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校准服务的六个轴心

2020-11-09 16:11:17 测试那些事儿

本期文章来自Keysight,原文未做任何修改!

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摘要

选择一家校准服务的供应商似乎是非常简单的事,似乎校准只不过是校准,只要供应商拥有普通的经营执照(ISO9000 登记、ISO17025 资质等)那么无论您选择哪种服务或哪家供应商,提供的服务应该都差不多。但事实并非如此,由于校准服务缺乏监管,导致了提供的服务和校准效果参差不齐。


引言

为帮助说明这种差异,指导不熟悉技术的采购人员了解校准服务各个方面的重要意义,我们把校准服务分成了六个不同的轴心,每个轴心都影响着校准的实用性或选择校准服务的直接成本或间接成本。本文对每个轴心都进行了深入讨论,它们分别是:

1. 测试的范围(测试多少个参数?每个参数需要测试多少个测试点?)

2. 提供的信息(提供了哪些数据?是调整前的数据还是调整后的数据?)

3. 测量不确定度(测试的精度如何?)

4. 周期(每隔多长时间就需要校准一次?可以改变这个时间间隔吗?)

5. 速度(您可以容忍没有仪器使用的时间有多长?)

6. 配套服务(有哪些配套的解决方案和服务?这些服务中包括了哪些项目?)


轴心1. 测试范围

很明显,对仪器进行的测试越全面,仪器执行测量的置信度就越高。一般来说,制造商会建议应该测试哪些参数以及每个参数应该检查的测试点数量。然而,一味追求价格低廉的供应商忽略其中许多测试的情况并不少见。由于一般没有技术机构在我们的行业中规定执行合法校准所需的测试范围,因此上述作法并没有违反任何规定或指导原则。

忽略其中部分测试的主要原因有三个:

1. 供应商没有执行测试的设备

2. 测试太复杂,执行时间太长,或要求专门的技能

3. 双方协商的价格不允许执行所有测试

通常这意味着校准服务不能充分地测试仪器的重要部分,其结果是,用户可能会在毫不知情的情况下,使用这些设备执行的测量可能会出错。

在使用这些设备测试产品时,可能会出现两种有害的情况:

1. 合格的产品在测试时可能会被判定为不合格,导致代价高昂的返工,提高返工部门中NFF(未发现任何故障)的概率(这是生产周期中的一个关键指标)。

2. 不合格的产品可能在测试时可能会被判定为合格,导致保修退货数量提高,修理费用增加,同时损害公司的形象和信誉。


实例

一家公司把一部标量分析仪探头送到一家著名的公司进行校准。这家公司的校准程序是在量程的低端、中端和高端三个点频上测试设备。测试报告表明,该设备的性能符合规范,并颁发了校准证书。但这家客户在使用这台设备时出现了奇怪的测量结果,因此它把设备送到是德科技,再次进行校准。


是德科技的程序是在设备的整个量程内使用扫频进行测试。这种测试清楚地显示,探头在第一家供应商没有测试的频率上出现问题。如果从一开始就使用扫频方法进行校准,客户将节省大量的时间和资金。


用一个比喻可以更好地解释这一切:在一艘正在航行的轮船上,瞭望员通过桅楼向外了望,他先是用望远镜看了看正东,然后看了一下正北,又看了一下正西,最后报告说“我没有看到轮船”。


例外

必须指出,如果控制得当,减少测试不一定是坏事。对在特定应用中使用的设备,如果仅使用仪器精良定义的部分功能,减少测试当然是可以接受的,而且可能提供很大的优势,因为它可以把校准重点放在这些特定功能或量程上。尤其是如果与全面校准相比,对这些领域做更全面的测试的情况下。


但是,这种方法可能不适合在多用途设备或通用设备。


轴心2. 提供的信息

校准供应商提供的与校准过程中所执行的测试有关的信息,是用户制定许多决策的基础,因此获得所需的信息、同时保证信息的准确性非常重要。


用户希望校准供应商提供全面的数据,表明设备在每个测试点上的性能。这些

信息表明了测试的范围,可以用来在供应商之间执行客观比较。


但信息的宝贵性还体现在更重要的方面。在校准供应商发现仪器性能落在规定容许误差范围之外(OOT——超差/超出容许误差范围之外)时,意味着用户可能已经使用该设备执行了某些不合格的测量。为分析这是否会损害这些已经完成的测试的有效性,您必须知道仪器在哪个参数上落在容许误差范围之外,以及超出的范围有多大。然后您可以决定是否需要采取纠正措施,如重新测试或召回自己的产品。如果没有这些信息,您可能不知道测试已经出现误差,又或者校准报告只是简单地说明设备落在容许误差范围之外,但却没有提供支持

数据,那么您将无法制订明智的决策。


真正有用的数据是在校准供应商收到设备时,对设备执行测量所收集的全套性能测试信息。在这一测试过程中,对设备的任何调整都将破坏后续程序中测试的完整性。在调整后收集的第二套数据将确认仪器经调整后处于容许误差范围之内,为在将来使用该设备执行测试提供置信度。


另一个关键信息是“测量不确定度”。其最简单的形式是一项声明,说明用来测试用户仪器的设备在精度上至少是被校准仪器的4 倍。(4 通常被视为适用于校准服务的最低测试精度比,即TAR)。


校准供应商会通过汇总表提供更详细的不确定度信息,其中列明各项参数和相关的不确定度。参数值可以是相对值(如± 0.5%),也可以是测量单位的绝对值(如± 0.2 mV)。


在测量数据旁边是最详细的不确定度信息,理想情况下,在同一项中应同时提供测量值、技术指标范围和不确定度信息。


轴心 3. 测量不确定度

测量不确定度可以表示校准服务测试的好坏程度,即校准供应商执行测量的精度。这个轴心是看不见的,除非测量不确定度已知,但它可能会对校准是否真正有用产生重大影响。


不确定度明确表明供应商是否拥有执行测量的技术资质。不确定度可以由供应商自行评估,也可以由认证机构评定。经认可的不确定度更重要,因为它是由公认的认证机构独立评估的,如英国UKAS、日本JCSS、德国DKD、中国CNAS 和美国A2LA 等等。


您可以考察经认可的校准实验室的最佳测量不确定度数据,因为这些信息是公开的,通常可以通过认证机构的网站获得。通过这些信息,您可以了解实验室的技术水平,并比较各实验室执行某些测量的能力。这让您可以断定有的实验室可能并没有真正的资质来实施某些校准。


在认证方面,有的实验室可能只在某些特定测试上获得认证,但却接受了超出认证范围之外的设备校准工作,这种情况并不少见。他们可能仅获得一项测量认证,但他们会出示认证证书,宣称他们是一家认证实验室,而实际上他们并没有足够的能力校准大多数仪器。


举例说明

通过评估英国校准供应商在两项相当基础的测量上的认证安排或范围,可以看到非常有趣的结果。


我们选择的测量是10 MHz 频率和1 V DC。这些信息源自英国认证服务(UKAS) 网站。


在10 MHz 情况下,认证的不确定度范围非常大。最好的不确定度范围是10-12,最差的达到3 x 10-6。因此当测量10 MHz 时,最准确的结果其不确定度可能也有± 0.00001 Hz,最差的结果其不确定度甚至可能达到± 30 Hz。由于大多数晶体振荡器的技术指标比± 30 Hz 要窄,因此很明显,该公司对晶体振荡器或具有一定频率测量精度的仪器执行校准都是没有意义的。


在1 V DC 情况下,不确定度范围相对窄一些,但仍然非常明显,最好的是4 x 10-7,最差的是2 x 10-5。许多数字万用表的分辨率是6½ 位。也就是说,它应该能够把测得的1 V DC显示为1.000000 V(即精确到1 微伏)。4 x 10-7 不确定度将实现0.4 微伏的精度,这对于测量任务来说已经足够精确了。2 x 10-5 不确定度仅能实现20 微伏的测量精度。在这个情况下,万用表的最后一位是完全不值得相信的。


要注意的是,公布的“最佳测量资质”并不等同于为校准某个产品指定的实际不确定度。通过比较一些典型的证书/报告实例,可以让我们从另一个角度了解问题的实质。


轴心4. 校准周期

校准周期是指仪器每隔多长时间校准一次。通常制造商会建议每种仪器的校准周期,一般情况下是一年或两年。这是根据各种元器件的平均漂移率得出的。在开发过程中,设计人员最关注的是漂移最小的设计方案,但漂移是一个不能完全消除的因素,这也正是校准服务必不可少的原因所在。


为了分析能否不按照制造商建议的周期进行校准,需要知道两方面的信息:

1. 某台仪器的校准历史

2. 使用仪器的应用


第一点直接参考前面讨论的校准服务提供的信息(轴心2)。一个得到广泛接受的算法是,如果连续三次校准,仪器的技术指标都合格,那么可以适当地放宽校准周期。同理,如果连续两次校准,都需要对仪器进行调节,那么应缩短校准周期。以此类推。


第二点与风险有关。如果仪器执行的测量非常关键,那么必须缩短校准周期,以减少测量结果变差的风险。如果测量结果好坏关系不大,那么可以适当地延长校准周期。


在风险和校准历史都很重要时,可以采用高效的周期管理方案,从而最大限度地降低关键测量结果变差的风险,同时控制成本。


轴心5. 速度

在校准时,一般需要把仪器从用户的使用地点运走,送到别的地方进行校准这通常需要停止使用仪器一周甚至更长的时间。也就是说,用户要么停止仪器正在进行的工作,要么在关键事务型环境中,购买或租赁一台备用仪器。


知道仪器将搬走两周,意味着您可以事先做好计划,安排使用备用仪器或租赁仪器。但如果供应商承诺的两周变成三周或更长时间,成本将大幅度提升,您将失去控制。因此,用户非常希望校准供应商承诺很短的交付周转时间,同样也必须能够可靠地履行承诺。


公司如果能够提供现场校准服务,就可以把周转时间缩短到几个小时,事实上就只是校准所需的时间。这种服务可能费用较高,但与减少购买和租赁备用仪器所节省的费用相比,增加的费用并不多。


这里要提醒大家一句。现场校准看上去似乎是一个理想的解决方案,但仍需保证校准供应商的技术水平能够满足您的需求。提供现场校准服务的公司通常只能提供一部分测试,可能还带来很大的测量不确定度。只有当他们到达您的场所,您才会发现,他们携带的测试设备有限,测试能力更是不足。


不管是在服务中心还是在客户现场,是德科技都能提供同样标准的优质校准服务。


轴心6. 配套服务

谈到校准成本时,基本服务价格通常是主要考虑的因素。但如果选择配套服务,可以降低隐含成本,如与提交订单、支付发票等有关的成本,或是通过签订服务协议降低服务价格。


是德科技提供广泛的配套服务,希望帮助您降低购买校准服务的直接成本和间接成本。许多服务可以把服务费均摊到一年内,避免您的支出出现高峰和低谷。


在这方面还有其他因素需要考虑。应该考虑装运成本和日常修理服务。如果配套服务中包括这些项目,那么您将节省大笔费用。反之,额外的成本会让您大吃一惊。



实例

一家公司对校准AVO 仪表(通用模拟万用表)的报价是每次15 美元。在过了一段时间之后,客户才发现,他的AVO 仪表的校准费一直是40 美元。


客户经过询问才知道,在AVO 仪表校准过程中需要更换电池。按照这家供应商的规定,更换电池相当于一次维修服务,每次需要额外收费25 美元。


在这个例子中,虽然每次发生的费用金额很小,但12 个月累加起来,总额会非常可观。


结论

在六个轴心中,每个轴心都会影响校准服务的成本和质量。希望本文可以帮助您制订明智的决策,而不是完全根据第七个轴心――价格来决定。


与通常买东西一样,一分钱一分货。了解校准服务的内容及其对您公司的意义,可以使您的决策更加科学,少走弯路。



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