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儀器校正對於量測結果的影響
 

【作者: 褚龍印】   2002年04月05日 星期五

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近年來由於國內通訊產業的發達,因此對各種量測儀器的需求量均大為增加,準確的量測儀器是生產高品質產品不可或缺的重要設備,任何一項不準確的量測結果均會造成產品品質的下降,而確保量測結果準確性的不二法門就是校正(Clibration),本文將針對儀器校正與量測結果之間的關係作一簡單的介紹。


量測儀器特性

一般來說,使用於通訊產業的量測儀器大部分均針對頻率、電量及微波功率進行量測,每部儀器在出廠時,儀器製造商必定會按照產品手冊將所有量測的讀值調整至規格之內,以期讓使用者能得到準確的量測結果。而無論是多麼精密的電子儀器,其內部必定是由最基本的電子元件所組合而成的,這些元件特性會受到使用時間、環境(在此我們假設使用者均能按照產品手冊在儀器規格範圍內使用)等影響而產生不同程度的變化,使得原本在規格內的量測值會慢慢產生誤差,如頻率振盪器的老化(Aging)現象。


在此要特別說明的是,無論使用者多麼注意的操作儀器,此種電子元件特性的變化終究是無法避免的,當變化累積到一定的程度後,即會造成量測結果發生不等程度的誤差,此時使用者無法立即判斷誤差是肇因於本身的待測物(Device under test)或是由於儀器的因素,而在大部分的情況下,量測儀器的準確性是高於待測物的,因此若誤差是由於儀器所產生,則使用者往往無法在第一時間確定誤差的來源,從而降低了量測的效率。


「適時校正」概念

因此,為了判斷量測儀器的讀值是否仍在規格之內,適時的校正是必需的,何謂校正呢?校正廣泛的定義即是將待校件與一標準件進行比較而得知誤差的程度,而標準件的準確性是高於待校件的,此誤差程度對於使用者來說是相當重要的,因為使用者可以利用此資訊在量測發生誤差時,立即判斷誤差產生的來源並採取適當的對策以確保量測結果的準確性。


校正步驟

由上文可知校正可廣泛定義為一連串的比對動作,透過此方式可確保量測儀器的準確性。而校正要如何進行呢?


以一個類比信號產生器為例,基本的類比信號產生器可所需校正的項目有以下幾項:輸出信號頻率、輸出信號強度以及AM和FM的調變度,而校正實驗室只要具備頻率計數器、功率計以及調變分析儀做為標準件就可以針對上述項目進行校正,而這是否代表任意的儀器均可做為標準件用於校正呢?答案是否定的,所有做為標準件而用於校正的儀器均必需可追溯到相關的國家或國際標準以保證校正結果的準確性,而校正實驗室除了量測儀器必需要有較高的準確性外,另外針對環境、人員及各方面均有特別的要求,以使得各種會影響校正結果的因素均能降到最低。


自動化校正系統

現今的電子儀器日趨精密,而所要校正的項目也相當繁多,若完全以手動方式進行各個項目的校正,則會花費的相當長的時間。使用自動化校正系統(圖一)則可大幅的降低校正所需的時間,在自動化校正系統中,電腦控制系統內所有的量測儀器及待校儀器,而所有的測試程序已儲存於電腦中,因此校正時僅需將待校儀器與自動化校正系統連接,並在電腦執行相關的程式即可進行校正作業。



《圖一  自動化校正系統》
《圖一 自動化校正系統》資料來源:Source:職聯盛通訊

如同前文所提,校正基本上可定義為一連串的比對,藉由此種比對得到待校儀器誤差的程度,此時可能有人會問:若能得知待校儀器的誤差程度,是否能將此誤差重新調整回儀器的規格內呢?在此我們用車子的例子來解釋:


假設某甲買了一部百萬級的進口名車,當車子需要進行例行的保養時,某甲有兩種選擇,第一是將愛車送回原廠進行保養,第二是在非原廠的車廠進行保養。當這部百萬級的名車回到屬於它的原廠時,等待著它的是一群專業的技術人員和無數的專業器材,所有的人員和器材都是專門為了「它」而設計的,因此原廠所給予的服務當然是全面性的,無論這部名車有任何地方需要調整或更換,原廠的技術人員絕對有能力可以完成,因為技術人員所受的訓練就是專門為了應付各種不同的狀況。


而這部名車如果在非原廠進行保養時又會是怎麼樣的情形呢?可以想見的是非原廠的人員所要面對的是各種不同廠牌的汽車,因此絕對無法像原廠的技術人員一樣,對這部名車的各項性能有深入的了解,而在保養的同時,勢必無法像原廠技術人員一樣進行全面的檢查和調整,或甚至根本沒有調整的能力!因此當這部名車在非原廠進行保養時,非原廠的人員僅有能力進行基本項目的保養(如換機油),而更多的專業保養項目非原廠人員是沒有能力進行的,而由於這些項目未能進行保養,是有可能對行車安全造成影響的。


結語

回到電子儀器的領域中,原廠和非原廠最大的差別在於原廠技術人員具備「調整」的能力,這對使用者來說是相當重要的,而且原廠所提供的校正是包括待校儀器所有需校正的項目,當一部價值百萬的測試儀器回到原廠進行校正時,原廠的技術人員均有足夠的器材和專業技術可將待校儀器超出規格的量測讀值重新調整回規格之內,因此使用者所得到的結果可說是完全和出廠時相同,唯有量測儀器的讀值在規格之內,才能確保量測結果的準確性。


而當量測儀器在非原廠校正時,非原廠人員並沒有能力、器材和專業知識對待校儀器進行任何的調整,甚至受限於儀器設備而無法校正所有的項目,以前文所提的信號產生器為例,若待校儀器為一數位信號產生器,則所需校正的項目將不僅只有輸出信號的強度頻率和調變度而已,還包括了數位調變的部份,如果非原廠的校正實驗室未具備測試數位調變部份的儀器而僅對輸出信號頻率、強度和類比調變度進行測試,則使用者對最重要的數位調變部份將無法得知任何的誤差狀況,自然也就無法針對量測讀值進行判斷了。嚴格來說,這將失去部份校正的意義。


精密的量測儀器就如同百萬級的名車一樣,需要定期保養才能發揮最大的效能,校正對於測試儀器來說就如同定期的保養,唯有定期校正的測試儀器才能提供最準確的量測結果,而也唯有原廠所提供的校正服務才能確保量測儀器所有的讀值均在規格之內,而在非原廠校正所節省的些許成本將遠遠不及判斷量測誤差來源所耗費的時間成本。(作者現任職聯盛通訊)


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