Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Выбор измерительной установки

Термоизмеритель ТМ-12 Недалеко то время, когда самыми точными и почти единственными приемлемыми для поверочных лабораторий приборами для измерения ТЭДС и сопротивления термометров являлись потенциометры типа Р 348, Р 3017 производства Краснодарского завода «ЗИП». До сих пор многие на них работают. И надо сказать успешно. Основным недостатком является ручная и трудоемкая процедура измерения, отсутствие возможности автоматической записи показаний. В последнее время и у нас в стране и за рубежом стали выпускаться более современные измерительные установки, с помощью которых можно автоматизировать процесс измерения, записывать данные в память компьютера, отслеживать кривые изменения ЭДС и сопротивления, проводить автоматический перевод показаний в единицы температуры и т.д. При наличии на рынке большого разнообразия отечественных и зарубежных измерительных приборов, потребителю довольно трудно сделать правильный выбор установки. В рекламных проспектах и даже в описании типа не всегда приводится полный набор характеристик точности. Зачастую основным критерием для потребителя является стоимость прибора и функциональные возможности, такие как соединение с компьютером, количество каналов измерения.

Как и в случаях с выбором термостатов, хотелось бы обратить внимание на необходимый набор метрологических характеристик, которые должны быть приведены в документации на измерительную установку. Основных характеристик четыре:
- точность,
- диапазоны измерений,
- влияние условий работы,
- дрейф характеристик за межповерочный интервал.
Однако нормируются они по-разному и зачастую неполно.

Согласно «Руководству по выражению неопределенности в измерениях» точность – понятие качественное. Для ее количественной характеристики должен применяться термин «неопределенность измерения», или в переходный период «погрешность измерения». Обратим внимание, что в документации иностранных фирм иногда применяется термин “accuracy”, что как раз означает «точность», т.е. не совсем понятно что имеется ввиду. На самом деле здесь терминология очень важна, т.к. в бюджет неопределенности измерения необходимо включить такой компонент как «стандартная неопределенность» измерительной установки. И эта «стандартная неопределенность» рассчитывается исходя из данных паспорта. Так, если в паспорте дана «неопределенность» установки “uncertainty”, то она интерпретируется как расширенная неопределенность и при вычислении «стандартной неопределенности» делится на два. Если дан «предел погрешности», то он может рассматриваться как 3 СКО в предположении нормального распределения и при вычислении «стандартной неопределенности» делится на три. Если указано, что приведены границы изменения показаний в предположении равной вероятности показаний внутри границ, то значение пределов делится на корень из трех. Чаше всего в отечественных установках задан именно предел основной погрешности.
Подробнее о проблемах нормирования точности измерительных установок читайте в статье редактора "Неопределенность точности".

Как задается предел погрешности? Во-первых, чем точнее установка, тем от большего количества факторов должна зависеть погрешность. Прежде всего, от диапазона измеряемых величин. Для измерительных мостов обычно задается несколько интервалов измеряемых сопротивлений и для каждого интервала – своя погрешность. Погрешность может задаваться для измеряемых отношений сопротивлений. Причем в этом случае погрешность может быть улучшена с помощью использования точных образцовых сопротивлений, вместо внутренних сопротивлений моста. Погрешность прецизионных мостов зависит также от измерительного тока. Необходимо проследить по паспорту, при каких токах работает установка и как это влияет на погрешность. Бывают случаи, когда ток не указан или задан лишь приблизительно (например,..не более 0,5 мА). Если задана относительная погрешность, то необходимо уточнить относительно чего она задана, относительно диапазона измерений или относительно текущих показаний. Как правило, чем подробнее описано изменение погрешности от диапазонов величин, измерительного тока и других факторов, тем точнее и надежней установка.

Межповерочный интервал установки задан производителем, он зависит от точностных характеристик и от измеряемых величин. Для прецизионных вольтметров дрейф даже за небольшой промежуток времени существенен и иногда превышает предел погрешности. В описании на вольтметр должно быть указано, какой дрейф может наблюдаться за 24 ч, 1 мес., 1 год и т.д. Как правило, предусмотрена возможность поверки и самокалибровки установки непосредственно перед измерениями по образцовой мере, нормальному элементу, калибратору напряжений. Межповерочный интервал для мостов сопротивления может колебаться от 0,5 до 2 лет. Как правило, предусмотрена возможность калибровки внутренних образцовых мер сопротивления по внешней мере.

Мосты переменного и постоянного тока.

Среди разработчиков мостов сопротивления часто ведется дискуссия о преимуществах и недостатках мостов переменного и постоянного тока. Например, такая фирма как ASL всегда пропагандирует применение именно переменного тока, аргументируя выбор точностью, быстродействием мостов и независимостью показаний от внутренних ТЭДС цепи. Однако существует множество прецизионных мостов постоянного тока, которые при значительно меньшей стоимости могут обеспечить высокую точность. Кроме того, применение мостов постоянного тока иногда даже предпочтительнее. Остановимся подробнее на свойствах мостов сопротивления.

Необходимо отметить, что в мостах как переменного, так и постоянного тока измеряемое отношение сопротивлений зависит только от соотношения витков обмоток внутреннего трансформатора. Точность и стабильность обеспечивается неизменностью характеристики трансформатора. Поэтому в мостах обоих типов такие факторы, как старение компонентов или изменение условий обычно не приводят к потере стабильности.

Внутренние ТЭДС измерительной цепи при переменном токе автоматически исключаются из результата измерения. В то же время, если автоматический мост постоянного тока настроен так, что измерения осуществляются при двух направлениях тока и показания усредняются, то влияние постоянной внутренней ТЭДС также компенсируется. Некоторую проблему представляют переменные ТЭДС, которые могут влиять на общий уровень измерительного «шума». Однако даже в мостах переменного тока, шум от ТЭДС может быть заметен, т.к. покрывает широкий диапазон частот, включая частоты моста. В современных конструкциях для уменьшения шума от ТЭДС применяют высококачественные медные контакты, специальные экраны и т.д. Важно также применять термометры, в конструкции которых минимизирована внутренняя ТЭДС. Что касается эффекта Пельтье, вызванного ТЭДС, то он на несколько порядков меньше нагрева измерительным током и не влияет на точность.

При использовании мостов переменного тока с печами, которые запитываются переменным током, при очень точных измерениях может возникнуть проблема наведенных помех от печи, особенно если в источниках напряжения имеются субгармоники и асинхронные шумы. Поэтому лаборатории, использующие в эталонах мосты переменного тока, часто переходят на питание печей от источников постоянного тока. Для мостов постоянного тока этой проблемы нет.

Преимуществом мостов переменного тока считается их быстродействие и возможность измерения быстроменяющихся процессов. Однако современные мосты постоянного тока также способны обеспечить быстрое переключение направления тока и отсчет показаний.

Важным фактором, влияющим на точность моста переменного тока, является частота тока. От частоты зависит влияние реактивных составляющих сопротивления термометра, подводящих проводов, образцовых сопротивлений. В прецизионных мостах, таких как ASL F18, ASL F900 используется минимальная частота 25 Гц. Кроме того применяются специальные образцовые сопротивления с минимальной индуктивностью, специальные низко-реактивные коаксиальные кабели. В последних разработках имеется специальная функция «баланс квадратуры» для устранения реактивных эффектов. Эти эффекты оказывают очень серьезное влияние на точность при высокой частоте тока, низком качестве проводов и большой их длине. Например, наш опыт показал, при применении 5 метрового кабеля для соединения моста СА300, работающего на частоте 300 Гц, с термометром, ошибка в измерениях может достигать нескольких десятых градуса в температурном эквиваленте.

С особой осторожностью необходимо использовать мосты переменного тока для измерения сопротивления промышленных термометров. В некоторых публикациях указывается, что в случае термометров и подводящих проводов низкого качества могут наблюдаться значительные диэлектрические потери в изоляционных материалах, приводящие при высокой частоте тока к погрешностям, достигающим десятых градуса.

Немаловажным фактором в пользу использования мостов постоянного тока в промышленной поверочной лаборатории также является значительно более широкий диапазон измеряемых сопротивлений.

В заключении отметим, что мосты и вольтметры постоянно совершенствуются. Необходимо при их выборе учитывать не только удобство считывания и обработки показаний, цену, но и номенклатуру показаний точности и влияющих факторов. В случае необходимости следует запросить результаты исследования установки при различных номиналах сопротивлений, длинах измерительных проводов у производителя.

Ознакомьтесь с измерительными приборами из нашего каталога>>>