臺式多用表的校準對于確保其在精密測量中的準確度和可靠性至關重要。本文簡要介紹如何評估測試設備是否適合用于校準六位半位臺式數字多用表(DMM)。
目的
演示Fluke 5560A高性能多產品校準器對于高精度儀器校準的有效性。校準點是根據各家制造商建議進行選擇的。選擇4:1的最小測試準確度比(TAR)作為可接受的最低校準器性能。4:1 TAR是常用的性能標準。
所需材料
1、Fluke 5560A多產品校準器
2、幾款最常用的六位半臺式多用表，附帶校準手冊，含各多用表的制造商指南：
Keysight 34461A。手冊信息，部件號：34460-90901，第10版，2023年9月
Keysight 34465A。手冊信息，部件號：34460-90901，第10版，2023年9月
Fluke 8846A。手冊信息，2006年7月，第2版，6/08
Keithley DMM 2000。用戶手冊，2000-900-01，修訂版J/2010年8月
Keithley DMM 6500。用戶手冊，900-01，修訂版B/2010年8月
方法
本文所述過程遵循結構化方法，首先采用六位半臺式多用表制造商推薦的校準步驟。步驟規定了測試/校準點和性能。然后將這些點與校準器的完整技術指標(包括單位和本底技術指標)進行比較。
TAR是校準過程中的一個關鍵因素。在計量學中，TAR和測試不確定度比(TUR)都用于保證測量質量。然而，它們在不同的背景下使用，具有不同的含義。TAR是儀器的規定準確度與標準器的規定準確度之比。TAR是標準器性能與被測設備(UUT)性能之比，是常用的驗收標準。
Fluke 5560A提供技術指標的置信區間為99%和95%。業內通常采用95%置信區間，但99%置信區間更為保守，可提供更多保護，避免誤差風險。
測試
對制造商推薦的校準點與Fluke 5560A多產品校準器的技術指標進行了全面對比。目的是證明Fluke 5560A可直接用于校準TAR大于4:1的六位半臺式多用表，幾乎無需額外設備。值得注意的是，Fluke 5560A具有可視化管理功能，可在屏幕上顯示各校準點對應的指標，使得任意輸出的TAR檢定都更為容易。
我們首先從Keysight 34461A的DCV指標的95%置信區間開始。第一個表格所示為手冊中所有UUT的技術指標，如下：
·實際功能(本例中為DCV)下的量程。
·各量程中使用的測試點(VCal列)。
·24小時、90天、1年和2年期技術指標的最大允許誤差(MPE)。
1.1. 直流電壓
1.1. 直流電壓(續)
讀數限值計算示例
01
假設使用100mV輸入值(i=1)測試100mV量程(j=1)。
此時，UUT的1年期技術指標為8.5μV。
02
Fluke 5560A多產品校準器100mV時的95%1年期術指標為9.3μV/V(非9.3μV)，本底為0.8μV。
100mV輸出時，0.1 × (9.3 × 10-6) + (0.8 × 10-6) = 1.73μV
此時，TAR = 8.5μV ? 1.73μV = 4.9
03
即使使用Fluke 5560A多產品校準器100mV時的95 % 2年期技術指標，即12μV，也可用于校準同一臺UUT：
100mV輸出時，為0.1 × (12 * 10-6) + (0.8 * 10-6) = 2.00μV
此時，TAR = 10μV ? 2μV = 5.0
后續步驟
1、回顧校準過程
確保UUT和校準標準使用相同的參數和單位。如果準確度允差以分貝、百分比或其他比率表示，則必須將其轉換為基本測量單位的絕對值。
2、提高測量準確度
使用更準確的標準器或儀器進行校準。這有助于提高TAR。在本例中，我們將只使用Fluke 5560A，但其他校準標準可能需要額外的測試設備來維持4:1的TAR。
3、降低允差
如果可能，降低被校準設備的允差。這有可能提高TAR。
4、風險評估
決策規則及任何相關比率，如TAR，都與測量系統中的風險相關。各組織必須確定何種決策規則可滿足其獨特需求，以及哪些比率(如果有的話)是可接受的。
5、咨詢專家
如果TAR仍然無法達到4，請咨詢計量專家或設備制造商，以獲得進一步指導。請記住，實現4:1的TAR的目的是確保測量質量足夠好。如果無法達到上述比率，就必須了解潛在風險，以便根據具體需求和情況做出明智決策。
對于較低的TAR，也可以嘗試使用保護帶，該技術很有用處。保護帶是一種非常有用的方法，可用于降低錯誤合規性決策的風險。錯誤決策可能包括：
·錯誤允收：結果超出允差范圍，卻聲稱在允差范圍內。
·錯誤拒絕：結果在允差范圍內，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。
校準時，保護帶可以利用測量不確定度值來降低允差限值(技術指標區)。這樣就創建了一個接受允差(嚴格的允收區)，也稱為保護帶允差。任何超出該允收區的數值都被視為“不予接受”。
因此，如果您正在處理的校準無法使用4:1的TAR，那么使用保護帶有助于降低遭遇錯誤接受或錯誤拒絕的幾率。因此，保護帶可以提高對實驗室報告結果的信心。
請記住，保護帶的目的不僅僅是滿足ISO要求，而是減少錯誤接受或錯誤拒絕發生的風險。了解潛在風險并根據具體需求和情況做出明智決策非常重要。
結果
校準實驗的結果預期可證明，當僅使用Fluke 5560A進行校準時，每部多用表均可達到或超過制造商規定的準確度，并且在量程和功能方面，測試均達到了4:1的期望TAR。這強化了Fluke 5560A作為電學校準標準的多功能性，并證明了其校準過程的有效性。
1、對于Keysight 34461A，手冊規定了59個校準點，全部100%是在TAR > 4的情況下實現的。
2、對于Keysight 34465A，手冊規定了58個校準點，其中51個點是在TAR > 4的情況下實現的，其中4個點是在[2.5 至4)的范圍內實現的，只有3個點的 TAR < 2.5。
3、對于Fluke 8846A，手冊規定了111個校準點，其中109個點在TAR > 4的情況下實現的，只有2個點在[2.5至4]范圍內實現的，TAR < 2.5的情況為零。
4、對于Keithley 2000，手冊規定了37個校準點，100%的校準點均達到了TAR > 4。
5、對于Keithley 6500，手冊規定了105個校準點，其中96個點在TAR > 4的情況下實現，9個點在TAR < 2.5的情況下實現。
總結
僅使用Fluke 5560A多產品校準器校準六位半臺式數字多用表(DMM)時，可提供高置信度，無需許多其他標準器。TAR大于4:1的重要性如何強調都不為過。TAR越高對測量結果的置信度就越高，可降低測量誤差的風險，并確保符合質量標準。
Fluke 5560A憑借其先進功能和高準確度，可在其大部分計量技術指標范圍內實現大于4:1的TAR，可校準眾多六位半數字多用表(DMM)。這不僅可驗證儀器性能，而且可確保用戶所做測量的準確性和可靠性。
本實驗的目的是在計量學方面證明Fluke 5560A在其大部分計量技術指標范圍內滿足大于4的預期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。
請記住，經過良好校準的數字多用表(DMM)不僅要符合標準，還要確保測量的準確性、數據的可靠性，并最終確保依據這些測量結果做出的正確決策。糟糕的測量結果會導致錯誤決策和無效的結果。使用Fluke 5560A，您完全可以對測量質量和數據完整性充滿信心。
福祿克計量校準，致力于測試測量領域，為電學、溫度、壓力、流量、射頻等領域提供高精度校準儀器和軟件。
