一切都是從這句看來單純無害的話開始：「你能幫我們把一顆螺絲拆下來嗎？」

 

我猜想是因為那位實驗室成員沒有正確的螺絲起子
，這應該會是一件隻要花五分鍾就能完成的簡單任務；但我的運氣沒那麼好
，還動用了碳化合金牙科鑽頭在已經凹陷的螺絲頭上切出一個新的槽，好讓螺絲能順利拆卸。

 

而當我拆下螺絲釘，這才發現為何那個實驗想這麼做──螺絲鎖住的那台儀器的外殼下，全是幹涸的鹽份以及腐蝕。

 

在這裏我應該要告訴你更多關於這台儀器的信息，它是用來量測液態樣本的四種物理特性；待測樣本透過獨立的幫浦，以高壓(700PSI)
、恒定流速(每分鍾1.0 ml)供應。儀器內的一個烤箱配置了關鍵的傳感器、毛細管、過濾器以及相關的管路，由比例-積分-微分控製器(PID)將溫度控製在攝氏37度。

 

我清理了儀器並在一團糟中找到了兩個泄漏腐蝕的閥門，然後用一顆500美元的價格訂購了替換品

；在此同時，我還打磨了鏽蝕的鋼板表麵並重新上漆
，以避免進一步被腐蝕。

 

把到貨的新閥門安裝好之後
，我將係統中的空氣排出，確認沒有泄漏。一開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：出現了奇怪的正弦波幹擾(sinusoidal disturbance)，且持續30分鍾。

 

那是什麼導致了這種幹擾？打電話給儀器製造商詢問之後，得到的回答是：「如果有兩個閥門是壞的，那第三個可能也是；」我(wo)繞(rao)過(guo)所(suo)有(you)三(san)個(ge)閥(fa)門(men)，但(dan)這(zhe)個(ge)改(gai)變(bian)沒(mei)有(you)什(shen)麼(me)不(bu)同(tong)
，不(bu)是(shi)閥(fa)門(men)的(de)問(wen)題(ti)。我(wo)又(you)繞(rao)過(guo)了(le)好(hao)幾(ji)個(ge)其(qi)他(ta)管(guan)路(lu)零(ling)件(jian)，一(yi)次(ci)一(yi)個(ge)，正(zheng)弦(xian)波(bo)幹(gan)擾(rao)仍(reng)頑(wan)固(gu)地(di)存(cun)在(zai)。

 

仔細閱讀用戶手冊，裏麵指出係統內未排出的空氣可能導致基線不穩定
；但拆卸與清理之後也沒有什麼差別。這個測試似乎排除了係統內部空氣這個原因的可能性，而且氣泡怎麼會導致正弦波幹擾？

 

抽離這個難題一個星期時間，能讓我有一些時間可以思考；我再一次自己問自己：「什麼原因會導致長時間的正弦波？」會是混迭(aliasing)嗎？不太像，或許根本不是這台儀器本身的問題；又或許是向儀器供應流體的幫浦，在低流速時有30分鍾的振蕩？一樣不太可能。

 

我認為唯一可能導致這種低速幹擾的原因與溫度有關

，這種想法在稍早之前也曾出現過幾次，但溫度控製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烤箱的溫度在30分鍾的時間內，呈現42°C至44°C之間的正弦變化


；我終於可能找對了方向！

 

顯然我是遇到了一個欠阻尼(underdamped)、「臨界穩定」(marginally stable)控製回路－－臨界穩控製回路振蕩，振幅不會隨著時間放大或減小(如下圖)。

看來是溫度控製器出了問題；在拆解硬件之前

，我決定先嚐試軟件解決方案－－自動調節控製回路，強迫控製器計算該過程的最佳PID參數
；這種重新調整有效

，溫度振蕩消失了，黏度量測基線回歸穩定，最後讓使用者十分滿意。

 

但是記得在很久以前我上過的第一堂電路設計課程，被教導的是「別自滿於你的電路設計成果，找出它順利運作的原理。」我還是很疑惑為何PID參數必須被改變
，我覺得我隻是把一個硬件問題掩蓋住了；除此之外

，我擔心的問題是烤箱溫度還是比設定點高了6度。

 

接著我恍然大悟：似乎是溫度傳感器並沒有在溫度上與烤箱正確耦合，現在看來是拆解硬件的時候了。就是這樣！拆解與檢測顯示，傳感器的固定螺絲不見了，因此溫度傳感器維持在穩定的37°C
，不過烤箱溫度卻比較高而且一直振蕩。

 

我大概永遠不會知道那顆固定溫度傳感器的螺絲跑去哪了，甚至它何時不見的也不會知道；但正確地將傳感器固定之後
，所有的問題都解決了。烤箱的溫度穩定維持在37°C，更重要的是，儀器的黏度量測功能基線也完全穩定了。

 

在這個案子學到的教訓是：別相信所有你讀到的
，甚至是儀表讀數
；還有，如果有一個「錯誤」是長時間常數
，在本質上大概就是溫度。

 

（來源：EDN專欄
，作者：Gerald Gusdorf）