Volt e Ampere standard


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Una recente domanda qui su come calcolare l'accuratezza di un circuito mi ha fatto pensare alla calibrazione in generale.

In particolare, come EE usiamo abitualmente volt e ampere come unità e tuttavia queste sono entrambe cose piuttosto vaghe e difficili da quantificare.

In passato un volt era definito da una "cella standard" tenuta chiusa in un caveau da qualche parte, ma ciò si trasformava in "standard di tensione Josephson" che è un sistema complesso che utilizza un chip di circuito integrato superconduttivo che funziona a 70– 96 GHz per generare tensioni stabili che dipendono solo da una frequenza applicata e costanti fondamentali.

Quest'ultimo non è esattamente qualcosa che si potrebbe mettere insieme in un seminterrato, o anche nei dipartimenti di ingegneria di test nella maggior parte delle aziende.

L'Ampere è peggio. È definito in SI come "Quella corrente costante che, se mantenuta in due conduttori paralleli diritti di lunghezza infinita, di sezione circolare trascurabile, e posta a un metro di distanza nel vuoto, produrrebbe tra questi conduttori una forza pari a 2 × 10 −7 newton per metro di lunghezza. "

Non ho idea di come qualcuno possa misurarlo.

L'ohm era definito da un'altezza e un peso specifici del mercurio, ma questo è stato abbandonato a favore di essere un'unità derivata da 1V e 1A.

Tutto ciò mi porta a chiedermi quanto di ciò che usiamo sia calibrato sul contatore di qualcun altro. E quanti di quei misuratori sono calibrati su quelli di qualcun altro ... e così via. Sembra un grande castello di carte.

Esiste una sorta di standard intermedio di misure o apparecchiature che è possibile acquistare per utilizzare come riferimenti calibrati per 1V, 1A e 1R? (Ovviamente hai solo bisogno di due di questi.)

Domanda bonus: c'è una sorta di adesivo di certificazione che dovresti cercare quando acquisti un contatore o altre attrezzature che indica che è effettivamente testato rispetto ai valori SI effettivi rispetto a testati, per esempio, con un Fluke?


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La definizione di Ampere non è affatto vaga, anzi il contrario. Ma sì, è impossibile misurare in pratica. Tutto sommato una domanda interessante. La metrologia in generale mi fa grattare la testa il più delle volte.
Dampmaskin,

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L'implementazione diretta di "The Definition" è probabilmente troppo difficile ed eccessiva per la maggior parte delle applicazioni, quindi sono disponibili varie implementazioni "abbastanza buone" dei dispositivi di riferimento. ad esempio nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1239.pdf Inoltre, se si paga per più soldi, è possibile accorciare la "catena di calibrazione", ad esempio invece di utilizzare un colpo di fortuna, si utilizza ciò che usa il colpo di fortuna.
user3528438

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@ MarcusMüller: pagina interessante del NIST sulla misurazione dell'ampere appena definito: nist.gov/news-events/news/2016/08/counting-down-new-ampere
Peter Smith

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@Dampmaskin, qualsiasi cosa con le parole "infinito" e "trascurabile" è vago nel mio libro;)
Trevor_G

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Basta ricordare il vecchio assioma: se funziona è un Fluke.
Hot Licks

Risposte:


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Tutto ciò mi porta a chiedermi quanto di ciò che usiamo sia calibrato sul contatore di qualcun altro. E quanti di quei misuratori sono calibrati su quelli di qualcun altro ... e così via. Sembra un grande castello di carte.

e...

Esiste una sorta di adesivo di certificazione che si dovrebbe cercare quando si acquista un misuratore o altre apparecchiature che indica che è effettivamente testato rispetto ai valori SI effettivi rispetto a testati contro un Fluke ...

Hai descritto esattamente cosa succede. Non è necessario disporre di uno "standard d'oro" esotico, costoso e costoso nel laboratorio interno della propria azienda, purché si abbia la tracciabilità della calibrazione certificata (se necessario) fino a un laboratorio accreditato che lo possiede effettivamente.

E sì, hanno effettivamente inserito nel tuo strumento un adesivo emesso dal laboratorio accreditato, con la data di scadenza della validità della calibrazione su di esso. L'ho visto da solo.

All'interno, ti troverai in una di queste situazioni:

Catena di tracciabilità delle calibrazioni

Ricordo che quando stavo lavorando nel settore aerospaziale, dovevamo calibrare tutti gli strumenti di misura, con il loro adesivo, i certificati di calibrazione tracciabili e la documentazione associata. Le procedure di prova ("standard di lavoro"), gli strumenti da utilizzare e la loro tracciabilità della calibrazione, dovevano essere documentati in modo esaustivo e sottoposti all'approvazione del cliente ben prima di eseguire qualsiasi test di consegna sul prodotto.

Naturalmente, ogni settore ha i suoi requisiti e livelli di qualità. Non credo che nessuno possa ragionevolmente aspettarsi che un produttore cinese di multimetri economici disponga di un tale programma di calibrazione, perché non avrebbe senso per loro o per i loro clienti.

Ritorno alla catena della tracciabilità: gli NMI nella figura sopra sono gli Istituti metrologici nazionali. L'NMI per gli Stati Uniti è il NIST. Uno sguardo più da vicino alla "catena alimentare" della metrologia è illustrato nella figura in basso, nel caso vi chiediate:

Struttura della tracciabilità delle calibrazioni

Fonte delle immagini: calibrazione e tracciabilità nella tecnologia di misurazione


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Ciò implora di porre un'altra domanda. Quando si esamina un componente che include un riferimento di tensione o corrente interna, o in realtà QUALSIASI delle specifiche elettriche, ci si dovrebbe aspettare che tali specifiche siano certificate NIST.
Trevor_G,

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Ci si dovrebbe aspettare che un produttore di semiconduttori legittimo (non contraffatto) abbia in atto un programma di calibrazione decente per il proprio pool di strumenti (probabilmente che coinvolge la certificazione NIST e buone procedure di collaudo interne / standard di lavoro), e che di conseguenza possono sostengono le specifiche dei loro prodotti (precisione della tensione, ecc.). Tuttavia, ciò non significa che possano dichiarare che le loro specifiche di prodotto sono certificate NIST!
Enric Blanco,

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@Trevor, se acquisti i tuoi strumenti da Keysight o Tek o altri marchi di alta qualità, offriranno un certificato di calibrazione tracciabile NMI come opzione a costo aggiuntivo. Se i tuoi strumenti sono calibrati in un buon laboratorio di calorie, offriranno un certificato simile.
The Photon,

@ThePhoton Infatti. Inoltre, a seconda del paese, Keysight e simili sono gli stessi laboratori accreditati che possono offrire un programma di calibrazione completo per TUTTI i tuoi strumenti interni, indipendentemente dal marchio. Tuttavia, non sono il laboratorio più economico in circolazione :) anche se il loro lavoro di calibrazione è davvero eccellente.
Enric Blanco,

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Ora, in un esercizio di follia, controlla la pagina di Wikipedia sulla definizione del chilogrammo , che è l'ultimo degli esempi del perché contiamo su catene di certificazioni. Il chilogrammo effettivo, l'IPK archiviato in Francia, viene raramente messo in evidenza perché è troppo importante. Sembra anche che stia andando alla deriva dalle sue copie di alcuni microgrammi ...
Cort Ammon - Ripristina Monica

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Esiste una sorta di adesivo di certificazione che si dovrebbe cercare quando si acquista un contatore o altre apparecchiature che indica che è effettivamente testato per i valori SI effettivi

Se acquisti i tuoi strumenti da Keysight o Tek o altri marchi di alta qualità, offriranno un certificato di calibrazione tracciabile NMI come opzione a costo aggiuntivo. Se le calibrazioni periodiche vengono eseguite in un laboratorio di alta qualità, offriranno un certificato simile

Se non ordini questo certificato, il tuo strumento sarà probabilmente ancora testato con le stesse procedure, ma il venditore non si assumerà la responsabilità di conservare le registrazioni di quel test e dei suoi risultati.

So che nel mio settore i nostri clienti controllano regolarmente il nostro sito di produzione e controllano che tutti gli strumenti utilizzati sulla nostra linea di test abbiano certificati di calibrazione tracciabili.

vs testato contro dire un Fluke ...

Potrebbe trattarsi comunque di una calibrazione tracciabile, se Fluke ha un certificato valido. Ovviamente ogni passo lontano dallo standard primario aumenta i possibili errori propagati da una misurazione all'altra, riducendo l'accuratezza che si potrebbe richiedere per lo strumento da testare.

Tutto ciò mi porta a chiedermi quanto di ciò che usiamo sia calibrato sul contatore di qualcun altro. E quanti di quei misuratori sono calibrati su quelli di qualcun altro ... e così via. Sembra un grande castello di carte.

Nella parte superiore del mucchio di metrologia ci sono gli standard di riferimento di proprietà dei laboratori di standard nazionali. E questi sono effettivamente testati principalmente solo in confronto tra loro. Ad esempio, NIST verifica l'accuratezza del suo orologio atomico confrontandolo con gli orologi atomici gestiti dall'istituto British Standards, dall'Associazione Française de Normalization, dal National National Institute of Metrology, ecc. Questo perché quando stai sfruttando al massimo strumento accurato al mondo per alcune misurazioni, l'unica cosa che c'è da confrontare sono i tentativi di altre persone di produrre la stessa cosa.


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Inteso. Grazie. Ma ancora un castello di carte.
Trevor_G,

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@Trevor, sì, quello era il mio punto.
The Photon,

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L'etichetta desiderata è "rintracciabile al NIST" (almeno negli Stati Uniti).

Il National Institute of Standards and Technology mantiene standard primari e tutti gli altri standard (nei laboratori di calibrazione, ecc.) Vengono periodicamente verificati rispetto a questi, direttamente o indirettamente. Se ti interessa la precisione assoluta dei tuoi strumenti, avrai una documentazione che descrive tutti i passaggi attraverso i quali è possibile risalire alle tue calibrazioni fino al NIST. Ciò includerebbe quali standard o strumenti di trasferimento sono stati utilizzati, insieme a quanto tempo fa ciascuno è stato verificato rispetto al successivo standard superiore della catena.


Quindi utilizzare misuratori importati a basso costo è probabilmente una cattiva idea;)
Trevor_G,
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