CONSIDERACIONES EN LA CALIBRACIÓN DE EQUIPOS MULTIFUNCIÓN: TENSIÓN ELÉCTRICA EN C.C. E INTENSIDAD DE C.C.

Marco Antonio Rodríguez Guerrero, Mauricio Islas Hernández. Centro Nacional de Metrología. CENAM- Derechos Reservados 2005

CONTENIDO INTRODUCCIÓN. COMPENSACIÓN DE FEM’S TÉRMICAS Y OFFSET EN MEDICIONES DE TENSIÓN. EFECTO DE AUTOCALENTAMIENTO EN TENSIÓN EN C.C. EFECTO DE LA TENSIÓN DE BURDEN EN MEDICIONES DE BAJA CORRIENTE EFECTO DE AUTOCALENTAMIENTO EN MEDICIONES DE ALTA CORRIENTE CONCLUSIONES CENAM- Derechos Reservados 2005

ELEGIR EL EQUIPO MÁS ADECUADO SEGÚN SUS NECESIDADES USARLO EN CONFIGURACIONES EFECTIVAS

Para realizar las mejores mediciones

CONOCER PRINCIPIO DE OPERACIÓN IDENTIFICACION DE PROBLEMAS POTENCIALES

TOMAR LAS MEDIDAS NECESARIAS PARA EVITARLOS Y/O COMPENSARLOS

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TENSIÓN ELÉCTRICA EN CORRIENTE CONTINUA.

BAJOS VALORES TENSIÓN

DE

FEMS TERMICAS OFFSET DE LOS INSTRUMENTOS

ALTOS VALORES TENSIÓN

DE

AUTOCALENTAMIENTO

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FEMS TÉRMICAS SON PEQUÑAS TENSIONES QUE APARECEN EN LAS UNIONES DE DOS METALES CUANDO EXISTE UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE ELLOS.

OFFSET IDEALMENTE EL VOLTMETRO CUANDO ES CONECTADO A UNA FUENTE DE BAJA IMPEDANCIA Y CERO TENSION (COMO UN CORTO) LA LECTURA DEBERIA DE SER CERO, CUANDO ESTO NO ES ASI, SE DICE QUE EL MEDIDOR TIENE UNA TENSIÓN DE OFFSET

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TECNICA DE INVERSION DE POLARIDAD.

SE TOMA UNA LECTURA EN EL SENTIDO NORMAL DE LA MEDICIÓN

VM ( + ) = VINT + VC1 − VC 2 − Voffmul MEDIDOR

GENERADOR

FEMS TERMICAS

OFFSET

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AHORA TOMAMOS LA LECTURA CON POLARIDAD INVERTIDA.

V M ( − ) = −V INT + VC 1 − VC 2 − V offmul

LA INVERSIÓN DEBE HACERSE EN LAS TERMINALES DE LA FUENTE.

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HACIENDO EL PROMEDIO DE ESTAS DOS LECTURAS LLEGAMOS A:

VM (+) −VM (−) VM = 2 ( VINT +VC1 −VC2 −Voffmul) − (−VINT +VC1 −VC2 −Voffmul) VM = 2

VM = VINT CENAM- Derechos Reservados 2005

SE DEBE UTILIZAR EL INSTRUMENTO EN LAS MISMAS CONDICIONES QUE FUE CALIBRADO

ESTO ES DE SUMA IMPORTANCIA, SI SE DESEA TENER TRAZABILIDAD AL PATRON NACIONAL DE TENSIÓN ELÉCTRICA EN C.C., O BIEN AL DE INTENSIDAD DE CORRIENTE CONTINUA, SE DEBEN APLICAR LAS CORRECCIONES QUE SE TIENEN EN EL CERTIFICADO DE CALIBRACION Y ADEMAS ES RECOMENDABLE USAR EL INSTRUMENTO BAJO LAS MISMAS CONDICIONES QUE FUE CALIBRADO, EN LA MEDIDA DE LO POSIBLE. POR EJEMPLO SI SE REPORTA EN TENSIÓN EN C.C. QUE LA MEDICION FUE HECHA CON INVERSION DE POLARIDAD EN LA FUENTE, LAS MEDICIONES DEBEN DE HACERSE DE ESTA MANERA PARA QUE EL CERTIFICADO TENGA VALIDEZ. CENAM- Derechos Reservados 2005

UTILIZAR CONEXIONES LIMPIAS USAR CABLES DE COBRE COMO MINIMIZAR LAS FEMS TÉRMICAS.

PERMITIR AL SISTEMA ENCONTRAR SU EQUILIBRIO TERMICO MANTENER LOS EQUIPOS ALEJADOS DE LAS FUENTES DE CALOR EVITAR CORRIENTES DE AIRE

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MATERIALES QUE HACEN LA UNIÓN.

POTENCIAL TERMOELÉCTRICO.

Cu-Cu

≤0.2 µV/ ºC

Cu-Ag

0.3 µV/ ºC

Cu-Au

0.3 µV/ ºC

Cu-Pb/Sn

1-3 µV/ ºC

Cu-Si

400 µV/ ºC

Cu-CuO

1000 µV/ ºC

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EFECTO DE AUTOCALENTAMIENTO. PARA LA MEDICIÓN DE TENSIONES ALTAS CON EQUIPOS MULTIFUNCIÓN EXISTE EL FENÓMENO DENOMINADO DE AUTOCALENTAMIENTO

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EXISTEN VARIACIONES DE ALGUNAS PARTES POR MILLÓN Autocalentamiento de un DMM 3458A en 1000V 1000.0065

Tensión [V]

1000.006 1000.0055 1000.005 1000.0045 1000.004 1000.0035 1000.003

11:52:48 a.m.

12:00:00 p.m.

12:07:12 p.m.

12:14:24 p.m.

12:21:36 p.m.

12:28:48 p.m.

12:36:00 p.m.

Tiempo [t]

EL MÉTODO DE MEDICIÓN CAMBIA SEGÚN EL EQUIPO, YA SEA UN MEDIDOR O BIEN UN GENERADOR. CENAM- Derechos Reservados 2005

COMO EVITAR ERRORES POR AUTOCALENTAMIENTO 1. PERMITIR QUE EL SISTEMA SE ESTABILICE TÉRMICAMENTE 2. EVALUAR EL CAMBIO QUE SE TIENE EN LOS INSTRUMENTOS POR AUTOCALENTAMIENTO 3. USAR EL EQUIPO TAL Y COMO SE CALIBRO, ES DECIR, UTILIZAR LOS MISMOS TIEMPOS DE ESTABILIZACIÓN.

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INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA.

BAJOS VALORES CORRIENTE

DE

TENSIÓN DE BURDEN

ALTOS VALORES CORRIENTE

DE

AUTOCALENTAMIENTO

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TENSIÓN DE BURDEN IDEALMENTE EL AMPERÍMETRO DEBERÍA TENER UNA IMPEDANCIA DE ENTRADA IGUAL A CERO. DC CURRENT (DCI FUNCTION)

Range

Full Scale

Max. Resolution

Resistencia Shunt

Burden Voltage

100

nA

120.000

1 pA

545.2

kΩ

0.055

V

1

µA

1.200000

1 pA

45.2

kΩ

0.045

V

10

µA

12.000000

1 pA

5.2

kΩ

0.055

V

100

µA

120.00000

10 pA

730

Ω

0.075

V

1

mA

1.200000

100 pA

100

Ω

0.100

V

10

mA

12.000000

1 nA

10

Ω

0.100

V

100

mA

120.00000

10 nA

1

Ω

0.250

V

1.050000

100 nA

0.1

Ω

< 1.5

V

1

A

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R CASO IDEAL

IM

0V V IM

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE UNA MEDICIÓN DE BAJA CORRIENTE CENAM- Derechos Reservados 2005

ENTONCES LA CORRIENTE ESTARÁ DETERMINADA POR:

IM

V − VB = R

POR LO QUE ES NECESARIO CONOCER MUY BIEN ESTA TENSIÓN Y SE CONVIERTE EN UN PUNTO CRITICO

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IM IFUGA

I

MEDICIÓN DE LA TENSIÓN DE BURDEN A DETALLE CENAM- Derechos Reservados 2005

CORRIENTE QUE SE FUGA POR EL VOLTMETRO

I FUGA

R1 545.2kΩ ⎛ ⎞ IM = ⎜ = ⎟(99,455nA) = 0.005421nA R1 + R2 ⎝ 545.2kΩ + 10GΩ ⎠

LO QUE REPRESENTA 54,2 PPM DE LA CORRIENTE, TEÓRICAMENTE.

AHORA TENEMOS QUE LA CORRIENTE DE REFERENCIA ES INCORRECTA SI CONECTAMOS EL MEDIDOR DE TENSIÓN DE BURDEN, EXISTE UN EFECTO DE CARGA QUE DEBE SER CONSIDERADO

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EFECTO DE AUTOCALENTAMIENTO EN MEDICIONES DE ALTA CORRIENTE LA MAYORÍA DE ESTAS MEDICIONES SE REALIZAN POR MÉTODOS INDIRECTOS LOS PRINCIPALES PROBLEMAS SE PRESENTAN POR ACCIÓN DE LA TEMPERATURA, LA DISIPACIÓN DE POTENCIA Y TENSIÓN DE COMPLIANZA. ES NECESARIO EVALUAR TIEMPOS DE ESTABILIZACIÓN TÉRMICA, ADEMÁS ES IMPORTANTE TENER EN CUENTA EL CALIBRE DE LOS CABLES, QUE ESTOS ESTÉN TRENZADOS, ETC.

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EFECTO DE AUTOCALENTAMIENTO EN MEDICIONES DE ALTA CORRIENTE

TEMPERATURA AMBIENTE CONTROLADO.

V I = R ES IMPORTANTE UTILIZAR LAS TÉCNICAS PARA LA MEDICIÓN DE TENSIÓN EN CORRIENTE CONTINUA. CENAM- Derechos Reservados 2005

¿CÓMO INFLUYE LA TEMPERATURA EN LA MEDICIÓN DE ALTA CORRIENTE? 1. MEDICIÓN USANDO UN BAÑO DE ACEITE CON TEMPERATURA CONTROLADA PARA EL DERIVADOR DE CORRIENTE. Mediciones de Tensión durante 1 hr para 10A.

Tensón del Derivador [V]

0.100025 0.10002 0.100015 0.10001 0.100005 0.1 0.099995 12:00:00 p.m.

12:14:24 p.m.

12:28:48 p.m.

12:43:12 p.m.

12:57:36 p.m.

01:12:00 p.m.

Tiempo [t]

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Tiempo [t]

TEMPERATURA TENSIÓN

CENAM- Derechos Reservados 2005 12:39:30 p.m.

12:37:38 p.m.

12:35:46 p.m.

12:33:54 p.m.

12:32:02 p.m.

12:30:10 p.m.

12:28:18 p.m.

12:26:26 p.m.

12:24:34 p.m.

12:22:42 p.m.

12:20:50 p.m.

12:18:58 p.m.

12:17:06 p.m.

12:15:14 p.m.

12:13:22 p.m.

12:11:30 p.m.

12:09:38 p.m.

12:07:46 p.m.

12:05:54 p.m.

12:04:02 p.m.

12:02:10 p.m.

12:00:18 p.m.

11:58:26 a.m.

11:56:34 a.m.

11:54:42 a.m.

11:52:50 a.m.

11:50:58 a.m.

11:49:06 a.m.

11:47:14 a.m.

11:45:22 a.m.

11:43:30 a.m.

11:41:38 a.m.

11:39:46 a.m.

11:37:54 a.m.

11:36:02 a.m.

11:34:10 a.m.

Temperatura ºC

Medición de 10A al Aire

24

0.100034

23.5

0.100033

23

22.5

0.100032

22

0.100031

21.5

0.10003

21

0.100029

20.5

0.100028

20

0.100027

Tensión en el Derivador [V]

2. Medición usando un derivador de corriente en el medio ambiente del laboratorio.

RECOMENDACIONES PARA EVITAR ERRORES POR TEMPERATURA TENER UN AMBIENTE CONTROLADO, PARA REALIZAR LAS MEDICIONES, POR EJEMPLO UN BAÑO DE ACEITE (INCONVENIENTE: MUY CARO) DETERMINAR COEFICIENTE DE TEMPERATURA, ES DECIR MEDIR LA TEMPERATURA EN EL DERIVADOR Y CORREGIRLA CON EL COEFICIENTE. EVITAR FLUCTUACIONES DE TEMPERATURA POR EL EFECTO DEL AIRE ACONDICIONADO

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CONCLUSIONES: EL ENTENDIMIENTO DE LOS PUNTOS ANTERIORES Y SU CORRECTA APLICACIÓN DARÁN COMO RESULTADO UNA MAYOR CONFIANZA EN LAS MEDICIONES. SE TRATARON LOS ANTERIORES EFECTOS YA QUE SON LOS QUE TIENEN MAYOR IMPACTO DENTRO DE UN LABORATORIO QUE CUENTE QUE CON EQUIPO MULTIFUNCIONES LA APLICACIÓN DE LOS PUNTOS ANTERIORES SE DEJA ABIERTA AL CRITERIO DE LOS PARTICIPANTES, ES RESPONSABILIDAD SUYA EVALUAR LOS EFECTOS DE LOS DISTINTOS FENÓMENOS EN LOS EQUIPOS MULTIFUNCIÓN Y DECIDIR CUAL DE ELLOS SON CRÍTICOS EN SUS LABORATORIOS LAS BUENAS PRÁCTICAS METROLOGICAS GARANTIZAN LAS MEDICIONES QUE UNO HACE Y ELEVA LA COMPETENCIA TÉCNICA EN UN LABORATORIO. CENAM- Derechos Reservados 2005

Gracias por su Atención CENAM- Derechos Reservados 2005