Metrologus Magicus

Я обещал отмечать воздержание? Вроде да…. а прошло у нас уже 10 дней, значит надо делать Абра-ка-дабру… Ну чтож братцы, значит вот прям ща мы с вами и с Тульским ЦСМ начнем делать настоящую магию! А не ту херню которой страдают на форумах. laugh

На днях я получил с поверки в Тульском ЦСМ меру P4023 на номинал 10 МОм.

Протокол заказывался с двумя главными целями:

  • Узнать действительное значение сопротивления меры.
  • Иметь возможность в будущем вычислить долговременный дрейф меры.

Непонятно почему, но наша законодательная метрология не предусматривает “по умолчанию” выдачу протоколов измерений, в случае если мера не признана эталоном. Сам факт того что мера считается исправной (а ничего другого понятие “поверка” в себе не содержит по факту) для меня в сути своей ничего не значит. А вот протокол измерений полностью раскрывает состояние меры.

К счастью и поверка и протокол обходится не дорого: поверка 1 105 руб. + протокол 280 руб. + НДС 277 руб., итого 1 662 рубля.

Но радость моя была не слишком долгой… ведь я-ж задрот, и мне не хватило просто лицезреть надпись в протоколе “Действительное значение расчитанное R, Ом: 9,9998 МОм”. И я начал искать где тут подвох.

И конечно-же я подвох нашел crazy

Протокол оформлен в стиле – братцы а давайте каким-нить измерителем скомпарируем эталон с поверяемой мерой!

И я вооружившись калькулятором посчитал этот протокол, вышло не очень…

Ответ в 9.9993 МОм даже близко не равен результату ЦСМ-а. Тут у меня закралось сомнение, что глубина этого анала не равна нулю. Около суток я пытался понять какой “черный мажик” они там сделали и как -же получили из очевидного невероятное. rtfm

Раскопки показали, что указанный в протоколе ГОСТ 8.237-2003 в качестве методики поверки указан там в сути своей некорректно. В реальности поверитель использовал ГОСТ 8.237-77, и они отличаются!

А главное, что они отличаются тем, что в старом ГОСТ-е есть упоминание установки компаратора-моста больших сопротивлений УПМС-5М, которую и применяли при поверке. Интернет про эту установку ничего не знает. С трудом и с помощью анализа многих терабайт информации, было выяснено, что эта установка не может в абсолютных величинах измерять или компарировать сопротивления. Она может сравнить одну меру по другой, в относительных значениях, указываемых НЕ В ОМАХ, а в относительном проценте отклонения величин от некоторой заданной. Современные измерительные приборы в большинстве своем  так не делают, они оперируют опорной точкой уже приведенной к номинальному значению.

Даже сам старый ГОСТ показывает, что этот мост не простой:

В новом ГОСТе эта установка исключена из перечня рекомендуемых мостов, по этому там этой формулы нет.

Особо надо отметить, что мост используется довольно хитро-выебанным способом с уравновешиванием катушек:

Из за специфики таких операций, и из за того что мост не индицирует напрямую измеренное значение меры, поверитель при составлении протокола допустила грубую ошибку – она указала не процент отклонения ax и an от равновесного состояния катушек установленный  на магазине моста, как предписывает ГОСТ, а попыталась этот процент от равновесного состояния вычесть из номинального значения 10МОм. Видимо, ранее они получали жалобы на “какие-то непонятные ax и an в протоколе”, и со временем перешли к попытке пересчета их в абсолютные значения, что не верно.

Исправив ошибку, и применив формулу из старого ГОСТа получаем тот-же результат что и поверитель:

После этого, для проверки из ФГИС Аршин был скачен еще десяток-другой протоколов нашего ЦСМ в которых они применяли этот мост на разных высокоомных мерах. Все предположения подтвердились, и расчёты совпадают.

Оукей, с натяжкой, но принимается! Проверяем первый лист протокола с условиями измерения, убеждаемся что температура измерения там указана 20°C. И так, один параметр получен, сопротивление R20, спасибо нашему ЦСМ, оно на 24.08.2021 составило 9.9998 МОм.

Поскольку мера куплена с Авиты без бумаг, а именно в оригинальном паспорте на меру указан ее “персональный” ТКС, но оригинального паспорта нет. Значит нам не хватает еще 2 параметра, это коэффициенты полинома “Альфа” и “Бета”, которые указываются в паспорте меры, их рассчитываем по ГОСТ 8.237. Ибо, если мера будет эксплуатироваться при температуре отличной от 20°C ее сопротивление изменится на величину ТКС и ее надо будет учесть.

Как вы помните, я ранее пытался сделать это для подобной меры в Excel за один циклический проход между двумя точками, но из за высокой тепловой инерционности меры у меня это вышло плохо. По этому, в этот раз я применю метод описанный в ГОСТ, который подразумевает выдержку меры на строго фиксированных температурах. И за одно, дает понять какие точки температуры надо взять при измерениях.

Там определено 3 точки температуры +16°C, +20°C, +24°C для вычисления ТКС. Поскольку в паспорте мер время выдержки при измерении ТКС не указано, будем исходить из приписки в ГОСТе на этот случай, где указано, что минимальная выдержка в точках должна быть 0.5 часа.

Мера была подключена к электрометру, с контролем температуры с помощью TMP117, который вместе с датчиком обратной связи был помещен прямо внутрь катушки.

Ранее я уже помучался с тем, что петля обратной связи не стабильна если пытаться термо-стабилизировать в моей камере сам материал такой массивной меры. И в этот раз я тоже попробовал пойти по этому провальному пути, с тем-же результатом… 2 с половиной часа я пробовал разные PID-коэффициенты и всё равно – нет выхода на режим.

Тогда я решил побороть внутреннего задрота перфекциониста и стабилизировать не материал меры а температуру воздуха. Конечно температура меры от температуры воздуха будет “отставать”, по этому выдерживать в каждой точке надо не 0.5 часа как говорит ГОСТ, а часа 2…

И да, эта мысль коненчно-же сработала, температура воздуха сразу выходила на режим, а мера “медленно спускалась с горы и ебла все стадо” не торопясь выходила на режим.

Тогда я еще больше убедился в том, что большая теплоемкость это не прихоть, а скорее важный метрологический аспект, дабы минимизировать краткосрочное влияние температурных перепадов. И эти меры бесполезно пытаться окутать петлей обратной связи по температуре.

В результате, был получен заветный график ТКС по трем точкам:

Теперь определим коэффициенты уравнения:

Ну да….Это тебе не Канзас, Дорати!!!…. это ГОСТ, он порой заставляет и посчитать…. crazy

Фильтруем массив данных по медиане оставляя 3 искомые точки и применяем формулу из ГОСТа.

 

Получаем заветные α0=9,6E-6 и β=0,157E-6. Сам расчёт можно скачать тут.

Почему это важно: а потому, что при смещении на 10ppm на каждый градус, мы имеем на 10 МОм мере смещение на 0.0001 МОм. То есть как показывает расчёт, при скажем 25°C у нас сопротивление будет уже не 9,9998 МОм, а 10,0003 МОм, что в принципе весьма значимая разница! И да… дело тут не в “дрочинге на ЕМРку”, а в весьма насущной необходимости знать например какую именно опорную точку надо вводить в меню мультиметра при его калибровке.

Кстати сказать, с электрометрами СССР такое измерение как альфа-бета меры с ТКС около 10 ppm/°C было-бы неосуществимо. Им просто нехватило-бы ни эффективного разрешения, ни стабильности. Славься о современный Keysight B2985A !!! drinks

Мера полностью определена, остался только финальный штрих! Наклеечка! laugh

Резюме

Суммарный бюджет на получение “метрологичной катушки 10 МОм” составил:

  • Катушка на Авито: 2 900 руб. / 40$.
  • Доставка: 400 руб. / 6$.
  • Поверка с протоколом: 1 662 руб. / 23$.
  • Магарыч родственникам за хождение по ЦСМ-ам: 1 000 руб. / 14$.
  • Одна ночь прогона в термокамере:  бесценно.

Итого: 5 962 руб. / 82$.

В принципе очень даже не много, если вдуматься. В последствии, надо будет еще погонять ее в ЦСМ пару-тройку лет, чтобы убедится в отсутствии годового дрейфа. А может-быть даже по приколу, присвоить ей статус эталона через 2 года. laugh

Ну а с другой стороны, с мерой могло и не повезти…. во первых продавцы на Авито ничего не гарантируют, она может приехать вообще не исправной. Во вторых, только ЦСМ может сказать в своем ли классе эта мера,  по этому, сначала все эти деньги надо потратить, а только потом понять пригодна ли она. Получается, что 6 000р. за “попытку” – не такая уж это и маленькая цена. Предлагаю подумать над этим!

И да, покупать меры не обеспечив им при этом метрологию, бесполезная затея. Надеюсь это очевидно всем.

Добавить комментарий