Calibración de Multímetros de Alta Exactitud

Copia No Controlada
Instituto Nacional
de Tecnología Industrial
Centro de Desarrollo e Investigación
en Física y Metrología
Procedimiento específico: PEE51
CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS
DIGITALES DE ALTA EXACTITUD
Revisión: Agosto 2012
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PEE51 Lista de enmiendas: Agosto 2012
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1 de 1
PEE51: Agosto 2012
1. Objetivo
Establecer los métodos de calibración para multímetros digitales de alta exactitud.
2. Alcance
Multímetros digitales comprendidos en los siguientes rangos:
 Tensión continua (DCV):
0,1 mV a 1000 V
 Resistencia en corriente continua (DCR):
1 Ω a 10 GΩ
 Corriente continua (DCI):
10 µA a 20 A
 Tensión en corriente alterna (ACV):
0,1 V a 10 V; frecuencia: 10 Hz a 1 MHz
10 V a 100 V; frecuencia: 10 Hz a 100 kHz
100 V a 1000 V; frecuencia: 50 Hz a 1 kHz
 Corriente alterna (ACI):
100 µA a 10 mA; frecuencia: 40 Hz a 5 kHz
10 mA a 100 mA; frecuencia: 10 Hz a 10 kHz
100 mA a 2 A; frecuencia: 20 Hz a 10 kHz
 Forma de onda: sinusoidal
3. Definiciones y abreviaturas
Se encuentran en las normas de referencia, Manual de la Calidad, Plan de la Calidad y en el cuerpo de
este procedimiento.
4. Referencias
Ver el manual de uso del instrumento.
Para corriente alterna menor a 10 mA ver Anexo 1 “Calibración de multímetros digitales de alta exactitud en corriente alterna”, publicado en los anales del 5° Seminario Internacional de Metrología
Eléctrica -V SEMETRO-, 9 al 12 de abril de 2002, Río de Janeiro, Brasil.
5. Responsabilidades
Los técnicos del laboratorio de calibradores y multímetros en la ejecución de las calibraciones
El Coordinador de la UT Electricidad supervisa las calibraciones, verifica que se siguen los procedimientos y comprueba los resultados.
6. Instrucciones
6.1. Descripción del sistema
El multímetro a calibrar se conecta directamente a los bornes de salida de un calibrador multifunción
Fluke 5700A/5720A y se lo calibra por comparación directa (Figura 1), excepto para corriente alterna
menor a 10 mA (ver anexo 1), para corriente continua mayor a 2 A hasta 20 A, donde se usa un amplificador de transconductancia Fluke 5220A (Figura 2), para tensión continua menor a 100 mV, donde
se utiliza un divisor resistivo (Figura 3) y para resistencia mayor a 100 MΩ donde se calibra empleando
resistores patrón (Figura 4).
Calibrador
FLUKE 5700A/5720A
DMM
Figura 1
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DMM
(voltímetro)
Amplificador de
transconductancia
FLUKE 5220A
Calibrador
FLUKE 5700A/5720A
Shunt
DMM
(amperímetro)
Figura 2
Calibrador
FLUKE 5700A/5720A
Divisor resistivo
1000:1
DMM
(DC mV)
Figura 3
Resistor patrón
R > 100 MΩ
DMM
(Resistencia)
Figura 4
DMM= Multímetro digital tipo Wavetek MTS4950, Wavetek 1281A, Hewlett-Packard HP3458A, Keithley
2002, Hewlett-Packard HP34420A, Hewlett-Packard HP3457A, Hewlett-Packard HP34401A, Keythley
182, Fluke 8508A, Fluke 5790A, Fluke 8845A, Fluke 8846A, u otro DMM.
Antes de empezar las calibraciones se debe hacer la rutina de ajuste de ceros del calibrador Fluke
5700A/5720A descripta en el manual de operación.
Los conectores de entrada del DMM deben conectarse a los terminales de salida del calibrador multifunción FLUKE 5700A/5720A, dependiendo de la función a calibrar, siguiendo las instrucciones dadas
en los manuales de operación de ambos instrumentos.
Se deberán usar cables blindados, con conectores de bajo potencial preferentemente.
Para tensión alterna la longitud de los cables debe ser tan corta como sea posible, como muestra la Figura 5. Los mejores resultados se obtienen conectando el multímetro a calibrar con conectores doble
banana directamente a los bornes de salida del calibrador como muestra la figura 6.
Figura 5
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Figura 6
Cuando se calibre un multímetro que incluya su cable de medición, se lo deberá usar para realizar las
calibraciones (por ejemplo: multímetro Wavetek MTS4950 con cable de medición N° de parte 401035).
Si el multímetro a calibrar tiene borne de guarda, se debe conectar a dicho borne un extremo del
blindaje de los cables de medición mientras que el otro extremo debe conectarse al borne de guarda
del calibrador FLUKE 5700A/5720A.
El terminal LOW del calibrador FLUKE 5700A/5720A debe estar internamente conectado al terminal
GUARD cuando está en operación y unido al terminal GROUND.
Los cables de alimentación tanto del calibrador como del DMM a calibrar deben estar conectados a la
misma tierra.
Tanto el calibrador Fluke 5700A/5720A como el multímetro a calibrar deben permanecer conectados
a la tensión y frecuencia de línea de 220 V, 50 Hz en el laboratorio 3 ó 6 a temperatura ambiente de
(23±2)°C, con humedad relativa ambiente comprendida entre 30 y 70 %.
Debe cumplirse el período de calentamiento, tanto en el calibrador como en el DMM a calibrar, siguiendo las recomendaciones dadas en sus respectivos manuales de operación antes de llevarse a cabo
las calibraciones.
Durante la calibración la variación de la temperatura ambiente del laboratorio debe ser menor o igual
a 1 °C y la humedad relativa ambiente entre 30 % y 70 %.
Se calculan la media y la desviación estándar de diez mediciones como mínimo, para cada valor a calibrar.
Luego se calculan los desvíos del DMM, como se muestra en el modelo matemático.
Las calibraciones de los multímetros Hewlett Packard HP3458A, HP34401A, HP34420A, Wavetek
MTS4950, Keythley 182, Hewlett Packard HP3457A, Wavetek 1281A, Fluke 8508A, Fluke 8845A, Fluke
8846A, pueden realizarse tanto en forma manual como automática mediante PC y software de medición correspondiente.
(3458EA.EXE, versión del 07/02/2005; VERIFICA.EXE del 04/07/2005; 34420C.EXE del 25/06/2005;
4950MTS Control Software, versión 3.06; CAL182A.EXE del 09/01/2001, 3457.EXE del 27/05/2004 y
C1281A.EXE del 12/08/2005 respectivamente).
Los programas de medición fueron desarrollados en el laboratorio, excepto el 4950MTS Control Software, versión 3.06.
Cuando se calibra en forma automática, el programa de medición calcula el desvío y la incertidumbre asociada con k=2 para cada punto.
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Para los puntos de corriente que requieran una exactitud de calibración mejor que la asegurada por el
calibrador, se medirán manualmente midiendo la caída de tensión con un voltímetro, sobre un resistor derivador de corriente de valor apropiado, ambos previamente calibrados.
Para la calibración de corriente alterna de bajo valor (de 100 µA a 10 mA), se generará tensión con el
calibrador Fluke 5700A/5720A, limitando la corriente con una resistencia serie de valor apropiado. La
descripción del método se encuentra en el Anexo 1 del presente procedimiento.
7. Modelo matemático
E4950 =
X 4950 − Y5700 ⋅ (1 + D5700 )
Y5700 ⋅ (1 + D5700 )
Donde:
E4950 = Error del DMM.
X 4950 = Lectura del DMM.
Y5700 = Salida del FLUKE 5700A (corregida de acuerdo al procedimiento PEE50).
D5700 = Corrección por corrimiento del FLUKE 5700A. Esta corrección fue obtenida de su historia.
7.1. Balance de incertidumbre
Ejemplos:
Calibración voltímetro Fluke 5790A a 1 V, 1 kHz
Voltímetro Fluke 5790A: Calibración a 1 V, 1 kHz
ci2
Valor (±)
Distribución
Factor
νi
ui
Calibración 5700
1.00
7.00E-06
n
2.0
10000
3.50E-06
1.23E-11
91.57
Drift no corregido 5700
1.00
4.50E-07
r
1.7
10000
2.60E-07
6.75E-14
0.50
Medición (Tipo A)
1.00
2.00E-07
n
1.0
10
2.00E-07
4.00E-14
0.30
Temperatura 5700
1.00
3.00E-06
r
1.7
10000
8.66E-07
7.50E-13
5.61
Temperatura 5790A
1.00
1.50E-06
r
1.7
10000
4.33E-07
1.88E-13
1.40
Resolución 5790A
1.00
5.00E-07
1.7
10000
2.89E-07
8.33E-14
0.62
Incertidumbre combinada
r
u (k=1)
11754
3.66E-06
1.34E-11
100.00
Incertidumbre expandida (k=2)
U (95%)
2.0
Fuente de incertidumbre
ci2ui2
Porcent.
7.17E-06
∆tambiente= 0.5
(1) coeficiente de sensibilidad
(2) n: normal; r:rectangular
(3) grados de libertad
Calibración del multímetro FLUKE 8508A a 20 ADC
Calibración Fluke 8508A - 20 ADC
Fuente de incertidumbre
ci2
Multímetro HP3458A, rango de 100 mV
ci2ui2
Valor (±)
Distribución
Factor
νi
ui
1.00
2.40E-05
r
1.7
10000
1.41E-05
1.99E-10
23.91
Medición de tensión en el shunt (Tipo A)
1.00
2.00E-06
n
1.0
10
2.00E-06
4.00E-12
0.48
Temperatura HP3458A, rango 100 mV
1.00
5.15E-06
r
1.7
10000
8.58E-07
7.37E-13
0.09
Resolución HP3458A
1.00
2.50E-07
r
1.7
10000
1.44E-07
2.08E-14
0.00
Calibración del shunt
1.00
3.00E-05
n
2.0
10000
1.50E-05
2.25E-10
26.99
Drift no corregido del shunt
1.00
2.00E-06
n
2.0
10000
1.00E-06
1.00E-12
0.12
Temperatura del shunt
1.00
1.00E-05
r
1.7
10000
1.67E-06
2.78E-12
0.33
Indicación Fluke 8508A (Tipo A)
1.00
2.00E-05
n
1.0
10
2.00E-05
4.00E-10
47.99
Resolución Fluke 8508A
1.00
2.50E-08
r
1.7
10000
1.44E-08
2.08E-16
0.00
Temperatura Fluke 8508A, rango 20 ADC
1.00
5.15E-06
1.7
10000
8.58E-07
7.37E-13
0.09
Incertidumbre combinada
r
u (k=1)
17311
2.07E-05
8.34E-10
100.00
Incertidumbre expandida (k=2)
U (95%)
2.0
(1) coeficiente de sensibilidad
Porcent.
4.06E-05
∆tambiente= 0.5
(2) n: normal; r:rectangular
(3) grados de libertad
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PEE51: Agosto 2012
Calibración del multímetro HP34420A a 1 mV DC
HP34420A: Calibración a 1 mV DC
ci2
Valor (±)
Distribución
Factor
νi
ui
Calibración 0.1 VDC del Fluke 5700A
1.00
2.00E-06
n
2.0
10000
1.00E-06
1.00E-12
2.20
Drift no corregido 5700 *
1.00
1.50E-06
r
1.7
10000
8.66E-07
7.50E-13
1.65
Fuente de incertidumbre
ci2ui2
Porcent.
Calibración del divisor ESI 100:1
1.00
5.00E-06
n
2.0
10000
2.50E-06
6.25E-12
13.77
Drift del divisor ESI
1.00
1.00E-05
r
1.7
10000
5.77E-06
3.33E-11
73.45
Medición (Tipo A)
1.00
2.00E-06
n
1.0
10
2.00E-06
4.00E-12
8.81
Temperatura 5700
1.00
1.30E-06
r
1.7
10000
2.17E-07
4.69E-14
0.10
Resolución HP34420A
1.00
5.00E-08
r
1.7
10000
2.89E-08
8.33E-16
0.00
1201
6.74E-06
4.54E-11
100.00
Incertidumbre combinada
u (k=1)
Incertidumbre expandida (k=2)
U (95%)
2.0
1.32E-05
∆tambiente= 0.5
(1) coeficiente de sensibilidad
(2) n: normal; r:rectangular
(3) grados de libertad
* Drift a 2 años, debe calcularse su valor a la fecha de calibración del DMM
Tabla 1: Resumen de resultados para la calibración típica de un multímetro digital de alta exactitud
calibrado con el calibrador Fluke 5700A. Incertidumbre expandida (k=2)
Tensión continua
INCERTIDUMBRE
RANGO
(µV/V)
0,1 mV ≤ V < 1 mV
52
1 mV ≤ V < 10 mV
20
10 mV ≤ V < 100 mV
20
100 mV ≤ V < 1 V
5
1V
1
1 V < V < 10 V
1,5
10 V
1
10 V < V ≤ 100 V
5
100 V < V ≤ 1000 V
8
Corriente continua
INCERTIDUMBRE
RANGO
(µA/A)
10 µA
100
100 µA < I ≤ 10 mA
8
10 mA < I ≤ 100 mA
10
0,1 A < I ≤ 1 A
25
1A<I≤2A
40
2 A < I ≤ 10 A
60
10 A < I ≤ 20 A
70
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Resistencia
INCERTIDUMBRE
RANGO
(µΩ/Ω)
1 Ω ≤ R < 10 Ω
4,5
10 Ω ≤ R < 10 kΩ
2,5
10 kΩ
1,5
10 kΩ < R < 100 kΩ
2
100 kΩ
3,5
100 kΩ < R < 1 MΩ
5
1 MΩ
6
1 MΩ < R ≤ 10 MΩ
15
10 MΩ < R ≤ 100 MΩ
60
100 MΩ < R ≤ 300 MΩ
100
300 MΩ < R ≤ 10 GΩ
700
Tensión alterna
FRECUENCIA (kHz)
TENSIÓN
0,01
0,02
0,04
0,055
1
10
20
50
100
300
700
1000
0,1 V ≤ V <1 V
---
---
80
80
80
80
80
100
100
---
---
---
1V
11
11
11
25
11
11
11
16
25
55
55
250
1 V < V ≤ 10 V
11
12
10
10
12
12
12
20
20
80
125
200
10 V < V ≤ 100 V
40
40
45
15
46
46
35
60
60
---
---
---
100 V < V ≤ 1000 V
---
---
---
30
30
---
---
---
---
---
---
---
Corriente alterna
FRECUENCIA (kHz)
CORRIENTE
0,01
0,02
0,04
0,055
0,3
1
5
10
100 µA < I < 10 mA
---
---
100
100
100
100
100
---
10 mA
500
---
---
125
---
125
700
1500
10 mA < I ≤ 100 mA
500
---
---
140
---
140
700
1500
0,1 A < I ≤ 1 A
---
500
---
450
---
450
700
6000
1A<I≤2A
---
500
---
450
---
450
700
6000
8. Identificación y almacenaje
Los multímetros digitales a ser calibrados, se identifican de acuerdo a las instrucciones del manual de
la calidad del INTI - Física y Metrología y se mantienen, desde que llegan en los laboratorios 3 ó 6 de
calibradores y multímetros, ver capítulo 10 del manual de la calidad. Una vez calibrados, los multímetros digitales permanecen en los laboratorios 3 ó 6 hasta su devolución al cliente.
6 de 7
PEE51: Agosto 2012
9. Instrumentos a utilizarse
 Calibrador multifunción Fluke 5700A, N° 6375303.
 Calibrador multifunción Fluke 5720A, N° 9010208.
 Divisor de tensión ESI Kelvin-Varley DEKAVIDER RV 722 s/n 141003
 Divisor resistivo DR 01-00
 Amplificador de transconductancia FLUKE 5220A s/n 6325001
 Resistencia derivadora AC/DC Shunt Datron-Wavetek 4953 10A s/n 28130
 Resistencia derivadora múltiple Hartman y Braun 20A s/n 6626398
 Resistencia derivadora múltiple Hartman y Braun 20A s/n 6626399
 Resistencia derivadora múltiple Hartman y Braun 20A s/n 6626401
 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A11565
 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A11567
 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A22086
 Multímetro digital Hewlett Packard 3458A s/n 2823A15128
 Multímetro digital Hewlett Packard 34420A s/n US6001616
 Multímetro digital FLUKE 8508A s/n 991358629
 Resistor patrón Gamma3-1G, valor nominal 1 Gohm
 Resistor patrón Victoreen, modelo RX1M-1, Nº 7, valor nominal 10 Gohm
10. Condiciones ambientales
La temperatura ambiente del laboratorio debe estar comprendida entre (23±2)°C y la humedad relativa ambiente entre 30 % y 70 %.
11. Registros de la Calidad
Las notas y observaciones escritas originales, copia u originales de las salidas de computadora (cuando
corresponda), copia de los certificados emitidos, como así también copia de la orden de trabajo, registro de salida de instrumentos y toda otra documentación relacionada, se conservan de acuerdo al
capítulo 12 del manual de la calidad del INTI - Física y Metrología.
12. Precauciones
Según lo previsto en el decreto 937/74, artículo 1, sección d, es considerada ésta una tarea riesgosa.
Por tanto, deben tomarse las precauciones necesarias para evitar el shock eléctrico.
Las operaciones de cambio de conexión deben llevarse a cabo con todos los circuitos de tensión y corriente desenergizados.
13. Apéndices y anexos
ANEXO N°
1
TÍTULO
Calibración de multímetros digitales de alta exactitud en corriente alterna
7 de 7
PEE51 Anexo1: Agosto 2012
1 de 4
PEE51 Anexo1: Agosto 2012
2 de 4
PEE51 Anexo1: Agosto 2012
3 de 4
PEE51 Anexo1: Agosto 2012
4 de 4