Я редко пишу гостевой материал, но сегодня мне слегка скучно, по этому сделаю исключение. К тому-же один из коллег недавно сказал, что меня на этом сайте не любят… ну после этого материала, меня тут будут не любить еще больше, а значит поехали!!!
Пока Тигрик с Юрий-кингом ведут смертельный бой на смерть в соседней теме, аки Кинког с Годзилой, пытаясь определить чьи миллиомы миллиомней, хотя ни один из них не имеет в своем распоряжении ни одного настоящего миллиома…
Мы с Вами попробуем, пожалуй впервые за 180 страниц темы, провести калибровку мультиметра по хоть какой-то методике.
А начнем мы с вами с сухого базового определения слова “калибровка”:
совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик и метрологической пригодности тех средств измерений, которые применяются вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений.Откалибровать весь мультиметр мы с Вами сегодня не осилим, но вот одну точку все-же попробуем и оценим насколько это просто. Это будет точка 100К в мультиметре Keithley DMM6500 в режиме измерения сопротивления по двухпроводной схеме подключения.
Поскольку любой метрологический театр начинается с вешалки, ой, с единицы, то с нее и начнём.
Нам потребуется источник единицы измерения, в качестве которого купим на барахолке старенькую, но не сильно потрепанную жизнью ОМЭС(однозначная мера электрического сопротивления) Р4015 производства легендарного Кишинёвского Micron S.A.
Сама по себе, она является не источником единицы измерения, а обыкновенным ведром с болтами и конечно-же микропроводом. Чтобы из нее сделать источник единицы измерения для наших целей, ее надо “отметроложить по полной”(c)я, т.е. перенести на нее прослеживаемую до национального первичного эталона единицу измерения. Это можно сделать, к примеру посредством операции поверки.
Да-да товарищи, вы не ослышались, все эти заявленные на эту ОМЭС характеристики, в том числе и класс ее высокий точности 0.005%, ровно ничего не значат, до тех пор, пока сторонняя аккредитованная лаборатория, имеющая в своем распоряжении единицу измерения, не подтвердила Вам, что ваша ОМЭС исправна и может быть использована как средство измерения.
При этом важно не забыть предъявить лаборатории поверяющей вашу ОМЭС, требование оформления протокола измерений. По умолчанию, на безродные ОМЭС протокола измерений не оформляется и вам просто подтверждают что ОМЭС исправна или не исправна, но не дают данных о ее сопротивлении.
После оплаты пары тысяч рублей и пары месяцев ожидания, вы получаете из лаборатории свою ОМЭС уже со следующим комплектом документов:
https://ampnuts.com/wp-content/uploads/ ... 15-301.pdfВ нем нас интересуют следующие моменты:
• Объем поверки: полный.
• В соответствии с каким документом поверено: ГОСТ 8.237-77.
• Применяемый эталон и его разряд: Мультиметр Agilent 3458A S/N MY45048696, разряд третий.
• Температура при поверке: 20°C.
• Действительное значение меры: 99,9993 кОм.
Из документов видно, что был применен метод прямого измерения ОМЭС с применением цифрового омметра, в качестве которого выступил Agilent 3458A, но в документах не указан такой важный параметр как “погрешность измерения сопротивления”. Он важен для оценки “качества” полученной единицы сопротивления. В ГОСТ на данный метод измерения указано:
Погрешность измерения действительного значения сопротивления при однократном измерении равна погрешности омметра.Хм… ну пошли тогда расчихлять даташиты на 3458…
Ага, видим что погрешность варьируется в зависимости от времени. Тогда нам надо идти в ФГИС Аршин, и определять дату, когда 3458 последний раз нюхал эталоны, ой!... получал единицу сопротивления.
https://fgis.gost.ru/fundmetrology/cm/etalons/404160Это знаменательное событие случилось 05.08.2021, а наша ОМЭС была измерена 06.12.2021, то есть 4 месяца назад. Тогда по таблице, ошибка составляет 10+0.5 ppm. Но нужно учесть, что это ошибка накопительная, от момента настройки прибора, а не от момента поверки. И нам не известно, был ли перед калибровкой прибор настроен. По этому надо доплюсовать к ней еще и ту ошибку, которая была накоплена на момент получения еденицы. Тут нам снова поможет ФГИС Аршин, в котором все разрядные эталоны содержат и протоколы их измерений.
https://fgis.gost.ru/fundmetrology/cm/r ... 1-87291308100,00285 - 100,0028 = ошибка +0.5ppm.
То есть суммарно можно сказать, что ошибка переноса составила 10+0.5+0.5=11ppm.
Вот теперь можно записать результат уже в полном виде: Сопротивление ОМЭС Р4015 S/N 301 на дату 06.12.2021 составило R = 99.9993 +- 0.0011 кОм. при 20°C.
Теперь можно констатировать факт, что наша ОМЭС получила единицу 06.12.2021 и начала выполнять свою главную функцию – консервирования, ой… хранения единицы сопротивления.
На качество самого хранения влияют стрессовые факторы и процесс старения. Но большинство ОМЭС чем-то напоминают бутылку вина, которая со временем становится все лучше. То есть они естественным образом состариваются и их долговременный дрейф уменьшается и стабилизируется. А 32 года прошедшие с момента производства, это весьма приличный срок. Да, мне не известны параметры долговременного дрейфа моей ОМЭС, и я их смогу узнать только через несколько лет. Но мои исследования множества протоколов поверки, позволяют сделать допущение, что годовой дрейф составляет несколько ppm, я округлю в большую сторону, до 4-х.
Это значит, что ОМЭС в любой момент на протяжении года обеспечит мне источник единицы сопротивления R = 99.9993 +- 0.0015 кОм при 20°C.
Точность +-15 ppm я считаю достаточным, поскольку это меньше заявленной дневной стабильности Keithley DMM6500, и стоимость этой ОМЭС не высока.
Но, просто взять и подключить нашу ОМЭС к мультиметру, мы не можем, поскольку данные получены только в условиях температуры меры 20°C. А типичная температура в типичной комнате типичного любителя, отличается от 20°C, потому-что это прохладно
ОМЭС с оригинальными паспортами, в которых указаны Alfa и Beta коэффициенты полинома, для расчёта сопротивления при температуре отличной от 20°C, найти на барахолках почти нереально…. А значит нам потребуется сходить на барахолку типа Ибея и купить там контроллер охлаждения лазерного оборудования(к примеру я использую Arroyo 5305). Плюс к этому нам нужен NIST-traceable термодатчик Texas Instruments TMP117 или любой подобный, обеспечивающий гарантированную точность измерения температуры 20°C не хуже чем 0.1°C. Еще понадобится элемент Пельтье, дешевая система водного охлаждения и пара листов качественного тепло-изоляционного материала.
Из всего этого разнообразия нужно будет собрать простенькую термокамеру, которая будет стабилизировать температуру ОМЭС до 20 +-0.1°C. А за одно и позволит в будущем вычислить Alfa и Beta коэффициенты, но совсем другая история….
Вот теперь…. Теперь можно провести калибровку мультиметра по одной точке 100K
Вы наверное уже устаете читать, по этому, методика проведения калибровки сегодня будет до боли простая:
0 – Соединить ОМЭС с мультиметром Keithley DMM6500 первыми попавшимися проводами по двухпроводной схеме.
1 – Выдержать ОМЭС при t=20 +-0.1°C, на протяжении 24 часов.
2 – Прогреть мультиметр Keithley DMM6500, на протяжении 24 часов при комнатной температуре.
4 – Компенсировать сопротивление измерительных щупов с помощью функции NULL.
5 – Без смены температурных условий, провести 5-ти часовой цикл измерения сопротивления и определить: ошибку измерения сопротивления 100K, стандартную девиацию, температуру в комнате с мультиметром.(за весь цикл измерения)
Для этого воспользуемся моим ПО LXI Instruments DataLogger (
https://github.com/shodanx/LXI-Instruments-DataLogger)
Измеренное сопротивление 100,00385 кОм. Ошибка измерения составляет 100,00385 кОм – 99,9993 =
0,00455 кОм +- 0.0015 кОм. std.dev=
51.3мОм.Средняя температура в комнате
25.516 +-0.1°C. std.dev=
0.091°C.Задача выполнена, калибровка произведена!
Ну вот видите, все очень просто!!!
PS.Чтобы не раздувать материал, в его рамках я не рассматриваю такие типичные “нутсные” заморочки, как уровень доверия к лаборатории поверяющей меру, угол кривизны рук пользователя, количество кислорода и теллура в меди из которых сделаны провода и контакты и прочее.