Metrología Eléctrica

Transcripción

1 Metrología Eléctrica Gregory Kyriazis Inmetro Divisão de Metrologia Elétrica

2 Tensión eléctrica

3 Jerarquía de Unidades del SI kg c s Constantes fundamentales c - velocidad de la luz m Unidades SI s - splitting del Cs N m - metro (de largo) Unidades Macroscópicas J kg - masa del Pt-Ir en el BIPM N - newton (de fuerza) J - joule (de trabajo u energía) W W - watt (de potencia)

4 Sistema Internacional de Unidades ampère El ampère es aquella corriente constante que, se mantenida en dos conductores paralelos retos de longitud infinita, de sección transversal despreciable, e colocados distanciados de 1 metro entre si en el vacuo, producirán entre estos conductores una fuerza igual a 2 x 10 7 newton por metro de longitud. Sigue que la constante magnética, 0, también conocida como la permeabilidad del espacio libre, es exactamente 4 x 10 7 henrys por metro

5 SI en 1983

6 SI en Electricidad desde 1990

7 kg c s Efecto Josephson h/2e m N A Constante de Josephson J W C F V J K = h/2e h - constante de Planck e - carga del electrón

8 Patrón de Tensión de Josephson Una unión de Josephson comprende dos superconductores, mucho próximos un del otro, separados por una camada aislante. Una unión de Josephson irradiada con una frecuencia de microondas, f, produce escalones en la curva U-I. f Josephson 1962 Prêmio Nobel 1972 Incertidumbre < 10-7 K J-90 = 2e/h = ,9 GHz/V

9 Layout de un chip Josephson de tensión patrón de 10 V, con uniones

10 Patrón de Tensión de Efecto Josephson

11 Diferencias entre los valores medidos e el valor teórico del JVS Inmetro CJVS NIST (2009)

12 Patrón de Tensión de Josephson Programable

13 Redes de Josephson Programables N = 16 N = 64 N = 256

14 Aplicaciones del PJVS Resultados: Incertidumbre de la Dif. CA-CC del orden de 0,13 μv/v

15 Patrones de potencia y energía eléctrica AC POWER STANDARD USING A PROGRAMMABLE JOSEPHSON VOLTAGE STANDARD* B.C. Waltrip, B. Gong, T.L. Nelson, Y. Wang, C.J. Burroughs1, A. Rüfenacht1, S.P. Benz1, P.D. Dresselhaus1 NIST: Se generan señales de baja tensión en alterna que se miden con el PJVS antes de ser amplificadas y una de ellas convertida a corriente. La medición se hace con un multímetro de muestreo usando solo una parte de los escalones del PJVS para evitar las transiciones de escalón. Incertidumbre de algunas partes en μw/va a 120 V, 5 A, 60 Hz.

16 Transferencia A.C. - D.C. Convertidor térmico de junción única Sistema de calibración de transferidores térmicos C.A.- C.C.

17 Patrón Primario de Transferencia A.C. - D.C. Convertidor térmico de multijunción

18 Tensión e Corriente Eléctrica Servicios de Calibración. pilas patrón. referencias Zener. transferidor térmico A.C./D.C.. multímetro de exactitud elevada calibrador de exactitud elevada

19 Resistencia Eléctrica

20 SI en 1983

21 SI en Electricidad desde 1990

22 Efecto Hall Quántico kg c s h/2e h/e 2 m Constante de von Klitzing N A R K = h/e 2 J W C F V

23 Efecto Hall Quántico v. Klitzing 1980 Premio Nobel 1985 Internacionalmente reconocido Más fácil de realizar Incertidumbre < 3 x 10 9 R K-90 = 25812,807 Temperaturas del orden de 1,5 K, e campos magnéticos del orden de 14 T

24 Efecto Hall Quántico

25 Esquemático del Criostato Para la bomba Vacío Electroimán Helio1.5 K Prueba Helio 4 K

26 Comparador de Corriente Criogénico (CCC)

27 Pruebas Hall

28 Resistencia Hall Quántica (QHR)

29 Resistores Patrón en Baño de Aceite

30 Resistencia Servicios de Calibración. resistor patrón. década resistiva. ponte de resistencia D.C.. multímetro de exactitud elevada. calibrador de exactitud elevada. shunt de corriente

31 Impedancia

32 kg c s Capacitor Calculable permisividad del vacío m N J C A V Una determinación independiente que contorna las relaciones de equivalencia e relaciona directamente a partir de una unidad microscópica más elevada en la jerarquía del SI W F

33 Capacitor Calculable Thompson Lampard 1956 Difícil de construir ~ 10 8

34 kg c s Determinación de R K h/2e h/e 2 m N A J W C F V U=10-7 U=10-9

35 Derivación del Farad a partir del QHR U=10-7 U=10-7

36 Resistor A.C. / D.C. Calculable

37 Medición de Relación de Capacitancia Es generalmente más fácil medir relaciones con exactitud elevada. Para esto necesitamos de una relación de voltaje conocida e un detector de nulo de voltaje. Esta es una puente de relación de voltaje, de corriente igual, para comparar dos capacitancias. A corriente que deja C1 es la misma que entra en C2. Las voltajes son generalmente fornecidas por un transformador de relación calibrada. Esta es una puente de relación simples que, con corrección de pequeños efectos parásitas, es capaz de medir relaciones de capacitancia con incertidumbres < 10 8.

38 Puente de Capacitancia Coaxial

39 Puente de Resistencia Coaxial

40 Capacitancia e Inductancia Servicios de Calibración. capacitor patrón. inductor patrón. resistor patrón A.C.. décadas capacitivas. décadas inductivas. puentes de impedancia

41 Potencia e Energía Eléctrica

42 Sistema de Calibración de Patrones de Potencia e Energía Eléctrica Basada en Muestreo Digital V DIT HP3458A (Tensão) Fonte Prog. I W C CH TC R HP3458A (Corrente) PC GPIB

43 Calibración de Patrones de Potencia e Energía Eléctrica Basada em Muestreo Digital

44 Sistema de Calibración de Patrones de Energía Eléctrica GPIB RS 232 ROTEK 8000 CALIN WMC 2000 RM RM RM MEDIDOR

45 2nd Plenary talk of Gregory Kyriazis during the Calibración de Analizadores Harmónicos de Potencia Basada em Muestreo Digital

46 Ensayos de Tipo de Medidores de Energía Eléctrica

47 Redes Eléctricas Inteligentes

48 Medición de Sincrofasores

49 Medición de Sincrofasores

50 Potencia e Energía Servicios de Calibración. Calibradores de potencia. Medidores de potencia. Medidores de energía patrón

51 Alta Tensión e Alta Corriente

52 Calibración de Puentes de Capacitancia de Alta Tensión Basado en Muestreo Digital

53 Sistema de Referencia de Alta Tensión A.C.

54 C H I X C B T I N C X C N Capacitance bridge U 2 U 1 Calibración de VT de referencia con puente de capacitáncia

55 Sistema de Referencia de Alta Tensión D.C.

56 Sistema de Referencia de Alta Corriente A.C.

57 Alta Tensión e Alta Corriente Servicios de Calibración. Transformadores de tensión. Transformadores de corriente. Capacitores patrón. Puentes de capacitáncia

58 Gracias por la atención!