Copia No Controlada Instituto Nacional de Tecnología Industrial Centro de Desarrollo e Investigación en Física y Metrología Procedimiento específico: PEE51 CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DIGITALES DE ALTA EXACTITUD Revisión: Agosto 2012 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.
PEE51 Lista de enmiendas: Agosto 2012 ENMIENDA DESCARTAR INSERTAR RECIBIDO Nº FECHA CAPÍTULO PÁGINA PÁRRAFO CAPÍTULO PÁGINA PÁRRAFO FIRMA 1 de 1
PEE51: Agosto 2012 1. Objetivo Establecer los métodos de calibración para multímetros digitales de alta exactitud. 2. Alcance Multímetros digitales comprendidos en los siguientes rangos: Tensión continua (DCV): Resistencia en corriente continua (DCR): Corriente continua (DCI): Tensión en corriente alterna (ACV): Corriente alterna (ACI): Forma de onda: sinusoidal 0,1 mv a 1000 V 1 Ω a 10 GΩ 10 µa a 20 A 0,1 V a 10 V; frecuencia: 10 Hz a 1 MHz 10 V a 100 V; frecuencia: 10 Hz a 100 khz 100 V a 1000 V; frecuencia: 50 Hz a 1 khz 100 µa a 10 ma; frecuencia: 40 Hz a 5 khz 10 ma a 100 ma; frecuencia: 10 Hz a 10 khz 100 ma a 2 A; frecuencia: 20 Hz a 10 khz 3. Definiciones y abreviaturas Se encuentran en las normas de referencia, Manual de la Calidad, Plan de la Calidad y en el cuerpo de este procedimiento. 4. Referencias Ver el manual de uso del instrumento. Para corriente alterna menor a 10 ma ver Anexo 1 Calibración de multímetros digitales de alta exactitud en corriente alterna, publicado en los anales del 5 Seminario Internacional de Metrología Eléctrica -V SEMETRO-, 9 al 12 de abril de 2002, Río de Janeiro, Brasil. 5. Responsabilidades Los técnicos del laboratorio de calibradores y multímetros en la ejecución de las calibraciones El Coordinador de la UT Electricidad supervisa las calibraciones, verifica que se siguen los procedimientos y comprueba los resultados. 6. Instrucciones 6.1. Descripción del sistema El multímetro a calibrar se conecta directamente a los bornes de salida de un calibrador multifunción Fluke 5700A/5720A y se lo calibra por comparación directa (Figura 1), excepto para corriente alterna menor a 10 ma (ver anexo 1), para corriente continua mayor a 2 A hasta 20 A, donde se usa un amplificador de transconductancia Fluke 5220A (Figura 2), para tensión continua menor a 100 mv, donde se utiliza un divisor resistivo (Figura 3) y para resistencia mayor a 100 MΩ donde se calibra empleando resistores patrón (Figura 4). Calibrador FLUKE 5700A/5720A DMM Figura 1 1 de 7
PEE51: Agosto 2012 DMM (voltímetro) Calibrador FLUKE 5700A/5720A Amplificador de transconductancia FLUKE 5220A Shunt DMM (amperímetro) Figura 2 Calibrador FLUKE 5700A/5720A Divisor resistivo 1000:1 DMM (DC mv) Figura 3 Resistor patrón R > 100 MΩ DMM (Resistencia) Figura 4 DMM= Multímetro digital tipo Wavetek MTS4950, Wavetek 1281A, Hewlett-Packard HP3458A, Keithley 2002, Hewlett-Packard HP34420A, Hewlett-Packard HP3457A, Hewlett-Packard HP34401A, Keythley 182, Fluke 8508A, Fluke 5790A, Fluke 8845A, Fluke 8846A, u otro DMM. Antes de empezar las calibraciones se debe hacer la rutina de ajuste de ceros del calibrador Fluke 5700A/5720A descripta en el manual de operación. Los conectores de entrada del DMM deben conectarse a los terminales de salida del calibrador multifunción FLUKE 5700A/5720A, dependiendo de la función a calibrar, siguiendo las instrucciones dadas en los manuales de operación de ambos instrumentos. Se deberán usar cables blindados, con conectores de bajo potencial preferentemente. Para tensión alterna la longitud de los cables debe ser tan corta como sea posible, como muestra la Figura 5. Los mejores resultados se obtienen conectando el multímetro a calibrar con conectores doble banana directamente a los bornes de salida del calibrador como muestra la figura 6. Figura 5 2 de 7
PEE51: Agosto 2012 Figura 6 Cuando se calibre un multímetro que incluya su cable de medición, se lo deberá usar para realizar las calibraciones (por ejemplo: multímetro Wavetek MTS4950 con cable de medición N de parte 401035). Si el multímetro a calibrar tiene borne de guarda, se debe conectar a dicho borne un extremo del blindaje de los cables de medición mientras que el otro extremo debe conectarse al borne de guarda del calibrador FLUKE 5700A/5720A. El terminal LOW del calibrador FLUKE 5700A/5720A debe estar internamente conectado al terminal GUARD cuando está en operación y unido al terminal GROUND. Los cables de alimentación tanto del calibrador como del DMM a calibrar deben estar conectados a la misma tierra. Tanto el calibrador Fluke 5700A/5720A como el multímetro a calibrar deben permanecer conectados a la tensión y frecuencia de línea de 220 V, 50 Hz en el laboratorio 3 ó 6 a temperatura ambiente de (23±2) C, con humedad relativa ambiente comprendida entre 30 y 70 %. Debe cumplirse el período de calentamiento, tanto en el calibrador como en el DMM a calibrar, siguiendo las recomendaciones dadas en sus respectivos manuales de operación antes de llevarse a cabo las calibraciones. Durante la calibración la variación de la temperatura ambiente del laboratorio debe ser menor o igual a 1 C y la humedad relativa ambiente entre 30 % y 70 %. Se calculan la media y la desviación estándar de diez mediciones como mínimo, para cada valor a calibrar. Luego se calculan los desvíos del DMM, como se muestra en el modelo matemático. Las calibraciones de los multímetros Hewlett Packard HP3458A, HP34401A, HP34420A, Wavetek MTS4950, Keythley 182, Hewlett Packard HP3457A, Wavetek 1281A, Fluke 8508A, Fluke 8845A, Fluke 8846A, pueden realizarse tanto en forma manual como automática mediante PC y software de medición correspondiente. (3458EA.EXE, versión del 07/02/2005; VERIFICA.EXE del 04/07/2005; 34420C.EXE del 25/06/2005; 4950MTS Control Software, versión 3.06; CAL182A.EXE del 09/01/2001, 3457.EXE del 27/05/2004 y C1281A.EXE del 12/08/2005 respectivamente). Los programas de medición fueron desarrollados en el laboratorio, excepto el 4950MTS Control Software, versión 3.06. Cuando se calibra en forma automática, el programa de medición calcula el desvío y la incertidumbre asociada con k=2 para cada punto. 3 de 7
PEE51: Agosto 2012 Para los puntos de corriente que requieran una exactitud de calibración mejor que la asegurada por el calibrador, se medirán manualmente midiendo la caída de tensión con un voltímetro, sobre un resistor derivador de corriente de valor apropiado, ambos previamente calibrados. Para la calibración de corriente alterna de bajo valor (de 100 µa a 10 ma), se generará tensión con el calibrador Fluke 5700A/5720A, limitando la corriente con una resistencia serie de valor apropiado. La descripción del método se encuentra en el Anexo 1 del presente procedimiento. 7. Modelo matemático E 4950 ( 1 ) ( 1 D ) X Y + D = Y + 4950 5700 5700 5700 5700 Donde: E 4950 = Error del DMM. X 4950 = Lectura del DMM. Y 5700 = Salida del FLUKE 5700A (corregida de acuerdo al procedimiento PEE50). D = Corrección por corrimiento del FLUKE 5700A. Esta corrección fue obtenida de su historia. 5700 7.1. Balance de incertidumbre Ejemplos: Calibración voltímetro Fluke 5790A a 1 V, 1 khz Voltímetro Fluke 5790A: Calibración a 1 V, 1 khz Fuente de incertidumbre 2 c i Valor (±) Distribución Factor ν i u i c 2 2 i u i Porcent. Calibración 5700 1.00 7.00E-06 n 2.0 10000 3.50E-06 1.23E-11 91.57 Drift no corregido 5700 1.00 4.50E-07 r 1.7 10000 2.60E-07 6.75E-14 0.50 Medición (Tipo A) 1.00 2.00E-07 n 1.0 10 2.00E-07 4.00E-14 0.30 Temperatura 5700 1.00 3.00E-06 r 1.7 10000 8.66E-07 7.50E-13 5.61 Temperatura 5790A 1.00 1.50E-06 r 1.7 10000 4.33E-07 1.88E-13 1.40 Resolución 5790A 1.00 5.00E-07 r 1.7 10000 2.89E-07 8.33E-14 0.62 Incertidumbre combinada u (k=1) 11754 3.66E-06 1.34E-11 100.00 Incertidumbre expandida (k=2) U (95%) 2.0 7.17E-06 (1) coeficiente de sensibilidad tambiente= 0.5 (2) n: normal; r:rectangular (3) grados de libertad Calibración del multímetro FLUKE 8508A a 20 ADC Calibración Fluke 8508A - 20 ADC Fuente de incertidumbre 2 c i Valor (±) Distribución Factor ν i u i c 2 2 i u i Porcent. Multímetro HP3458A, rango de 100 mv 1.00 2.40E-05 r 1.7 10000 1.41E-05 1.99E-10 23.91 Medición de tensión en el shunt (Tipo A) 1.00 2.00E-06 n 1.0 10 2.00E-06 4.00E-12 0.48 Temperatura HP3458A, rango 100 mv 1.00 5.15E-06 r 1.7 10000 8.58E-07 7.37E-13 0.09 Resolución HP3458A 1.00 2.50E-07 r 1.7 10000 1.44E-07 2.08E-14 0.00 Calibración del shunt 1.00 3.00E-05 n 2.0 10000 1.50E-05 2.25E-10 26.99 Drift no corregido del shunt 1.00 2.00E-06 n 2.0 10000 1.00E-06 1.00E-12 0.12 Temperatura del shunt 1.00 1.00E-05 r 1.7 10000 1.67E-06 2.78E-12 0.33 Indicación Fluke 8508A (Tipo A) 1.00 2.00E-05 n 1.0 10 2.00E-05 4.00E-10 47.99 Resolución Fluke 8508A 1.00 2.50E-08 r 1.7 10000 1.44E-08 2.08E-16 0.00 Temperatura Fluke 8508A, rango 20 ADC 1.00 5.15E-06 r 1.7 10000 8.58E-07 7.37E-13 0.09 Incertidumbre combinada u (k=1) 17311 2.07E-05 8.34E-10 100.00 Incertidumbre expandida (k=2) U (95%) 2.0 4.06E-05 (1) coeficiente de sensibilidad tambiente= 0.5 (2) n: normal; r:rectangular (3) grados de libertad 4 de 7
PEE51: Agosto 2012 Calibración del multímetro HP34420A a 1 mv DC HP34420A: Calibración a 1 mv DC Fuente de incertidumbre 2 c i Valor (±) Distribución Factor ν i u i c 2 2 i u i Porcent. Calibración 0.1 VDC del Fluke 5700A 1.00 2.00E-06 n 2.0 10000 1.00E-06 1.00E-12 2.20 Drift no corregido 5700 * 1.00 1.50E-06 r 1.7 10000 8.66E-07 7.50E-13 1.65 Calibración del divisor ESI 100:1 1.00 5.00E-06 n 2.0 10000 2.50E-06 6.25E-12 13.77 Drift del divisor ESI 1.00 1.00E-05 r 1.7 10000 5.77E-06 3.33E-11 73.45 Medición (Tipo A) 1.00 2.00E-06 n 1.0 10 2.00E-06 4.00E-12 8.81 Temperatura 5700 1.00 1.30E-06 r 1.7 10000 2.17E-07 4.69E-14 0.10 Resolución HP34420A 1.00 5.00E-08 r 1.7 10000 2.89E-08 8.33E-16 0.00 Incertidumbre combinada u (k=1) 1201 6.74E-06 4.54E-11 100.00 Incertidumbre expandida (k=2) U (95%) 2.0 1.32E-05 (1) coeficiente de sensibilidad tambiente= 0.5 (2) n: normal; r:rectangular (3) grados de libertad * Drift a 2 años, debe calcularse su valor a la fecha de calibración del DMM Tabla 1: Resumen de resultados para la calibración típica de un multímetro digital de alta exactitud calibrado con el calibrador Fluke 5700A. Incertidumbre expandida (k=2) Tensión continua INCERTIDUMBRE RANGO (µv/v) 0,1 mv V < 1 mv 52 1 mv V < 10 mv 20 10 mv V < 100 mv 20 100 mv V < 1 V 5 1 V 1 1 V < V < 10 V 1,5 10 V 1 10 V < V 100 V 5 100 V < V 1000 V 8 Corriente continua INCERTIDUMBRE RANGO (µa/a) 10 µa 100 100 µa < I 10 ma 8 10 ma < I 100 ma 10 0,1 A < I 1 A 25 1 A < I 2 A 40 2 A < I 10 A 60 10 A < I 20 A 70 5 de 7
PEE51: Agosto 2012 Resistencia RANGO INCERTIDUMBRE (µω/ω) 1 Ω R < 10 Ω 4,5 10 Ω R < 10 kω 2,5 10 kω 1,5 10 kω < R < 100 kω 2 100 kω 3,5 100 kω < R < 1 MΩ 5 1 MΩ 6 1 MΩ < R 10 MΩ 15 10 MΩ < R 100 MΩ 60 100 MΩ < R 300 MΩ 100 300 MΩ < R 10 GΩ 700 Tensión alterna FRECUENCIA (khz) TENSIÓN 0,01 0,02 0,04 0,055 1 10 20 50 100 300 700 1000 0,1 V V <1 V --- --- 80 80 80 80 80 100 100 --- --- --- 1 V 11 11 11 25 11 11 11 16 25 55 55 250 1 V < V 10 V 11 12 10 10 12 12 12 20 20 80 125 200 10 V < V 100 V 40 40 45 15 46 46 35 60 60 --- --- --- 100 V < V 1000 V --- --- --- 30 30 --- --- --- --- --- --- --- Corriente alterna FRECUENCIA (khz) CORRIENTE 0,01 0,02 0,04 0,055 0,3 1 5 10 100 µa < I < 10 ma --- --- 100 100 100 100 100 --- 10 ma 500 --- --- 125 --- 125 700 1500 10 ma < I 100 ma 500 --- --- 140 --- 140 700 1500 0,1 A < I 1 A --- 500 --- 450 --- 450 700 6000 1 A < I 2 A --- 500 --- 450 --- 450 700 6000 8. Identificación y almacenaje Los multímetros digitales a ser calibrados, se identifican de acuerdo a las instrucciones del manual de la calidad del INTI - Física y Metrología y se mantienen, desde que llegan en los laboratorios 3 ó 6 de calibradores y multímetros, ver capítulo 10 del manual de la calidad. Una vez calibrados, los multímetros digitales permanecen en los laboratorios 3 ó 6 hasta su devolución al cliente. 6 de 7
PEE51: Agosto 2012 9. Instrumentos a utilizarse Calibrador multifunción Fluke 5700A, N 6375303. Calibrador multifunción Fluke 5720A, N 9010208. Divisor de tensión ESI Kelvin-Varley DEKAVIDER RV 722 s/n 141003 Divisor resistivo DR 01-00 Amplificador de transconductancia FLUKE 5220A s/n 6325001 Resistencia derivadora AC/DC Shunt Datron-Wavetek 4953 10A s/n 28130 Resistencia derivadora múltiple Hartman y Braun 20A s/n 6626398 Resistencia derivadora múltiple Hartman y Braun 20A s/n 6626399 Resistencia derivadora múltiple Hartman y Braun 20A s/n 6626401 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A11565 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A11567 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A22086 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A15128 Multímetro digital Hewlett Packard 34420A s/n US6001616 Multímetro digital FLUKE 8508A s/n 991358629 Resistor patrón Gamma3-1G, valor nominal 1 Gohm Resistor patrón Victoreen, modelo RX1M-1, Nº 7, valor nominal 10 Gohm 10. Condiciones ambientales La temperatura ambiente del laboratorio debe estar comprendida entre (23±2) C y la humedad relativa ambiente entre 30 % y 70 %. 11. Registros de la Calidad Las notas y observaciones escritas originales, copia u originales de las salidas de computadora (cuando corresponda), copia de los certificados emitidos, como así también copia de la orden de trabajo, registro de salida de instrumentos y toda otra documentación relacionada, se conservan de acuerdo al capítulo 12 del manual de la calidad del INTI - Física y Metrología. 12. Precauciones Según lo previsto en el decreto 937/74, artículo 1, sección d, es considerada ésta una tarea riesgosa. Por tanto, deben tomarse las precauciones necesarias para evitar el shock eléctrico. Las operaciones de cambio de conexión deben llevarse a cabo con todos los circuitos de tensión y corriente desenergizados. 13. Apéndices y anexos ANEXO N TÍTULO 1 Calibración de multímetros digitales de alta exactitud en corriente alterna 7 de 7
PEE51 Anexo1: Agosto 2012 1 de 4
PEE51 Anexo1: Agosto 2012 2 de 4
PEE51 Anexo1: Agosto 2012 3 de 4
PEE51 Anexo1: Agosto 2012 4 de 4