使用Fluke-5560A多产品校准器校准六位半台式数字万用表(DMM)。台式多用表的校准对于确保其在精密测量中的准确度和可靠性至关重要。本文简要介绍如何评估测试设备是否适合用于校准六位半位台式数字多用表(DMM)。

 

目的

演示Fluke-5560A高性能多产品校准器对于高精度仪器校准的有效性。校准点是根据各家制造商建议进行选择的。选择4:1的最小测试准确度比(TAR)作为可接受的最低校准器性能。4:1 TAR是常用的性能标准。

所需材料

 

1、Fluke-5560A多产品校准器

2、几款最常用的六位半台式多用表，附带校准手册，含各多用表的制造商指南：

Keysight 34461A。手册信息，部件号：34460-90901，第10版，2023年9月

Keysight 34465A。手册信息，部件号：34460-90901，第10版，2023年9月

Fluke 8846A。手册信息，2006年7月，第2版，6/08

Keithley DMM 2000。用户手册，2000-900-01，修订版J/2010年8月

Keithley DMM 6500。用户手册，900-01，修订版B/2010年8月

 

方法

本文所述过程遵循结构化方法，首先采用六位半台式多用表制造商推荐的校准步骤。步骤规定了测试/校准点和性能。然后将这些点与校准器的完整技术指标(包括单位和本底技术指标)进行比较。

TAR是校准过程中的一个关键因素。在计量学中，TAR和测试不确定度比(TUR)都用于保证测量质量。然而，它们在不同的背景下使用，具有不同的含义。TAR是仪器的规定准确度与标准器的规定准确度之比。TAR是标准器性能与被测设备(UUT)性能之比，是常用的验收标准。

Fluke-5560A提供技术指标的置信区间为99%和95%。业内通常采用95%置信区间，但99%置信区间更为保守，可提供更多保护，避免误差风险。

 

测试

对制造商推荐的校准点与Fluke-5560A多产品校准器的技术指标进行了全面对比。目的是证明Fluke-5560A可直接用于校准TAR大于4:1的六位半台式多用表，几乎无需额外设备。值得注意的是，Fluke-5560A具有可视化管理功能，可在屏幕上显示各校准点对应的指标，使得任意输出的TAR检定都更为容易。

我们首先从Keysight 34461A的DCV指标的95%置信区间开始。第一个表格所示为手册中所有UUT的技术指标，如下：

实际功能(本例中为DCV)下的量程。

各量程中使用的测试点(VCal列)。

24小时、90天、1年和2年期技术指标的最大允许误差(MPE)。

量程：至		测试点		UUT最大允许误差(依据手册)
j=	最大	i=	Vcal	±MPE 24小时	±MPE 90天	±MPE 1年	±MPE 2年
1	100mV	1	100mV	6uV	7.5uV	8.5uV	10uV
		2	-100mV	6uV	7.5uV	8.5uV	10uV
2	1V	1	1V	19uV	29uV	39uV	54uV
		2	-1V	19uV	29uV	39uV	54uV
		1	4V	70uV	120uV	160uV	220uV
3	10V	2	10V	130uV	240uV	340uV	490uV
		3	-10V	130uV	240uV	340uV	490uV
4	100V	1	100V	2.6mV	4.1mV	4.6mV	6.1mV
		2	-100V	2.6mV	4.1mV	4.6mV	6.1mV
5	1000V	1	1000V	36mV	51mV	56mV	71mV
		2	-500V	16mV	23.5mV	26.0mV	33.5mV

1.1. 直流电压

 

1.1. 直流电压(续)

 

 读数限值计算示例 

 

1、

假设使用100mV输入值(i=1)测试100mV量程(j=1)。

此时，UUT的1年期技术指标为8.5μV。

 

2、Fluke-5560A多产品校准器100mV时的95%1年期术指标为9.3μV/V(非9.3μV)，本底为0.8μV。

 

100mV输出时，0.1 × (9.3 × 10-6) + (0.8 × 10-6) = 1.73μV

 

此时，TAR = 8.5μV ⁄ 1.73μV = 4.9

 

3、

图片

即使使用Fluke-5560A多产品校准器100mV时的95 % 2年期技术指标，即12μV，也可用于校准同一台UUT：

100mV输出时，为0.1 × (12 * 10-6) + (0.8 * 10-6) = 2.00μV

此时，TAR = 10μV ⁄ 2μV = 5.0

 

后续步骤 

 

1、回顾校准过程

确保UUT和校准标准使用相同的参数和单位。如果准确度允差以分贝、百分比或其他比率表示，则必须将其转换为基本测量单位的绝对值。

 

2、提高测量准确度

使用更准确的标准器或仪器进行校准。这有助于提高TAR。在本例中，我们将只使用Fluke-5560A，但其他校准标准可能需要额外的测试设备来维持4:1的TAR。

 

3、降低允差

如果可能，降低被校准设备的允差。这有可能提高TAR。

 

4、风险评估

决策规则及任何相关比率，如TAR，都与测量系统中的风险相关。各组织必须确定何种决策规则可满足其独特需求，以及哪些比率(如果有的话)是可接受的。

 

5、咨询专家

如果TAR仍然无法达到4，请咨询计量专家或设备制造商，以获得进一步指导。请记住，实现4:1的TAR的目的是确保测量质量足够好。如果无法达到上述比率，就必须了解潜在风险，以便根据具体需求和情况做出明智决策。

对于较低的TAR，也可以尝试使用保护带，该技术很有用处。保护带是一种非常有用的方法，可用于降低错误合规性决策的风险。错误决策可能包括：

错误允收：结果超出允差范围，却声称在允差范围内。

错误拒绝：结果在允差范围内，却声称超出允差。

上述事件通常被称为I型(Type I)和II型(Type II)误差。

校准时，保护带可以利用测量不确定度值来降低允差限值(技术指标区)。这样就创建了一个接受允差(严格的允收区)，也称为保护带允差。任何超出该允收区的数值都被视为“不予接受”。

因此，如果您正在处理的校准无法使用4:1的TAR，那么使用保护带有助于降低遭遇错误接受或错误拒绝的几率。因此，保护带可以提高对实验室报告结果的信心。

请记住，保护带的目的不仅仅是满足ISO要求，而是减少错误接受或错误拒绝发生的风险。了解潜在风险并根据具体需求和情况做出明智决策非常重要。

 

 结果

校准实验的结果预期可证明，当仅使用Fluke-5560A进行校准时，每部多用表均可达到或超过制造商规定的准确度，并且在量程和功能方面，测试均达到了4:1的期望TAR。这强化了Fluke-5560A作为电学校准标准的多功能性，并证明了其校准过程的有效性。

1、对于Keysight 34461A，手册规定了59个校准点，全部100%是在TAR > 4的情况下实现的。

2、对于Keysight 34465A，手册规定了58个校准点，其中51个点是在TAR > 4的情况下实现的，其中4个点是在[2.5 至4)的范围内实现的，只有3个点的 TAR < 2.5。

3、对于Fluke 8846A，手册规定了111个校准点，其中109个点在TAR > 4的情况下实现的，只有2个点在[2.5至4]范围内实现的，TAR < 2.5的情况为零。

4、对于Keithley 2000，手册规定了37个校准点，100%的校准点均达到了TAR > 4。

5、对于Keithley 6500，手册规定了105个校准点，其中96个点在TAR > 4的情况下实现，9个点在TAR < 2.5的情况下实现。

 

总结 

仅使用Fluke-5560A多产品校准器校准六位半台式数字多用表(DMM)时，可提供高置信度，无需许多其他标准器。TAR大于4:1的重要性如何强调都不为过。TAR越高对测量结果的置信度就越高，可降低测量误差的风险，并确保符合质量标准。

Fluke-5560A凭借其先进功能和高准确度，可在其大部分计量技术指标范围内实现大于4:1的TAR，可校准众多六位半数字多用表(DMM)。这不仅可验证仪器性能，而且可确保用户所做测量的准确性和可靠性。

本实验的目的是在计量学方面证明Fluke-5560A在其大部分计量技术指标范围内满足大于4的预期TAR。我们希望上述信息能有助于潜在客户清楚地了解Fluke-5560A的功能，以及在测量过程中确保高TAR的重要性。

请记住，经过良好校准的数字多用表(DMM)不仅要符合标准，还要确保测量的准确性、数据的可靠性，并最终确保依据这些测量结果做出的正确决策。糟糕的测量结果会导致错误决策和无效的结果。使用Fluke-5560A，您完全可以对测量质量和数据完整性充满信心。