Τάσος Μανάρας. 06 Φεβρουαρίου o Τακτικό Εθνικό Συνέδριο Μετρολογίας

Transcript

1 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΙΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ & ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ Pt100 Τάσος Μανάρας 06 Φεβρουαρίου o Τακτικό Εθνικό Συνέδριο Μετρολογίας

2 Σημεία Αναφοράς Γενικά Όργανα Σημεία Θερμοκρασίας ρ Ανάλυση Υποθέσεις Σύνοψη

3 Γενικά Η διεργαστηριακή υλοποιήθηκε από το ΝΜΙ από τον 9/2007 ως το 4/2008. Συμμετείχαν 10 εργαστήρια από την Ευρώπη. Η διεργαστηριακή απαιτούσε τη διακρίβωση του αισθητήρα μαζί με το ενδεικτικό και προαιρετικά τη διακρίβωση του αισθητήρα Pt100 Range:-80 ως +400

4 Όργανα Το ενδεικτικό ήταν της Fluke, μοντέλο 1529 Chub-E4 Ο αισθητήρας υπό διακρίβωση ήταν θερμοαντίσταση Pt100 της ίδιας εταιρείας (Precision Industrial RTD Model 5627A-12)

5 Όργανα Specifications Resistance Temperature Coefficient Nominal 100W W/W/ 00385W/W/ C nominal Temperature Range 200 C to 420 C Drift Rate ±0.13 C at 0 C after 1000 hours at 400 C Termination Immersion Gold pins. At least 100 mm (4 in) recommended, Size: 30 cm L. x 0.63 cm D. Accuracy (includes calibration ± C at 196 C, ± C at 0 C uncertainty and short-term ±0.051 C at 200 C, ±0.055 C at 420 C stability)

6 Όργανα Specifications Inputs Temperature Range 189 C to 960 C Measurement Range Characterizations Temperature Accuracy (meter only) Temperature Resolution Resistance/Voltage Accuracy PRT / RTD 2 channels PRT/thermistor and 2 channels TC. 0 to 400 Ω ITS-90, IEC-751 (DIN 385 ), Callendar-Van Dusen ±0.004 C at 100 C, ±0.006 C at 0 C ±0.009 C at 100 C, ±0.012 C at 200 C, ±0.018 C at 400 C C 0 Ω to 20 Ω ± Ω 20W to 400W: ±25 ppm of rdg.

7 Όργανα

8 Όργανα

9 Όργανα

10 Σημεία Θερμοκρασίας Το εργαστήριο συμμετείχε για τια θερμοκρασίες από -40 ως +400 σύμφωνα και με της οδηγίες του διοργανωτή 0 C 40 C 0 C 50 C 100 C 200 C 400 C 0 C

11 Ανάλυση Αρχικά καταγράφηκε η ένδειξη της πρότυπης συσκευής σε Ω, χρησιμοποιώντας πολύμετρο. Καταγράφηκε η ένδειξη της υπό διακρίβωση συσκευής (UUT) τόσο σε όσο και σε Ω. Τέλος μετρήθηκε και πάλι η αντίσταση σε Ω της πρότυπης συσκευής. Για κάθε σημείο μέτρησης (set point) τα αποτελέσματα προκύπτουν από τον μέσο όρο τεσσάρων (4) μετρήσεων. Για την ένδειξη του αισθητήρα υπό διακρίβωση σε Ω χρησιμοποιήθηκε το πολυμετρο του εργαστηρίου και όχι το ενδεικτικό.

12 Ανάλυση 0 1st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 100, ,012-0,235 99, , , , ,012-0,236 99, , , , ,012-0,235 99, , , , ,012-0,235 99, , ,008 mean 100, ,235 99, ,05288 mean 100, ,909 (ITS 90) -0,0098-0,235-0,233 Difference 0, st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 84, ,204-40,411 84,105 84, , , ,205-40,411 84,105 84, , , ,205-40,412 84,105 84, , , ,206-40,412 84,105 84, ,206 mean 84, ,412 84,105 84,20943 mean 84,20989 C (ITS 90) -40, ,412-40,419 Difference 0,2054

13 Ανάλυση 0 1st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 100, ,006-0,233 99, , , , ,007-0,233 99, , , , ,008-0,232 99, , , , ,009-0,233 99, , ,004 mean 100, , , , mean 100,05651 C (ITS 90) 0,0076-0,233-0,233 Difference ,2404

14 Ανάλυση 50 1st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 119, ,913 49, , , , , ,914 49, , , , , ,913 49, , , , , , , , , ,886 mean 119, , , ,44593 mean 119,45093 C (ITS 90) 49, ,613 49,605 Difference 0, st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 138, ,881 99, , , , , ,893 99, , , , , ,908 99, , , , , ,921 99, , , ,015 mean 138, , , ,64325 mean 138,61688 C (ITS 90) 99, ,772 99,819 Difference 0,1989

15 Ανάλυση 200 1st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 175, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,770 mean 175, , , ,93454 mean 175,92152 C (ITS 90) 199, , ,462 Difference 0, st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 247, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,207 mean 247, , , ,99610 mean 247,02699 C (ITS 90) 399, , ,049 Difference -0,6591

16 Ανάλυση 0 1st Set ALGO STD UUT (Fluke 1502A) 2nd Set ALGO STD Ω Ω Ω 1 100, , ,233 99, , , , ,009-0,232 99, , , , ,009-0,233 99, , , , ,009-0,233 99, , ,009 mean 100, ,233 99, ,05943 mean 100,05936 C (ITS 90) 0,0088-0,233-0,230 Difference 0,2416

17 Ανάλυση Ο διοργανωτής του σχήματος ουσιαστικά διάθεσε ένα πίνακα υπολογισμού στον οποίο γίνεται διόρθωση σε σχέση με το σημείο αναφοράς. Έτσι θα υπάρχει ένα κοινό σημείο αναφοράς για όλα τα συμμετέχοντα εργαστήρια. Από την άλλη αυτή η μεθοδολογία έχει το μειονέκτημα ότι αν υπάρξει σε ένα σημείο αναφοράς λάθος μέτρηση τότε το λάθος αυτό συμπαρασύρει όλες τις υπόλοιπες μετρήσεις.

18 Ανάλυση Έτσι λοιπόν δημιουργήθηκαν 2 πίνακες αποτελεσμάτων. Ένας πίνακας για την διεργαστηριακή του οργάνου ως θερμομέτρου, όπου οι τιμές ήταν σε ( C) και ένας πίνακας για την διεργαστηριακή του αισθητήρα Pt100, όπου οι τιμές ήταν σε (Ω).

19 t nom = Ονομαστική τιμή Ανάλυση Πίνακας Θερμοκρασίας t 90 = Τιμή Πρότυπης Ένδειξης (ALGO STD) t UUT = Ένδειξη υπό διακρίβωση οργάνου (UUT) t calc = ιορθωμένη τιμή σύμφωνα με την τιμή αναφοράς U= Υπολογισμένη ιευρυμένη Αβεβαιότητα t nom \ ( C) 90 t \ ( C) UUT t \ ( C) calc t \ ( C) nom t - calc t \ ( C) U(t nom calc t ) \ ( C) ,002-0,234-0, , , ,206-40,412-40,394 0,394 0, ,900 49,613 49,768 0,232 0, ,970 99,772 99,858 0,142 0, , , ,038-0,038 0, , , ,398-0,398 0,79

20 Ανάλυση Πίνακας Αντίστασης nom t / R ( C) W t UUT R IEC - R calc \ ( C) 90 t \ R UUT \ (Ω) ( i) R calc \ (Ohm) R IEC \ (Ω) R (0 C) (Ω) 0 0,002 99,909 1,000 99, ,0000 0, ,206 84,105 0,842 84, ,2707 0, , ,245 1, , ,3971 0, , ,437 1, , ,5055 0, , ,658 1, , ,8560 0, , ,109 2, , ,0920-0,2223 t 90 = Τιμή Πρότυπης Ένδειξης (ALGO STD) R UUT = Ένδειξη αισθητήρα υπό διακρίβωση (UUT) R calc = ιορθωμένη ένδειξη αισθητήρα υπό διακρίβωση στην ονομαστική θερμοκρασία ρ R IEC = Τιμή αισθητήρα (Ω) υπό διακρίβωση σύμφωνα με Πίνακες IEC 751

21 Ανάλυση Πίνακας Θερμοκρασίας Η στήλη t calc έχει προκύψει με την χρήση της μεθόδου ελαχίστων τετραγώνων και από την γραμμική εξίσωση: y = 1,0018x - 0,3224

22 Ανάλυση Πίνακας Θερμοκρασίας Από τα αποτελέσματα προέκυψε ο παρακάτω πίνακας αξιολόγησης.

23 Ανάλυση Πίνακας Θερμοκρασίας Είναι σαφές ότι από τα παραπάνω προκύπτει ένα πρόβλημα στις μετρήσεις πάνω από 200. Το E n είναι πολύ μεγαλύτερο από τα όρια αποδοχής: E n 1 n, i Όπου: 2 2 x i =( t nom - t calc ) E k x ref = Πρότυπη τιμή που έχει προκύψει από το ΝΜΙ. U i = U(t nom t calc ) U ref = Αβεβαιότητα που δίνει το ΝΜΙ από τις μετρήσεις του x i u i x ref u ref

24 Υποθέσεις Στην περίπτωση που αφαιρέσουμε την τιμή των 400 από τις μετρήσεις μας, τότε οι τιμές διαμορφώνεται σε: nom t \ 90 t \ ( C) UUT t \ ( C) calc t \ ( C) nom t - calc t \ U(t nom calc t ) x ref Εn ( C) ( C) x i \ ( C) 0 0, ,234-0,226 0, ,20 0, , ,206-40,412-40,206 0,206 0,22 0,2161-0, ,900 49,613 49,750 0,250 0,22 0,2731-0, ,970 99,772 99,725 0,275 0,22 0,3359-0, , , ,675 0,326 0,22 0,4923-0,38

25 Υποθέσεις Η στήλη t calc, με την χρήση της μεθόδου ελαχίστων τετραγώνων, έχει διαφοροποιηθεί και έχει προκύψει από την γραμμική εξίσωση: y = 0,9995x - 0,2255.

26 Υποθέσεις Είναι πλέον σαφές ότι η διαφορά (t nom - t calc ) σε όλα τα εύρη μέτρησης είναι γραμμική με σχετικά μικρές διαφορές. Το E n για όλες τις μετρήσεις διαμορφώνεται πλέον σε ικανοποιητικά και αποδεκτά επίπεδα. Άρα θα πρέπει να δούμε τι πήγε λάθος στις μετρήσεις των 400. Αρχικά έγινε αναδρομή στο πρωτογενή αποτελέσματα και δεν βρέθηκε κάποιο λάθος στην εισαγωγή των δεδομένων στα φύλλα excel.

27 Υποθέσεις Σε αυτό το σημείο βέβαια υπάρχει πάντα το λάθος της ετεροχρονισμένης επεξεργασίας των πρωτογενών αποτελεσμάτων. Το διάστημα μεταξύ των μετρήσεων και της καταχώρισης των δεδομένων στα σχετικά φύλλα excel ξεπέρασε τον ένα (1) μήνα με αποτέλεσμα να υπάρχει μία θολή εικόνα σχετικά με την διαδικασία μέτρησης ης στους 400.

28 Υποθέσεις Η διερεύνηση του προβλήματος επικεντρώθηκε στην συσκευή που χρησιμοποιήθηκε για την επίτευξη των 400. Για την μέτρηση των 400, χρησιμοποιήθηκε ως μέσο ένα Dry Block Calibrator της ISOTECH. Η μέτρηση στους 400 υλοποιήθηκε σε τρύπα διατομής 8mm, όταν η διατομή τόσο του αισθητηρίου μέτρησης όσο και του αισθητηρίου αναφοράς ήταν 6mm περίπου. Αυτό και μόνο του είναι ένας παράγοντας διαφοροποίησης των αναμενόμενων αποτελεσμάτων.

29 Υποθέσεις Όπως γνωρίζουμε οι αισθητήρες θερμοαντίστασης Pt100, όταν τοποθετούνται σε Dry Block Calibrator, για να έχουν αποδεκτές ενδείξεις θα πρέπει η διάμετρος τους να πλησιάζει σχεδόν την διάμετρο της τρύπας, ώστε να μειώνεται η πιθανότητα απώλειας θερμοκρασίας.

30 Υποθέσεις Έγινε εκ νέου ένας έλεγχος αξονικής ομοιογένειας στο Dry Block Calibrator και αποδείχτηκε ότι για την θερμοκρασία των 400 η συνολική αβεβαιότητα από το Dry Block Calibrator είναι 085 0,85. Για την τροποποιημένη τιμή της αβεβαιότητας (u=0,95 ) προκύπτει ότι το E n είναι-0,79. Αυτό όμως ισχύει μόνο για την μεμονωμένη τιμή των 400. ηλαδή, αν είχε γίνει η παραπάνω διόρθωση τότε το πρόβλημα θα παρέμεινε για την θερμοκρασία των 200, για την οποία το E n είναι 2,39.

31 Σύνοψη Από τα παραπάνω καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι το λάθος από την αβεβαιότητα στο Dry Block Calibrator δεν συνεισφέρει σημαντικά στις λανθασμένες μετρήσεις. εν υπήρξε επαρκής χρόνος για την σταθεροποίηση του Dry Block Calibrator στους 400.

32 Σύνοψη Ο χρόνος απόκρισης των δύο (2) αισθητηρίων είναι διαφορετικός και επειδή χρησιμοποιήθηκαν στο Dry Block Calibrator, αυτός ο χρόνος επιμηκύνθηκε. Η απώλεια θερμοκρασίας από την τρύπα των 8mm ήταν μεγαλύτερη από την αναμενόμενη με αποτέλεσμα να υπάρξει μεγαλύτερη απόκλιση των τιμών μεταξύ των αισθητηρίων

33 Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας