CC BY
63
Масленникова Я.Л.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛИБРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОННОГО ТЕРМОМЕТРА
Измерение температур комплектующих электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является обязательной процедурой при контроле тепловых режимов печатных узлов, выполняемой на этапах приемо-сдаточных и климатических испытаний.
Одним из важнейших факторов, влияющих на точность измерений является определение калибровочной характеристики измерительного прибора. Поэтому в работе была поставлена задача по калибровке электронного термометра (мультиметра с термопарой), с помощью которого в дальнейшем будут производиться измерения температур экспериментального макетного образца.
Калибровка измерительных приборов заключается в установлении зависимости между показаниями прибора и значениями измеряемой (входной) величины.
Суть задачи калибровки состоит в следующем. Пусть имеется некоторая переменная (свойство) у, величину которой необходимо установить. Однако, по ряду обстоятельств (недоступность, дороговизна , длительность), прямое измерение у невозможно. В то же время можно легко (быстро, дешево) измерить другие величины: к=(к1г хг, Хз,...), которые тесно связаны с искомой величиной у. Задача калибровки состоит в установлении количественной связи между переменными х и откликом у,
у=£(х1г Хг, Хз,..| &1г &2г аз,.) + £.
На практике это означает подбор вида зависимости £, и оценку неизвестных параметров а1, аг, аз,. в этой калибровочной зависимости.
Калибровку нельзя построить абсолютно точно. В калибровочной зависимости всегда присутствуют погрешности (ошибки) е, источник которых - пробоотбор, измерения, моделирование, и т.д.
Если же обратиться к задаче калибровки электронного термометра, то здесь встает проблема выбора образца для проведения измерения его температур. Для выбора такого образца необходимо проведение предварительных исследований с целью определения его характеристик.
В отличие от бесконтактных способов измерения температур с использованием пирометров или тепловизоров при контактных измерениях, в следствие инерционности термодатчика, процедура выхода на стационарный режим теплового баланса между объектом и датчиком требует времени т. Это означает, что на время т образцовое тело должно иметь фиксированную температуру. Другими словами, постоянная времени нагрева или охлаждения этого тела должно быть на порядки больше времени необходимого для измерения этой температуры. Например, если для конкретного электронного термометра необходимое время измерения составляет 10 секунд, то желательно подобрать в качестве образцового тела предмет с постоянной времени исчисляемой минутами.
Далее требуется расчетным методом по аналитическим выражениям, с помощью математического моделирования на ЭВМ или проводя натурный эксперимент оценить температурный градиент образца на интервале
ДI = ¿2 - ¿1 времени измерения для того чтобы рассчитать поправку к показаниям калибруемого
термометра (рис.1).
Проводя аналогичные процедуры на нескольких «температурных полках» образца можно получить показания электронного термометра соответствующие тем или иным эталонным значениям температур.
Рис.1. График изменения температур эталонного образца
Для повышения достоверности калибровки необходимо получить величину систематической погрешности. С этой целью на каждой «температурной полке» процедура повторяется необходимое N число раз. N выбирается исходя из требуемой доверительной вероятности. Обработка статистики на каждой «полке» позволяет получить распределение погрешности и, соответственно, величину систематической погрешности (рис.2).
С учетом полученных результатов может построена калибровочная характеристика, например, методом наименьших квадратов.
В дальнейшем, при практических измерениях данная калибровочная характеристика будет учитываться при вычислении поправок к показаниям электронного термометра.
Рис. 2. Линейная калибровочная характеристика
