和電源電壓的變化的影響,還要在寬的溫度範圍下工作。傳統的測量儀器由於同個人電腦的整合日益緊密,也面臨類似的挑戰。

消除電磁干擾的最基本的方案包括:將數位和類比訊號的地平面分開、對電源訊號的進行局部過濾、對感應元件進行屏蔽。為了補償電壓源的變化,可以採用DC-DC轉換器提升電源電壓,採用電壓調節器控制板上電源的電壓,採用大電容器消除板上電源的諧波。可以採用板上溫度感測器和內部校準來完成在作業環境下不同溫度的校準。關於上述設計技術的資料,可查詢NI網站上一篇題為《以基於PC的數據採集硬體來進行精確測量》的白皮書。

許多用戶都想知道,是否可在不影響校準的情況下將基於電腦的測量儀器從一台電腦移到另一台電腦。回答是肯定的,如果這個測量儀器採用上述標準進行設計,校準仍是有效的。電腦式測量儀器同傳統的儀器一樣,通常在度量衡實驗室內進行校準。這個實驗室的作業溫度很可能與生產車間或設計實驗室的作業溫度有所不同。將電腦式測量儀器安裝到一台新的電腦與將某一環境中的傳統的示波器搬到另一個環境沒有區別。由於儀器的設計是針對不同使用環境的,因而所有校準仍是有效的,上述白皮書包含了闡明該原因的測試結果。

選擇測量儀器時,要確保基於電腦的測量儀器支援內部校準。為了方便使用,內部校準的過程應當自動進行,也就是說,這一過程無須調整裝置中的分壓器和跳線。例如,對NI的12位元數據採集產品進行內部校準,大約10-20秒內就能自動完成全量程的內部校準。

外部校準圖1:透過GPIB與外部標準通訊,校準軟體就能從儀器設置和讀取外部電壓的數值。

經過一段時期後,通常是一年後,用於完成內部校準的板上電壓源需要校準到某一已知的標準,這一板上電源的校準過程就是外部校準的一個例子。

外部校準要採用高精密度的外部標準。進行外部校準期間,板上校準常數要參照外部標準來調整。同內部校準一樣,外部校準不要求調整分壓計或行動跳線。外部校準通常為度量衡實驗室或其它具有可追溯的機構保留。外部校準一旦完成,新的校準常數就被保存在測量儀器記憶體的被保護區域內且用戶無法取得,這樣就保護了由於偶然的調整對校準完整性的影響。無論任何測量儀器,製造商都必須提供相應的校準流程和在電腦式測量儀器裝置上進行外部校準所必需的校準軟體。

手動及自動校準流程

為了滿足工程師對校準電腦式測量儀器的需要,可以採用手動及自動校準方案。自動校準系統能夠快速、無須人力干預並可提供用於符合像ISO-9000的詳細校準記錄。手動校準流程為想要將嵌入校準功能直接嵌入測量系統的的用戶提供詳盡的資訊,這就避免了將電腦式測量儀器搬回度量衡實驗室的麻煩。

手動校準流程告訴你如何對測量儀器進行外部校準,這一流程通常作為測量儀器的保養手冊中的一部份用於銷售,也可以從製造商網站上下載。

手動流程校準的缺點是費時費力,這並非由於測量儀器的調整麻煩,而是由於較長的測量驗證過程造成的。要符合校準指南的要求,在校準的前後都要對測量儀器的性能進行驗證。只有這樣才能確定測量儀器是否在校準前後的規格內工作。例如,要在E系列數據採集裝置上進行外部校準,就要進行增益、動態範圍和極性三種測量,這就需要進行幾百次的測量。

像Fluke MET/CAL這樣的產品和NICalibration Executive工具套件含了如何在度量衡實驗室將這一過程自動化的描述,因而大幅減少外部校準所需要的時間。透過GPIB與外部標準通訊,校準軟體就能從儀器設置和讀取外部電壓的數值,這些數值然後用於驗證和校準被調整的儀器,校準流程結束時,可以從配置文件中自動讀取儀器技術指標並產生詳細的校準報告(圖1)。採用自動校準軟體,可以在校準一台傳統測量儀器所需要的時間之內,同時測量幾台測量儀器,尤其當被測裝置中不存在電壓表的時候,設計這些工具的目的是滿足度量衡實驗室對校準的嚴格要求。

對於自已擁有度量衡實驗室的大公司,都配備了手動流程和校準軟體產品。對於那些沒有度量衡實驗室的公司,數據採集和測量儀器公司通常必須與世界各地的度量衡服務公司合作。

通常有2類外部校準證書。一種是基本校準證書,通常是在產品製造後產生並由測量儀器生產商提供。這種證書讓NIST或本地標準檢定機構有可能追源儀器的來源以及在校準有效期內測量環境狀態的資訊。認證度量衡實驗室通常是提供詳細的校準認證。這種認證除了提供在基礎認證中所包含的相同資訊外,還將每一次測量前後的數據加以完善。詳細地校準認證應當符合ANSI-Z540-1這樣的特定指南的要求,這類指南主要為美國所採用,或更多地為ISO指南25所採用。這些指南確保校準的連續性,並且多數通過ISO-9000認證的公司都符合這些指南的要求。

本文小結

電腦式測量儀器與傳統的儀器一樣,需要周期性的內部和外部的校準以確保測量儀器達到所要求的精密度。設計正確的電腦式測量裝置應當向用戶提供可進行自動內部校準的工具和服務,以及進行外部自動校準的方法。欲校準了解更多資訊,請參見以下網址:www.ni.com/calibration

作者:Ed Kruft


標準儀器平台經理


美國國家儀器公司




投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 電腦式測量儀器的校準方法
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首