Étalonnage de tension
La tension continue est la grandeur électrique réalisée avec la meilleure exactitude, grâce à l'effet Josephson. Un bon multimètre de laboratoire peut être étalonné par rapport à une référence en quelques minutes, mais les tensions thermiques, l'effet de charge et le bruit peuvent masquer des microvolts.
Instruments et exactitude typique
| Instrument | Étendue typique | Exactitude typique | Où il est utilisé |
|---|---|---|---|
| Multimètre portable, 3½ à 4½ digits | 100 mV to 1000 V | ±(0,05 à 0,5 % de la lecture + points) | Service général et travail sur le terrain |
| Multimètre de laboratoire 6½ digits | 100 mV to 1000 V | Environ 30 à 50 ppm de la lecture sur le calibre 10 V | Laboratoires d'étalonnage, essais en production |
| Multimètre 8½ digits ou appareil de référence | 100 mV to 1000 V | Quelques ppm à 10 ppm de la lecture sur 10 V | Étalon de transfert entre laboratoires |
| Calibrateur multifonction | Du microvolt à 1000 V | ±(0,002 à 0,01 % de la sortie) | Étalonne les appareils portables et de laboratoire |
| Référence de tension Zener (1,018 V, 10 V) | 1 to 10 V | Stabilité de quelques ppm par an | Étalon de travail, étalon de transfert |
| Étalon de tension Josephson | Réseaux jusqu'à 10 V | Quelques 10⁻⁹ | Instituts nationaux et meilleurs laboratoires |
Plus il y a de digits, plus l'environnement compte. Les chiffres d'exactitude sont des ordres de grandeur pour comparer les instruments. Utilisez toujours la spécification de l'instrument que vous avez sous les yeux.
Étalons de référence et traçabilité
- Étalon de tension Josephson. Une jonction supraconductrice sous rayonnement hyperfréquence donne des marches de tension de f/KJ, avec KJ = 483 597,9 GHz/V (valeur conventionnelle, désormais exacte dans le SI par h et e).
- Références Zener. Les diodes Zener stabilisées en température maintiennent 10 V ou 1,018 V à quelques ppm par an. Elles circulent entre laboratoires et sont vérifiées par rapport aux systèmes Josephson.
- Calibrateurs et multimètres. Un calibrateur multifonction ou un multimètre de référence est l'étalon de travail habituel, avec un certificat et une incertitude déclarée.
- Système qualité. ISO/IEC 17025, portée indiquant la tension continue avec l'étendue et l'incertitude.
Comment on l'étalonne
Procédure type
- Préchauffer l'appareil en essai et la référence pendant la durée indiquée dans le manuel, souvent 30 minutes à 2 heures.
- Court-circuiter les entrées et lire le décalage de zéro, ou l'annuler si l'appareil a une fonction de décalage.
- Raccorder avec des cordons blindés à faible FEM thermique et éloigner les connexions des courants d'air.
- Contrôler chaque calibre à zéro, vers 10 %, 50 % et 90 à 100 % de la pleine échelle, dans les deux polarités.
- Utiliser le temps d'intégration supposé par la fiche technique (par exemple 100 cycles secteur pour la meilleure exactitude).
- Moyenner plusieurs lectures, consigner la température et l'humidité, et comparer à la spécification.
- Ne régler que si la valeur avant réglage est hors limite, puis consigner les lectures après réglage.
Là où ça se passe mal
- FEM thermiques. Les jonctions de métaux différents génèrent environ 0,2 à 40 µV par °C d'écart de température, une erreur importante sur un calibre de 100 mV.
- Effet de charge. Une entrée de 10 MΩ tire vers le bas une source de forte résistance de sortie. Vérifier l'erreur de charge avant d'accepter une lecture.
- Boucles de masse et bruit. Le ronflement secteur apparaît comme du bruit sur les calibres les plus bas. Utiliser la garde et une mise à la terre en étoile.
- Préchauffage trop court. Un appareil qui dérive encore paraît moins bon qu'il ne l'est.
- Tensions dangereuses. Au-dessus de 50 V, utiliser des cordons de sécurité et suivre les procédures de consignation.
Ce qui entre dans le bilan d'incertitude
- Incertitude de l'étalon de référence et sa dérive depuis le dernier étalonnage.
- Résolution, bruit et répétabilité de l'appareil en essai.
- FEM thermiques et décalages dans les connexions.
- Erreur de charge due à la résistance d'entrée finie.
- Coefficient de température si la pièce est hors de la plage spécifiée.
Combinez les contributions comme dans le calculateur de bilan d'incertitude, puis décidez conforme ou non conforme avec une bande de garde comme expliqué sur la page des calculateurs.
Calculateurs
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