校准标准的神秘面纱:如何确保测量仪器的可靠性?

在当今的测量技术和计量领域,校准的概念越来越受到重视。校准,简单来说,就是将被测试装置的测量值与已知准确度的校准标准进行比较。这些标准可以是其他已知准确度的测量仪器、生成待测量数据的设备,或是实体工件,如长尺。以这种方式进行的比较,结果可能有几种情况:

没有检测到显著的误差、检测到显著的误差但不进行调整、或者进行调整以将误差修正至可接受的水平。

根据国际计量局(BIPM)的定义,校准是一种操作,首先在特定条件下建立测量标准提供的数量值与经校准仪器的显示之间的关系;其次,利用这一信息建立从显示结果获得测量结果的关系。这一过程中引入了测量不确定性的概念,在校准标准与被测试装置之间建立了一种准确性的关联。

现代校准流程

随着对准确度和不确定性的需求不断增加,各国相继建立了国家计量实验室。在许多国家,存在着国家计量机构(NMI),负责维护主要的测量标准,这些标准被用来为客户的仪器提供可追溯性。这些机构确保了从顶级标准到测量仪器之间的不断链条。例如,英国的NPL、美国的NIST、德国的PTB等。

以互认协议签署的背景下,现如今可以轻松地从任何参与的NMI获得可追溯性,而不必再从所在国家的NMI获取。

校准的质量

为了提升校准质量,使结果被外部组织接受,校准及随后的测量必须能「被追溯」到国际定义的测量单位。建立可追溯性通常是通过与国家标准、国际标准或认证参考材料的正式比较来完成的。质量管理体系要求有一个有效的计量系统,包括对所有测量仪器的正式、定期且有记录的校准。

校准的目的和范围

校准过程的开始是测量仪器的设计,必须能够「保持校准」在其校准间隔内。这意味着设计必须能够在规定环境条件下的合理时间内,进行「在工程容许范围内」的测量。拥有这些特性的设计,可以提高实际测量仪器按预期运行的可能性。

手动与自动校准

现代装置的校准方法可以是手动或自动的。例如,对压力表的手动校准流程中,需设定多个步骤来将待测量表连接到参考主表和可调压力源,然后在压力施加时进行比较。每一步都需要人工记录。

相较于手动,自动压力校准器结合了电子控制单元、压力强化器、压力传感器及数据收集设施,对资料收集进行自动化处理。

历史发展

有关「校准」的词汇首次于美国内战时期出现,主要用于描述火炮的测量。在人类的早期文明中,例如古埃及、两河流域和印度河流域,已经有了早期的测量和校准系统。随着时间的推进,校准逐步演变为一个重要的技术领域,用以支持商业和科技的发展。

然而,面对如此复杂的校准过程,如何能真正确保每一个测量结果的可靠性?

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