Способ исключения температурных поправок из результатов измерений образцовых мер электрического сопротивления

 

Использование: в области электрических измерений при аттестации разрядных эталонных мер электрического сопротивления , а также в других областях техники, связанных с их применением. Сущность изобретения: способ исключения температурных поправок из результатов измерений образцовых мер электрического сопротивления заключается о термостатирооании всех температурозависимых резисторных элементов измерительного моста, определении экспериментальным путем минимальных значений измерительных токов с последующим ступенчатым повышением их значений до максимально допустимых. В случае аттестации маслонаполнеиных мер составляется таблица максимально допустимых токов для каждого поминального значения меры сопротивления данного типа , которая используется при аттестации образцовых мер электрического сопротивления . 3 табл,, 3 ил.

х ких

63М0

БРЕТЕНИЯ

ТВУ (7 (7 (5

1 ления. 3 табл„3 ил, б) 30.08.93, Бюл, Мг 32

1) Научно-производственное обьединение етрология"

) И.В.Иванов

) Авторское свидетельство СССР

1695276, кл. 6 01 Р 17/02, 1989.

ГОСТ 23737, Меры электрического со.тивления, Общие технические условия, ) СПОСОБ ИСКЛЮЧЕНИЯ ТЕМПЕРАРНЫХ ПОПРАВОК ИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

МЕРЕНИЙ ОБРАЗЦОВЫХ МЕР ЭЛЕКТЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

) Использование: в области электричех измерений при аттестации разрядных талонных мер электрического сопротив ия, à TGK>l

Т

Р 1 с и

nest

Изобретение относится к электрическ iM измерениям и находит широкое прим нение при аттестации разрядных и эт лонных мер электрического сопротивлени, а также в других областях измерительно > ттееххннииккии, связанной с их применением.

Целью изобретения является повышени точности и достоверности результатов из ерений, а также производительности труда при аттестации образцовых мер электр ческого сопротивления.

Цель по способу исключсния температу ных поправок иэ результатов измерений ор зцовых мер электрического сппротивлени, по которому термостатирую-, аттестуе„,59„„1837238 А1 связанных с их применением, Сущность изобретения; способ исключения температурных поправок иэ результатов измерений образцовых мер электрического сопротивления заключается в термостатировании всех температурозависимых резисторных элементов измерительного моста, определении эксперил ентальным путем минимальных значений измерительных токов с последующим ступенчатым повышением их значений до максимально допустимых. В случае аттестации маслонаполне. ных мер составляется таблица максимально допустимых токов для каждого нол инального значения меры сопротивления данного типа, которая используется при аттестации образцовых мер электрического сопротивмые меры, уравновашивают измерительную схему и определяют действительные значения сопротивлений мер, достигается следующим обоазом. 63

Вначале термостатируют все темпера- Qo турозависимые резисторные элементы измерительной схемы, затем определяют экспериментально минимальные значения измерительных токов по признакам, обеспечивающим чувствительность и неизменяемость единицы отсчета младшей декады плеча сравнения измерительного средстDB, после чего ступенчато floBblUJBfoT ux значения до максимально допустимых, при превышении которых нарушается по1837238 вторяемость снимаемых отсчетов, соответствующих уравновешиваниям измерительной схемы, причем маслонаполненные меры устанавливают в масляном термостате вынутыми из своих корпусов, а значения максимально допустимых токов определяют для каждого номинального значения меры данного типа один раз на все время эксплуатации измерительного средства. После этого полученные значения максимально допустимых токов сводят в таблицу, по которой в дальнейшем они и устанавливаются при аттестации образцовых мер электрического сопротивления.

Изменение общепринятого подхода к решению задачи исключения иэ результатов измерений температурных поправок позволило устранить источники температурных. погрешностей, свойственные как прототипу, так и всем резисторным элементам измерительной схемы, так как полное изменение сопротивления резисторного элемента меры в зависимости от степени его нагрева является безинерционным процессом, а неполная передача его нагрева окружающей среде — инерционным, каторый длится часами.

Известны такие операции, как формирование требуемых номинальных значений сопротивлений с помощью переходных мер, перенос температурных резисторных элементов измерительной. схемы в масляный термастат и т,д. Но в данной взаимосвязи, взаимообусловленности и в определенной последовательности действий эти операции применяются впервые. Вышесказанное подкрепляется определением наличия температурной поправки не по изменениютемпературы среды, контактирующей с резисторным элементом меры, а по температурному изменению сопротивления самого резистора; не расчетным определением действительного значения температурной поправки аттестуемой меры, а исключением ее из результатов измерений; приведением температурозависимых резисторных элементов измерительной схемы к температуре термостатирования отдельного высокоточногоо масляного термостата; исключением из результатов измерений не только температурной поправки аттестуемой меры, но и суммарной температурной поправки всей измерительной схемы; простотой реализации способа, позволяющей в тех же измерительных схемах, в которых определяются действительные значения аттестуемых мер, получить результаты измерения, не содержащие температурных поправок, что приводит к повышению производительности труда, так как в этом случае отпадает необходимость их вычисления по температурным формулам и последующее введение в результаты измерений; повышением точности измерений за счет высокой точности исключения температурных поправок из результатов измерений с погрешностями, не менее чем в три раза меньшими величин 1 10 и 1 10 о, т.е. лежащими эа пределами единицы отсчета младшей декады плеча сравнения измерительного средства, за счет повышения чувствительности при измерении низкоомных маслонаполненных мер в результате непосредственного и интенсивного. охлаждения

15 их резисторных элементов маслом термостата, что позволяет в несколько раз увеличить величину измерительного тока, за счет исключения из результатов измерения суммарной температурной поправки измери20 тельной схемы.

Следует отметить, что предлагаемый . способ исключения температурных поправок из результатов измерений аттестуемых разрядных и эталонных мер сопротивлений

25 основан на определении начала температурного изменения любого плеча мостакомпаратора при возрастающем значении измерительного тока, который вызывает нагрев реэистарных элементов плечей моста.

Известно, что источником температурных изменений резисторных элементов мер сопротивлений являются изменения температуры внешней среды, в которой эксплуатируются меры, а также их нагрев измерительным током. Для того, чтобы свести температурные изменения резисторных элементов мер, вызванные нагревом измерительного тока, к величине, которой можно пренебречь, предварительно следует иск40 лючить из результатов измерений влияние температуры внешней среды, в которой находятся температурозависимые резисторы измерительной схемы. С этой целью используется масляный термастат с точностью

45 поддержания температуры 20 "= 0,002 С, в рабочую зону которого перед началом измерений загружаются аттестуемые и температурозависимые плечи моста-компаратора, которые и выдерживаются в ней в

50 течение 2 ч. За это время температура их резисторных элементов становится равной

20 0,002 С, где изменение температуры масляной среды для усредненного значения

ТКС аттестуемых мер и плеч моста-компара55 тора и = 10 10 вызывает изменение со- 6 противления, равное

Сх= а 6л 100=10 10 2 10 10 =2 10, которым можно пренебречь.

1837238 б ч

II в ч в

Преимуществом предлагаемого спосопо сравнению с прототипом является то, о у прототипа исключалась температуря поправка аттестуемой меры, а здесь— ей измерительной. схемы, т.е, любого плеодинарного или двойного моста, что придит к повышению точности измерений. пример, в схеме двойного моста в момент

Таким образом обеспечивается устра<ение влияния внешней среды на темперарные изменения плеч моста-компаратора, то позволяет в тех же самых измерительых схемах. в которых определяются дейстительные значения аттестуемых мер, пределить экспериментальным путем макимально допустимые значения измериельных токов, являющиеся теперь динственным источником температурных зменений резисторных элементов плеч изерительной схемы.

Из сказанного следует, что высокоточый масляный термостат в предлагаемом пособе исключения температурных попраок играет роль вспомогательного средста измерения, с помощью которого с еобходимой степенью точности исключатся температурные поправки резисторых элементов плеч моста, возникающие от зменений температуры внешней среды. ам предлагаемый способ позволяет с треуемой степенью точности исключить из реультатов измерений температурные оправки, возникающие в тех же самых реисторных элементах плеч моста, за счет агрева их измерительным током, При этом сключаются погрешности, связанные с опеделением температурной поправки аттетуемой меры из-за неточного определения емпературы ее резисторного элемента, войственные прототипу, так как предлагамый способ опирается не на причину, вывавшую изменение сопротивления езистора (повышение его температуры, ее оследующее измерение и расчетное опрееление температурной поплавки), а на следствие, вытекающее из этой причины зменение сопротивления самого резистоа в результате изменения его температуы). Это температурное изменение противления для большинства номинальIx значений мер может быть отнесено за и, е елы пог ешностей, лежа их в аз я е -Р щ Р р A

1(Г ияи 10 . Например, дпя HoMMHBRt,н Ix значений мер, находящихся в интервал 10 з — 10 Ом менее 1 10 Р для мер р бочего эталона, менее 1 10 % для разр дных мер и 1 10 % для мер с номиналь-4 н IM значением 10 QM.

его равновесия справедливы равенства отношений его плеч.

Rx R R2

RT R1 Вз р сопротивлений, являющимися совместно с первым дополнительным плечом 2, состоящим из резисторньи элементов Rz с декадами и последовательно соединенного с ним малоомного магазина рг сопротивлений, плечом сравнения, 3 — второе основное плечо, смежное с первым, состоящее из резистора R> и последовательно с ним соединенного малоомного магазина р1 сопротйвления, 4 — второе дополнительное плечо, смежное с первым, состоящее из резистора Яз и последовательно соединенного с ним малоомного магазина рз сопротивления, 5 — измеряемая четырехзажимная мера R,,,соединенная своими потенциальными выводами с первыми основным и дополнительным плечами, 6—

55 тарная четырехзажимная мера Кт, соедиПри увеличении иэмерительногоо тока может произойти температурное изменение любого плеча моста, что ведет к измене10 нию отсчета по плечу сравнения ранее уравновешенной измерительной схемы.

Температурные изменения в резисторных схемах характерны тем, что они не устанавливаются сразу, а происходят за длитель15 ный промежуток времени, исчисляемый часами. Применяемый при аттестации мер сопротивлений метод замещения основан на том, что относительные поправки плеч моста неизменяемы во времени и при этом

20 условии могут быть исключены из результатов измерений. Если же хотя бы одному иэ этих плеч свойственны температурные изменения, то это условие нарушается и приводит к появлению дополнительной

25 температурной погрешности, что полностью исключается в предлагаемом способе, так как неизменяемость отсчета по плечу сравнения моста-KQMnBpGTop3, в том числе и при максимально допустимом измери30 тельном токе, свидетельствует об отсутствии температурных изменений любого его плеча, На фиг.1 изображена упрощенная схема двойного моста-компаратора, например, 35 типа УМКС-1, применяемая для диапазона аттестуемых мер, номинальные значения сопротивлений которых находятся в интервале 10 -10 Ом, где 1 — первое основное плечо. состоящее из резисторных элемен40 тов R с декадами и последовательно соединенного с ним малоомного магазина

1837238 ненная своими потенциальными выводами с вторыми основным и дополнительным плечами, 7 — перемычка, соединяющая второй токовый зажим меры Rx с первым токовым зажимом тарной меры Вт, 8 — нулевой индикатор, подключенный к узлам, соединяющим друг с другом основные и дополнительные плечи, 9 — батарея питания, соединенная последовательно с контрольным амперметром 10 и реостатом 11, причем один из полюсов батареи питания подключен к второму тоководу зажиму 12 тарной меры RT, а один из выводов реостата — к первому зажиму 13 измеряемой меры Rx, 14 — штепсельный коммутатор L, служащий для разрыва цепи перемычки, и 15 — штепсельный коммутатор К, служащий для перемыкания главной части основных плеч 8 и R), предназначенные для раздельного уравновешивания двойного моста, позволяющего при точных измерениях исключить погрешности, возникающие эа счет сопротивления перемычки и влияния сопротивлений соединительных проводов и их переходных контактов в потенциальных цепях измеряемой Rx и тарной RT мер сопротивлений.

На фиг.2 показаны коммутация и включение в измерительную схему двойного моста-компаратора переходной меры 16 сопротивления с одиннадцатью ступенями по 10 Ом каждая и плеча R> = 10 Ом, а также отдельно выделенная главная часть (резистор) 17 основного плеча R - 900 Ом с коммутатором IS (K1), Эта измерительная схема используется для аттестации мер в диапазоне 1-10 Ом, где 19 (а), 20 (b), 21 (с) и 22 (0) - токовые g и Д и потенциальные и г. за>кимы, предназначенные для подключения к мосту второго основного плеча, используемые в данном случае для подключения переходной меры, причем к первому токовому зажиму а подключается узел, соединя1ощий конец девяти последовательно соединенных резисторов с началом шунтирующего зто соединение десятого резистора, индикатор равновесия моста через зажим Ь коммутируется к узлу, соединяющему начало группы из девяти последовательно включенных резисторов. конец десятого шунтирующего резистора и начало одиннадцатого резистора, используемого в качестве плеча 81; вторь)е потенциальный g и токовый зажимы этого плеча коммутируются к узлу переходной меры, соединяющему потенциальный и токовый зажимы конца одиннадцатого резистора.

На фиг.3 показаны упрощенная схема одинарного моста-компаратора, используемая для аттестации мер в диапазоне 10 -10

3 5 младших декад плеч сравнения, Это требование (за исключением части низкоомного диапазона, представленного маслонаполненными мерами с номинальными значени-

35 ями 102, 10 э и 10 Ом) удовлетворяется в случае, когда измерительные токи не менее чем в 10 раз меньше своих номинальных значений, Для мер с номинальными значениями 10 2, 10 З и 10 " Ом величины иэмери40 тельных токов устанавливаются равными своим номинальным значениям, так как в этом случае резисторные элементы маслонаполненных мер вынимаются из своих корпусов и вставляются в гнезда приспо45 собления, установленного в рабочей зоне высокоточного термостата, где они непос- редственно охлаждаются интенсивно циркулирующим маслом.

Затем производят раздельное четырех50

OM и коммутация той же переходной меры вместе с четырехзажимной мерой 23 сопротивления, формирующей плечо R< = 10 Ом, соединенной вторым токовым зажимом последовательно с переходной мерой и подключенной к плечу одинарного моста R> аналогично ее одиннадцатому резистору в схеме, изображенной на фиг.2.

В схемах, приведенных на фиг.1, 2 и 3, сохранены буквенные обозначения их эле-. ментов, которыми они обозначены в принципиальных схемах описанйя установки типа УМ КС-I.

Способ характеризуется следующими операциями.

В измерительной схеме, например, двойного моста-компаратора типа УМКС-I, изображенной на фиг.1 и 2, предназначенной для определения действительных значений аттестуемых образцовых мер сопротивлений, определяют экспериментальным путем для каждого номинального значения меры минимальное значение измерительного тока, при котором нагрев резисторных элементов плеч моста настолько незначителен, что их температурные изменения лежат эа пределами допускаемых погрешностей измерений, а чувствительность измерительной схемы такова, что еще позволяет ощутить изменения сопротивлений кратное уравновешивание измерительной схемы двойного моста-компаратора, для чео

ro замыкают штепсельный коммутатор 14 (L), размыкают штепсельный коммутатор 15 (К) и уравновешивают мост равнозначными изменениями сопротивлений декад плеч

1(R) и 2(Я2) сравнения, Второе уравновешивание производят при замкнутых коммутаторах 14 (1 ) и 15 (K), Мост уравновешивают с помощью декад малоомного магазина р при выбранном сопротивлении малоомного ма1837238

30

40

45 нака отсчета по плечу сравнения компараора. и, следовательно, сам отсчет свободен т влияния температурных погрешностей 50

55 азина pi . Третье уравновешивание произодят при разомкнутых коммутаторах 15 (К)

14 (1.), уравновешивая образовавшийся динарный мост изменением сопротивлеия декад малоомного магазина pz при выранном сопротивлении малоомного агазина р . Последнее четвертое уравноешивание моста аналогично первому. С елью исключения влияния термоЭДС кажое измерение производится при прямом и братном направлении измерительного тоа. Проделав эти операции, повышают чувтвительность электронного нулевого ндикатора 8 равновесия (например, типа P

41, изготовитель КЗИП) йри одновременом уменьшении измерительного тока до акого значения, при котором отклонение трепки индикатора равновесия, приходяееся на одну ступень младшей декады леч 1(R) и 2(R2) сравнения, может быть заиксировано оператором. Это полученное кспериментальным путем минимальное начение измерительного тока и приниматся за исходное.

Далее определяют максимально допутимое значение измерительного тока, равновешивая измерительную схему моса при каждом ступенчатом увеличении изерительного тока от его минимального начения до максимально допустимого. ритерием определения этого тока является арушение повторяемости снимаемых отчетов с плеч 1(R) и 2(йр) сравнения моста. в ределах, меньших единицы отсчета по их ладшим декадам, вызванное температурым изменением любого иэ плеч моста-комаратора. За максимально допустимое начение измерительного тока принимаетя такое, которое предшествовало началу эменения отсчета. При этом достигается олучение максимально возможной чувстительности, что приводит к повышению очности измерений, при исключении из реультатов измерений температурных поравок всей измерительной схемы с огрешностью, неисключенная часть котоой лежит за пределами единицы младшего езисторных элементов плеч измерительой схемы.

Определения максимально допустимых змерительных токов для каждой измериельной установки производят один раз на се время ее эксплуатации. Это объясняется ем, что каждая измерительная схема состот из резисторов, имеющих различные знаения ТКС, которые только в заданном

25 сочетании элементов измерительной схемы позволяют правильно определить значения максимально допустимых токов индивидуально для каждого номинального значения аттестуемой меры данного типа. Для этого следует только использовать в качестве плеч моста те же меры сопротивлений, при которых определялись максимально допустимые значения измерительных токов.

Экспериментально определенные значения максимально допустимых измерительных токов сводят в рабочую табл1, в которой RH — номинальные значения сопротивлений аттестуемых мер и плеч моста; 1 — номинальные значения измерительных токов аттестуемых мер;! . — максимально допустимые значения измерительных токов аттестуемых мер; Ь вЂ” ток батареи одинарного моста, соответствующий максимально допустимому значению измерительного тока; R, Вх, R>, Вз, R, йг — номинальные значения плеч одинарного и двойного моста-компаратора, соответствующие каждому номинальному значению аттестуемой меры, подключаемой в плечи 5(RX) или 6(RT).

В таблице указаны номера тех мер сопротивлений, которые формируют плечи моста как.при определении максимально допустимых значений измерительных токов, так и при аттестации поверяемых мер.

При аттестации маслонаполненных мер в .рабочую зону высокоточного термостата устанавливают приспособление, изготовленное из листового текстолита, в котором высверливаются семь гнезд. В эти гнезда вставляются крышки аттестуемых и опорных мер, вынутые иэ своих корпусов, вместе с укрепленными на них резисторными элементами. Текстолитовая панель с гнездами устанавливается на поддоне термостата с помощью трех стоек, высота которых равна высоте корпусов измеряемых мер. Для фиксации приспособления в поддоне термостата высверливаются три отверстия, в которые вставляются нижние концы стоек.

С точки зрения приведения температурозависимых плеч измерительной схемы к температуре термостатирования высокоточного.термостата, чем достигается исключение влияния температуры окружающей среды на резисторные элементы мер в их статическом режиме, весь диапазон аттестуемых мер от 10 до 10 Ом следует разделить на три части.

Первая часть этого диапазона от 10 до

10 Ом аттестуется на одинарном мосте (фиг.3). в котором используются токовые и потенциальные зажимы для подключения наружных плеч двойного моста 5(Rx) и G(RT), а также четыре зажима второго основного

1837238

12 плеча 3(R1). а именно 19(а), 20(b), 21(с) и

22(d). Это дает возможность включения в плечо 3(R1) между зажимами Ь и с меры 23 сопротивления с Я» -10 Ом, а в плечо 1(R) сравнения главную часть его сопротивления, сформированную на переходной мере

16 путем шунтирования девяти последовательно включенных резисторов с R» - 10

Ом, десятым резистором. Общее сопротивление этой группы резисторов

Й ф30 Ом

9000 + IIOOO подается на зажимы «а и «Ü bмоста и включается последовательно с переменной частью плеча 1(R) сравнения, имеющей номинальное значение 100 Ом. составные резисторные элементы которого шунтируются четырьмя декадами Вайднера-Вольфа, позволяющими получить изменения заданного номинального значения стоомного плеча на десять ступеней 10, 102, 10 з и 104%.

При номинальном значении плеча 1(R) сравнения, равном 900 + 100 - 10 Ом, цена деления его четырех декад уменьшается на порядок. В этом случае встроенный в плечо

1(R) резистор 17, имеющий R» - 900 Ом, закорачивается штепсельным коммутатором 18, а в высокоточный масляный термостат переносятся переходная мера 16 и три плеча 5(Rx) 6(Я ) и 23(R1) моста, которые выдерживаются в нем в течение 2 ч. 3a это время резисторные элементы мер принимают температуру масла термостата, изменение которой на 0.002 С от 20 С и ри усредненном значении ТКС а 10 10 вызывает изменение их сопротивлений на величину ЬС - а ° At 100 = 10 10 и 2 10 эх

x10 - 2 10, которой можно пренебречь, так как наивысшая точность определения действительных значений мер рабочего эталона в этом диапазоне равна 2 10 5 .

Перенос главной части плеча сравнения в высокоточный масляный термостат уменьшает температурные изменения переменной его части в 900/100 9 раз. Сам мост-компаратор помещен в масляную ванну, температура термостатирования в которой поддерживается практически с погрешностью -0,1 С, что явно недостаточно для точных измерений, поэтому лучшим вариантом является установка его в термостатированном помещении, в котором температура воздушной среды на уровне его ванны поддерживается с погрешностью не хуже ч 0,5 С. В этом случае температура масла этого пассивного термостата на уровне расположения резисторных элементов мер за 3 ч, необходимых для завершения цикла измерений, изменяется не более чем на 0,02 С. При усредненном значении ТКС плеч моста а- 10 "10, это вызывает изменение их сопротивлений

5 на величину, равную Л С - а Лс 100-10 10 2 10 10 -2 105 .Ñëåäoaàòeëüно, плечо 1(R) сравнения подвержено температурным изменениям, равным

2 ° 10

10 2(2) 10 которыми также можно пренебречь.

Следует отметить, что уравновешивание одинарного моста (в отличие от двойного) производится один раз, так как, начиная с номинального значения аттестуемых мер

10 Ом и выше, влиянием сопротивления коммутационных проводов и их переходных контактов можно пренебречь, Вторая часть диапазона от 10 до 1 Ом аттестуется на двойном мосте (фиг.2), в котором в высокоточный масляный термастат переносятся наружные плечи 5(й,) и 6(R ) моста и переходная мера 16, с помощью которой аналогично, как и в одинарном мосте, формируется главная часть первого основного плеча 1(Я) с номинальным значением 900 Ом, но в качестве второго основного плеча 3(R ) используется не отдельная мера сопротивления, а одиннадцатый резистор переходной меры с номинальным значением 10 Ом, Известно, что требования к точности подгонки под номинальные значения (а следовательно, и к возможным температурным изменениям) дополнительных плеч 2(В2) и

4(йз) двойного моста для указанного диапазона аттестуемых мер на порядок ниже, чем для основных плеч 1(R) и 3(R >) моста. Поэтому дополнительные плечи 2(R2) и 4(йз) моста могут не переноситься в высокоточный масляный термастат, а оставаться в пассивном . масляном термостате самого моста-компаратора, который находится в термостатированном помещении. В этом случае температурные изменения резисторных элементов плеч моста, расположенных в пассивном термостате моста-компаратора. не превышают 2 105 . Влияние температурных изменений дополнительных плеч двойного моста на отсчет по плечу сравнения на порядок меньше такого же изменения в его основных плечах. Следовательно, температурные изменения дополнительных плеч 2(В2) и 4(R3) равны — 5

2 10 2 105о

10 т.е. они такие же. как и у четырех плеч двойного или одинарного моста, помещенных в высокоточный масляный термастат.

1837238

14! Наибольшие допускаемые значения пог ешностей измерений в этом диапазоне ля мер рабочего эталона равны для мер с оминальным значением 1 Ом 5 10, 100м1 10,от1 10 до1 10 Ом2 10

Наибольшее значение относительного мпературного изменения шести плеч войного моста компаратора в статическом ежиме аттестуемых мер (Л С = 2 10 %) еньше допускаемых погрешностей измеений для 1 Ом в

5 10 — 2,5 раза

2 10

1

gnat 10 0M в

1 10

5. раз

2 10 и для диапазона от 1 10 до 1 10 Ом в г

2 10

10 раз, 2 10

В действительности резисторные эленты плеч моста, расположенные в высоточном масляном термостате и ляющиеся герметизированными мерами противления, которые обладают большой пловой инерционностью к восприятию изнения температуры окружающей среды, успевают изменять свою температуру в кт с периодическим изменением темперары масла термостата, которое происходит очень короткое вермя, равное 10 — 15 с. этому метрологический запас по точнои, позволяющий исключить действие влищего фактора при условии, что его личина не менее чем в три раза меньше пускаемой погрешности измерений, знательно возрастет, что дает еще больше нований пренебречь температурными изнениями аттестуемых мер в их статичеом режиме.

Третья часть. диапазона от 10 до 10

О также аттестуется на двойном мосте (фиг.1). Этому диапазону свойственна низк я чувствительность,.уменьшающаяся по м ре уменьшения номинального значения а естуемых мер, что приводит к уменьшен ю знаков отсчета младших декад плеча с авнения при уравновешивании двойного м ста и, следовательно, к потере точности и мерений, Традиционные методы повышен я чувствительности при измерениях в н зкоомном диапазоне заключаются в след ющем.

Увеличивают чувствительность электронного индикатора равновесия, но это увеличение ограничивается его пределом измерения, на котором напряжение разба5 ланса мостовой схемы становится соизмеримым с уровнем шумов его электронной схемы, что приводит к хаотическому смещению стрелки ";o указателя равновесия.

Понижают омность основных и допол10 нительных плеч моста. Известно, что условием максимальной чувствительности двойного моста является равенство номинальных значений его шести плеч. Но в данном случае выполнить это условие

15 невозможно уже только потому, что плечи

1(R) и 2(Кг) сравнения не могут быть менее

100 Ом, В противном случае наблюдалось бы значительное непостоянство их сопротивлений, возникающее за счет возросшего

20 влияния вариации начального сопротивления их коммутирующих устройств. Поэтому с целью повышения чувствительности при измерении мер сопротивлений в низкоомном диапазоне включают стоомные плечи

25 сравнения. С целю уменьшения омности плеч 3(Я1) и 4(Яз) отношение плеч моста берут равным i0/1. В этом случае их номинальные значения равны 10 Ом.

Например, 30

Rx R R2

RT R< Rg

10 100 100

10 3 10 10

Рн = 1н Ян = 0,1 Вт. г.

Следовательно, во столько же раз. уменьшается и чувствительность схемы. Если сравнить чувствительность двойного моста при измерении мер с В = 1 Ом с чувствительностями на последующих низкоомных диапазонах, то оказывается, что

Увеличивают величину измерительного тока.

Чувствительность двойного моста при постоянных значениях его основных и дополнительных плеч прямопропорци40 ональна сумме падений напряжений, создаваемых измерительным током, на наружных плечах 5(R ) и 6(йт) моста. Если принять величину измерительного тока равной значению номинального тока атте45 стуемых мер. то оказывается, что с уменьшением номинального сопротивления меры в 10 раз номинальный ток возрастает только в 3,3 раза, так как для любого номинального значения сопротивления меры из ряда 10+", где n — целое число, номинальный ток определяется из формулы номинальной мощности;

15372аи при измерении мер с Вв - 10 OM чувствительность уменьшается в 3,3 раза, у мер с Rн- 10 Ом — в 10 раз, умер с йн - 10 Ом — в

33 раза, а у мер с 10 Ом — в 100 раз. В этом случае повышение чувствительности за счет увеличения измерительного тока сопряжено с дополнительным нагревом реэисторно.го элемента меры, обладающего низким уровнем теплоотдачи во внешнюю среду, что приводит к увеличению температурных поправок. Экспериментально доказано, что при протекании через реэисторный элемент маслонаполненной меры номинального значения измерительного тока в течение

1,5-2 ч температура масла, залитого в ее корпус, который был помещен в высокоточный масляный термастат, повышалась на

1,5-2 С. При токах, не менее чем в 5 раэ меньших номинального, повышения температуры масла не наблюдалось. Следовательно, с точки зрения исключения иэ результатов измерений температурных поправок максимально допустимые значения измерительных токов должны быть меньше номинальных значений токов аттестуемых мер не менее чем в 5 раз. Это требование может быть достигнуто только в случае, если при аттестации данного номинального значения меры имеется запас по чувствительности. В и рати вном случае и ри умен ьшен и и измерительного тока падение чувствительности не дает возможности ощутить изменения сопротивления младшей декады плеча сравнения моста, Требуемый запас по чувствительности имеется у аттестуемых мер в диапазоне их номинальных значений

10 -10 Ом, возрастающий по мере. того. как номинальные значения аттестуемых мер приближаются к номинальным значениям основных и дополнительных плеч моста.

При аттестации низкоомных маслонаполненных мер наблюдается недостаток чувствительности даже при протекании через их резисторный элемент номинального значения измерительного тока, который вызывает его нагрев, приводящий к увеличению температурной поправки.

Как следует из вышесказанного, применение традиционных способов повышения чувствительности в ниэкоомном диапазоне аттестуемых мер не приводит к ожидаемому результату, поэтому по способу исключения температурных поправок, свойственному прототипу, устанавливают измерительный ток, превышающий его номинальное значение, с помощью термометра измеряют температуру масла в корпусе меры и по температурной формуле определяют температурную поп равку, внося ее в резул ьтат измерений. При этом погрешность опреде5

55 ления самой температурной поправки становится соизмеримой или превышает погрешность определения действительных значений образцовых мер, что значительно понижает нормируемую точность измерений.

В предлагаемом способе впервые применяются дополнительные меры, направленные на увеличение теплоотдачи резисторного элемента во внешнюю среду.

С целью значительного увеличения охлаждения резисторных элементов аттестуемых и тарных маслонаполненных мер, которое позволяет в десятки раз увеличить величину максимально допустимого значения измерительного тока и тем самым повысить чувствительность и точность измерений при условии исключения из результатов измерений температурных поправок, эти меры вынимают из корпусов и вставляют в специальное приспособление, расположенное в рабочей зоне высокоточного масляного термостата. В этом случае интенсивно циркулирующее в нем масло, доведенное до температуры 20 + 0,002 С, непосредственно охлаждает обтекаемые измерительным током резисторные элементы низкоомных мер, приводя их температуру к температуре термостатирования, В зоне термостата, расположенной за низкоомными мерами, устанавливают два термометра с ценой деления 0,01 С, которые предназначаются для контроля температуры масла, уже охладившего их резисторные элементы. В случае значительного повышения температуры резисторных элементов, нагреваемых измерительным током, возрастает температура масла, что и является еще одним свидетельством начала температурного изменения сопротивлений резисторов. В этих условиях производят определение максимально допустимых значений измерительных токов низкоомных мер.

В качестве примера реализации предлагаемого способа в табл.2 приведены результаты измерений, определяющие выбор максимально допустимого значения измерительного тока для мер сопротивлений первогоразрядза с номинальными значениями 10 и 10 Ом при отношении плеч моста, равном 10/1, g допускаемой погрешности определения действительных значений 2.10 $, т.е, в качестве примера

-а, реализации взят самый неблагоприятный вариант, которому свойственна самая низкая чувствительность. При аттестации низкоомных мер в диапазоне 10 -10 Ом

-1 -4 (фиг.1) в высокоточный масляный термостат помещаются плечи 5(Rx), б(йт), 3(R>) и 4(йз) I03 (35! 2 10

2 10

2 10

2 10 для двух плеч сравнения то позволяет пренебречь их температурн ыи изменениями, возникающими от воэдейтвия температуры окружающей среды.

Из табл.2 следует, что повышение чувстительности измерительной схемы позволят принять за минимальные значения змерител ь ного тока номинал ьн ый ток аттетуемой меры, подключенной к зажимам Rx оста. Время выдержки температурозавиимых плеч моста. помещенных в высокоочный масляный термастат, в их бесточенном состоянии равно 2 ч, а при оследующем контрольном измерении, оторое производится также при номинальом токе, — 1 ч. Время выдержки аттестуеой меры под измерительным током при аждой ступенчатом его изменении равно ,5 ч для мер с R„= 10 Ом и 0,75 ч для мер

-г

RII = 10 Ом. Такое сравнительно большое ремя выдержки, которое по сравнению со ременем, затрачиваемым на аттестацию

10 мин), увеличивается по мере воэрастаия измерительного тока аттестуемых мер, вполне достаточно для выявления темпе-, атурных изменений.

Как следует иэ табл.2, для аттестуемых ер с RI = 10 Ом величину максимально опустимого значения измерительного тока ледует принять равной 15 А, а для мер с н = 10 э Ом — 30 А, так как при последуюих увеличениях этих токов наблюдаются величения отсчетов r в пределах единиц

04%.

Было показано, что в условиях опреде1 ения температурных поправок, свойственных прототипу, величина максимально опустимого тока для маслонаполненных изкоомных мер должна быть не менее чем

5 раз меньше его номинального значения. ледовательно, в предлагаемом способе ля мер с йя = 10 Ом максимально допусти-2 войного моста, температурные изменения оторых в статическом режиме равны величине, не превышающей 2 10 %. Плечи 1(й)

-6

2(R2) сравнения остаются в пассивном асляном термостате моста-компаратора, и 5 х температурные изменения за 3 ч не преышают 2 10 %. Метрологический запас по очности в статическом режиме мер сопроивлений для первых четырех плеч моста авен 10 мое значение измерительного тока по сравнению с прототипом увеличилось в из 15

0,21, 0,2 - 3,2 23,4 раза, а для Мерс R =10 Ом — в 0 2 0 15 раз

-з 30

0,2 10

При равенстве номинальных значений мер, включенных в плечи 5(Ях) и 6(R>) моста, показания контрольных термометров свидетельствуют о том, что до тех пор, пока с погрешностью до 0,002 С резисторные элементы аттестуемой и тарной мер полностью охлаждаются маслом термостата, отводящим от них все тепло, которое образовалось в результате их нагрева измерительным током, наблюдается повторяемость отсчетов как по шкале термометров, так и по плечу сравнения моста-компаратора, При величине измерительного тока, превышающей его максимально допустимое значение, нагрев резисторных элементов мер повышается настолько, что установленный в термостате поток масла не успевает их полностью охладить. При этом избыточная часть тепла расходуется на нагрев как самих резисторных элементов, так и охлаждающего их масла термостата, о чем свидетельствуют увеличения отсчетов по плечу сравнения моста (r) и шкале термометров.

В данном случае, когда номинальное значение аттестуемой меры на порядок больше тарной, которая имеет в три раза большее значение номинального тока, чем аттестуемая, температурные изменения этих двух последовательно включенных мер в первую очередь определяются температурными изменениями аттестуемой меры, что подтверждается анализом граф 5 и 6 табл.2. В графе 7 этой таблицы дана чувствительность индикатора равновесия типа P

341, значения которой при ступенчатых изменениях измерительного тока приведены к пределу измерения, при котором производилась аттестация мер электрического сопротивления. В действительности отсчеты по мосту-компаратору определялись при больших чувствительностях индикатора равновесия, Аттестация низкоомных мер; входящих в состав рабочего эталона, производится с погреш ность ю определения действител ьных значений, в десять раз меньшей, чем у мер первого разряда (2 10 ). С целью обеспечения этой точности как при аттестации этих мер, так и при определении максимально допустимых значений иэме1837238

20 рительного тока интерполируют пятый знак отсчета по плечу сравнения моста(10 %) нэ шкале выходного прибора электронного индикатора равновесия. Кроме того, при аттестации мер рабочего эталона в этом диапазоне измерения опорной меры производят перед каждым измерением последующей аттестуемой. Неизменяемость отсчета по плечу сравнения моста при измерении опорной мери с погрешностью, меньшей единицы 10 %, свидетельствует об изменении температуры в пассивном термостате моста-компаратора, в <отором находятся только его два сравнительных плеча, на величину, меньшую

ЛС 1 10

Ato— а 10 6 100 10 10 100

0,01 С.

В случае изменения температуры в термостате изменяется и отсчет по плечу сравнения моста, который следует принять эа исходный при определении действительных значений последующих аттестуемых мер.

Таким образом осуществляются контроль и корректировка температурных изменений в пассивном термостате при повышенных точностях измерений.

Из всех видов дополнительных погрешностей, присущих методу аттестации образцовых мер электрического сопротивления, температурная погрешность является наиболее весомой. В табл.3 приведены величины нормируемых относительных погрешностей определения действительных значений образцовых мер рабочего эталона и мер первого, второго и третьего разрядов рабочих мер (д %), а также допускаемые годовые изменения в зависимости от их номинальных значений.

Одновременные определения действительных значений аттестуемых мер в низкоомном диапазоне (10 и 10 Ом) по способу-прототипа и предлагаемому способу отличаются между собой на величину, равную 2 10 %. Закономерность этих результатов измерений такова, что при положительных значениях ТКСадействительные значения мер, определенные по способу-прототипу, всегда меньше на эту величину действительных значений, определенных по предлагаемому способу. Это в основном объясняется тем, что нагрев резисторного элемента измерительным током значительно опережает восприятие выделяемого нагрева маслом. заливаемым в корпус измеряемой меры, температура которого измеряется термометром и принимается равной температуре резисторного элемента.

Определение температуры герметизированных мер по способу-прототипу вооб

5 ще бессмысленно, так как термометр, вставленный в корпус меры, измеряет не температуру резисторного элемента, а температуру масла термостата, которая автоматически поддерживается постоянной, Если

10 принять для низкоомных мер с номинальными значениями 10 и 10 Ом погрешность определения температурных поправок по способу-прототипу, равную 2.10 %, то в соответствии с табл,3 оказывается, что для

15 мер второго разряда эта погрешность только в два раза меньше нормируемой погрешности определения действительных значений аттестуемых мер (4 10 %), для мер первого разряда она с ней соизмерима, 20 а для мер рабочего эталона она больше ее в десять раз, Для мер с номинальными значениями 10 1 и 10 Ом нормируются погрешности определения в два раза, а для мер с номинальным значением 1 Ом — в четыре

25 раза меньше нормируемой погрешности определения оставшихся мер шести номинальных значений, что соответственно в два и четыре раза уменьшает запас по точности при их аттестации, Следовательно, можно

30 сделать вывод, что при аттестации мер первого и второго разрядов, а тем более рабочего и государственного эталонов с целью исключения l13 результатов измерений температурных поправок всего. измерительного

35 комплекса следует применять предлагаемый способ, в котором в высшем звене поверочной схемы для номинальных значений от 1 до 10 Ом обеспечивается нормируемый трехкратный метрологический запас по

40 точности (т.е. погрешность определения температурной поправки измерительной схемы в три раза меньше нормируемой погрешности определения аттестуемых мЕр).

Во всех остальных случаях метрологический

45 запас по точности значительно выше трехкратного.

Исключение температурных поправок аттестуемой меры по способу-прототипу можно производить у мер электрического

50 сопротивления третьего разряда и рабочих мер, так как их нормируемая погрешность определения действительных значений во всем диапазоне равна 1 10 % (табл.3), а погрешность определения температурной

55 поправки имеет в пять раэ меньшее значение (2 104%). Метрологический запас по точности в этом случае равен

1 10

2 10

1837238

Одним иэ преимуществ предлагаемого способа является возможность определеия максимально допустимых значений изерительных токов, гарантирующих

s сключение температурных изменений соротивлений всей измерительной схемы, с огрешностью, не менее чем в три раза еньшей нормируемой погрешности измеения. Ни в одном нормативном документе э от вопрос, определяющий наличие или отс тствие в результате измерений температ, рных поправок, не рассмотрен.

Повышение точности и достоверности результатов измерений особенно в части н изкоомного диапазона привело к повышению сходимости временных изменений атт стуемых мер, определяемых ежегодно (нализ полученных данных, проведенный эв более длительное время, дает возможность предположить, что в действительнос и этим мерам свойственны меньшие г довые изменения, чем нормируемые в т бл.З) к многократной повторяемости одновременно проделанных измерений одной и той же величины в течение длительного и омежутка времени (не менее 1 ч) с по1

r ешностью, меньшей единицы младшей д кады отсчетного плеча измерительного с едства, позволяющей предположить, что с учайные погрешности результатов иэмер ний лежат в разряде, на порядок меньем, чем им приписывалось в тех случаях, к гда температурная поплавка исключал сь по способу-прототипу. Это дает возм жность при аттестации эталонных мер в н сколько раэ ограничить количество измер ний (два-три вместо двадцати), что привод т к значительному повышению и оизводительности труда), так как помимо в емени, затрачиваемого на производство д адцати измерений, отпадает необходимрсть их обработки по формуле, исключаюй влияние случайных погрешностей на р зультат измерений. В этом случае два-три и мерения вместо одного делают для того, ч обы убедиться в постоянстве полученного о счета по плечусравнения измерительного с едства.

В предлагаемом способе производит льность труда при аттестации как разрядн х, так и эталонных мер электрического с противления также значительно повышается за счет упрощения расчетной формулы, свойственной прототипу, по которой определяется относительная поплавка апестуемой меры Сх.

С.=(г,-п)+ С +(а(-20)+Pal(@-20)2)-(а,(с,-20)+ ф,(ь-20) ))100$

Выражением в фигурных скобках, пред10 ставляющим собой разность относительных температурных поправок опорной (N) и аттестуемой (х) мер, в этом случае можно пренебречь, и тогда остается определение разности отсчетов по плечу сравнения мос15 та при включении аттестуемой меры (гх) и опорной (ги), к которой алгебраически суммируется относительная поправка опорной меры Си.

Формула изобретения

20 Способ исключения температурных поправок из результатов измерений образцовых мер электрического сопротивления, заключающийся в термостатировании аттестуемых мер, уравновешивании измери25 тельного моста-компаратора и определении истинного значения сопротивления образцовых мер, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и повышения производительности труда, Ç0 производят термостатирование всех тем. пературозависимых резисторных элементов измерительного моста-компаратора, определение экспериментальным путем минимальных значений измерительных токов

35 с дальнейшим ступенчатым их повышением до максимаа но допустимых, которые определяют по нарушению повторяемости . фиксированных значений токов, соответствующих уравновешивании измерительного

40 моста-компаратора, причем при аттестации маслонаполненных мер в рабочую зону термостата устанавливают приспособление, в котором размещают резисторные элементы аттестуемых и опорных мер, вынутых иэ cso45 их корпусов, а значения максимально допустимых токов. определяемых для каждого номинального значения меры сопротивления данного типа, сводят в таблицу, которую в дальнейшем используют при аттестации

50 образцовых мер электрического сопротивления.

1837238

24 с>( о (4

1

Ю о с 1 I

Ю (°

t т

rtl 1

«! 1

X I

1 (Ч

CO О о

С> (>(!

О с4 !

1

I о

Ю

lO !

iО !

1-,(1

1 (Ч

СО О о

О (>3

Ф( о (Ч

Ф с>1 (V

СО О о о е (4

Ю о

4 о

У о сЧ

-сс

L$

С3

D с»( с>ъ

Э о. а о

1>! о сч

-»

lA

О

О

» о

Ю ° о

Ф о (Ч !

Ы

О о

С> сЧ о

С 3

Ф ь оэ

Ю о о

»

О л О

О

С4 с>ъ

D о о

I 1

С! л

Ч:3

С( сЧ (Ч

M ь о ь

4 ь

1 1

1

I

1

1

1

1 !

1 !

1

1 !

1

I

l

1

1 о л

>О о (Ч о о о

° 3. о

Ю

Ю (X..о

1о о

X

Л (» X

Ф

X Э

Л. I(( о х с>(I 1

I I

1 I

I о 1

1 ° 1

1 I

l l

1

I

О I !

1 I

1 У

3 t

3 I

1 1

1 1

1 I

1

I (I о

° » 1

1 1

Ф сч о о о ю

Ф Ф о о

» (Ч о о о о е ° о о с"(° — Ф о о о ь о о о с>1 (й н

>Х о х о

>х ° (v

9ь, о

>$ х а х

X X

ct Ю

Ю (P .1 а О

Э >

Ф а

Э

Ф . X

Q ((К (((Q. X

Э Cl

X О

Я С о сч

Ф ч>

CO л

° о

X." 4 а ° =г о.

С> О 3

° — (4

X о

CO

С> с>(О С4 (g чЪ. 1

oi a.

Л Э

О сс> X

О- О о о сО (Ч (» r а о о

Э вЂ” о

X (X(л

° Ф ч:(о в

X м ы (Ч

-а. л м о сч сч

М л м

О (Ч (Ч л о сч сЧ

- 1 л м

D (Ч ч2

И с>(>О о о

Ч .3

М

С>3 >О

>» О сО

И сб >О о

>» О (с( о ! I а

g» э

1, 1

I

1

1 о

1

1

1

I

1 (If о

I

I (1 сс>

I о т»

I (1

I

1 о

1

I

I с>(ы е»

1!

1

1 1

1

I

1 I

1!

1

1 I

1 I

Э I

X 3 ((((ig cc аX(V Ю 1

1 з

Э C I

СХ(с х

1.с 1

1837238

Таблица 2

Время выЧувствительность индикатора равновесия S дел./10

Отсчет температуры по термометрам, установленными за мерами, подключенными

Относи" тельный отсчет по мосту"ком паратору, ч держки меры под током ; ч к зажимам 1 „ моста со к зажимам моста о т

1ОО 1ОО

10 10

0,01

О, 001

Т>

МЯ и

Ид

J,2 2

$,5 О

10 0

2,40

20,00о

20,00о 20в00î

20,00о

20,00g

20,00о

20,00о

0,5

Р

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

20,00о

20, 00

20,01

7,5 О фо о

1,2 1

0,45/10

20, 00о

0,001 100 1ОО

Р 0,,0001 10 10 и тъ

la lk

20, ООо

1!О 2

115 О

2I0 О

25 С с31) 0

40 О

111 1.М

И ерения при измерительных токах, меньыих максимального допустимого значения, и оизводились при большой чувствительности индикатора равновесия.

Время выдержки меры в термостате при изн

0 t, ч

0,75

0,75

0,75

0,75

0,75

0,75

5422

5424

5420

4884

4880

20,00&

20, 00о

20,000

20,00

20,00

20, 01

20,00о

20,0Со

20,00о

20,0СО

20, ОСо

20,00о, 20 00о

20, ООо

20 00о

20, ООо

20 ООо

20,00

20, 00

20,00о

О, 14/t С

0,29/ 10 "

0,45/1О

О 57/10 "

0,7/10

0 05/10 >

О, 07/1С

0,1/10

0,12/10

О 15/10-2(Таблиц

Номинальное сопротивление

Рабочий эталон

5 10

1 10

5 10

1 10

-f(1 ° 10 и 10

l ° 10, 1 ° 10, 1 ° 10

1" 10, 1 10", 1 10

2 ° 10

2"10

Меры первого разряда

5 10

1 10

15 1О

3 10

1 ° 10 и

1 ° 10, 110

110 01 ° 1О

6 10

1 10

2 ° 10 "

4 10 "

Меры второго разряда

1 ° 10 "

2 "10

-4

1" 1О и 1О

10 1 10

1.103 1 10

1 10

3 10

6 ° 10

1 ° 102

1 10 4 ° 10

13110 Э

2,10 3

Меры третьего разряда до 1 ° 10

1 "10 з

2 10

-3

От 1- ° 1О

1 10

2 10

5 10 3Рабочие меры до 1 10

1 ° 10

-Э

2 ° 10

-з

От 1 ° 10

1 10

1,10-3

1 ° 103

1 10

Допускаемая погрешность определения действительных значений образцовых мер, а 1

Допускаемое измерение сопротивле" ния за год,, не более

" зависимости от класса поверяемой меры по приложению

3 к ГОСТ 8.237-77

1837238

<5 Риг. 2

1837238

Составитель И. Иванов

Техред М Моргентал

Корректор Н, Кешеля

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2863 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5