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量规与仪器校正管理员培训计量员内校员资格证现场线上课程-测量仪器标定（校准）方式、操作及案例详解

引言

测量仪器的准确性是科学实验、工业生产和质量控制的基础。随着使用时间的延长和环境因素的影响，测量仪器可能会出现精度下降的问题。因此，定期对测量仪器进行标定（校准）是确保其测量结果准确可靠的关键步骤。

一、测量仪器标定的主要方式及操作

1. 使用标准样品进行校准

原理：标准样品可提供已知且准确的量值，作为其他测量值准确性的参照。
操作步骤：

1. 选择标准样品：根据测量仪器的类型和量程，选择合适的标准样品。例如，电子天平可使用标准砝码作为标准样品。

2. 输入标准值：将标准样品置于测量仪器上，记录其显示值。

3. 比较与调整：将显示值与标准样品的已知值进行比较，计算误差，并根据需要调整测量仪器。
        案例：

• 电子天平校准：某实验室使用最大测量质量为1200g的电子天平，其配件中包含一个1000g的校准砝码。校准时，将砝码置于天平上，记录显示值，并与1000g进行比较，调整天平至显示准确值。

2. 使用标准仪器进行校准

原理：利用精度更高的标准仪器来检验和校准待测仪器。
操作步骤：

1. 选择标准仪器：确保标准仪器的精度高于待测仪器。例如，使用6-1/2位数字电压表校准5-1/2位数字电压表。

2. 同步测量：使用标准仪器和待测仪器同时测量同一物理量。

3. 比较与修正：比较两者的测量结果，计算误差，并根据标准仪器的测量结果修正待测仪器。
        案例：

• 数字电压表校准：在基础物理实验中，使用6-1/2位数字电压表校准5-1/2位数字电压表。通过同步测量同一电压值，比较两者的显示结果，调整5-1/2位电压表至准确值。

3. 矢量网络分析仪的矢量校准

原理：矢量校准通过测试多个标准件，消除更多的误差项，提高测量精度。
操作步骤：

1. 选择校准件：根据校准类型（单端口、双端口、多端口或TRL校准），选择相应的校准件。

2. 连接校准件：按照校准程序，依次连接校准件到网络分析仪。

3. 执行校准：启动校准程序，网络分析仪将自动完成校准过程，消除系统误差。
        案例：

• 双端口矢量校准：使用Keysight网络分析仪进行双端口校准。选择Open、Short、Load和Through四个校准件，依次连接到网络分析仪的端口，执行校准程序，消除两个测试端口的全部12项系统误差。

4. 自校准

原理：依赖仪器内置的工具或软件进行自动校准。
操作步骤：

1. 启动自校准程序：在仪器软件中启动自校准功能。

2. 输入标准值：根据提示输入标准负载值，如0kg、50kg等。

3. 采集与计算：仪器自动采集信号，计算校准系数，并调整测量参数。
        案例：

• 发动机扭矩传感器自校准：在汽车测试中，发动机扭矩传感器常用自校准方式保障台架测试精度。通过Dewesoft软件输入0N·m和200N·m标准值，传感器自动修正偏差，确保测量准确性。

5. 现场校准

原理：在工况环境下使用便携式设备进行校准，以反映实际使用条件。
操作步骤：

1. 准备便携式设备：携带便携式校准设备到现场。

2. 发送标准信号：使用便携式设备发送标准信号，如10Hz、1g的标准振动信号。

3. 比对与调整：将测量仪器的显示值与标准信号进行比对，超差时调整放大器增益等参数。
        案例：

• 风电振动传感器现场校准：在风电场，使用便携式设备对振动传感器进行现场校准。发送10Hz、1g的标准振动信号，软件比对数据，超±0.5%时调整放大器增益，生成含环境参数的PDF报告。

6. 非线性校准

原理：针对热电偶等非线性元件，通过多点校准数据生成多项式修正误差。
操作步骤：

1. 输入多点校准数据：在软件中输入不同温度点（如0℃、100℃、200℃）对应的电压值。

2. 生成多项式：软件根据输入数据生成多项式修正公式。

3. 应用修正：在实际测量中，应用生成的多项式修正测量结果。
        案例：

• 航空发动机温度监测系统非线性校准：使用Dewesoft Sensor Editor输入热电偶在0℃、100℃、200℃时的电压值，软件生成5阶多项式修正误差。通过这种方式，将测量不确定度从±2℃降至±0.5℃，提高温度监测的准确性。

二、测量仪器标定的注意事项

1. 选择合适的校准方式：根据测量仪器的类型、量程和使用环境，选择合适的校准方式。

2. 定期校准：按照仪器说明书或相关标准的要求，定期进行校准，确保仪器的长期准确性。

3. 记录校准数据：详细记录校准过程中的数据和结果，便于追溯和验证。

4. 使用标准样品和仪器：确保校准过程中使用的标准样品和仪器具有高精度和可靠性。

5. 环境控制：在校准过程中，注意控制环境温度、湿度等因素，减少对校准结果的影响。

结论

测量仪器的标定（校准）是确保其测量结果准确可靠的重要步骤。通过选择合适的校准方式、严格按照操作步骤进行校准，并注意相关事项，可以有效提高测量仪器的精度和可靠性。本文介绍的几种主要校准方式及其操作方法和案例，希望能为读者在实际工作中提供有益的参考和指导。