Technische Informationen

Rückführbare Kalibrierung von WechselstromWiderstandsmessbrücken auf nationale Normale
WIKA Datenblatt IN 00.30

Zur Prüfung/Kalibrierung der Brücken oder Geräte fürdie Widerstandsthermometrie werden drei verschiedene
Techniken verwendet, die unterschiedliche Unsicherheiten
aufweisen und mit Wechselstrom-Widerstandsmessbrücken
funktionieren.

1. Kalibriermethode:Kalibrierte Referenzwiderstände
Mit kalibrierten Referenzwiderständen kann die Kalibrierung
geprüft werden (mit Gleichstrom- oder Wechselstromgeräten). Die Kalibrierunsicherheit (Werte von nationalenInstituten) dieser Widerstände liegt normalerweise bei
0,05 ppm DC und 0,5 ppm AC.
Diese Technik scheint also bei Wechselstromgeräten nicht
so gut zu funktionieren wie bei den entsprechenden Gleichstromgeräten.
Die verwendeten Normale sind jedoch üblicherweiseWilkins-Widerstandsnormale oder Widerstände gleichwertiger Bauart, die eine Stabilität von 2 ppm pro Jahr aufweisen. Somit wird die Messunsicherheit verbunden mit dem
Referenzwiderstand in erster Linie nicht durch die ursprüngliche Kalibrierunsicherheit, sondern durch die Langzeitstabilität bestimmt.
Die Verknüpfung der Unsicherheiten (RMS = root meansquare) bedeutet, dass bei Kalibrierungen, bei denen dasverwendete Normal jährlich durch ein nationales Kalibrierla-bor kalibriert wird, der Referenzwiderstand folgendermaßen
zur Gesamtmessunsicherheit beiträgt:
1. DC: Unsicherheit, uR = 2² + 0,05² = 2,0 ppm
2. AC: Unsicherheit, uR = 2² + 0,5² = 2,1 ppm
Aufgrund dessen ist der Unterschied zwischen Wechselstrom- und Gleichstromgeräten in Bezug auf die Messunsicherheit bei Verwendung dieser Technik sehr gering.
ASL verwendet diese Methode nur für die Industrieprodukte(F150, CTR2000 und CTR5000); WIKA verwendet sie
nicht für Präzisionsmessbrücken, wo sie angesichts eines
angestrebten Wertes von mindestens 1 ppm ungeeignetwäre.
Manche Hersteller von Gleichstrom-Widerstandsmessgeräten empfehlen diese Technik zur Linearisierung ihrer Geräte.
Dies wirft Zweifel bezüglich der Kalibriergenauigkeit solcher
Produkte auf.

2. Kalibriermethode:
Widerstandsmessbrücken-Kalibrator (RBC = resistance bridge calibrator)
Mit Hilfe des Widerstandsmessbrücken-Kalibrators (RBC)
kann (mit Wechselstrom- oder Gleichstromgeräten) die
Linearität einer Brücke geprüft werden. Hierfür wird eine
Reihe von Widerstandswerten im Arbeitsbereich der Brückeerzeugt.
Dieses Gerät wurde von Rod White vom nationalen
Kalibrierlabor in Neuseeland erfunden. Der RBC enthält
vier Präzisionswiderstände, die verschiedene Reihen- undParallelschaltungen ermöglichen.
WIKA Datenblatt IN 00.30 ∙ 08/2014

Obwohl der tatsächliche Wert jedes einzelnen Widerstands
nur bis auf wenige ppm genau bekannt ist, kann die
Linearität des Gerätes mit deutlich verbesserter Unsicherheit
bestimmt werden. Mit den vier Basiswiderständen können 35
verschiedene Widerstandswerte erzeugt werden.

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Diese werden mit dem zu prüfenden Gerät gemessen,wobei, wenn auch eine gerätebedingte Messunsicherheit
berücksichtigt werden muss, gleichzeitig 35 Gleichungenmit lediglich vier Unbekannten (den Werten der vier
Widerstände) erzeugt werden.
Danach ist es möglich, von diesen vier Werten den Best-FitWert abzuleiten und davon wiederum die 35 Widerstände(als proportionaler Anteil des Maximalwiderstands) zumPrüfen der Brücke. Dadurch kann die Linearität (jedoch nicht
die Skalengenauigkeit) geprüft werden.

Um die Genauigkeit der Skala einer Wechselstrom-Widerstandsmessbrücken zu prüfen, kann die interne Prüffunktion
des Gerätes verwendet werden. Diese Methode ermöglicht
die Prüfung einer Brücke vom Typ ASL CTR9000 (Genauigkeit 0,1 ppm) mit einem Restlinearitätsfehler von weniger als0,03 ppm.

3. Kalibriermethode:Prüfung des Widerstandsverhältnisses (RTU = Ratio test unit)
Ein solches Gerät (RTU) kann zum Prüfen der Genauigkeit und der Linearität einer Widerstandsmessbrücke (nurWechselstrom-Widerstandsmessbrücken) verwendet
werden. Dieses Gerät wird von ASL hergestellt und erzeugt
mit Hilfe eines induktiven Spannungsteilers (Transformator)
Wechselstrom-Spannungsverhältnisse, um den Referenzwiderstand und den Widerstand des Thermometers zu simulieren.
Bei dieser Technik werden auf wirkungsvolle Weise die
Messwerte des Verhältniswandler-Spannungsteilers derBrücke mit einem genaueren, externen VerhältniswandlerSpannungsteiler verglichen.
Der Vorteil hierbei liegt darin, dass das vom induktiven
Spannungsteiler (IVD = inductive voltage divider) erzeugte
Spannungsverhältnis ausschließlich vom zeit- und temperaturstabilen Windungsverhältnis abhängt (das Windungsverhältnis bleibt immer konstant).
Darüber hinaus ist die Unsicherheit dieser Spannungsverhältnisse und somit die der RTU-Kalibrierung kalkulierbar
und ebenfalls stabil in Bezug auf Zeit und Temperatur. IVDswerden in nationalen Kalibrierlaboren als „natürliche“ Normale eingesetzt, die keine Kalibrierung erfordern.

Dieses Gerät, die RTU, das ASL zur Kalibrierung seiner
Produkte verwendet, wurde an die Physikalisch-Technische
Bundesanstalt (PTB) geschickt, um es mit den eigenen
Spannungsteilern abzugleichen. Dadurch sind die Kalibrierungen bei ASL auf Normale führender nationaler Kalibrierlabore rückführbar.
Die Unsicherheit für den ganzen Betriebsbereich reicht
von 0,09 ... 0,13 ppm und wird durch die Unsicherheit derPTB-Normale begrenzt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, das zur Prüfung derASL-Messbrücken die RTU verwendet wird, dessen Linearität bei < 0,001 ppm liegt und bei welchem eine Messunsicherheit von 0,13 ppm durch ein nationales Kalibrierlabor
festgestellt worden ist (Messunsicherheit begrenzt durch dieNormale).
Die Kalibrierungen von WIKA sind somit auf nationale
Normale rückführbar. Gleichstrom-basierte Geräte verwenden normalerweise Standardwiderstände zur Kalibrierung
und bei einer jährlichen Kalibrierung wäre die Messunsicherheit für ihre rückführbare Kalibrierung auf 2 ppm begrenzt(aufgrund der Driftrate ihrer Normale).

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