Proste metody sprawdzania dokładności precyzyjnych mostków termometrycznych (2). Pomiary nieliniowości całkowitej metodą dychotomii

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_200/130

Aleksander A. Mikhal *, send Zygmunt Lech Warsza ** * Instytut Elektrodynamiki Narodowej Akademii Nauk Ukrainy, Kijów ** Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Download Article

Streszczenie

W części pierwszej artykułu omówiono działanie i podstawowe parametry mostków AC z dzielnikiem indukcyjnym stosowanych do pomiarów temperatur wzorcowych. Zaproponowano prostą metodę kontroli ich wskazań dla rezystancji mierzonej równej zeru. W części drugiej omówiono zasady pomiaru temperatury wzorcowej precyzyjnymi mostkami prądu przemiennego (AC) oraz podano sposób kontroli liniowości mostków nazwany metodą dychotomii. Algorytm tej metody zakłada wykonanie pomiarów dla połowy zakresu i dla kolejnych jego części otrzymywanych po dzieleniu na połowę. Do realizacji służy zestaw kilku podwójnych rezystorów wzorcowych. Mostkiem podlegającym sprawdzaniu mierzy się każdą z dwu jednakowych 4-zaciskowych rezystancji wzorcowych oraz ich fizyczne szeregowe połączenie. Podano wyrażenia analityczne dla błędu liniowości mostka z uwzględnieniem oszacowania niedokładności takiego fizycznego sumowania rezystancji. Z przeprowadzonej analizy wynika, że metodą dychotomii (kolejnych podziałów zakresu na połowę), można wyznaczać błąd liniowości mostka nawet poniżej 0,1 ppm. Zbadano obiema zaproponowanymi metodami 7-cyfrowy mostek AC własnej konstrukcji. Błąd zera był poniżej 0,5 LSB, a błąd liniowości zawierał się w zakresie (0,5–2,1)·10–7. Metoda dychotomii jest dość prosta i można ją stosować w każdym laboratorium metrologicznym oraz wykorzystać do automatyzacji procesu kalibracji.

Słowa kluczowe

błąd liniowości, metoda dychotomii, mostek AC, podwójna rezystancja, precyzyjny, temperaturowy, wzorzec

Simply calibration methods of the precise AC thermometric bridges (2). Measurement of integral nonlinearity by the dichotomy method

Abstract

In part 1 backgrounds of operation and basic parameters of the high precision thermometric AC bridges with inductive dividers are described. The simply method of control their indication for measured resistance equal to zero is given and used for control zero of the home made bridge. In the following part 2, after short introduction the conditions of standard temperature measurements under which remains, only the linearity bridge errors are formulated. An unconventional method of measure and of estimating the bridge linearity error named as dichotomy method is proposed. Its algorithm is based on the division of the measurement range and then obtained subsequent intervals in half. Graphical interpretation and the analytical expression of the bridge linearity error are given. As reference for experimental use the set of standard resistors of paired four-terminal resistances are proposed. Each of two resistances and the given serial physical connection of them both have to be measured by tested bridge. The reasons affecting the accuracy of the physical realization of resistance summation is discussed. Through analysis and experimental verification is find that in measurements of the bridge linearity by dichotomy method (division into halves) the error of 0.1 ppm or less can be discovered. The 7-digit own design AC bridge was tested by both proposed methods. The zero error was less than 0.5 LSB, and the linearity error was in the range (0.5–2.1)·10–7. Presented dichotomy method is quite simple and. It can be easily implemented in any metrology lab and be applied in the automatic calibration.

Keywords

AC thermometric bridge, dichotomy method, double resistance, linearity error, precision, standard

Bibliography

  1. Dichotomy Method: www.encyclopediaofmath.org.
  2. Avramov S., Oldham N., Gammon R., Inductive voltage divider calibration for a NASA flight experiment, NCSL Workshop & Symposium, Session 3C, 1993, 225–232.
  3. Riley J.C., The accuracy of series and parallel connections of four-terminal resistors. “IEEE Trans. Instrum. and Measurement”, vol. IM-16, 1967, no. 3, 258–268.
  4. White D.R. et al., Uncertainties in the realization of the SPRT subranges of the ITS-90. CCT-WG3 on Uncertainties in Contact Thermometry. CCT/08-19/rev.
  5. White D.R., Jones K., Williams J.M., Ramsey I.E., A simple resistance network for calibrating resistance bridges, “IEEE Trans. Instrum. Meas.”, Vol. 46, 1997, 1068–1074.
  6. Walker R., Automatic linearity calibration in a resistance thermometry bridge, TEMPMEKO & ISHM 2010 Book of Abstracts, 217.
  7. Mikhal A.A., Warsza Z.L: Metody wykrywania addytywnej błędu w precyzyjnych mostkach termometrycznych, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 12/2012, 1033–1036.
  8. Mikhal A.A., Warsza Z.L., Niekonwencjonalna metoda wyznaczania nieliniowości całkowitej precyzyjnych mostków termometrycznych, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 1/2013.
  9. Sidor T., O pewnym nieporozumieniu terminologicznym, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 11/2006 Informacje, 29.
  10. Mikhal A.A., Meleshchuk D.V., Dushko A.A.,  Combined method of impedance measuring in thermometric bridges with variation balancing, „Tehnichna elektrodynamika”, no. 4, 2013, 88–92. [www.techned.org.ua].
  11. Awan S., Kibble B., Schurr J., Coaxial Electrical Circuits for Interference-free Measurements. The Institution of Engineering and Technology, London, 2011, 321–350.
  12. Mikhal A.A., Warsza Z.L: Proste metody sprawdzania dokładności precyzyjnych mostków termometrycznych (1), Rys historyczny, zasada działania i parametry mostków AC, niekonwencjonalna metoda kontroli zera mostka, „Pomiary Automatyka Robotyka” 9/2013, 92–96.