【導讀】一切都是從這句看來(lái)單純無(wú)害的話(huà)開(kāi)始：「你能幫我們把一顆螺絲拆下來(lái)嗎？」
一切都是從這句看來(lái)單純無(wú)害的話(huà)開(kāi)始：「你能幫我們把一顆螺絲拆下來(lái)嗎？」
我猜想是因為那位實(shí)驗室成員沒(méi)有正確的螺絲起子，這應該會(huì )是一件只要花五分鐘就能完成的簡(jiǎn)單任務(wù)；但我的運氣沒(méi)那么好，還動(dòng)用了碳化合金牙科鉆頭在已經(jīng)凹陷的螺絲頭上切出一個(gè)新的槽，好讓螺絲能順利拆卸。
而當我拆下螺絲釘，這才發(fā)現為何那個(gè)實(shí)驗想這么做──螺絲鎖住的那臺儀器的外殼下，全是干涸的鹽份以及腐蝕。
在這里我應該要告訴你更多關(guān)于這臺儀器的信息，它是用來(lái)量測液態(tài)樣本的四種物理特性；待測樣本透過(guò)獨立的幫浦，以高壓(700PSI)、恒定流速(每分鐘1.0 ml)供應。儀器內的一個(gè)烤箱配置了關(guān)鍵的傳感器、毛細管、過(guò)濾器以及相關(guān)的管路，由比例-積分-微分控制器(PID)將溫度控制在攝氏37度。
我清理了儀器并在一團糟中找到了兩個(gè)泄漏腐蝕的閥門(mén)，然后用一顆500美元的價(jià)格訂購了替換品；在此同時(shí)，我還打磨了銹蝕的鋼板表面并重新上漆，以避免進(jìn)一步被腐蝕。
把到貨的新閥門(mén)安裝好之后，我將系統中的空氣排出，確認沒(méi)有泄漏。一開(kāi)始的測試顯示其中三項量測功能運作良好，但第四項的黏性(viscosity)量測功能卻顯示不穩定的基線(xiàn)：出現了奇怪的正弦波干擾(sinusoidal disturbance)，且持續30分鐘。
那是什么導致了這種干擾？打電話(huà)給儀器制造商詢(xún)問(wèn)之后，得到的回答是：「如果有兩個(gè)閥門(mén)是壞的，那第三個(gè)可能也是；」我繞過(guò)所有三個(gè)閥門(mén)，但這個(gè)改變沒(méi)有什么不同，不是閥門(mén)的問(wèn)題。我又繞過(guò)了好幾個(gè)其他管路零件，一次一個(gè)，正弦波干擾仍頑固地存在。
仔細閱讀用戶(hù)手冊，里面指出系統內未排出的空氣可能導致基線(xiàn)不穩定；但拆卸與清理之后也沒(méi)有什么差別。這個(gè)測試似乎排除了系統內部空氣這個(gè)原因的可能性，而且氣泡怎么會(huì )導致正弦波干擾？
抽離這個(gè)難題一個(gè)星期時(shí)間，能讓我有一些時(shí)間可以思考；我再一次自己?jiǎn)?wèn)自己：「什么原因會(huì )導致長(cháng)時(shí)間的正弦波？」會(huì )是混迭(aliasing)嗎？不太像，或許根本不是這臺儀器本身的問(wèn)題；又或許是向儀器供應流體的幫浦，在低流速時(shí)有30分鐘的振蕩？一樣不太可能。
我認為唯一可能導致這種低速干擾的原因與溫度有關(guān)，這種想法在稍早之前也曾出現過(guò)幾次，但溫度控制器顯示的溫度一直是37°C；或許我不應該信任該讀數。用獨立的溫度計測出那個(gè)烤箱的溫度在30分鐘的時(shí)間內，呈現42°C至44°C之間的正弦變化；我終于可能找對了方向！
顯然我是遇到了一個(gè)欠阻尼(underdamped)、「臨界穩定」(marginally stable)控制回路－－臨界穩控制回路振蕩，振幅不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間放大或減小(如下圖)。
看來(lái)是溫度控制器出了問(wèn)題；在拆解硬件之前，我決定先嘗試軟件解決方案－－自動(dòng)調節控制回路，強迫控制器計算該過(guò)程的最佳PID參數；這種重新調整有效，溫度振蕩消失了，黏度量測基線(xiàn)回歸穩定，最后讓使用者十分滿(mǎn)意。
但是記得在很久以前我上過(guò)的第一堂電路設計課程，被教導的是「別自滿(mǎn)于你的電路設計成果，找出它順利運作的原理?！刮疫€是很疑惑為何PID參數必須被改變，我覺(jué)得我只是把一個(gè)硬件問(wèn)題掩蓋住了；除此之外，我擔心的問(wèn)題是烤箱溫度還是比設定點(diǎn)高了6度。
接著(zhù)我恍然大悟：似乎是溫度傳感器并沒(méi)有在溫度上與烤箱正確耦合，現在看來(lái)是拆解硬件的時(shí)候了。就是這樣！拆解與檢測顯示，傳感器的固定螺絲不見(jiàn)了，因此溫度傳感器維持在穩定的37°C，不過(guò)烤箱溫度卻比較高而且一直振蕩。
我大概永遠不會(huì )知道那顆固定溫度傳感器的螺絲跑去哪了，甚至它何時(shí)不見(jiàn)的也不會(huì )知道；但正確地將傳感器固定之后，所有的問(wèn)題都解決了?？鞠涞臏囟确€定維持在37°C，更重要的是，儀器的黏度量測功能基線(xiàn)也完全穩定了。
在這個(gè)案子學(xué)到的教訓是：別相信所有你讀到的，甚至是儀表讀數；還有，如果有一個(gè)「錯誤」是長(cháng)時(shí)間常數，在本質(zhì)上大概就是溫度。
（來(lái)源：EDN專(zhuān)欄，作者：Gerald Gusdorf）
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