Kalibratory i wzorce wartości elektrycznych.
Urządzenia pomiarowe takie jak woltomierze, częstościomierze oraz inne przyrządy, w celu zachowania wymaganej przez producenta klasy dokładności pomiarów, muszą być okresowo kalibrowane.
Pierwszej kalibracji urządzeń dokonuje producent po montażu końcowym, jednak taka kalibracja nie działa dożywotnio.
Z czasem elementy elektroniczne wchodzące w skład urządzeń pomiarowych, podlegają starzeniu, co wpływa na dokładność pomiarów.
Producenci sprzętu profesjonalnego przewidzieli możliwość dokonywania kalibracji w dalszej przyszłości, w celu zachowania deklarowanej dokładności urządzeń.
Aby wykonać kalibrację przyrządów pomiarowych, należy dysponować punktem odniesienia jaki daje wzorzec pomiarowy o znanej dokładności.
Na przykładzie pomiaróew rezystancji, wzorcem może być zarówno rezystor wzorcowy o znanej dokładności i klasie, jak i precyzyjny poddany badaniu w nadrzędnym laboratorium miernik wzorcowy.
W tym przypadku omomierz wzorcowy użyty jest do pomiaru błędu badanego omomierza poprzez porównanie różnicy wskazań.
Podobnie w przypadku pomiaru napięcia stałego, wzorcem może być pomiarowe ogniwo wzorcowe lub kalibrowany woltomierz precyzyjny dzięki któremu można określić odchyłkę pomiarów względem woltomierza mierzonego.
Schemat ten wygląda podobnie w przypadku większości innych wartości elektrycznych.
Oprócz mierników referencyjnych oraz elementów wzorcowych jakimi są wzorcowe cewki oporniki i
kondensatory, będące osobnymi nie regulowanymi urządzeniami, istnieją również kalibratory.
Są to rozbudowane urządzenia o różnym stopniu specjalizacji, zawierające w jednej obudowie to co przedtem musiało być złożone z szeregu osobnych urządzeń i podzespołów takich jak rezystory wzorcowe, żródła napięć referencyjnych, wzmacniacze pomiarowe, systemy interfejsów.
Kalibratory napięcia stałego, zawierają w sobie termicznie kompensowane żródło napięcia referencyjnego stanowiącego wzorzec dla programowanego źródła napięcia.
Urządzenia te są więc „zasilaczami” napięcia stałego z bardzo precyzyjnie ustawianym napięciem, czasami z dodaną funkcą stabilizacji prądu do kalibracji amperomierzy.
Współczesne źródła referencyjne kalibratorów, oparte są o termostsatyzowane, wysokostabilne układy scalone zawierające diody zenera.
Kalibratory napięcia zmiennego umożliwiają generowanie napięć sinusoidalnych o wzorcowej amplitudzie i częstotliwości.
Warto nadmienić że rozwiązanie elektroniczne takich układów jest często bardziej skomplikowane niż w przypadku kalibratorów napięcia stałego.
Kalibratory rezystancji są oparte o zespół rezystorów wzorcowych których wzajemnia konfiguracja umożliwia ustawienie szerokiego zakresu rezystancji.
Prawdopodobnie pierwsze polskie kalibratory napięcia stałego, będące osobnymi urządzeniami, zostały opracowane w zakładach LUMEL
Pierwszym znanym kalibratorem był produkowany LUMEL SQ12
Był to kalibrator napięcia stałego z przełącznikami dekadowymi.
Umożliwiał procentowy pomiar błędu mierzonego woltomierza.
Nieco później Meratronik zaczął produkcję programowalnych kalibratorów napięcia stałego Z183 z napięciem wyjściowym sięgającym 1000V
Kalibrator napięcia Z-183 Meratronik
Pod koniec lat 80-tych LUMEL opracował bardzo rozbudowany uniwersalny kalibrator ze sterowaniem
mikroprocesorowym SQ-10. Urządzenie to miało możliwość kalibracji takich parametrów jak napięcie stałe, napięcie
zmienne, prąd stały, prąd zmienny, rezystancja i częstotliwość.
Prawdopodonie produkcja SQ-10 była na tyle dużym przedsięwzięciem że niedługo po serii testowej, powołano osobny zakład
produkcyjny INMEL zajmujący się produkcją kalibratorów SQ10
Urządzenia te są cenione do dzisiaj a firma INMEL nadal zapewnia ich serwis, kalibrację i certyfikację.
W latach 90 INMEL opracował nowszą generację uniwersalnych kalibratorów o oznaczeniu INMEL SQ7000
Kalibrator LUMEL SQ10
Kalibratory oscyloskopowe.
Kalibracja oscyloskopu nie wymaga zwykle wzorców o takiej klasie jak w przypadku kalibracji woltomierzy laboratoryjnych, jednak bez specjalizowanego sprzętu, należałoby posiłkować sie wieloma różnymi osobnymi urządzeniami pomiarowymi.
Kalibratory oscyloskopowe są specjalizowanymi do tego celu urządzeniami i zwykle zawierają w sobie kilka funkcjonalności takich jak:
–generacja znaczników czasu do kalibracji podstawy czasu.
-wytwarzanie stabilnych napięć stałych do kalibracji torów wzmacniaczy.
-wytwarzanie napięć prostokątnych o znanym czasie narastania do kalibracji stopni wzmacniających oscyloskopu.
Pomocniczym, jednak często już zewnętrznym urządzeniem przy kalibracji oscyloskopów jest
generator szerokopasmowy w.cz do kontroli pasma przenoszenia oscyloskopu.
Przykłądem polskiego kalibratora oscyloskopowego jest wyprodukowany we Wrocławskiej Radiotechnice model EZ8701
Umożliwia on pomiary z określeniem odchyłek procentowych amplitudy i czasu a także daje możliwość
sprawdzenia odwzorowania przebiegów dzięki wbudowanemu generatorowi funkcyjnemu.
Kalibrator oscyloskopów Radiotechnika Wrocław EZ-8701
Pierwotne i wtórne wzorce częstotliwości przeznaczone są do generowania precyzyjnych częstotliwości wzorcowych.
Często są to jedynie częstotliwości 5 lub 10MHz używane jako standardowe częstotliwości wbudowanych generatorów wzorcowych częstościomierzy i innych urządzeń pomiarowych.
Dzięki synchronizacji częstościomierza lub generatora sygnałowego wzorcowym sygnałem zewnętrznym, jest możliwe prowadzenie kalibracji innych urządzeń w dziedzinie częstotliwości.
Przykładem może być kalibracja wewnętrznego wzorca analizatora widma, przez podanie na wejście pomiarowe analizatora, sygnału synchronizowanego wzorcem częstotliwości.
Dzięki podaniu sygnału wzorcowego, możemy dokonac regukacji generatora wzorcowego analizatora, uzyskując zerową różnicę pomiędzy częstotliwością zmierzoną przez analizator a częstotliwością wzorcową.
Wzorce częstotliwości możemy podzielić na pierwotne oraz wtórne.
Pierwotny wzorzec to autonomiczne urządzenie którego wykonanie umożliwia generowanie częstotliwości wzorcowej o wymaganej dokładności. Wzorce takie są okresowo sprawdzane i w razie potrzeby kalibrowane w laboratoriach.
Przykładem wzorca pierwotnego może być generator stabilizowany kwarcem. Podstawowe wzorce częstotliwości w urządzeniach pomiarowych są często tak własnie wykonane, z tą różnicą że kwarc jest umieszczony w izolowanej obudowie mającej na celu zmniejszenie wpływu zmian temperatury otoczenia.
Wyższej klasy kwarcowe wzorce częstotliwości posiadają dodatkowo termostat, utrzymujący kwarc w temperaturze wyższej niż temperatura otoczenia. Ma to na celu zminimalizowanie wpływu wahań temperatury otoczenia na generowaną częstotliwość.
Produkowanymi wzorcami kwarcowymi były między innymi termostatyzowane wzorce GWM5-1
Pierwotnymi wzorcami częstotliwości są także generatory rubidowe oraz cezowe.
Wtórne wzorce częstotliwości to urządzenia których dokładność nie wynika z ich wewnętrznego wzorca, ale pochodzi z synchronizacji z zewnętrznym źródłem częstotliwości wzorcowej.
Przykładem może być wzorzec oparty o sygnał GPS.
Składa się on z odbiornika sygnału wzorcowego oraz elektroniki która sygnałem odebranym kalibruje wewnętrzy wzorzec kalibratora.
Wewnętrzny wzorzec ma mniejszą dokładność długoterminową i zapewnia ciągłe generowanie sygnału wzorcowego w momentach gdy odbiór sygnału GPS mógłby zostać chwilowo przerwany.
Przed erą wzorców GPS wtórne wzorce częstotliwośći były oparte o odbiór radiostacji długofalowych których nadajniki były stabilizowane stacjonarnymi wzorcami częstotliwości wysokiej klasy.
W polsce takim nadajnikiem jest Program Pierwszy Polskiego Radia nadawany obecnie na częstotliwości 225kHz
W Wojskowym Instytucie Łączności produkowane były urządzenia wykorzystujące ten właśnie sygnał.
Był to Wtórny wzorzec częstotliwości WW2 oraz komparator częstotliwości CKC2
Wtórny wzorzec częstotliwości WW-1
Podobnie jak wzorce GPS, wtórny wzorzec WW2 miał wbudowany wzorzec kwarcowy mniejszej dokładności, którego częstotliwość była
korygowana odbieranym sygnałem wzorcowym.
Jako że korekcja wbudowanego wzorca wymagała czasu, urządzenie realizowało ten proces automatycznie i informowało o
stopniowym zwiększaniu dokładności poprzez wskazania na panelu czołowym.
Wtórny wzorzec częstotliwości WW2 posiadał wyjścia wzorcowych częstotliwości 5 i 10MHz do synchronizacji częstościomierzy.
Do odbioru sygnału radiowego przez wzorzec WW2 i komparator częstotliwoścki CKC2 służyła specjalna zewnętrzna antena ferrytowa
Podstawowe wzorce rezystancji, pojemności, indukcyjności i napięcia.
Jednym z podstawowych wzorców napięcia jest ogniwo Westona.
W Polsce zakłady INCO produkowały tego typo ogniwa do celów laboratoryjnych.
Niegdyś ogniwa Westona były wbudowane również w woltomierze laboratoryjne, na przykład w woltomierz cyfrowy ELPO V529
INCO produkowało również rezystory wzorcowe.
Jako że temperatura otoczenia ma wpływ na rezystancję oporników wzorcowych, ich konstrukcja była przystosowana do
stabilizacji temeratury w kąpieli olejowej podgrzewanej termostatem laboratoryjnym.
Ponadto umożliwiło to zmniejszenie wpływu temperatury jaka mogła wydzielać się w rezystorze
na skutek płynącego prądu co zwiększało dokładność pomiarów.
Innym typem rezystorów pomiarowych były wysokiej klasy konfigurowalne rezystory kołkowe.
Aby zmniejszyć pasożytniczą rezystancję połączeń, łączenie rezystorów realizowane było przez kołki zwierające pola łączeniowe.
Ponadto szeregowo-równoległe konfigurowanie rzystancji skutkowało swiększeniem wypadkowej dokładności sumarycznej rezystancji, co dokładniej opisywała dokumentacja rezystorów.
Mniejszą dokładność szczególnie w zakresie niskich rezystancji zapewniały rezystory z obrotowymi przełącznikami dekadowymi, często jesdnak używane z uwagi na wygodę obsługi i wystarczającą dokłądność pomiarową.
INCO opracowało również elementy wzorcowe będące dodatkowym wyposażeniem innych urządzeń.
Były to między innymi cewki pomiarowe do miernika dobroci MQL6 oraz kondensatory wzorcowe.
Elementy te jednak nie były przeznaczone do kalibracji i wzorcowania sprzętu pomiarowego, chociaż mając to na względzie, można ich użyc jako elementów porównawczych w pomiarach warsztatowych.
