基于Internet的计量校准方法探讨

　　1　引言

　　计量是一种建立标准量值的测量过程,其主要目的是保证量值的统一和准确可靠。溯源性校准在国际上已成为保证量值统一的一种主要方式,而进入21世纪,随着计算机技术、网络技术与通信技术的快速发展和进步,计量校准领域出现了新的发展契机。

　　2　Internet校准简介

　　在商品生产和国际贸易的激烈竞争中,质量管理和质量保证已成为关系企业经济效益乃至生死存亡的关键环节。于是,人们提出了更可靠的量值传递方法来保证计量质量,即计量保证方案[1],简称MAP(Measurement Assurance Programs)。美国国家标准技术研究院(NIST)指出:“MAP是指测量过程的质量保证方案。该方案可定量地确定测量过程相对于国家基准或其他指定标准的总的测量不确定度(包括随机误差分量和系统误差分量),并验证总的不确定度是否小到足以满足用户的要求”。MAP的实施方法,因被计量的量的种类不同及要求的质量可靠程度不同而异,但遵守共同的规定,即包括两个阶段:(1)传递阶段:实现溯源;(2)核查阶段:实现对日常计量过程的连续地质量控制。参加MAP的实验室须经这两个阶段的全面考核合格后,才能真正做到量值的准确传递。

　　所谓Internet校准,是指利用Internet辅助MAP中的校准过程,从而提高校准的实时性和有效性。这种思想在1999年国际测量和仪器会议(IMIC)上被提出,目前国外一些计量机构针对某些仪器和物理量已实现了Internet校准,而国内也已开始这方面的初探性工作[2~4]。本文主要介绍国外有关Internet校准的实例和信息[5~12],旨在为国内计量校准行业的发展提供新的思路。

　　2·1　利用Internet校准数据采集(DAQ)板

　　DAQ板的校准通常采用如下方法:将DAQ板从工作现场的PC机上拔下送往上级实验室,并把它安装在上级实验室的另一台嵌入了校准软件的PC机上进行校准。该方法存在两个主要缺点:①测试用PC机一般不具有与DAQ板工作现场用PC机完全相同的硬件结构和配置;②校准的环境温度、电磁条件等与DAQ板工作现场不完全一致,这就使校准结果不能与DAQ板通常运行的性能匹配。文献[6]介绍了上级实验室通过Internet控制传递标准对DAQ板实施校准的方案。在这种校准方案中,传递标准是关键元器件,它由两个主要部分组成:μC板和充当溯源标准的数字多用表DMM。μC板内嵌入了微控制器、可编程电压发生器PVG、转换板和存储器,与被校DAQ板相比,它们的不确定度可以被忽略。当下级实验室提出校准申请后,上级实验室对传递标准进行校准,并发送给下级实验室。DAQ板输入通道特性的现场校准过程如图1所示。

　　下级实验室通过Internet发出校准指示,令微控制器设置PVG输出两路相同的电压信号,经转换板后,其中一路电压信号送入DAQ板的输入通道,由DAQ板测量,另一路电压信号由DMM测量,所有测量数据一方面被储存在传递标准的存储器内,另一方面通过Internet实时传递给上级实验室;而校准现场的环境温度由温度传感器测量,其数据也被储存在存储器内。现场校准完成后,传递标准返回上级实验室,如果经检验,传递标准的存储器内的数据与校准过程中上级实验室实时得到的数据是一致的,而且DMM的性能在规定的范围内,则说明校准过程是有效的,否则判定校准无效。对于有效的校准过程,上级实验室对各种数据进行分析处理后给出校准报告。利用这种传递标准还可以校准DAQ板的输出通道特性以及各通道之间的串扰等。上述校准方案不需要在上、下级实验室之间往返运送DAQ板,明显减少了DAQ板的停工时间,这对下级实验室(或有校准需求的客户)是非常有意义的。另外,由于校准是在工作现场完成的,因而校准结果更加可靠。