NÁVAZNOST EL. VELIČIN OD PRIMÁRNÍCH ETALONŮ K DMM A KALIBRÁTORŮM

Transkript

1 NÁAZNOST EL. ELIČIN OD PRIMÁRNÍCH ETALONŮ K DMM A KALIBRÁTORŮM Ing. Jiří STREIT Laboratoř primární etalonáže ss a nf el. veličin ČMI OI Brno

2 SOUSTAA SI Základní jednotka Ampér [ A ] Definice: Ampér je stálý elektrický proud, který při průtoku dvěma rovnoběžnými přímými a nekonečně dlouhými vodiči, zanedbatelného kruhového průřezu, umístěnými ve vakuu ve vzájemné vzdálenosti 1 m, vyvolá mezi nimi sílu 2*10-7 newtonu na metr délky.

3 REALIZACE AMPÉRU Pomocí Ohmova zákona I = U/R [A] = []/[Ω] SET (single electron tunneling) [A] = [C]/[s] Nabíjení známé kapacity I = C du/dt [A] = [] []/[s]

4 REALIZACE OLTU Pomocí Josephsonova jevu = n f h/2 e = n f / K J K J-90 = 2 e /h = ,9 GHz 1 h = 6, J s e = 1, C K J = , GHz 1

5 REALIZACE OHMU Pomocí kvantového Hallova jevu R H = h/ie 2 = R K /i R K-90 = h/e 2 = ,807 Ω h = 6, J s e = 1, C R K = , Ω

6 REALIZACE ARADU Pomocí vypočitatelné kapacity Thompsonův Lampardův teorém ε 0 = (1/μ 0 c 2 ) μ 0 = 4π 10 7 N A 2 Porovnáním impedance se známou hodnotou R z QHE např. pomocí kvadraturního mostu Pomocí SET

7 REALIZACE ČMI ss napětí státní etalon 10 a JS + sada zenerových referencí ss odpor státní etalon 1 W a 10 kw QHE + CCC + etalonové odpory kapacita státní etalon 10 p a 100 p sada křemenných kondenzátorů návaznost na BIPM

8 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - JS B. Josephson 1962 = nhf/2e = Nf/K J K J = 2e/h K J = ,9 GHz/

9 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - JS

10 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - JS

11 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - JS Rozsah Nejistota 1E-8 Návaznost: primární etalon, jen porovnání s jinými etalony Přímé porovnání s etalonem BIPM na 10 (U CMI - U BIPM ) = 9,6x10 9 U = 10,3 10 9

12 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - jednotka Skupina Zenerových referencí Nejistota pro 10 : ±1.5 µ (1.5E-7) Nejistota pro : ± 1.5 µ (1.5E-6) Návaznost na JS

13 Odchylka od nominální hodnoty [µ] W ZENEROA REERENCE ppm luke 732A(P): 10 jednotka č.5 Drift: µ/rok 134 X-12 XI-12 XII-12 I-13 II-13 III-13 I I-13 II-13 III- 13 Datum oltref JS IX-13 X-13 XI-13 XII-13 I-14 II-14 III-14 I-14-14

14 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - stupnice Rozsah 1 m až 1100 Pasivní odporové děliče luke 732A luke 720A Datron 4002S Přesnost ~10-6

15 STEJNOSMĚRNÉ NAPĚTÍ - stupnice Rozsah 1 m až 1100 Binární dělič R/2R - autokalibrace luke 732A zdroj ref. napětí Automatizované měření Přesnost <10-6

16 STEJNOSMĚRNÝ ODPOR - jednotka elmi stabilní etalonové odpory Nejistota pro 1 W: ±32 nw (3.2E-8) Nejistota pro 10 kw: ± 0.32 mw (3.2E-8) Návaznost na primární QHE (Kvantový Hallův jev)

17 STEJNOSMĚRNÝ ODPOR - jednotka Kvantový Hallův odpor Magnetic ield B Klaus on Klitzing 2-Dimensional Electron Gas R = / I = h / i e 2 R K = h / e 2 = ohms H Current I h = Planckova konstanta e = náboj elektronu i = celé číslo

18 STEJNOSMĚRNÝ ODPOR - stupnice Rozsah 0.1 mw až 100 TW Přesné odporové mosty Přesnost 10-7 až 10-2

19 STEJNOSMĚRNÝ PROUD Rozsah 100 µa až 10 A Odvození pomocí sady přesných etalonových odporů a ss etalonového voltmetru Přesnost ~ 10-5

20 STŘÍDAÉ NAPĚTÍ Odvozuje se od ss napětí pomocí termočlánků U AC = U DC ( 1 + d(f) ) d(f) je AC/DC diference termočlánku pro danou frekvenci f = 10 Hz až 1 MHz (100 MHz)

21 TERMOČLÁNKY rozdělení Klasické jednoduché (SJTC) Planární mnohonásobné integrované (PMJTC)

22 TERMOČLÁNKY stupní napětí je 1 stupní proud je 10 ma (90 W), 5 ma (180 W) ýstupní napětí: ~7 m (SJTC), ~100 m (MJTC) f = 10 Hz až 100 MHz

23 ĚTŠÍ STŘÍDAÁ NAPĚTÍ Rozsah 2 až 1 k Metodou step up pomocí rozsahových odporů 792A PTB 1k NPL 1k 792A PTB 500 NPL A PTB 300 NPL A PTB 100 IIII II I PMJTC6 +RR60k PMJTC6 +RR9k Step Step Step PMJTC7 +RR99k PMJTC7 +RR33k 1k Step 5 792A PTB 30 I 30 Step 4 PMJTC7 +RR3k A PTB 10 III PMJTC6 + RR1k 10 Step 3 792A PTB 3 II 3 Step 2 PMJTC7 +RR A PTB 1 I PMJTC6 1 PMJTC7 1

24 MALÁ STŘÍDAÁ NAPĚTÍ 1 m až 500 m, 10 Hz až 1 MHz Pomocí mikropotenciometrů Pomocí indukčních děličů

25 STŘÍDAÁ NAPĚTÍ - stupnice AC/DC Transfer Standard luke 792A Rozsah 2 m až 1 k f = 10 Hz až 1 MHz Kalibrovaný v NPL (elká Británie) Přesnost 10-6 až 10-4

26 STŘÍDAÉ PROUDY Rozsah 10 ma až 10 A f = 10 Hz až 10 khz AC/DC Transfer Standard luke 792A + proudové bočníky luke A40 a A40A Klecové bočníky ČMI Přesnost 10-5 až 10-4

27 STŘÍDAÉ PROUDY Rozsah 10 ma až 100 A f = 10 Hz až 100 khz Klecové bočníky ČMI Přesnost 10-6 až 10-5 pro AC-DC diferenci ázová chyba v do desítek µrad pro použití ve výkonu

28 STŘÍDAÉ PROUDY malé hodnoty 100 µa až 10 ma Kalibrace nepřímou metodou pomocí etalonových AC/DC odporů Tinsley a přesného střídavého odporu DATRON 4920

29 NÁAZNOST

30 IMPEDANCE Kapacita 1 p až 10 m Střídavý odpor 1 mw až 10 MW Indukčnost 10 µh až 10 kh Ztrátový činitel 1E-6 až 1 pro C 1 p až 1 n f = 10 Hz až 1 MHz (10 MHz)

31 KAPACITA - jednotka 10 p (TESLA) 100 p (AH11) f = 1 khz a 1592 Hz Přesnost ~10-7 Návaznost na BIPM

32 KAPACITA - stupnice AH p až 1 µ f = 1 khz Širokopásmové mosty až do 10 m f = 10 Hz až 10 MHz

33 STŘÍDAÝ ODPOR Odpory s vypočitatelnou frekvenční charakteristikou 1 a 100 W, 1 a 10 kw Kalibrace NIIM (Rusko) Přesnost ~10-6

34 INDUKČNOST Odvození rezonanční metodou Kalibrace pomocí RLC mostů Základní hodnota 10 mh a 100 mh z R a C pomocí Maxwell-Wienova mostu Přesnost ~10-4

35 ELEKTRICKÝ ÝKON A PRÁCE Státní etalon 1-fázového výkonu K až ma až 100 A Účiník 0 až 1 45 Hz až 65 Hz Přesnost 8*10-5 Návaznost PTB a NPL

36 ELEKTRICKÝ ÝKON A PRÁCE měření 3-fázového výkonu pomocí vzorkovacích karet 1 až ma až 100 A Účiník 0 až 1 50 Hz až 10 khz Přesnost <10-5

37 PRINCIP MĚŘENÍ

38 POČÍTAČOÉ MĚŘENÍ A ZPRACOÁNÍ ÝSLEDKŮ

39 ELEKTRICKÉ SIGNÁLY Harmonické zkreslení (THD) ázový posuv

40 zorkovací fázoměr yužívá dvoukanálovou rychlou vzorkovací kartu a vstupní dělič napětí.

41 zorkovací měřič THD

42 KALIBROANÁ MĚŘIDLA etalony napětí a poměru napětí AC/DC termokonvertory přesné číslicové multimetry (od 6 ½ místa a přesnější) přesné multifunkční kalibrátory měřiče a etalony elektrických prvků

43 KALIBROANÁ MĚŘIDLA RLCG mosty měřiče a kalibrátory výkonu etalonové elektroměry měřiče fázového posuvu měřiče nelineárního zkreslení a zkreslení generátorů Teploměrné mosty

44 DĚKUJI ZA POZORNOST