臺(tái)式多用表的校準(zhǔn)對(duì)于確保其在精密測量中的準(zhǔn)確度和可靠性至關(guān)重要。本文簡要介紹如何評(píng)估測試設(shè)備是否適合用于校準(zhǔn)六位半位臺(tái)式數(shù)字多用表(DMM)。

目的

演示Fluke 5560A高性能多產(chǎn)品校準(zhǔn)器對(duì)于高精度儀器校準(zhǔn)的有效性。校準(zhǔn)點(diǎn)是根據(jù)各家制造商建議進(jìn)行選擇的。選擇4:1的最小測試準(zhǔn)確度比(TAR)作為可接受的最低校準(zhǔn)器性能。4:1 TAR是常用的性能標(biāo)準(zhǔn)。

所需材料

1、Fluke 5560A多產(chǎn)品校準(zhǔn)器

2、幾款最常用的六位半臺(tái)式多用表，附帶校準(zhǔn)手冊(cè)，含各多用表的制造商指南：

Keysight 34461A。手冊(cè)信息，部件號(hào)：34460-90901，第10版，2023年9月

Keysight 34465A。手冊(cè)信息，部件號(hào)：34460-90901，第10版，2023年9月

Fluke 8846A。手冊(cè)信息，2006年7月，第2版，6/08

Keithley DMM 2000。用戶手冊(cè)，2000-900-01，修訂版J/2010年8月

Keithley DMM 6500。用戶手冊(cè)，900-01，修訂版B/2010年8月

方法

本文所述過程遵循結(jié)構(gòu)化方法，首先采用六位半臺(tái)式多用表制造商推薦的校準(zhǔn)步驟。步驟規(guī)定了測試/校準(zhǔn)點(diǎn)和性能。然后將這些點(diǎn)與校準(zhǔn)器的完整技術(shù)指標(biāo)(包括單位和本底技術(shù)指標(biāo))進(jìn)行比較。

TAR是校準(zhǔn)過程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。在計(jì)量學(xué)中，TAR和測試不確定度比(TUR)都用于保證測量質(zhì)量。然而，它們?cè)诓煌谋尘跋率褂茫哂胁煌暮x。TAR是儀器的規(guī)定準(zhǔn)確度與標(biāo)準(zhǔn)器的規(guī)定準(zhǔn)確度之比。TAR是標(biāo)準(zhǔn)器性能與被測設(shè)備(UUT)性能之比，是常用的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

Fluke 5560A提供技術(shù)指標(biāo)的置信區(qū)間為99%和95%。業(yè)內(nèi)通常采用95%置信區(qū)間，但99%置信區(qū)間更為保守，可提供更多保護(hù)，避免誤差風(fēng)險(xiǎn)。

測試

對(duì)制造商推薦的校準(zhǔn)點(diǎn)與Fluke 5560A多產(chǎn)品校準(zhǔn)器的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了全面對(duì)比。目的是證明Fluke 5560A可直接用于校準(zhǔn)TAR大于4:1的六位半臺(tái)式多用表，幾乎無需額外設(shè)備。值得注意的是，F(xiàn)luke 5560A具有可視化管理功能，可在屏幕上顯示各校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)，使得任意輸出的TAR檢定都更為容易。

我們首先從Keysight 34461A的DCV指標(biāo)的95%置信區(qū)間開始。第一個(gè)表格所示為手冊(cè)中所有UUT的技術(shù)指標(biāo)，如下：

·實(shí)際功能(本例中為DCV)下的量程。

·各量程中使用的測試點(diǎn)(VCal列)。

·24小時(shí)、90天、1年和2年期技術(shù)指標(biāo)的最大允許誤差(MPE)。

1.1. 直流電壓

1.1. 直流電壓(續(xù))

讀數(shù)限值計(jì)算示例

01

假設(shè)使用100mV輸入值(i=1)測試100mV量程(j=1)。

此時(shí)，UUT的1年期技術(shù)指標(biāo)為8.5μV。

02

Fluke 5560A多產(chǎn)品校準(zhǔn)器100mV時(shí)的95%1年期術(shù)指標(biāo)為9.3μV/V(非9.3μV)，本底為0.8μV。

100mV輸出時(shí)，0.1 × (9.3 × 10-6) + (0.8 × 10-6) = 1.73μV

此時(shí)，TAR = 8.5μV ? 1.73μV = 4.9

03

即使使用Fluke 5560A多產(chǎn)品校準(zhǔn)器100mV時(shí)的95 % 2年期技術(shù)指標(biāo)，即12μV，也可用于校準(zhǔn)同一臺(tái)UUT：

100mV輸出時(shí)，為0.1 × (12 * 10-6) + (0.8 * 10-6) = 2.00μV

此時(shí)，TAR = 10μV ? 2μV = 5.0

后續(xù)步驟

1、回顧校準(zhǔn)過程

確保UUT和校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)使用相同的參數(shù)和單位。如果準(zhǔn)確度允差以分貝、百分比或其他比率表示，則必須將其轉(zhuǎn)換為基本測量單位的絕對(duì)值。

2、提高測量準(zhǔn)確度

使用更準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)器或儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。這有助于提高TAR。在本例中，我們將只使用Fluke 5560A，但其他校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)可能需要額外的測試設(shè)備來維持4:1的TAR。

3、降低允差

如果可能，降低被校準(zhǔn)設(shè)備的允差。這有可能提高TAR。

4、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

決策規(guī)則及任何相關(guān)比率，如TAR，都與測量系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。各組織必須確定何種決策規(guī)則可滿足其獨(dú)特需求，以及哪些比率(如果有的話)是可接受的。

5、咨詢專家

如果TAR仍然無法達(dá)到4，請(qǐng)咨詢計(jì)量專家或設(shè)備制造商，以獲得進(jìn)一步指導(dǎo)。請(qǐng)記住，實(shí)現(xiàn)4:1的TAR的目的是確保測量質(zhì)量足夠好。如果無法達(dá)到上述比率，就必須了解潛在風(fēng)險(xiǎn)，以便根據(jù)具體需求和情況做出明智決策。

對(duì)于較低的TAR，也可以嘗試使用保護(hù)帶，該技術(shù)很有用處。保護(hù)帶是一種非常有用的方法，可用于降低錯(cuò)誤合規(guī)性決策的風(fēng)險(xiǎn)。錯(cuò)誤決策可能包括：

·錯(cuò)誤允收：結(jié)果超出允差范圍，卻聲稱在允差范圍內(nèi)。

·錯(cuò)誤拒絕：結(jié)果在允差范圍內(nèi)，卻聲稱超出允差。

·上述事件通常被稱為I型(Type I)和II型(Type II)誤差。

校準(zhǔn)時(shí)，保護(hù)帶可以利用測量不確定度值來降低允差限值(技術(shù)指標(biāo)區(qū))。這樣就創(chuàng)建了一個(gè)接受允差(嚴(yán)格的允收區(qū))，也稱為保護(hù)帶允差。任何超出該允收區(qū)的數(shù)值都被視為“不予接受”。

因此，如果您正在處理的校準(zhǔn)無法使用4:1的TAR，那么使用保護(hù)帶有助于降低遭遇錯(cuò)誤接受或錯(cuò)誤拒絕的幾率。因此，保護(hù)帶可以提高對(duì)實(shí)驗(yàn)室報(bào)告結(jié)果的信心。

請(qǐng)記住，保護(hù)帶的目的不僅僅是滿足ISO要求，而是減少錯(cuò)誤接受或錯(cuò)誤拒絕發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。了解潛在風(fēng)險(xiǎn)并根據(jù)具體需求和情況做出明智決策非常重要。

結(jié)果

校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果預(yù)期可證明，當(dāng)僅使用Fluke 5560A進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，每部多用表均可達(dá)到或超過制造商規(guī)定的準(zhǔn)確度，并且在量程和功能方面，測試均達(dá)到了4:1的期望TAR。這強(qiáng)化了Fluke 5560A作為電學(xué)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的多功能性，并證明了其校準(zhǔn)過程的有效性。

1、對(duì)于Keysight 34461A，手冊(cè)規(guī)定了59個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，全部100%是在TAR > 4的情況下實(shí)現(xiàn)的。

2、對(duì)于Keysight 34465A，手冊(cè)規(guī)定了58個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，其中51個(gè)點(diǎn)是在TAR > 4的情況下實(shí)現(xiàn)的，其中4個(gè)點(diǎn)是在[2.5 至4)的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，只有3個(gè)點(diǎn)的 TAR < 2.5。

3、對(duì)于Fluke 8846A，手冊(cè)規(guī)定了111個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，其中109個(gè)點(diǎn)在TAR > 4的情況下實(shí)現(xiàn)的，只有2個(gè)點(diǎn)在[2.5至4]范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，TAR < 2.5的情況為零。

4、對(duì)于Keithley 2000，手冊(cè)規(guī)定了37個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，100%的校準(zhǔn)點(diǎn)均達(dá)到了TAR > 4。

5、對(duì)于Keithley 6500，手冊(cè)規(guī)定了105個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，其中96個(gè)點(diǎn)在TAR > 4的情況下實(shí)現(xiàn)，9個(gè)點(diǎn)在TAR < 2.5的情況下實(shí)現(xiàn)。

總結(jié)

僅使用Fluke 5560A多產(chǎn)品校準(zhǔn)器校準(zhǔn)六位半臺(tái)式數(shù)字多用表(DMM)時(shí)，可提供高置信度，無需許多其他標(biāo)準(zhǔn)器。TAR大于4:1的重要性如何強(qiáng)調(diào)都不為過。TAR越高對(duì)測量結(jié)果的置信度就越高，可降低測量誤差的風(fēng)險(xiǎn)，并確保符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

Fluke 5560A憑借其先進(jìn)功能和高準(zhǔn)確度，可在其大部分計(jì)量技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大于4:1的TAR，可校準(zhǔn)眾多六位半數(shù)字多用表(DMM)。這不僅可驗(yàn)證儀器性能，而且可確保用戶所做測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

本實(shí)驗(yàn)的目的是在計(jì)量學(xué)方面證明Fluke 5560A在其大部分計(jì)量技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)滿足大于4的預(yù)期TAR。我們希望上述信息能有助于潛在客戶清楚地了解Fluke 5560A的功能，以及在測量過程中確保高TAR的重要性。

請(qǐng)記住，經(jīng)過良好校準(zhǔn)的數(shù)字多用表(DMM)不僅要符合標(biāo)準(zhǔn)，還要確保測量的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)的可靠性，并最終確保依據(jù)這些測量結(jié)果做出的正確決策。糟糕的測量結(jié)果會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤決策和無效的結(jié)果。使用Fluke 5560A，您完全可以對(duì)測量質(zhì)量和數(shù)據(jù)完整性充滿信心。

福祿克計(jì)量校準(zhǔn)，致力于測試測量領(lǐng)域，為電學(xué)、溫度、壓力、流量、射頻等領(lǐng)域提供高精度校準(zhǔn)儀器和軟件。