Hybrydowa metoda pomiaru i jej zastosowanie w wysokoprecyzyjnym temperaturowym mostku AC

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_227/43

Aleksander A. Mikhal *, Dmytro V. Meleshchuk *, wyślij Zygmunt Lech Warsza ** * Instytut Elektrodynamiki Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Kijów, Ukraina ** Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W artykule opisano oryginalną zasadę budowy układu pomiarowego automatycznego mostka AC (prądu przemiennego) służącego do bardzo dokładnych pomiarów temperatury za pomocą wzorcowego platynowego czujnika SPRT. Wykorzystuje się oryginalną metodę pomiaru, którą nazwano tu hybrydową. Obejmuje ona połączenie metody kompensacyjnej do zgrubnego zrównoważenia układu i metody ilorazowej (ratiometric), którą wyznacza się stosunek dwu wartości sygnału nierównowagi, przed i po znanej jego zmianie. Dzięki tej metodzie układ pomiarowy nie wymaga stosowania obwodu do kompensacji wpływu reaktancji czujnika SPRT. Zmniejsza się też niezbędna liczba dekad dzielnika indukcyjnego kompensującego zgrubnie sygnał składowej rezystancyjnej czujnika. Układ taki pozwala w prostszy sposób i przy niższych kosztach wykonania uzyskać tę samą dokładność, co najbardziej precyzyjne termometryczne mostki AC o układach w pełni zrównoważonych.

Słowa kluczowe

dokładny pomiar temperatury, metoda hybrydowa, metoda kompensacyjno-ilorazowa, mostek AC

Hybrid Method of Measurement and its Use in High-Precision Thermometric AC Bridge

Abstract

This article describes the principle of the circuit of an automatic AC bridge for high precision temperature measurements using a standard platinum SPRT sensor. The system uses an original measurement method, proposed was to call a hybrid method. It is a combination of a balanced method for rough compensation of the circuit and a ratiometric method which accurately measures the ratio of two values of the imbalance signal, before and after its known change. With this method, the measuring circuit does not require a part to compensate for the reactive component of the SPRT sensor impedance. The inductive voltage divider with lower number of digits is needed only for coarse compensation. This hybrid system is simpler and at lower cost allows to achieve the same accuracy as the most accurate thermometric bridges with fully balanced circuits.

Keywords

AC thermometric bridge, balanced-ratiometric method, high accuracy temperature measurement, hybrid method

Bibliografia

  1. Preston-Thomas H., The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90), “Metrologia”, Vol. 27, No. 107, 1990, 3–10.
  2. Hill J.J., Miller A.P., An a.c. double bridge with inductively coupled ratio arms for precision platinum-resistance thermometry. Proceedings of the IEE, Vol. 110, No. 2, 1963, 453–458, DOI: 10.1049/piee.1963.0068.
  3. Gibbings D.L., An alternating current analogue of the Kelvin double bridge, Proceedings of the IEE – Part C: Monographs, Vol. 109, No. 16, 1962, 307–316, DOI: 10.1049/pi-c.1962.0045.
  4. Foord T.R., Langlands R.C., Binnie A.J., Transformer-ratio bridge network with precise lead compensation, Proceedings of the IEE, Vol. 110, No. 9, 1963, 1693–1700, DOI: 10.1049/piee.1963.0240.
  5. Cutkosky R., An automatic resistance thermometer bridge. “IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol. 29, No. 4, 1980, 330–333, DOI: 10.1109/TIM.1980.4314946.
  6. Knight R.B., Precision bridge for resistance thermometry using a single inductive current divider. Euromeas-77; Europe conference on precise electrical measurement, London, 1977, 132–134.
  7. Report to the CIPM on the implications of changing the definition of the base unit kelvin. Prepared by the task group TG-SI of the CCT. J. Fisher (chair), S. Gerasimov, K.D. Hill, at al. 02 May 2007, [www.temperatures.ru/pdf/Kelvin_CIPM.pdf].
  8. Grinevich F.B., Surdu M.N., High-precision variational measuring systems of alternating current, Kiev: Nauk. Dumka, 192 p. (1989), (Rus.)
  9. Grinevich F.B., Surdu M.N., Mikhal A.A. et al., Precision bridge of alternating current for operation in 125–925 Hz frequency range. Tekhnichna Elektrodynamika. Thematic issue “Problems of modern electrotechnics”, 3, 76–78 (2000) (Rus.)
  10. Surdu M., Lameko A., Surdu D., Kursin S., An automatic bridge for the comparison of the impedance standards, “Measurement”, Vol. 46, No. 9, 2013, 3701–3707, DOI: 10.1016/j.measurement.2013.05.029.
  11. Surdu M., Lameko A., Semenycheva L.N., Abrosimov E.A., Mamonov A.A., Automatic Wide-Range Transformer Bridge for Measurement of Capacitance and Loss-Angle Tangent, “Measurement Techniques”, Vol. 56, No. 9, 2013, 1054–1060, DOI: 10.1007/s11018-013-0329-4.
  12. Mikhal A.A., Meleshchuk D.V., Warsza Z.L., Zastosowanie podwójnego ekranowania w termometrycznych mostkach AC. „Pomiary Automatyka Kontrola”, Nr 11, 2014, 938–941.
  13. Mikhal A.A., Warsza Z.L. Electromagnetic Protection in High Precision Tri-axial Thermometric AC Bridge, R. Szewczyk et al. (eds.), Progress in Automation, Robotics and Measuring Techniques, Vol. 3, Measuring Techniques and Systems, Advances in Intelligent Systems and Computing 352, 2015, 147–156, DOI: 10.1007/978-3-319-15835-8_17.
  14. Mikhal A.A., Warsza Z.L., Proste metody sprawdzania dokładności precyzyjnych mostków termometrycznych (1) Rys historyczny, zasada działania i parametry mostków, niekonwencjonalna metoda kontroli zera. „Pomiary Automatyka Robotyka”, Nr 9, 2013, 92–96.
  15. Mikhal A.A., Warsza Z.L., Proste metody sprawdzania dokładności precyzyjnych mostków termometrycznych (2) Pomiary nieliniowości całkowitej metodą dychotomii, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Nr 10, 2013, 130–137.
  16. Mikhal A.A., Warsza Z.L., Simple Methods to Measure the Additive Error and Integral Nonlinearity of Precision Thermometric Bridges, R. Szewczyk et al. (eds.), Progress in Automation, Robotics and Measuring Techniques, vol. 3, Measuring Techniques and Systems, Advances in Intelligent Systems and Computing 352, 2015, 157–170. DOI: 10.1007/978-3-319-15835-8_18.