许多校准技术人员遵循他们的设施的长期既未用仪器技术演变的程序。多年前，难以维持±1％的截至±1％的性能规格，但今天的仪器可以在每年内容易地超过该水平。在某些情况下，技术人员正在使用不符合新技术规格的旧测试设备。本文侧重于建立基线性能测试，其中可以分析和调整校准参数（主要是公差，间隔和测试点方案）以满足最佳性能。还将讨论风险考虑 - 监管，安全，质量，效率，停机时间和其他关键参数。对这些变量的良好理解将有助于为如何校准工厂过程仪器以及如何改善过时的实践来帮助做出最佳决策。

介绍

简要介绍一下本文讨论的主题:

多久校准一次?

工厂校准专业人员面临的最基本的问题是过程仪器应该多久校准一次?没有一个简单的答案，因为有许多变量会影响仪器的性能，从而影响适当的校准间隔，其中包括:

制造商的指导方针（一个很好的开始）
制造商的精度规格
稳定性规范(短期与长期)
过程精度需求
典型的环境条件（苛刻与气候控制）
法规或质量标准要求
与失败条件相关的成本

通过/失败宽容

一个好的校准程序的下一个问题是“通过/不通过”公差是多少?同样，这个问题也没有简单的答案，人们的意见也大相径庭，很少考虑在以最佳效率生产高质量产品的同时，真正需要什么来安全操作设施。对仪器的临界分析将是一个很好的开始。然而，公差与校准频率的第一个问题密切相关。“紧”公差可能需要使用非常精确的测试标准进行更频繁的测试，而使用非常精确的仪器进行不太关键的测量可能需要数年的校准。

校准程序

确定和实施正确的校准程序和做法的最佳方法是什么是另一个需要回答的问题。在大多数情况下，特定地点的方法并没有随着时间的推移而发展。很多时候，校准技术人员遵循多年前建立的惯例，经常听到“这是我们一直以来的做法”。与此同时，测量技术不断改进，变得越来越精确。这也变得越来越复杂-为什么用与气动变送器相同的方法测试现场总线变送器?执行标准的5点上下测试，误差小于跨度的1%或2%，并不总是适用于今天更复杂的应用程序。随着测量技术的改进，校准技术人员的操作和程序也应随之改进。

找到最佳......

最后，植物管理需要了解更严格的容忍度，进行准确测量的成本就越大。这是所有乐器都漂移到某种程度上。还应注意，每个制作/模型仪器都有一个独特的“个性”，用于在特定过程应用中的性能。确定最佳校准参数的唯一真正方法是以某种方式在允许分析性能和漂移的方法中进行记录校准。通过良好的数据和测试设备，可以在平衡时保持最低，实际的公差，以最佳的时间表。一旦建立了这些参数，可以估计有关校准的相关成本，以了解购买更复杂的仪器是否有更好的性能规格或购买更准确的测试设备，以实现更好的过程性能。

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校准基础知识

最佳校准时间间隔

确定适当的校准间隔是基于几个因素的有根据的猜测。最佳实践是，在以最高效率和质量生产产品的同时，根据故障对安全操作的影响设定一个保守的间隔。审查校准方法并确定对工厂运行影响最小的最佳做法也很重要。通过首先关注最关键的仪器，可以确定一个最佳的时间表，并允许在人员可用的情况下进行不太关键的测试。

由于所有仪器无论制作/型号/技术都漂移，供应商最终创建了大量不同的规格，使得难以比较性能。很多时候有几个复杂的脚注写入少于相干术语。仪器性能并不总是由价格驱动。确定最佳间隔的唯一真实方法是收集数据并随时间评估特定制作/模型仪器的漂移。

从一个保守的间隔开始，经过3次测试后，可能出现明显的漂移模式。例如，一个特定的RTD发射机每三个月测试一次。第二次测试表明最大误差漂移为跨度的+ 0.065%。第三个测试表明另一个+ 0.060%的跨度(+0.125%的跨度超过6个月)。虽然应该使用更多的数据进行分析，但一个很好的猜测是，该仪器每年漂移+0.25%。从统计学上讲，更多的数据意味着更高的置信水平。如果这种模式在整个工厂使用的许多相同的make/model RTD变送器中很常见，则可在18至24个月之间设置跨差±0.50%的最佳校准间隔，其置信度非常高。

在收集校准数据时，最好不要做不必要的调整。例如，如果公差是量程的±1%，仪器只差量程的-0.25%，则不应进行调整。如何分析漂移(最小3点)与不断调整?对于某些“个性”来说，不调整可能是一种挑战(人们追求完美)，但请注意，每次做出调整，漂移分析就会变得更加困难。通常，最佳实践是避免调整，直到错误非常严重。有了一致的时间表，很有可能在下一个校准周期中需要修剪，而不会导致As Found“Fail”条件。当然，由于临界、漂移历史、不稳定的调度或其他因素，这可能是不可能的，但如果可能，不要自动进行校准调整。

如果漂移不一致，既不断增长，那么随着时间的推移会减少？需要更多分析;例如，环境条件极端或不断变化吗？根据过程应用程序，仪器性能可能受媒体，安装，吞吐量，湍流或其他变量的影响。这种情况表明，与漂移相关的“噪声”水平。当情况是这种情况时，分析应该显示有一个组合随机误差和系统错误。随机错误包括无法控制的问题（环境条件和进程应用程序）与系统错误，由可识别问题（仪器漂移）组成。通过专注于系统误差和/或清晰的漂移模式，可以设置适当的校准间隔以最快的方式最大化操作效率。

更多细节，这里有一个专门的博客文章:仪器应该多久校准一次?

设置适当的工艺公差限制

精度，加工公差，拒绝误差，误差限制，最大允许误差，允许误差，偏差，等等-这些是在给定过程中用于指定仪器性能的许多术语中的几个。变送器制造商总是指定精度连同几个与误差相关的更多参数(长期稳定性，重复性，迟滞，参考标准和更多)。当考虑设置工艺公差时，制造商精度提供了一个起点，但它并不总是一个可靠的数字。此外，没有任何测量比用于检查仪器的校准标准更好。在制造精密仪器时，制造商的准确性声明背后是什么?对于压力，一个好的实验室自重测试仪应该是公式的一部分。

在工厂级，一个众所周知的简化传统经验法则是校准器的不确定度(总误差)与工艺仪器公差(柏油/病重率)。

而不是使用简化的TAR/TUR比率，更现代的方法总是计算校准过程的总不确定度。这包括所有增加校准不确定度的组件，而不仅仅是参考标准。

要了解更多关于校准不确定度的知识，请阅读这篇博文假人校准不确定度。

在设定过程公差时，最好的做法是询问控制工程师，为了以最安全的方式制造出最好的产品，需要什么样的过程性能公差?记住，数字越低，校准成本可能越高。为了满足严格的公差，需要良好的(更昂贵的)校准标准。另外，另一个问题是确定校准应该在现场还是在车间进行。如果仪器正在漂移，则需要设置一个更频繁的间隔来捕捉测量误差。这可能意味着更多的停机时间以及与进行实际校准测试相关的成本。以三张乐器表现曲线图为例:

例1 -公差0.1%的跨度:

例2 -公差0.25%的跨度:

例3 -公差为跨度的1%:

注意，上面的第一幅图显示了一个故障(几乎是允许值的两倍)，第二幅图显示了需要调整(勉强通过)，第三幅图显示了发射机在相对良好的控制中。3张图的测试数据都是相同的，唯一的区别是公差。设置一个非常紧的公差±0.1%的跨度可能会导致几个问题:处理故障报告，不断的调整增加了校准技术人员的压力，操作不相信测量，等等。图#2也没好多少，没有失败，但0.25%的跨度仍然是一个紧公差，不断调整将不允许漂移分析，也不允许评估随机误差或系统误差。在#3中有许多好处(注意±1%的跨度仍然是一个紧公差)。如果出现故障，那将是一个不寻常的(而且可能是严重的)问题。校准技术员将花费更少的时间干扰过程和整体校准时间更快，因为有更少的调整。良好的测试设备可以以合理的成本提供，可以满足±1%的跨度性能规范。

可能有一些关键的度量需要一个苛刻的容忍度，因此需要增加更高的支持成本，但是通过考虑真实的性能需求和相关成本，可以做出良好的判断。简单地选择一个不合理的紧的数字可能会导致更多不必要的问题，并增加压力水平超出控制。最好的方法是设置尽可能高的容忍度，收集一些性能数据，然后基于适当的间隔降低容忍度，以获得最优结果。

校准参数

一个微妙但重要的细节是审查校准程序，看看是否可以在不影响数据质量的情况下获得进一步的效率。多年前，技术在自然界中更为机械，电路板组件更加多种/复杂，仪器对环境条件更敏感。今天的智能技术提供更好的准确性和“脑力”，具有更少，简化的组件，以及改进的补偿能力。在许多情况下，旧的测试习惯没有随技术演变。一个很好的例子是较旧的应变计压力传感器，当从零“歪斜”从零“歪斜”开始，由于压力因来自宽松状态的变化而导致的压力升高。同样，当传感元件被偏转到其最大压力并且随着压力而减小时，存在机械存储器，即“歪斜”朝向高端的压力。这种现象称为滞后，在执行校准时，图形方式将类似于下面的图形：

带滞后的5点向上/向下校准:

如今的智能压力传感器已经有了很大的改进，只有传感器出了问题或者脏了或者损坏了，才会出现滞后现象。如果在现代传感器上进行相同的校准，典型的图形表示如下:

5点上/下校准没有滞后：

这可能看起来很简单，但它对校准技术人员进行了重大努力，用手动泵执行手动压力校准。零测试很容易，但典型的做法是花费努力击中精确的压力测试点，以便基于“奇数”MA信号进行误差估计。例如，如果25 inh₂O应该正好是8毫安，但当压力被精确设置为25英寸h时，观察到8.1623毫安₂O，一个有经验的技术人员知道他处理的是1%的跨度误差(0.1623 ÷ 16 x 100 = 1%)。为了达到“基本”测试点，这种额外的努力可能会很耗时，特别是在25 / H的非常低的压力下₂O.要执行9点校准，可能需要5分钟或更长时间，并使这个示例校准不必要地更长。可以进行5点校准，并将时间缩短一半——由于向下的测试点没有添加任何新信息，图表看起来是相同的。然而，压力传感器在本质上仍然是机械的，如前所述，可能存在滞后。在压力变送器上。测试点数据的质量相当于9点校准，如果有滞后，就会被检测到。这也对技术人员施加了最小的压力，因为只有3个“困难”测试点(零是容易的)，相比之下，5点校准有4个点，9点上下校准有7个点。随着时间的推移，可以节省大量的费用，使技术人员的日常工作更加轻松。

同样的方法也适用于温度仪表。温度传感器(RTD或热电偶)在本质上是机电的，通常不会表现出迟滞-无论温度上升发生什么，当温度下降时都是可重复的。最常见的现象是“零位移”，表明热冲击或物理损伤(在过程中粗糙接触或掉落)。温度变送器是一种采用现代智能技术的电子设备，具有优良的测量性能。因此，最好的做法是对温度仪表进行简单的三点校准。如果在干燥的块或槽中校准传感器，测试3点以上就是浪费时间，除非有较高的精度要求或其他一些实际原因需要校准更多的点。

还有其他优化参数的例子。校准应与工艺有关;如果过程从未低于100°C，为什么要在0°C下测试?使用一块干燥时,它可以需要很长时间到达0°C以下的测试点,为什么不设置一个初始测试点5°C的预期输出4.8 mA,例如,如果它是可行的,并将节省时间和简化校准。另一个很好的例子是用平方根提取校准差压流量计。由于正在测量流量，输出测试点应该是8 mA, 12 mA, 16 mA和20 mA，而不是基于均匀的压力输入步骤。此外，该技术还采用了“低流量截止”，在非常低的流量无法测量的情况下。最佳实践是在5.6 mA输出的初始测试点进行校准(在输入跨度的1%处非常接近于零)。

不要忽视具体的校准是如何执行的。为什么要收集不必要的数据?这只是需要处理更多的信息，而且成本非常高。为什么要加大校准工作的难度呢?查看历史数据，做出能在不牺牲质量的情况下简化工作的决定。

校准趋势分析和成本

温度传感器的例子

如前所述，优化校准调度的最佳方法是分析历史数据。过程性能、仪器漂移、公差、最优间隔和校准成本之间存在平衡，唯一确定这一点的方法是通过回顾历史数据。在温度变送器的例子中使用类似的数据容忍误差限制节中，应用以下概念来优化此场景下的校准时间表:

校准历史趋势示例:

在控制工程师和I＆C维护组之间进行讨论后，案例是为跨度的±0.5％的容差而制作的案例，但它同意±1％的跨度在更多信息可用之前是可接受的。这种特殊的测量至关重要，因此还同意每3个月校准一次，直到更多信息可用。在第一年结束时，观察到每年大约+ 0.25％的漂移，并且没有进行调整。在进一步讨论之后，它同意将跨度的±0.5％的宽度降低（控制工程师是快乐的），并将间隔增加到6个月。最终在初始校准后1-1 / 2年进行调整。在第2年底，不需要调整，间隔增加至1年。在第三次结束时，进行了调整，间隔增加到18个月（现在植物经理，I＆C监督员和I＆C技术人员都很开心）。所有这些都发生了没有单一的故障，可能需要特别报告或其他头痛。

显然，这种情况是完美的，但如果有多个相同的产品/模型，强劲的趋势将出现与良好的历史数据;确认最佳实践并允许做出最佳决策。对于关键的仪器测量，大多数工程师都是保守的和“过度校准”。这个例子应该开启关于如何更聪明地工作，节省时间/精力和保持一个安全的环境而不影响质量的讨论。

校准成本

其他最佳实践是尽可能建立执行给定校准的成本并在决策过程中包括这一点。不仅考虑人的时间，而是校准设备的成本，包括年度重新认证成本。在讨论间隔和公差时，这可能是制定智能决定的非常重要的信息。利用边缘校准设备无法进行良好的测量。作为示例，为了满足特别紧的压力测量公差，应使用一种可防性测试仪代替标准压力校准器 - 这是设备成本和技术人员体验/培训的巨大步骤。通过概述与这种测量相关的所有额外成本，可以通过确定奖励与稍微较少的设备的更频繁校准的风险或利用替代校准设备来达到良好的妥协。

另一个被忽视的运营成本是对人员和设备的投资。对于新技术或新校准设备，应通过良好的培训加强维护和/或校准程序。ISA提供一些优秀的培训选择，并考虑通过贸易学校或行业研讨会为校准技术人员提供的当地项目。最后，应每年对校准资产进行一次审查，以证明通过更换旧设备进行再投资是合理的。每年的重新认证可能是昂贵的，所以当选择新的校准设备时，寻找一个可以替代多个项目的设备。

另一个需要考虑的重要成本是失败的成本。当一个关键的仪器失效时会发生什么?如果有审计或潜在的关闭问题，必须有一个良好的校准程序，并在问题开始之前捕获，以避免冗长的恢复过程。如果校准设备返回一个失效的模块，该模块在过去一年中执行的所有校准的潜在影响是什么?通过了解这些风险和相关成本，就可以做出正确的决策和投资。

结论

显然，并不是所有的仪器都能提供简单的分析来预测漂移。此外，校准计划会被中断，很多时候，不管仔细的计划如何，都必须在停机期间完成工作。在某些领域，法规要求、标准或质量体系规定了仪器的校准频率——很难与审计师争论。最好的做法是建立一个好的程序，关注最关键的工具。随着关键工具得到控制，时间将变得可用，以扩展到下一个临界级别，并继续下去。

替代或“混合”策略应在良好的校准管理计划中使用。例如，环路校准可以降低校准成本，这是执行端到端校准，并且仅在循环出来时检查个体仪器。良好的“混合”策略是执行“光”校准时间表，与较少频繁的“深入”校准相结合。作为示例，制造具有比正常容差较低的较低容差（使用正常公差值的2/3）的微创的“点检查”（通常是一个点）。如果“点检查”失败，标准程序将是执行标准的深入校准，以进行必要的调整。技术人员可以具有10个“点检查”的路线，并仅在整个路径上执行1或2深度校准。仍应记录和跟踪执行“点检查”，因为有关漂移的良好信息可以来自这种类型的数据。

总结一下，这里列举了几个最佳实践:

根据故障的影响，在安全操作的同时，以最高的效率和质量生产产品，设置一个保守的校准间隔。
在误差显著性超过50%(或公差为±1%的跨度大于±0.5%)时，尽量不要进行调整;这对于一个力求完美的技术人员来说可能是困难的，然而，当做出不必要的调整时，漂移分析就会打折扣。
询问控制工程师，为了以最安全的方式生产最好的产品，需要什么样的过程性能公差?
设置为尽可能高的公差，收集一些性能数据，然后根据适当的间隔降低公差以实现最佳结果。
对压力变送器进行三点向上/向下校准;测试点数据的质量相当于9点校准，如果有滞后，就会被检测到。
对温度仪表进行简单的三点校准。如果在干燥的块或槽中校准传感器，校准3点以上就是浪费时间，除非有较高的精度要求或其他一些实际原因需要校准更多的点。
在5.6 mA输出的初始测试点校准压差流量变送器(在输入量程的1%处非常接近于零)的平方根提取。此外，由于正在测量流量，顺序输出测试点应该是8 mA, 12 mA, 16 mA和20 mA，而不是基于均匀的压力输入步骤。
只要有可能，尝试建立执行给定校准的成本并在决策过程中包含此功能。
专注于最关键的仪器，建立一个良好的程序，当关键仪器得到控制，时间将变得可用来扩展到下一个临界水平，等等。

永远记住，乐器会漂移，有些乐器的表现比其他的要好。性能公差集将最终决定校准计划。通过文档，如果有能力区分系统误差(漂移)和随机误差(噪声)，系统模式出现，可以确定最佳校准间隔。最佳公差/间隔组合将以最低的校准成本提供最佳效率、质量和安全的良好控制数据，并使审计失败和/或头痛最小化。建立校准的最佳实践应该是一个不断发展的过程。技术在不断变化，校准也应随之发展。如前所述，有许多变量需要进行适当的校准——通过建立基线性能，在操作环境中观察，当涉及校准时，可以做出(和修改)明智的决定，以在最佳水平运行。