Nuevo sistema de alta exactitud para la medición de muy bajas tensiones alternas
Di Lillo, L.; Laiz, H.
Centro de Investigación y Desarrollo en Física (CEFIS)
RESUMEN
Se desarrolló un sistema de patrones con la incertidumbre necesaria para calibrar los nuevos equipos comerciales de alta exactitud para la transferencia AC-DC y medición de bajas tensiones alternas.
INTRODUCCIÓN
El sistema desarrollado esta basado en tres micropotenciometros (µpot), uno de ellos de corriente nominal de 15 mA y los otros dos de 10 mA, con resistores radiales, diseñados para una mejor respuesta en frecuencia, de 6,84 Ω, 4.71 Ω, y 2,22 Ω respectivamente. Los µpot fueron calibrados mediante un procedimiento de step-down que se describe en el presente trabajo. Asimismo se determinaron las impedancias de entrada de los instrumentos HP3458 y Fluke 792A mediante el
método descripto en [1,2], donde se modela a la impedancia de entrada como un capacitor Cimp en paralelo con una resistencia Rimp Dicho método consiste en realizar tres medicio-
nes de las diferencias AC-DC del µpot, una de
ellas con el resistor radial Rm del µpot y dos con resistores R1 y R2 conectados en serie con el instrumento al cual se le quiere determinar la impedancia de entrada. La misma se calcula como,
C2 imp
=
(δ
2
−
δ
RM
)
−
(δ1
−
δ
RM
)
R2 R1
0.5(2π f )2 R2 (R2 − R1 )
(1)
( ) 1
Rimp
=
(δ1 − δ RM
R1
) − 0.5
2π fCimp
2
(2RRM
+
R1 ) +
1 R0
(2)
El esquema utilizado para la calibración de un transfer de baja tensión (p. ej. FLUKE 792A) se muestra en la Fig. (1).
PC OptoC
RM-1
H
H
R
= Fluke
5440
Fluke 5200
~
A
L
L
µpot TC
(+)
K182
(-)
Rm
FLUKE 792
HP3458
Fig. 1:Esquema de medición utilizado para la calibración del Fluke 792A, donde Fluke 5440 es un calibrador de CC, Fluke 5200 es un calibrador de CA, RM-1 son relés de mercurio controlados por computadora, R es una resistencia li-
mitadora de 150Ω. Εl conjunto ΤC(conversor térmico) y Rm(resistor radial) forman el micropotenciometro, K182 es un nanovoltímetro Keithley 182, OptoC es un opto acoplador IOTECH, HP3458 es un multimetro Hewlett Packard 3458, Fluke 792 es un AC-DC Transfer Standard.
4º Jornadas de Desarrollo e Innovación, Noviembre 2002
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El proceso de step-down utilizado para la calibración del Fluke 792A es el que se muestra en la Fig.2. Como control se también se realizan mediciones utilizando un divisor resistivo 10:1 diseñado para esta aplicación.
100mV
µpot de 100mV en 100mV
792 Rango=220mV en 100mV
NF230-90
50mV
µpot de 100mV en 50mV
µpot de 50mV en 50mV
792 Rango=220mV en 50mV
20mV 10mV
µpot de 50mV en 20mV
µpot de 20mV en 20mV
792 Rango=220mV en 20mV
792 Rango=22mV en 20mV
792 Rango=22mV en 10mV
Fig. 2: Diagrama del proceso de step-down utilizado para la calibración del Fluke 792A.
RESULTADOS
Se muestran los resultados obtenidos para la calibración del Fluke792A con las correspondientes incertidumbres y un ejemplo del budget de incertidumbres.
Tensión (Diferencia AC-DC ± Incertidumbre) en µV/V a la frecuencia
1kHz 20kHz 100kHz 500kHz 1MHz
100mV (4±6) (-7±3) (11±4) (-37±8) (-58±15)
10mV
(3±11)
(25±57)
(11±12)
(-93±25)
(187±62)
Tabla1: Budget de incertidumbre para la calibración del FLUKE 792A en 10mV a 1kHz.
Fuente de incertidumbre
ci
Valor (±) Distribución Factor νi
ui
ui2
Desviacion standard de las mediciones (δΑ)
1.0000000 5.00E-06
n
2.0 15 2.50E-06 6.25E-12
Incertidumbre NF230-90
1.0000000 1.00E-05
n
2.0 50 5.00E-06 2.50E-11
Coeficiente n del 792
0.0994369 0.00E+00
r
1.7 50 0.00E+00 0.00E+00
Coeficiente n del mpot
-0.0000002 5.00E-06
r
1.7 50 -6.27E-13 3.94E-25
Estabilidad de 3458
1.208761548 3.91E-07
r
1.7 50 2.78E-07 7.73E-14
Estabilidad del 182
0.000361985 5.00E-05
r
1.7 50 1.06E-08 1.13E-16
Diferencia AC-DC debido a la imp. de entrada (dZi)
1.0000000 0.00E+00
r
1.7 50 0.00E+00 0.00E+00
Diferencia AC-DC debida al conexionado (δconnect)
1.0000000 1.00E-06
r
Diferencia AC-DC debida al coef. de temp del 792 (δTK) 1.0000000 5.00E-07
r
1.7 50 5.88E-07 3.46E-13 1.7 50 2.94E-07 8.65E-14
Incertidumbre Combinada
N (1s)
67 5.64E-06
Incertidumbre Expandida (k=2)
N (95%) 2.0
1.13E-05
CONCLUSIONES
Con el sistema desarrollado se obtuvieron las incertidumbres necesarias para la calibración de los instrumentos mas exactos disponibles en el mercado. Estas incertidumbres son las requeridas para participar de las comparaciones internacionales entre INM (Institutos Nacionales de Metrología) al mas alto nivel de exactitud.
Referencias
[1] I. Budovsky, "A Micropotentiometer-Based System for LowVoltage Calibration of Alternating Voltage Measurement Standards" IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol 46, N°2, April 1997 [2] N.M. Oldham, S. Avramov-Zamurovic, "Low-Voltage Standards in the 10Hz to 1MHz Range" IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol 46, N°2, April 1997.
Para mayor información contactarse con: Lucas Di Lillo – ldili@inti.gov.ar
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