Consideraciones presentes en la calibración de multímetros en bajos niveles de corriente eléctrica continua.

Transcripción

1 Laboratorio Multifunciones-División de mediciones electromagnéticas-dirección de metrología eléctrica-cenam Consideraciones presentes en la calibración de multímetros en bajos niveles de corriente eléctrica continua. Daniel G. Flandes E., Marco A. Rodríguez G. y Felipe Hernández M., Centro Nacional de Metrología, dflandes@cenam.mx, mx mrodrigu@cenam.mx, mx fhernand@cenam.mxmx NOTA 1. Este trabajo ha sido desarrollado con recursos del gobierno federal de México. Sólo se permite su reproducción sin fines de lucro y haciendo referencia a la fuente. NOTA 2. En este documento pueden aparecer marcas comerciales únicamente con fines didácticos y a fin de lograr un entendimiento claro de las técnicas y procesos descritos. En ningún caso esta identificación implica recomendación o aval del CENAM o de alguna otra institución del gobierno federal de México, ni tampoco implica que los equipos o materiales identificados sean necesariamente los mejores para el propósito para el que son usados. El CENAM y las demás instituciones no tienen compromisos con ninguna marca comercial en particular.

2 Cómo se calibra un medidor en corriente eléctrica continua? 1. Método directo 2. Método indirecto

3 Dónde se emplea el método indirecto? Calibración de medidores en bajos valores de corriente eléctrica continua como 10 na, 100 na y 1 ua En donde las fuentes de corriente eléctrica continua no mejoran las especificaciones de los medidores a calibrar Mantener una relación de calibración adecuada

4 Comparación de especificaciones técnicas fuentes de corriente eléctrica continua Keithley µa/a Fluke µa/a Keithley µa/a

5 Comparación de especificaciones técnicas medidores de corriente eléctrica continua Fluke µa/a HP µa/a

6 Relaciones de calibración Especificación de Fuentes Especificación de medidores 4012 µa/a 430 µa/a Relación de calibración µa/a 0,067 0, µa/a 1,003 0, µa/a 8,916 0,956

7 El método indirecto 1) 2) a) b) 3)

8 Ejemplo práctico, calibrando un multímetro a) b) 1) 2) 3) 4)

9 El efecto de fondo offset del Ampérmetro a) 1) 2)

10 Principales factores de influencia en la calibración Por fuga de corriente debido al aislamiento de los cables Por fuga de corriente de polarización del vóltmetro (medidor de tensión de Burden )

11 Aislamiento de los cables 100 na? I V = R Si V = 10 V y I = 100 na, entonces R = 100 MΩ

12 Aislamiento de los cables a)

13 Diferentes materiales de aislamiento Material Resistividad (ohm-cm) Resistencia a Efectos Efectos de Efectos de la absorción piezoeléctrico carga por absorción del agua s mínimos fricción dieléctrica Zafiro > Teflón PTFE > Polietileno Poliestireno > Kel.F > Cerámica Nylon Fibra de vidrio PVC 5x Material muy bueno con respecto a su propiedad 0 Material moderadamente bueno con respecto a su propiedad - Material malo con respecto su propiedad

14 Medición práctica del aislamiento en los cables a) b)

15 Resultados encontrados al medir la resistencia de aislamiento Tipo de cable y aislamiento Par trenzado de cables banana y aislamiento de neopreno Par trenzado de cables banana de calibre mayor y aislamiento de neopreno Coaxial, baño de plata aislamiento de teflón contaminado de aceite Par trenzado, baño de plata, aislamiento de teflón blindado Par trenzado, cobre de alta pureza blindado Coaxial, baño de plata aislamiento de teflón Resistencia medida 1,14 GΩ 10,82 GΩ 1,01 TΩ 1,35 TΩ 2,03 TΩ 3,39 TΩ

16 Comparación de resultados entre cables y configuración de guarda eléctrica continua (µa/a) Corriente E E E E E E E-09 Lecturas de 100 na con cables banana y diferentes configuraciones Número de mediciones Medición de corriente usando cables con teflón Medición con cables banana sin guarda y sin trenzar Medición con cables banana con guarda y sin trenzar Medición con cables banana sin guarda y trenzado Medición con cables banana con guarda y trenzado

17 Comparación de resultados entre cables y configuración de guarda 600 Error e incertidumbre en 100 na con cables banana y diferentes configuraciones de guarda y blindaje Medición con cables banana sin guarda trenzado 400 Erro or relativo (µa/a) :1 Medición usando Cables con teflón Medición con cables banana, sin guarda sin trenzar 1:1 1:1 1:1 2:1 Medición con cables banana con guarda trenzado Especificaciones Medición con cables banana con guarda sin trenzar

18 Corriente de polarización del vóltmetro 1)

19 Comparación de resultados entre medidores de tensión de burden E-09 Efectos de carga con diferentes medidores de burden en 100 na Corrien nte eléctri ica contin nua (A) E E E E E E E E E-09 Lectura de corriente sin medidor de Burden en un 3458A Lectura de corriente con medidor de Burden 8508A Lectura de corriente con medidor de Burden 3458A E Número de mediciones

20 Comparación de resultados entre medidores de tensión de burden E-03 Lecturas de la tensión de Burden Tensió ón eléctric ca conitn ua (V) E E E E E E E E E-03 Mediciones de Burden con 8508A y lectura en corto Mediciones de Burden con 3458A y lectura en corto E Número de mediciones

21 Comparación de resultados entre medidores de tensión de burden 500 Error e incertidumbre calculado en 100 na para diferentes medidores de burden 400 Erro or relativo (µa/a) :1 Sin medidor de Burden método recomendado -12 7:1 Con 8508A y compensación con corto 9 7:1 Con 3458A y compensación con corto -22 Especificaciones

22 Comparación de resultados entre cables y configuración de guarda E-03 Lecturas de tensión de burden con cables banana y diferentes configuraciones Tensión n eléctrica continua (V) E E E E E E-03 Mediciones de Burden usando cables con teflón Mediciones i de Burden con cables banana, sin guarda y sin trenzar Mediciones de Burden con cables banana con guarda y sin trenzar Mediciones de Burden con cables banana sin guarda y trenzado Mediciones de Burden con cables banana con guarda y trenzado E Número de mediciones

23 Coeficientes de sensibilidad Componente de Incertidumbre Incertidumbre de calibración de la fuente de tensión Estabilidad de la fuente de tensión Coeficiente de Sensibilidad Asociado C 1 = - C 2 = - Lecturas del vóltmetro C 3 = Resolución del vóltmetro Incertidumbre e de calibración del vóltmetro Estabilidad del vóltmetro Incertidumbre por corriente de fuga al vóltmetro C 4 = C 5 = C 6 = C 7 = -1 1 R 1 R 1 R 1 R 1 R 1 R a) Incertidumbre de calibración del resistor Incertidumbre por estabilidad del resistor Incertidumbre por coeficiente de temperatura del resistor Incertidumbre por resistencia de fuga C 8 = C 9 = C 10 = C 11 = Lecturas del ampérmetro I med C 12 =1 Lecturas del ampérmetro I offset C 13 = -1 Resolución del ampérmetro I med C 14 =1 Resolución del ampérmetro I offset C 15 = -1 VF V C 2 R VF V C 2 R V F V C 2 R VF V C 2 R

24 Algunas consideraciones más La temperatura La humedad La limpieza en los cables La interferencia humana

25 Conclusiones Cables que cuenten con un buen aislamiento Emplear cables que cuenten con blindaje Evaluar el medidor de burden que presente una mayor impedancia de entrada. Seleccionar un resistor con menor coeficiente de temperatura Blindar todos nuestros elementos (cables, resistor, medidores y generador.) Uso del circuito de guarda

26 Referencias bibliográficas Keithley Instruments, Inc., Low level measurements Handbook,, Keithley, U.S.A., Sexta edición, Documento interno, Procedimiento calibración de medidores y generadores en corriente eléctrica continua, Laboratorio Multifunciones, CENAM, Schmid Wofgang A., Lazos Martínez R. J. Guía para estimar la incertidumbre de la medición, CENAM, Queretaro, México 2004.

27 Gracias por su asistencia