• Hoş geldiniz,

    Yeni bir iş ağı olan Endüstri Forum’a ÜCRETSİZ üye olarak değerli paylaşımlarınızı buradan da yaparsanız, akışta kaybolmaz ve sürekli okunur.

    Ücretsiz üye olmak için tıklayın...

DC Referans Standartlarının Özelliklerini Anlama

NETES MÜHENDİSLİK

Tanınmış üye
Fluke Calibration 732C/734C DC Referans Standardı,
ilk olarak Fluke tarafından öncülük eMANSET1603.jpgdilen laboratuvar kalitesinde elektronik referans standartlarının üçüncü neslidir. Doğrudan voltaj referansı, ulusal standartlara izlenebilirliği sağlamak ve voltajı üretim, servis, kalibrasyon laboratuvarları veya diğer uzak yerlere dağıtmak için kullanılır. Metrologlar için özel olarak tasarlanmıştır. Sadece metrologların ihtiyaç duyduğu performansı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda kullanıcıların ölçümlerin belirsizliklerini gerçekten anlamalarına ve belirsizlik bütçelerini derlemek için kolayca pay ayırmalarına izin verecek şekilde belirtilir. ISO/IEC17025 tabanlı laboratuvar akreditasyon şemaları dahil olmak üzere çağdaş metroloji uygulamaları, belirsizlik analizi gerektirir.
Ölçümde Belirsizliğin İfadesi için ISO Kılavuzunda (genellikle GUM olarak anılır) açıklanan istatistiksel temelli tekniklere uygun olarak gerçekleştirilecektir. Spesifikasyonlar, bunu sağlamak için k=2,58'lik bir kapsama faktörü olan %99 güven düzeyinde sağlanır.
Referans laboratuvar kalibrasyon belirsizliğine ek olarak, 732C çıktılarındaki birincil belirsizlik kaynağı, 30 günlük veya daha uzun sürelerdeki zaman kararlılığıdır. Ancak birçok metroloji makalesinde belirtildiği gibi, her cihazın çalışma ve seyahat ortamına ve geçmişine bağlı olarak diğer belirsizlik kaynakları devreye girebilir. Örneğin, cihaz ortamının rakım, nem veya sıcaklığındaki bir değişiklik, bir cihaz çıktısının genişletilmiş belirsizliğini belirlerken, belirsizlik terimlerinin kalibrasyon belirsizliği ve zaman kararlılığı belirsizliğine uygun şekilde dahil edilmesini gerektirebilir.
Belirtilen performansı elde etmek için, ölçüm sisteminden tüm termal emk hatalarını ortadan kaldırmaya özen gösterilmelidir. Bağlama direklerine ve diğer aletlere yapılan tüm bağlantılar için düşük kaçak izolasyonlu çıplak bakır tel veya düşük ısıl uçlar kullanılması tavsiye edilir.

Çalışma ve Kalibrasyon Sıcaklık Aralıkları
Voltaj veya transfer standardı olarak 732C, sıcaklığın ± 1 ºC'ye kadar kontrol edildiği bir kalibrasyon laboratuvarında yaygın olarak kullanılacaktır ve bu durum için zaman kararlılığı spesifikasyonları yazılmıştır. Elektrik kalibrasyon laboratuvarlarının çoğu, üretim ve servis sırasında 732C cihazının Fluke tarafından kalibre edildiği sıcaklık olan 23 ºC nominal sıcaklıkta çalışır. 732C, belirtilen çalışma sıcaklığı aralığında başka bir sıcaklıkta da kalibre edilebilir ve ± 1 ºC spesifikasyonları, kalibrasyon sıcaklığının ± 1 ºC'si dahilinde çalışmaya uygulanır.

Sıcaklık Katsayısı Özellikleri
Kalibrasyon sıcaklığı dışındaki sıcaklıklarda performans, ek sıcaklık aralığı üzerinde sıcaklık katsayısı için bir pay dahil edilerek belirlenebilir. Örneğin, 23 ºC kalibrasyon sıcaklığında 27 ºC'de çalışmak, her çıkışa üç derecelik sıcaklık katsayısı hatası eklenmesini gerektirir, çünkü 27 ºC 23 ºC + 1 ºC = 24 ºC'nin dışında 3 ºC'dir.

Burada, 10 V çıkış için, sıcaklık katsayısı nedeniyle 3 ºC × 0,04 µV/V-ºC × 10 V = 1,2 µV ek bir hata oluşacaktır. Daha yaygın olarak, performansı en üst düzeye çıkarmak için 732C, istenen çalışma sıcaklığında karakterize ve kalibre edilebilir. Benzer şekilde laboratuvar ortamının 1 ºC'den fazla değişmesi durumunda sıcaklık katsayısı toplam değişim miktarına aynı şekilde uygulanabilir. Örneğin, laboratuvar 23 ºC ± 3 ºC ise, belirtilen 1 ºC'nin ötesindeki iki derecelik varyans için sıcaklık katsayısının uygulanması gerekir.

Gürültü Özellikleri
Önceki 732A ve 732B voltaj standartlarıyla ilgili kapsamlı ve genişletilmiş çalışmalar, daha standart 0,01 Hz ila 10 Hz gürültüye ek olarak, çok daha düşük frekanslı ve bazen 1/f benzeri olarak adlandırılan başka gürültünün de bulunduğunu göstermiştir. Bu gürültü, S1 ve Sra spesifikasyonları ile karakterize edilir ve örnekleme zamanı ile artar, ancak neredeyse 1/f gürültüsü kadar hızlı değildir. Bir cihaz çıktısı için regresyon çizgisinin eğimi, aylarca veya daha uzun süre boyunca yapılan çoklu kalibrasyonların sonuçlarından belirlendiğinde, kararlılık performansı ve gürültü belirsizliği spesifikasyonlarının uygun şekilde uygulanmasıyla bu çıktı için performansın gelişmiş bir belirsizlik tahmini elde edilebilir.

Bu özel yaklaşımın açıklaması, John Emery, Ray Kletke ve Howard Voorheis'in 1992 Measurement Science Conference Proceedings of the 1992 Measurement Science Conference'da yayınlanan "A New Approach to Specifying a New DC Reference Standard" başlıklı makalesinde bulunabilir. Bu makalenin özeti şöyledir: “Son olarak, düşük frekanslı gürültünün regresyon belirsizliği üzerindeki etkisi ele alındı. Düşük frekanslı gürültünün varlığı, klasik regresyon analizi kullanılarak DCRS (DC Referans Standardı) belirsizliğinin hafife alınmasına neden olabilir. Düşük frekanslı gürültünün çıkış belirsizliği üzerindeki etkisini ölçen bir parametre olan Sra tanıtıldı. Bir performans özelliği olarak Sra'yı dahil ederek, bu düşük frekanslı gürültü etkisi sınırlandırılır ve belirsizlik daha gerçekçi bir şekilde tahmin edilir.”

Diğer makaleler, standart regresyon analizinin ötesinde belirsizlikler ekleme ihtiyacına işaret ediyor. 1996 NCSL Workshop & Symposium'da sunulduğu gibi, Les Huntley'in "The 1995 NCSL 10 V Josephson Array Interlaboratory Comparison"da, s. 33-48, " Kısa vadeli standart sapmaların (birkaç saat veya birkaç gün içinde alınan 732B verilerinin), uzun vadeli standart sapmadan (birkaç ay boyunca alınan veriler) önemli ölçüde daha küçük olduğu bir süredir bilinmektedir. Ayrıca, "Şu anda makul bir tahmin, gürültünün "kaotik" olduğu, yani fiziksel sistem tarafından belirlenen sınırlar içinde kaldığı, ancak koşullardaki küçük değişikliklere duyarlı olduğudur" diyor. Çok düşük frekanslı gürültünün kaynakları ne olursa olsun, bu belirsizlik kaynaklarını yeterince yakalamak için Sra parametresi kullanılabilir.

Kararlılığı tahmin etmek

Doğrusal bir regresyon analiziyle birleştirilmiş cihaz özellikleri, belirli bir süre için kararlılığı tahmin etmek için kullanılabilir. Burada kararlılık, çıktı belirsizliği eksi kalibrasyon belirsizliği olarak tanımlanır ve bu, 732C için %99 güven seviyesindedir. Çıkış voltajı bir regresyon modeli ile karakterize edildiğinde, kararlılık aşağıdaki denklemle verilir:

FORMUL.JPG


Bu regresyon analizi için 0.01 Hz ila 10 Hz gürültü etkilerini azaltmak amacıyla, regresyon parametrelerinin hesaplanması için her bir veri noktası genellikle 50 saniyelik bir ölçüm periyodunda alınan yaklaşık 50 okumanın ortalama voltajıdır.

Bir alet üzerinde ek kalibrasyonlar yapılırsa, o alete özgü gürültü özellikleri hesaplanabilir ve ardından alet çıktıları için daha doğru stabilite tahminleri yapılabilir. Bu durumda, her bir çıktıya özgü b, S1 ve Sra değerleri, daha sonra yukarıdaki kararlılık tahmin denkleminde kullanılabilecek bir araç için geliştirilecektir.

Daha geniş sıcaklık aralıkları, irtifa değişiklikleri ve nem değişiklikleri bir enstrümanı etkiler ve bu etkiler için belirsizliklerin olmasını gerektirir.Yukarıdaki çıkış voltajı tahmin denklemine dahil edilmelidir. Aşağıda listelenen makale ve diğerleri, gerekli belirsizlikler dahil olmak üzere uygun şekilde yardımcı olabilir.

Çıkış Kayması
Birçok cihaz çıkışı, uzun süreler boyunca neredeyse doğrusal olarak sürüklenir ve bu nedenle doğrusal bir regresyon, çıkış voltajının uzun vadeli zaman kararlılığı davranışına çok iyi uyar. Bununla birlikte, bazıları, özellikle geçmişlerinde daha erken dönemlerde, doğrusal olmayan sürüklenme oranlarına sahiptir. x' = log (x-d) veya x' = sqrt (x-d) gibi dönüşümleri kullanarak zaman değişkenini dönüştürerek bir çıktı ile zaman arasındaki ilişkiyi doğrusallaştırmak genellikle mümkündür; burada d bir tarihe karşılık gelen bir sayıdır. Bu genellikle çıkış voltajının zamana karşı regresyonu için çok daha düşük belirsizliğe yol açar. Raymond D. Kletke'nin 1998 NCSL Konferans ve Sempozyumunda bulunan “10 V dc Referans Standart Çıkış Voltajını Tahmin Etme” makalesi, s. 615-621 ve diğer makaleler bu yaklaşıma yardımcı olabilir.

Spesifikasyonları Yeniden İzleme
Optimum performans için, çekirdek voltaj referans devresi, ısıtıcı elemanlar ve kontrol devresi tarafından kontrollü, daha yüksek bir sıcaklıkta tutulur. Pil gücü kaybolursa, ısınan devre soğur ve fizik yasalarının bir sonucu olarak voltaj referans elemanı voltajı geçici veya kalıcı olarak değiştirebilir. Voltaj referansının soğuduğu sıcaklık 23 ºC ila 35 ºC aralığındaysa ve güç kapatma süresi birkaç güne kadar ise, 10 V çıkışındaki kayma miktarı Yeniden İzleme Hatası tablosunda verilenden daha fazla olmayacaktır.Örneğin, cihaz, dahili pilin boşalmasına ve dahili devrenin üç gün boyunca 23 ºC'lik oda sıcaklığına soğumasına yetecek kadar AC gücünden yoksun bırakılırsa, 10 V çıkış maksimum 0,25 µV/V hataya neden olur veya 2.5 µV. Ortaya çıkan bu geri izleme (histerezis) hatası, toplam belirsizliği elde etmek için Kararlılık özelliğine (doğrusal) eklenir. Tipik olarak, cihazın uzun vadeli sürüklenme hızı (eğim), geri izleme hatası için belirtilenler dahilindeki koşullar için değişmez.
 
Top