Procedimiento específico: PEE33 CALIBRACIÓN DE PATRONES DE INDUCTANCIA. Copia No Controlada. Instituto Nacional de Tecnología Industrial

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Juan Zúñiga Castillo
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1 Copia No Controlada Instituto Nacional de Tecnología Industrial Centro de Desarrollo e Investigación en Física y Metrología Procedimiento específico: PEE33 CALIBRACIÓN DE PATRONES DE INDUCTANCIA Revisión: Julio 0 Este documento se ha elaborado con recursos del Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Sólo se permite su reproducción sin fines de lucro y haciendo referencia a la fuente.

INDUCTANCIA Revisión: Julio 0 Este documento se ha elaborado con recursos del Instituto Nacional

2 PEE33 Lista de enmiendas: Julio 0 ENMIENDA DESCARTAR INSERTAR RECIBIDO Nº FECHA CAPÍTULO PÁGINA PÁRRAFO CAPÍTULO PÁGINA PÁRRAFO FIRMA de

4 PEE33: Julio 0. Objeto Calibración de patrones de inductancia.. Alcance Los patrones con núcleo no ferromagnético (aire o cerámico) que abarquen el rango de 50 µh a 0 H para las frecuencias de 00 Hz a 0 khz. 3. Definiciones y abreviaturas L : inductancia incógnita a la temperatura de medición. L : inductancia incógnita a la temperatura de referencia. R L M : promedio de L R. r : resistor de sustitución. l : inductancia auxiliar de bajo valor para medición por método de sustitución por cero. R y R : resistencias del puente de Maxwell-Wien C : capacidad principal para equilibrio de L C : capacidad complementaria para equilibrio de L C : capacidad para equilibrio de l : C capacidad residual de la rama de la incógnita 0 f : frecuencia de medición. T : temperatura ambiente. A R : resistencia de referencia en corriente continua. R R CTx : resistencia en corriente continua del inductor a la temperatura T T : temperatura del inductor para cada medida L. T : temperatura de referencia R k : coeficiente de temperatura del inductor t : diferencia de temperatura a ser corregida 4. Referencias 4.. Thomas L. Zapf, Calibration of inductance standards in the Maxwell-Wien bridge circuit, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Engineering and Instrumentation, Vol 65C N 3, July-September Ing. K. Neumann, Verbesserte Präzisionsmeβeinrichtung zur Darstellung der Einheit der Induktivität im ASMW, Metrologishe Abhandlungen 4 (984) A. Fiebiger-K. Dröge, Bestimung der Temperaturkoeffizienten des Typs GR 48, PTB- Mitteilungen 94 / Ing. K. Neumann, Das Temperaturverhalten von Induktivitätsnormalen verschiedener Nennwerte, Metrologische Abhandlungenn 7 (987). de 6

Definiciones y abreviaturas L : inductancia incógnita a la temperatura de medición. L : inductancia incógnita a la temperatura de referencia. R L M : promedio de L R. r : resistor de sustitución.

5 PEE33: Julio Cazabat-García, Calibración de inductores normales con puente de Maxwell-Wien, Revista Electrotécnica, AEA, volumen LV, pág. 08, mayo-junio Responsabilidades Técnicos del laboratorio de Capacidad e Inductancia en la ejecución de las mediciones y elaboración de los resultados. El coordinador del área Electricidad supervisa las mediciones, verifica que se cumplan los procedimientos y revisa los resultados. 6. Instrucciones Para la comparación se utiliza el circuito de la Figura. CW RW R DP TS L R DW G TD C C RV R CW RW Figura Puente de Maxwell-Wien. de 6

Responsabilidades Técnicos del laboratorio de Capacidad e Inductancia en la ejecución de las mediciones y elaboración de los resultados.

6 PEE33: Julio 0 Para llevar a cabo la calibración se utiliza el denominado método de sustitución por cero, que consiste en realizar dos mediciones para la obtención del valor de la inductancia incógnita. La primera de ellas se efectúa sobre el inductor a medir y la segunda reemplazándolo por un resistor de film metálico o carbón de similar valor de resistencia a la del inductor incógnita y de muy baja constante de tiempo, en cuyo caso se considera su inductancia igual a cero. En algunos casos es necesario, para equilibrar los parámetros residuales del puente de la rama de la incógnita, adicionar en serie con el resistor de sustitución r un inductor de valor conocido l, generalmente inferior a µh. Las capacidades C, C y C se medirán con el sistema puente GR 60-A tras realizar cada equilibrio del puente de Maxwell-Wien. En caso de usar como patrón C un capacitor GR 404 se utilizará su valor certificado y sólo se medirá C y C. Los valores de R y R serán obtenidos también durante el proceso de calibración del inductor midiéndolos en corriente continua con un puente comparador de resistencias y dos resistores patrones de 00 Ω y 0000 Ω ya que los resistores del PMW son de película metálica de constante de tiempo despreciable. El valor de C fue obtenido mediante mediciones de un patrón de inductancia de 0 H variando la 0 distancia al apantallamiento de la rama de la incógnita desde el plano de los bornes del inductor, resultando la capacidad parásita proporcional a la longitud de la rama no blindada, considerando C 0 = 0 cuando la pantalla coincide con el plano de dichos bornes. Para una distancia no apantallada de 0,5 cm resulta C = 0, pf siendo para cm C = 0, pf. 0 0 El circuito posee una tierra de Wagner manual que se balancea alternativamente con el puente principal hasta lograr el equilibrio en ambos detectores. Las combinaciones de resistencias R y R y capacidad principal C a utilizar para el balance se encuentran en la tabla (apéndice ). La tensión de alimentación del puente será usualmente menor que 3 V y no superará un valor tal que respete la corriente máxima de medición del inductor según lo establecido en la tabla (apéndice ), considerando que se trata de inductores del tipo GR 48 o similar. La corriente resultante tampoco deberá ser mayor a aquella que provoque una disipación máxima en los resistores R y R de 0,00 W. 7. Incertidumbre: Modelo matemático y cálculo de incertidumbres L ' R = RR ( C+ C) + l RR C 4π f R R C C 0 ± k t Los términos que involucran las constantes de tiempo de R y R, ver ref. 4.5, tienen una influencia menor a en el valor de ωττ y ω tgδ ( τ τ ) +, Se comprobó que utilizando el detector de Wagner en la máxima ganancia de la escala lineal y el detector del puente principal en la mayor ganancia de la escala de máxima sensibilidad, no hubo diferencias apreciables en el valor de L ( inferiores a ) inclusive para un desbalance del detector de Wagner GR 3 de toda la extensión de la escala (50 divisiones) en las condiciones antedichas. El ejemplo corresponde a la medición de un inductor de 0 mh a khz. ra medición C W = 0 µf R W = 50 Ω C W = 0,858 µf R W = 6086 Ω C = 0,50 pf C= 0000 pf da medición C W = 0 µf R W = 50 Ω C W = 0,856 µf R W = 6086 Ω C = 0,50 pf C= 0000 pf 3ra medición C W = 0 µf R W = 50 Ω C W = 0,858 µf R W = 608 Ω C = 0,46 pf C= 0000 pf L. La variación indicada de C W no generó cambio en L La variación indicada de R W generó un cambio en L de de 6

La primera de ellas se efectúa sobre el inductor a medir y la segunda reemplazándolo por un resistor de film metálico o carbón de similar valor de resistencia a la del inductor incógnita y de muy

7 PEE33: Julio 0 Tabla i: Ejemplo de cálculo de incertidumbre para inductor patrón GR 48 de 0 mh a khz Valores de k ver ref. 4. Tabla ii: Ejemplo de cálculo de incertidumbre para inductor patrón GR 48 de 0 H a khz Valores de k ver ref. 4.. Las incertidumbres para cada valor nominal de inductancia y frecuencia se detallan en el apéndice 3 (tabla 3). 8. Identificación y almacenamiento Los inductores a ser medidos se identifican de acuerdo con las instrucciones del Manual de la Calidad del Centro de Física y Metrología y son guardados desde su ingreso hasta la devolución al cliente en el Lab. del área de Capacidad e Inductancia, ver capítulo 9 del MC. Instrumental a utilizar INSTRUMENTO MARCA MODELO N SERIE Capacitor patrón 000 pf GR 404-A 8 Capacitor patrón 000 pf GR 404-A 86 Capacitor variable, y pf GR 4 CD 4705 Capacitor variable 0 y 0 pf GR 4 CL 56 Capacitor variable 00 pf GR 4 CB de 6

Identificación y almacenamiento Los inductores a ser medidos se identifican de acuerdo con las instrucciones del Manual de la Calidad del Centro de Física y Metrología y son guardados desde su

8 PEE33: Julio 0 INSTRUMENTO MARCA MODELO N SERIE Caja de décadas de capacitores 0, µf GR Caja de conexiones (incluye R y R ) LACI PMW Puente de capacidad GR 65-A 007 Detector de cero con preamplificador GR 3-A/P 796 Detector de cero con preamplificador GR 3-A/P 7654 Oscilador GR Oscilador GR Caja de décadas de capacidad 00 pf-, µf R&S KGM BN 53 M5/3 Caja de décadas de capacidad, µf GR 49-K 886 Puente automático de resistencias MI 600B Resistor patrón de 00Ω Fluke 74 A Resistor patrón de 0 kω ESI SR Caja de décadas de resistencia 4 MΩ LACI CR 0 Caja de décadas de resistencia MΩ GR 433-G cualquiera Caja de décadas de resistencia 00 kω GR 433-F cualquiera Transformador de detección 0kΩ/0kΩ ASL MU 7530 Resistores de sustitución (valores varios) Multímetro HP 3458 cualquiera Multímetro APPA 97R Contador FLUKE PM Transformador separador R&S TAN 9690 M4/5 Termorresistencia de platino LACI TP A0 Termómetro de vidrio HERFOR 648 Termohigrómetro TFA TH 9. Condiciones ambientales Durante la calibración, la temperatura ambiente deberá ser (3 ± ) C y la humedad relativa ambiente no podrá superar el 70%. Los patrones a ser calibrados deberán permanecer en el Lab., al menos, 7 h antes de la calibración y en las condiciones ambientales de medición durante las 4 h anteriores al comienzo de la misma. 0. Registros de la calidad Se conservarán registros manuscritos de las observaciones originales, original o copia de registros de salida de computadora (cuando sea aplicable), copia de los certificados emitidos, así también como una copia de la orden de trabajo, salida de elementos y toda documentación relacionada de acuerdo con el Manual de la Calidad capítulo.. Precauciones De acuerdo a las previsiones del Decreto 937/74, Artículo, sección d, ésta es considerada una tarea riesgosa. Por lo tanto, se deben tomar las precauciones necesarias para evitar descargas eléctricas.. Apéndices y anexos ANEO N TÍTULO Tabla Tabla 5 de 6

capacidad, µf GR 49-K 886 Puente automático de resistencias MI 600B 96006 Resistor patrón de 00Ω Fluke 74 A-00 757600 Resistor patrón de 0 kω ESI SR 04 460037 Caja de décadas de resistencia 4 MΩ LACI

9 PEE33: Julio 0 ANEO N TÍTULO 3 Tabla 3 4 Formulario PEE33/0 6 de 6

10 PEE33 Apéndice : Julio 0 Tabla LN R (Ω) R (Ω) CN (nf) F (khz) , , , µh , , , , , , , , , , , , , , , , , - 0 mh , , , , , , , , , , , , , , , - 5 H , , - En esta tabla, a modo de guía, se hallan representados los valores nominales de los parámetros tabulados. de

mh 0 00 0000 0 0, - 5 000 000 0 0, - 5 000 0000 5 0, - 0 50 00 0000 50 0, 5 000 000 50 0, 5 0000 0000 0, 0 00 000 0000 0 0, 5 0000 0000 0, 5 000 0000 0 0, 5 00 0000 0000 5 0, 000 0000 50 0, 500 0000

11 PEE33 Apéndice : Julio 0 Tabla VALOR DE INDUCTANCIA IMÁ DE MEDICIÓN (ma) µh ,5 0 mh,6 50,7 00, 00 0, ,6 0,4 H 0,3 5 0, 0 0, de

35 µh 00 5 500 6 8 5 5 0 3,5 0 mh,6 50,7

12 PEE33 Apéndice 3: Julio 0 Tabla 3 Incertidumbres expandidas de Inductancia (0-6 ) para k= 00 Hz khz khz 5 khz 0 khz µh mh H de

00 00 00 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 5 60 60 60 70 70 0 60 50 60 70 70 0 mh 60 60 60 70 70 50

13 PEE33 Apéndice 4: Julio 0 Formulario PEE33/0 de

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