RU1837238C - Способ исключени температурных поправок из результатов измерений образцовых мер электрического сопротивлени - Google Patents

Abstract

Использование: в области электрических измерений при аттестации разр дных эталонных мер электрического сопротивлени , а также в других област х техники, св занных с их применением. Сущность изобретени : способ исключени  температурных поправок из результатов измерений образцовых мер электрического сопротивлени  заключаетс  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 составл етс  таблица максимально допустимых токов дл  каждого поминального значени  меры сопротивлени  данного типа , котора  используетс  при аттестации образцовых мер электрического сопротивлени . 3 табл,, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электрическим измерени м и находит широкое прими пение при аттестации разр дных и эталонных мер электрического сопротивлении , а также о других област х измерительной техники, св занной с их применением.

Целью изобретени   вл етс  повыше- ниэ точности и достоверности результатов измерений, а также производительности труда при аттестации образцовых мер электрического сопротивлени .

Цель по способу исключени  температурных поправок из результатов измерений оразцовых мер электрического сопротивлени , по которому термостатирукп аттестуемые меры, уравновешивают измерительную схему и определ ют действительные значени  сопротивлений мер, достигаетс  следующим образом.

Вначале термостатируют все темпера- турозависимые резисторные элементы измерительной схемы, затем определ ют экспериментально минимальные значени  измерительных токов по признакам, обеспечивающим чувствительность и неизмен емость единицы отсчета младшей декады плеча сравнени  измерительного средства , после чего ступенчато повышают их значени  до максимально допустимых, при превышении которых нарушаетс  посо

со

VI N3 OJ

со

втор емость снимаемых отсчетов, соответствующих уравновешивани м измерительной схемы, причем маслонаполненные меры устанавливают в масл ном термостате вынутыми из своих корпусов, а значени  максимально допустимых токов определ ют дл  каждого номинального значени  меры данного типа один раз на все врем  эксплуатации измерительного средства. После этого полученные значени  максимально допустимых токов свод т в таблицу, по которой в дальнейшем они и устанавливаютс  при аттестации образцовых мер электрического сопротивлени .

Изменение общеприн того подхода к решению задачи исключени  из результатов измерений температурных поправок позволило устранить источники температурных погрешностей, свойственные как прототипу, так и всем резисторным элементам измерительной схемы, так как полное изменение сопротивлени  резисторного элемента меры в зависимости от степени его нагрева  вл етс  безинерционным процессом , а неполна  передача его нагрева окружающей среде - инерционным, который длитс  часами.

Известны такие операции, как формирование требуемых номинальных значений сопротивлений с помощью переходных мер, перекос температурных резисторных эле- ментоэ измерительной .схемы в масл ный термостат и т.д. Но в данной взаимосв зи, взаимообусловленности и в определенной последовательности действий эти операции примен ютс  впервые. Вышесказанное подкрепл етс  определением наличи  температурной поправки не по изменениютем- пературы среды, контактирующей с резисторным элементом меры, а по температурному изменению сопротивлени  самого резистора; не расчетным определением действительного значени  температурной поправки аттестуемой меры, а исключением ее из результатов измерений; приведением температурозависимых резисторных элементов измерительной схемы к температуре термостатировани  отдельного вы- сркоточногоо масл ного термостата; исключением из результатов измерений не только температурной поправки аттестуемой меры, но и суммарной температурной поправки всей измерительной схемы; простотой реализации способа, позвол ющей в тех же измерительных схемах, в которых определ ютс  действительные значени  аттестуемых мер, получить результаты измерени , не содержащие температурных поправок, что приводит к повышению производительности труда, так как в этом слу0

0

чае отпадает необходимость их вычислени  по температурным формулам и последующее введение в результаты измерений; повышением точности измерений за счет высокой точности исключени  температурных поправок из результатов измерений с погрешност ми, не менее чем в три раза меньшими величин и 1 , т.е. лежащими за пределами единицы отсчета младшей декады плеча сравнени  измерительного средства, за счет повышени  чувствительности при измерении низкоомиых маслонаполненных мер в результате непосредственного и интенсивного, охлаждени  их резисторных элементов маслом термостата , что позвол ет в несколько раз увеличить величину измерительного тока, за счет исключени  из результатов измерени  суммарной температурной поправки измерительной схемы.

Следует отметить, что предлагаемый способ исключени  температурных поправок из результатов измерений аттестуемых разр дных и эталонных мер сопротивлений основан на определении начала температурного изменени  любого плеча моста- компаратора при возрастающем значении измерительного тока, который вызывает нагрев резисторных элементов плечей моста. Известно, что источником температурных изменений резисторных элементов мер сопротивлений  вл ютс  изменени  температуры внешней среды, в которой эксплуатируютс  меры, а также их нагрев

5 измерительным током. Дл  того, чтобы свести температурные изменени  резисторных элементов мер, вызванные нагревом измерительного тока, к величине, которой можно пренебречь, предварительно следует исключить из результатов измерений вли ние температуры внешней среды, в которой наход тс  температурозависимые резисторы измерительной схемы, С этой целью используетс  масл ный термостат с точностью

5 поддержани  температуры 20 ± 0,002°С, в рабочую зону которого перед началом измерений загружаютс  аттестуемые и температурозависимые плечи моста-компаратора , которые и выдерживаютс  в ней в течение 2 ч. За это врем  температура их резисторных элементов становитс  равной 20±0,002°С, где изменение температуры масл ной среды дл  усредненного значени  ТКС аттестуемых мер и плеч моста-компара5 тора а вызывает изменение сопротивлени , равное

100 10-10е- 2-10 3-102-2 КГ6%. которым можно пренебречь.

0

5

0

5

0

Таким образом обеспечиваетс  устра- ение вли ни  внешней среды на темпера- рные изменени  плеч моста-компаратора, то позвол ет в тех же самых измеритель- ых схемах, в которых определ ютс  дейст- ительные значени  аттестуемых мер. пределить экспериментальным путем мак- имально допустимые значени  измери- ельных токов,  вл ющиес  теперь динственным источником температурных зменений резисторных элементов плеч из- ерительной схемы.

Из сказанного следует, что пысокоточ- ый масл ный термостат в предлагаемом пособе исключени  температурных попра- ок играет роль вспомогательного средст- а измерени , с помощью которого с еобходимой степенью точности исключатс  температурные поправки резистор- ых элементов плеч моста, возникающие от зменений температуры внешней среды. :ам предлагаемый способ позвол ет с тре- уемой степенью точности исключить из ре- ультатов измерений температурные оправки, возникающие в тех же самых ре- исторных элементах плеч моста, за счет агрева их измерительным током. При этом сключаютсл погрешности, св занные с оп- еделением температурной поправки атте- туемой меры из-за неточного определени  емпературы ее резисторного элемента, войственные прототипу, так как предлага- мый способ опираетс  не на причину, вы- вавшую изменение сопротивлени  езистора (повышение его температуры, ее оследующее измерение и расчетное опре- еление температурной поплавки), а на педствие, вытекающее из этой причины зменение сопротивлени  самого резистоа в результате изменени  его температуы ). Это температурное изменение эпротивлени  дл  большинства номинальых значений мер может быть отнесено за ределы погрешностей, лежащих в разр де 0 или 10 %. Например, дл  номиналь .IX значений мер, наход щихс  в интерва1 дл  мер

10 3-105 Ом менее

рзбочего эталона, менее 1-10 % дл  разр дных мер и 1 дл  мер с номиналь- значением 104 Ом.

Преимуществом предлагаемого спосо- б$) по сравнению с прототипом  вл етс  то,

о у прототипа исключалась температур- нЬ  поправка аттестуемой меры, а здесь - всей измерительной.схемы, т.е. любого пле- чг одинарного или двойного моста, что к повышению точности измерений. Например, в схеме двойного моста в момент

его равновеси  справедливы равенства отношений его плеч:

Rx R Ra RT Ri R3

При увеличении измерительногоо тока может произойти температурное изменение любого плеча моста, что ведет к изм енению отсчета по плечу сравнени  ранее уравновешенной измерительной схемы. Температурные изменени  в резисторных схемах характерны тем. что они не устанавливаютс  сразу, а происход т за длительный промежуток времени, исчисл емый часами. Примен емый при аттестации мер сопротивлений метод замещени  основан на том, что относительные поправки плеч моста неизмен емы во времени и при этом

условии могут быть исключены из результатов измерений. Если же хот  бы одному из этих плеч свойственны температурные изменени , то это условие нарушаетс  и приводит к по влению дополнительной

температурной погрешности, что полностью исключаетс  в предлагаемом способе, так как неизмен емость отсчета по плечу сравнени  моста-компаратора, в том числе и при максимально допустимом измерительном токе, свидетельствует об отсутствии температурных изменений любого его плеча.

На фиг.1 изображена упрощенна  схема двойного моста-компаратора, например,

типа УМКС-1, примен ема  дл  диапазона аттестуемых мер, номинальные значени  сопротивлений которых наход тс  в интервале Ом, где 1 - первое основное плечо, состо щее из резисторных элементов R с декадами и последовательно соединенного с ним малоомного магазина р сопротивлений,  вл ющимис  совместно с первым дополнительным плечом 2, состо щим из резисторных элементов R2 с декадами и последовательно соединенного с ним малоомного магазина pi сопротивлений , плечом сравнени , 3 - второе основное плечо, смежное с первым, состо щее :ИЗ резистора Ri и последовательно с ним

соединенного малоомного магазина р сопротивлени , А - второе дополнительное плечо, смежное с первым, состо щее из резистора Ra и последовательно соединенного с ним малоомного магазина рз

сопротивлени , 5 - измер ема  четырехза- жимна  мера Rx, соединенна  своими потенциальными выводами с первыми основным и дополнительным плечами, б - тарна  четырехзажимна  мера RT, соединенна  своими потенциальными выводами с вторыми основным и дополнительным плечами, 7 - перемычка, соедин юща  второй токовый зажим меры Rx с первым токовым зажимом тарной меры RT, 8 - нулевой индикатор, подключенный к узлам, соедин ющим друг с другом основные и дополнительные плечи, 9 - батаре  питани , соединенна  последовательно с контрольным амперметром 10 и реостатом 11, причем один из полюсов батареи питани  подключен к второму тоководу зажиму 12 тарной меры RT, а один из выводов реостата -к первому зажиму 13 измер емой меры RX, 14 - штепсельный коммутатор L, служащий дл  разрыва цепи перемычки, и 15 - штепсельный коммутатор К, служащий дл  перемыкани  главной части основных плеч R и RI, предназначенные дл  раздельного уравновешивани  двойного моста, позвол ющего при точных измерени х исключить, погрешности, возникающие за счет сопротивлени  перемычки и вли ни  сопротивле- ний соединительных проводов и их переходных контактов в потенциальных цеп х измер емой Rx и тарной RT мер сопротивлений .

На фиг.2 показаны коммутаци  и включение в измерительную схему двойного моста-компаратора переходной меры 16 сопротивлени  с одиннадцатью ступен ми по 103 Ом кажда  и плеча RI 103 Ом, а также отдельно выделенна  главна  часть (резистор) 17 основного плеча R 900 Ом с коммутатором 18 (Ki). Эта измерительна  схема используетс  дл  аттестации мер в диапазоне 1-102 Ом, где 19 (а), 20 (Ь), 21 (с) и 22 (о1)- токовые аи 1и потенциальные и и с, зажимы, предназначенные дл  подключени  к мосту второго основного плеча, используемые в данном случае дл  подключени  переходной меры, причем к первому токовому зажиму а, подключаетс  узел, соедин ющий конец дев ти последовательно соединенных резисторов с началом шунтирующего это соединение дес того резистора , индикатор равновеси  моста через зажим & коммутируетс  к узлу, соедин ющему начало группы из дев ти последовательно включенных резисторов, конец дес того шунтирующего резистора и начало одиннадцатого резистора, используемого в качестве плеча Ri; еторце потенциальный с, и токовый. зажимы этого плеча коммутируютс  к узлу переходной меры, соедин ющему потенциальный и токовый зажимы конца одиннадцатого резистора.

На фиг.З показаны упрощенна  схема одинарного моста-компаратора, используема  дл  аттестации мер в диапазоне 10-10

Ом, и коммутаци  той же переходной меры вместе с четырехзажимной мерой 23 сопротивлени , формирующей плечо Ri 104 Ом, соединенной вторым токовым зажимом последовательно с переходной мерой и подключенной к плечу одинарного моста RI аналогично ее одиннадцатому резистору в схеме, изображенной на фиг.2.

В схемах, приведенных на фиг.1, 2 и 3,

0 сохранены буквенные обозначени  их эле-, ментов, которыми они обозначены в принципиальных схемах описани  установки типаУМКС-1.

Способ характеризуетс  следующими

5 операци ми.

В измерительной схеме, например, двойного моста-компаратора типа УМКС-1, изображенной на фиг.1 и 2, предназначенной дл  определени  действительных зна0 чений-аттестуемых образцовых мер сопротивлений, определ ют экспериментальным путем дл  каждого номинального значени  меры минимальное значение измерительного тока, при котором нагрев ре5 зисторных элементов плеч моста настолько незначителен, что их температурные изменени  лежат за пределами допускаемых погрешностей измерений, а чувствительность измерительной схемы такова, что еще по0 звол ет ощутить изменени  сопротивлений младших декад плеч сравнени . Это требование (за исключением части низкоомного диапазона, представленного маслонапол- ненными мерами с номинальными значени5  ми , и 104 Ом) удовлетвор етс  в случае, когда измерительные токи не менее чем в 10 раз меньше своих номинальных значений. Дл  мер с номинальными значени ми 10 , 10 и 10 Ом величины измери0 тельных токов устанавливаютс  равными своим номинальным значени м, так как в этом случае резисторные элементы масло- наполненных мер вынимаютс  из своих корпусов и вставл ютс  в гнезда приспо5 соблени , установленного в рабочей зоне высокоточного термостата, где они непос- родственно охлаждаютс  интенсивно циркулирующим маслом.

Затем производ т раздельное четырех0 кратное уравновешивание измерительной схемы двойного моста-компаратора, дл  чего замыкают штепсельный коммутатор 14 (L), размыкают штепсельный коммутатор 15 (К) и уравновешивают мост равнозначными

5 изменени ми сопротивлений декад плеч 1(R) и 2(R2) сравнени . Второе уравновешивание производ т при замкнутых коммутаторах 14(1) и 15 (К). Мост уравновешивают с помощью декад малоомного магазинар при выбранном сопротивлении малоомного магазина р. Третье уравновешивание произ- i од т при разомкнутых коммутаторах 15 (К) i 14 (L), уравновешива  образовавшийс  (динарный мост изменением сопротивлени  декад малоомного магазина pi при выбранном сопротивлении малоомного магазина рз . Последнее четвертое уравно- i вшивание моста аналогично первому. С целью исключени  вли ни  термоЭДС каждое измерение производитс  при пр мом и обратном направлении измерительного то- i а. Проделав эти операции, повышают чув- ( твительность электронного нулевого индикатора 8 равновеси  (например, типа Р 41, изготовитель КЗИП) при одновременном уменьшении измерительного тока до акого значени , при котором отклонение

трелки индикатора равновеси , приход - цеес  на одну ступень младшей декады плеч 1(R) и 2(Ra) сравнени , может быть за- оиксировано оператором. Это полученное ; кспериментальным путем минимальное ; начение измерительного тока и принима ;тс  за исходное.

Далее определ ют максимально допу- (тимое значение измерительного тока, уравновешива  измерительную схему мос- а при каждом ступенчатом увеличении из- ерительного тока от его минимального начени  до максимально допустимого, ритерием определени  этого тока  вл етс  Нарушение повтор емости снимаемых отчетов с плеч 1(R) и 2(Ra) сравнени  моста, в пределах, меньших единицы отсчета по их младшим декадам, вызванное температур- i 1ым изменением любого из плеч моста-компаратора . За максимально допустимое начение измерительного тока принимает-   такое, которое предшествовало началу Изменени  отсчета. При этом достигаетс  получение максимально возможной чувст- иительности, что приводит к повышению очности измерений, при исключении из ре- |ультатов измерений температурных по- Лравок всей измерительной схемы с погрешностью, неисключенна  часть кото- ой лежит за пределами единицы младшего нака отсчета по плечу сравнени  компара- ора. и, следовательно, сам отсчет свободен т вли ни  температурных погрешностей езисторных элементов плеч измеритель- ой схемы.

Определени  максимально допустимых змерительных токов дл  каждой измери- ельной установки производ т один раз на се врем  ее эксплуатации. Это объ сн етс  тем, что кажда  измерительна  схема состоит из резисторов, имеющих различные зна- ени  ТКС. которые только в заданном

сочетании элементов измерительной схемы позвол ют правильно определить значени  максимально допустимых токов индивидуально дл  каждого номинального значени 

аттестуемой меры данного типа. Дл  этого следует только использовать в качестве плеч моста те же меры сопротивлений, при которых определ лись максимально допустимые значени  измерительных токов.

0 Экспериментально определенные значени  максимально допустимых измерительных токов-свод т в рабочую табл1. в которой RH - номинальные значени  сопротивлений аттестуемых мер и плеч моста; н 5 номинальные значени  измерительных токов аттестуемых мер; иэ. - максимально допустимые значени  измерительных токов аттестуемых мер; б - ток батареи одинарного моста, соответствующий максимально

0 допустимому значению измерительного тока; RT, Rx, RI, R3. R, R2 - номинальные значени  плеч одинарного и двойного моста-компаратора, соответствующие каждому номинальному значению аттестуемой

5 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 то0 ков, так и при аттестации повер емых мер. При аттестации маслонаполненных мер в рабочую зону высокоточного термостата устанавливают приспособление, изготовленное из листового текстолита, в котором

5 высверливаютс  семь гнезд. В эти гнезда вставл ютс  крышки аттестуемых и опорных мер, вынутые из своих корпусов, вместе с укрепленными на них резисторными элементами . Текстолитова  панель с гнездами

0 устанавливаетс  на поддоне термостата с помощью трех стоек, высота которых равна высоте корпусов измер емых мер. Дл  фиксации приспособлени  в поддоне термостата высверливаютс  три отверсти , в которые

5 вставл ютс  нижние концы стоек.

С точки зрени  приведени  температу- розависимых плеч измерительной схемы к температуре термостатировани  высокоточного термостата, чем достигаетс  исклю0 чение вли ни  температуры окружающей среды на резисторные элементы мер в их статическом режиме, весь диапазон аттестуемых мер от 105 до Ом следует разделить на три части.

5 . Перва  часть этого диапазона от 10 до 103 Ом аттестуетс  на одинарном мосте (фиг.З). в котором используютс  токовые и потенциальные зажимы дл  подключени  наружных плеч двойного моста 5(RX) и 6(Rr), а также четыре зажима второго основного

плеча 3(R1). а именно 19(а), 20(Ь), 21(с) и 22(d). Это дает возможность включени  в плечо 3(Ri) между зажимами Ь и с меры 23 сопротивлени  с RH - 104 Ом. а в плечо 1(R) сравнени  главную часть его сопротивле- им . сформированную на переходной мере 16 путем шунтировани  дев ти последовательно включенных резисторов с RH 10 Ом. дес тым резистором. Общее сопротивление этой группы резисторов

„ 9000-1000 ппППм Ro6 9000+1000

подаетс  на зажимы а и b моста и включает- е  последовательно с переменной частью плеча 1(R) сравнени , имеющей номинальное значение 100 Ом. составные резистор- ные элементы которого шунтируютс  четырьм  декадами Вайднерэ-Вольфа, по- звол ющими получить изменени  заданного номинального значени  стоомного плеча на дес ть ступеней , , и . При номинальном значении плеча 1(R) сравнени , равном 900 + 100 Ю3 Ом, цена делени  его четырех декад уменьшаетс  на пор док. В этом случае встроенный в плечо 1(R) резистор 17. имеющий RH 900 Ом, закорачиваетс  штепсельным коммутатором 18. а в высокоточный масл ный термо- стат перенос тс  переходна  мера 16 и три плеча 5(RX). 6(RT) и 23(Ri) моста, которые выдерживаютс  в нем в течение 2 ч. За это врем  резисторные элементы мер принимают температуру масла термостата, измене- ние которой на 0.002°С от 20°С при усредненном значении ТКС а вызывает изменение их сопротивлений на величину ДС а Дг100 10-10 6и2-10 3х хЮ , которой можно пренебречь. так как наивысша  точность определени  действительных значений мер рабочего эталона в этом диапазоне равна 2 .

Перенос главной части плеча сравнени  в высокоточный масл ный термостат умень- шает температурные изменени  переменной его части в 900/100 9 раз. Сам мост-компаратор помещен в масл ную ванну , температура термостатировани  в которой поддерживаетс  практически с погрешностью ±0.1°С, что  вно недостаточно дл  точных измерений, поэтому лучшим вариантом  вл етс  установка его в термостатированном помещении, в котором температура воздушной среды на уров- не его ванны поддерживаетс  с погрешностью не хуже ± 0,5°С. В этом случае температура масла этого пассивного термостата на уровне расположени  рези- сторных элементов мер за 3 ч, необходимых

дл  завершени  цикла измерений, измен етс  не более чем на 0.02°С. При усредненном значении ТКС плеч моста а 10-10 6, это вызывает изменение их сопротивлений на величину, равную Д С a AflOO -10-10 6 -2 -10 2-102 2-10 5%. Следовательно , плечо 1(R) сравнени  подвержено температурным изменени м,равным

2 10

5

(2)-10 6%,

которыми также можно пренебречь.

Следует отметить, что уравновешивание одинарного моста (в отличие от двойного ) производитс  один раз, так как, начина  с номинального значени  аттестуемых мер Ю3 Ом и выше, вли нием сопротивлени  коммутационных проводов и их переходных контактов можно пренебречь.

Втора  часть диапазона от Ю2 до 1 Ом аттестуетс  на двойном мосте (фиг.2). в котором в высокоточный масл ный тэрмостат перенос тс  наружные плечи 5(Rx) и 6(RO моста и переходна  мера 16, с помощью которой аналогично, как и в одинарном мосте , формируетс  главна  часть первого основного плеча 1(R) с номинальным значением 900 Ом, но в качестве второго основного плеча 3(Ri) используетс  не отдельна  мера сопротивлени , а одиннадцатый резистор переходной меры с номинальным значением 10 Ом,

Известно, что требовани  к точности подгонки под номинальные значени  (а следовательно , и к возможным температурным изменени м) дополнительных плеч 2(Rz) и 4(Ra) двойного моста дл  указанного диапазона аттестуемых мер на пор док ниже, чем дл  основных плеч 1(R) и 3(Ri) моста. Поэтому дополнительные плечи 2(R2) и 4(R3) моста могут не переноситьс  в высокоточный масл ный термостат, а оставатьс  в пассивном масл ном термостате самого моста-компаратора , который находитс  в термостатированном помещении. В этом случае температурные изменени  резисторных элементов плеч моста, расположенных в пассивном термостате моста-компаратора. не превышают . Вли ние температурных изменений дополнительных плеч двойного моста на отсчет по плечу сравнени  на пор док меньше такого же изменени  в его основных плечах. Следовательно, температурные изменени  дополнительных плеч 2(R2) и 4(Ra) равны

2 10

-5

10

2 10 6%.

т.е. они такие же, как и у четырех плеч двойного или одинарного моста, помещенных в высокоточный масл ный термостат.

Наибольшие допускаемые значени  погрешностей измерений в этом диапазоне Л л  мер рабочего эталона равны дл  мер с номинальным значением 1 Ом . 100мМО 5%от1-102до1-105Ом2-10 5%.

Наибольшее значение относительного температурного изменени  шести плеч двойного моста компаратора в статическом режиме аттестуемых мер (А С ) меньше допускаемых погрешностей измерений дл  1 Ом в

5 10

2

- 2,5 раза,

10

-5

5 раз

и дл  диапазона от 1-102 до 1-105 Ом в

2 10

2 10

- 6

- 10 раз.

J

В действительности резисторные эле- енты плеч моста, расположенные в высо- оточном масл ном термостате и  вл ющиес  герметизированными мерами сопротивлени , которые обладают большой тепловой инерционностью к воспри тию изенени  температуры окружающей среды, г успевают измен ть свою температуру в

м н

тйкт с периодическим изменением температуры масла термостата, которое происходит 3ii очень короткое верм , равное 10-15 с. Пээтому метрологический запас по точности , позвол ющий исключить действие вли ющего фактора при условии, что его величина не менее чем в три раза меньше допускаемой погрешности измерений, значительно возрастет, что дает еще больше оснований пренебречь температурными изменени ми аттестуемых мер в их статиче- сюм режиме.

Треть  часть диапазона от до Ои также аттестуетс  на двойном мосте (фиг.1). Этому диапазону свойственна низка  чувствительность, .уменьшающа с  по мере уменьшени  номинального значени  аттестуемых мер, что приводит к уменьше- знаков отсчета младших декад плеча сравнени  при уравновешивании двойного моста и, следовательно, к потере точности измерений. Традиционные методы повышена чувствительности при измерени х в HY3KOOMHOM диапазоне заключаютс  в следующем .

Увеличивают чувствительность электронного индикатора равновеси , но это увеличение ограничиваетс  его пределом измерени , на котором напр жение разбаланса мостовой схемы становитс  соизмеримым с уровнем шумов его электронной схемы, что приводит к хаотическому смещению стрелки его указател  равновеси . Понижают омность основных и дбполнительных плеч моста. Известно, что условием максимальной чувствительности двойного моста  вл етс  равенство номинальных значений его шести плеч. Но в данном случае выполнить это условие

невозможно уже только потому, что плечи 1(R) и 2(R2) сравнени  не могут быть менее 100 Ом. В противном случае наблюдалось бы значительное непосто нство их сопротивлений , возникающее за счет возросшего

вли ни  вариации начального сопротивлени  их коммутирующих устройств. Поэтому с целью повышени  чувствительности при измерении мер сопротивлений в низкоом- ном диапазоне включают стоомные плечи

сравнени . С целю уменьшени  омности плеч 3(Ri) и 4(Ra) отношение плеч моста берут равным 10/1. В этом случае их номинальные значени  равны 10 Ом. Например,

R Ra R.1 RS

10

-2

100 100

10

-з

10

ю

Увеличивают величину измерительного тока.

Чувствительность двойного моста при посто нных значени х его основных и дополнительных плеч пр мопропорциональна сумме падений напр жений, создаваемых измерительным током, на наружных плечах 5(Rx) и 6(RT) моста. Если прин ть величину измерительного тока равной значению номинального тока аттестуемых мер, то оказываетс , что с уменьшением номинального сопротивлени  меры в 10 раз номинальный ток возрастает только в 3,3 раза, так как дл  любого номинального значени  сопротивлени  меры из р да 10+п,

где п - целое число, номинальный ток определ етс  из формулы номинальной мощности:

Рн н2 -RH O.I Вт.

Следовательно, во столько же раз. уменьшаетс  и чувствительность схемы. Если сравнить чувствительность двойного моста при измерении мер с RH 1 Ом с чувствительност ми на последующих низ- коомных диапазонах, то оказываетс , что

при измерении мер с RH 10 Ом чувствительность уменьшаетс  в 3,3 раза, у мер с RH - 102 Ом - в 10 раз. умер с RH - Ом - в 33 раза, а у мер с 10 Ом - в 100 раз. В этом случае повышение чувствительности за счет увеличени  измерительного тока сопр жено с дополнительным нагревом резисторно- го элемента меры, обладающего низким уровнем теплоотдачи во внешнюю среду, что приводит к увеличению температурных поправок. Экспериментально доказано, что при протекании через резисторный элемент маслонаполненной меры номинального значени  измерительного тока в течение 1.5-2 ч температура масла, залитого в ее корпус, который был помещен в высокоточный масл ный термостат, повышалась на 1.5-2°С. При токах, не менее чем в 5 раз меньших номинального, повышени  температуры масла не наблюдалось. Следова- телыно, с точки зрени  исключени  из результатов измерений температурных поправок максимально допустимые значени  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 значени  меры имеетс  запас по чувствительности . В противном случае приуменьшении измерительного тока падение чувствительности не дает возможности ощутить изменени  сопротивлени  младшей декады плеча сравнени  моста. Требуемый запас по чувствительности имеетс  у аттестуемых мер в диапазоне их номинальных значений Ом, возрастающий по мере того, как номинальные значени  аттестуемых мер приближаютс  к номинальным значени м основных и дополнительных плеч моста. При аттестации низкоомных маслонапол- ненных мер наблюдаетс  недостаток чувствительности даже при протекании через их резисторный элемент номинального значени  измерительного тока, который вызыва- ет его нагрев, привод щий к увеличению температурной поправки.

Как следует из вышесказанного, применение традиционных способов повышени  чувствительности в низкоомном диапазоне аттестуемых мер не приводит к ожидаемому результату, поэтому по способу исключени  температурных поправок, свойственному прототипу, устанавливают измерительный ток, превышающий его номинальное значе- ние, с помощью термометра измер ют температуру масла в корпусе меры и по температурной формуле определ ют температурную поправку, внос  ее в результат измерений. При этом погрешность определени  самой температурной поправки становитс  соизмеримой или превышает погрешность определени  действительных значений образцовых мер, что значительно понижает нормируемую точность измерений .

В предлагаемом способе впервые примен ютс  дополнительные меры, направленные на увеличение теплоотдачи резисторного элемента во внешнюю среду. С целью значительного увеличени  охлаждени  резисторных элементов аттестуемых и тарных маслонаполненных мер, которое позвол ет в дес тки раз увеличить величину максимально допустимого значени  измерительного тока и тем самым повысить чувствительность и точность измерений при условии исключени  из результатов измерений температурных поправок, эти меры вынимают из корпусов и вставл ют в специальное приспособление, расположенное в рабочей зоне высокоточного масл ного 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, привод  их температуру к температуре термостатировани ,

В зоне термостата, расположенной за низкоомными мерами, устанавливают два термометра с ценой делени  0,01°С, которые предназначаютс  дл  контрол  температуры масла, уже охладившего их резисторные элементы. В случае значительного повышени  температуры резисторных элементов, нагреваемых измерительным током , возрастает температура масла, что и  вл етс  еще одним свидетельством начала температурного изменени  сопротивлений резисторов. В этих услови х производ т определение максимально допустимых значений измерительных токов низкоомных мер.

В качестве примера реализации предлагаемого способа в табл.2 приведены результаты измерений, определ ющие выбор максимально допустимого значени  измерительного тока дл  мер сопротивлений первого разр да с номинальными значени ми 10 и 10 Ом при отношении плеч моста, равном 10/1, и допускаемой погрешности определени  действительных значений , т.е. в качестве примера реализации вз т самый неблагопри тный вариант, которому свойственна сама  низка  чувствительность. При аттестации низкоомных мер в диапазоне 10 1-10 4 Ом (фиг.1) в высокоточный масл ный термостат помещаютс  плечи 5(RX), 6(Ri), 3(Ri) и 4(Ra)

двойного моста, температурные изменени  которых в статическом режиме равны величине , не превышающей . Плечи 1(R) ii 2(Ra) сравнени  остаютс  в пассивном масл ном термостате моста-компаратора, и их температурные изменени  за 3 ч не пре ышают2 -10 %. Метрологический запас по очности в статическом режиме мер сопро- ивлений дл  первых четырех плеч моста

эавен

10

-4

10

-6

100,

п дл  двух плеч сравнени 

что позвол ет пренебречь их температурными изменени ми, возникающими от воздействи  температуры окружающей среды.

Из табл.2 следует, что повышение чувст- нительности измерительной схемы позвол ет прин ть за минимальные значени  измерительного тока номинальный ток аттестуемой меры, подключенной к зажимам Rx моста. Врем  выдержки температурозави- симых плеч моста, помещенных в высоко- очный масл ный термостат, в их Обесточенном состо нии равно 2 ч, а при последующем контрольном измерении, которое производитс  также при номинальном токе, - 1 ч. Врем  выдержки аттестуемой меры под измерительным током при каждой ступенчатом его изменении равно 0,5 ч дл  мер с RH Ом и 0,75 ч дл  мер : RH Ом. Такое сравнительно большое ирем  выдержки, которое по сравнению со иременем, затрачиваемым на аттестацию (10 мин), увеличиваетс  по мере возрастани  измерительного тока аттестуемых мер, ц вполне достаточно дл  вы влени  темпе-, ратурных изменений.

Как следует из табл.2, дл  аттестуемых пер с RH Ю Ом величину максимально допустимого значени  измерительного тока (ледует прин ть равной 15 А, а дл  мер с RH Ом - 30 А, так как при последующих увеличени х этих токов наблюдаютс  увеличени  отсчетов г в пределах единиц 0 4%.

| Было показано, что в услови х опреде- /|ени  температурных поправок, свойственных прототипу, величина максимально допустимого тока дл  маслонаполненных низкоомных мер должна быть не менее чем г 5 раз меньше его номинального значени . Следовательно, в предлагаемом способе /;л мерс RH Ом максимально допустимое значение измерительного тока по сравнению с прототипом увеличилось в

из

15

0,2 1Н 0,2 3,2

- 23,4 раза,

а дл  мер с RH Ом - в

30

0,2 10

15 раз.

10 При равенстве номинальных значений мер, включенных в плечи 5(RX) и 6(RT) моста, показани  контрольных термометров свидетельствуют о том, что до тех пор, пока с погрешностью до 0,002°С резисторные эле15 менты аттестуемой и тарной мер полностью охлаждаютс  маслом термостата, отвод щим от них все тепло, которое образовалось в результате их нагрева измерительным током , наблюдаетс  повтор емость отсчетов

20 как по шкале термометров, так и по плечу сравнени  моста-компаратора. При величине измерительного тока, превышающей его максимально допустимое значение, нагрев резисторных элементов мер повышаетс 

25 настолько, что установленный в термостате поток масла не успевает их полностью охладить . При этом избыточна  часть тепла расходуетс  на нагрев как самих резисторных элементов, так и охлаждающего их масла

30 термостата, о чем свидетельствуют увеличени  отсчетов по плечу сравнени  моста (г) и шкале термометров.

В данном случае, когда номинальное значение аттестуемой меры на пор док

35 больше тарной, котора  имеет в три раза большее значение номинального тока, чем аттестуема , температурные изменени  этих двух последовательно включенных мер в первую очередь определ ютс  темпера40 турными изменени ми аттестуемой меры, что подтверждаетс  анализом граф 5 и 6 . В графе 7 этой таблицы дана чувствительность индикатора равновеси  типа Р 341, значени  которой при ступенчатых из45 менени х измерительного тока приведены к пределу измерени , при котором производилась аттестаци  мер электрического сопротивлени . В действительности отсчеты по мосту-компаратору определ лись при

50 больших чувствительност х индикатора равновеси .

Аттестаци  низкоомных мер, вход щих в состав рабочего эталона, производитс  с погрешностью определени  действитель55 ных значений, в дес ть раз меньшей, чем у мер первого разр да (). С целью обеспечени  этой точности как при аттестации этих мер, так и при определении максимально допустимых значений измерительного тока интерполируют п тый знак отсчета по плечу сравнени  моста () на шкале выходного прибора электронного индикатора равновеси . Кроме того, при аттестации мер рабочего эталона в этом диапазоне измерени  опорной меры произ-. вод т перед каждым измерением последующей аттестуемой. Неизмен емость отсчета по плечу сравнени  моста при измерении опорной меры с погрешностью, меньшей единицы 10 %, свидетельствует об изменении температуры в пассивном термостате моста-компаратора, в котором наход тс  только его два сравнительных плеча, на величину , меньшую

At°

АС

1-10 6

а- 100 10 100

0,01°С..

В случае изменени  температуры в термостате измен етс  и отсчет по плечу сравнени  моста, который следует прин ть за исходный при определении действительных значений последующих аттестуемых мер. Таким образом осуществл ютс  контроль и корректировка температурных изменений в пассивном термостате при повышенных точност х измерений.

Из всех видов дополнительных погрешностей , присущих методу аттестации образцовых мер электрического сопротивлени , температурна  погрешность  вл етс  наиболее весомой. В табл.3 приведены величины нормируемых относительных погрешностей определени  действительных значений образцовых мер рабочего эталона и мер первого, второго и третьего разр дов рабочих мер (6 %), а также допускаемые годовые изменени  в зависимости от их номинальных значений. Одновременные определени  действительных значений аттестуемых мер в низкоом- ном диапазоне ( и Ом) по способу-прототипа и предлагаемому способу отличаютс  между собой на величину, равную . Закономерность этих результатов измерений такова, что при положительных значени х ТКС а действительные значени  мер, определенные по способу-прототипу, всегда меньше на эту величину действительных значений, определенных по предлагаемому способу. Это в основном объ сн етс  тем, что нагрев рези- сторного элемента измерительным током значительно опережает воспри тие выдел емого нагрева маслом, заливаемым в корпус измер емой меры, температура которого измер етс  термометром и принимаетс 

равной температуре резисторного элемента .

Определение температуры герметизированных мер по способу-прототипу вообще бессмысленно, так как термометр, вставленный в корпус меры, измер ет не температуру резисторного элемента, а температуру масла термостата, котора  автоматически поддерживаетс  посто нной. Если

прин ть дл  низкоомных мер с номинальными значени ми и Ом погрешность, определени  температурных поправок по способу-прототипу, равную , то в соответствии с табл.3 оказываетс , что дл 

мер второго разр да эта погрешность только в два раза меньше нормируемой погрешности определени  действительных значений аттестуемых мер (). дл  мер первого разр да она с ней соизмерима,

а дл  мер рабочего эталона она больше ее в дес ть раз. Дл  мер с номинальными значени ми О 1 и 100м нормируютс  погрешности определени  в два раза, а дл  мер с номинальным значением 1 Ом - в четыре

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

сделать вывод, что при аттестации мер первого и второго разр дов, а тем более рабочего и государственного эталонов с целью исключени  из результатов измерений температурных поправок всего измерительного

комплекса следует примен ть предлагаемый способ, в котором в высшем звене поверочной схемы дл  номинальных значений от 1 до Ом обеспечиваетс  нормируемый трехкратный метрологический запас по

точности (т.е. погрешность определени  температурной поправки измерительной схемы в три раза меньше нормируемой погрешности определени  аттестуемых мер). Во всех остальных случа х метрологический

запас по точности значительно выше трехкратного ..

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

сопротивлени  третьего разр да и рабочих мер, так как их нормируема  погрешность определени  действительных значений во всем диапазоне равна (табл.3), а погрешность определени  температурной

поправки имеет в п ть раз меньшее значение (). Метрологический запас по точности в этом случае равен

10

-з

10

-А

5.

; Одним из преимуществ предлагаемого способа  вл етс  возможность определени  максимально допустимых значений из- ерительных токов, гарантирующих исключение температурных изменений сопротивлений всей измерительной схемы, с погрешностью, не менее чем в три раза Меньшей нормируемой погрешности измерени . Ни в одном нормативном документе эгот вопрос, определ ющий наличие или отсутствие в результате измерений температурных поправок, не рассмотрен.

Повышение точности и достоверности результатов измерений особенно в части низкоомного диапазона привело к повышению сходимости временных изменений ат- тзстуемых мер, определ емых ежегодно (г нализ полученных данных, проведенный зэ более длительное врем , дает возможность предположить, что в действительности этим мерам свойственны меньшие годовые изменени , чем нормируемые в тибл.З) к многократной повтор емости одновременно проделанных измерений одной и той же величины в течение длительного промежутка времени (не менее 1 ч) с погрешностью , меньшей единицы младшей дэкады отсчетного плеча измерительного средства, позвол ющей предположить, что случайные погрешности результатов изме- рэний лежат в разр де, на пор док меньшем , чем им приписывалось в тех случа х, когда температурна  поплавка исключалось по способу-прототипу. Это дает воз- мэжность при аттестации эталонных мер в нисколько раз ограничить количество изме- роний (два-три вместо двадцати), что приво- д IT к значительному повышению производительности труда), так как помимо времени, затрачиваемого на производство диэдцати измерений, отпадает необходимость их обработки по формуле, исключающей вли ние случайных погрешностей на результат измерений. В этом случае два-три измерени  вместо одного делают дл  того, чтобы убедитьс  в посто нстве полученного от счета по плечу сравнени  измерительного Cf ёдства.

I В предлагаемом способе производительность труда при аттестации как разр д- HIIX, так и эталонных мер электрического ее противлени  также значительно повышаетс  за счет упрощени  расчетной формулы, свойственной прототипу, по которой определ етс  относительна  поплавка аттестуемой меры Сх: 5

Сх (гх - гы)+ CN + (tN -20) +/SN (tN - 20) 4ax(tx-20) + /&(tx-20)2 }100%.

Выражением в фигурных скобках, пред0 ставл ющим собой разность относительных температурных поправок опорной (N) и аттестуемой (х) мер, в этом случае можно пренебречь , и тогда остаетс  определение разности отсчетов по плечу сравнени  мос5 та при включении аттестуемой меры (гх) и опорной (гм), к которой алгебраически суммируетс  относительна  поправка опорной меры CN.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0 Способ исключени  температурных поправок из результатов измерений образцовых мер электрического сопротивлени , заключающийс  в термостатировании аттестуемых мер. уравновешивании измери5 тельного моста-компаратора и определении истинного значени  сопротивлени  образцовых мер, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности измерений и повышени  производительности труда,

   0 производ т термостатирование всех тем- перэтурозависимых резисторных элементов измерительного моста-компаратора, определение экспериментальным путем минимальных значений измерительных токов

   5 с дальнейшим ступенчатым их повышением до максимально допустимых, которые определ ют по нарушению повтор емости фиксированных значений токов, соответствующих уравновешивании измерительного

   0 моста-компаратора, причем при аттестации маслонаполненных мер в рабочую зону термостата устанавливают приспособление, в котором размещают резисторные элементы аттестуемых и опорных мер, вынутых из сво5 их корпусов, а значени  максимально допустимых токов, определ емых дл  каждого номинального значени  меры сопротивлени  данного типа, свод т в таблицу, которую в дальнейшем используют при аттестации

   0 образцовых мер электрического сопротивлени .

   Одинарный мост

   Двойной мост

   Таблица 2

   Измерени  при измерительных токах, меньших максимального допустимого значени , производились при большой чувствительности индикатора равновеси .

   сопротивление

   . {LiLU

   Допускаема  погрешность определени  действительных значений образцовых мер §, %

   Рабочий эталон

   ,

   и 10

   -22

   ЫО , ЫО

   5-10 1 -10

   1-10 у

   1402-10

   .Меры первого разр да

   и 10

   , ЫО

   5 -10

   : .-2

   МО

   , Ь-10 0 140

   . If Ч (Г Меры второго разр да

   1-10 и 10

   140 2-10

   40

   -3

   , 140 Ч О3 , 140 0

   л5

   ЫО 1 40J

   А 4 О ЫО

   до 140

   Меры третьего разр да

   . 1 4 2 4 Рабочие меры

   до 140

   140 240

   ...w...

   / опускаемое измерение сопротивлени  за год, %, не более

   540 140

   -S

   .5

   2-ГО

   1540

   -У

   340

   -«

   б.ю

   1 -10

   3

   340 640

   -Ь

   -ь

   2-10

   54 О 3

   D зависимости от класса повер емой меры по приложению 3 к ГОСТ 8.237-77

   ±Ј

   -i IU ил

   41

   .

   . -/

   Фиг. 3