Super-Thermometer 1594A/1595A

Widerstandsverhältnismessung oder absolute Widerstandsmessung: Sie haben die Wahl!

Wenn Sie die größtmögliche Messgenauigkeit erreichen möchten, empfiehlt sich in der Regel eine Widerstandsverhältnismessung (Rx/Rs). Die Messgenauigkeit des 1595A bei typischen thermometrischen Verhältniswerten (0,25 bis 4,0) ist gleich oder besser als 0,2 ppm. Und bei Verhältniswerten nahe eins (0,95 bis 1,05) erreicht die Widerstandsverhältnisgenauigkeit des 1595A sogar den Wert von 0,06 ppm. Mit einem Gerät, das bedienungsfreundlicher ist und ein weit besseres Kosten-Nutzen Verhältnis aufweist, verfügen Sie über die Linearität einer herkömmlichen Widerstandsbrücke.

Beispiel 1: Bei einem 25-Ω-SPRT mit einem externen 25-Ω-Referenzwiderstand beträgt die Unsicherheit des 1595A für das Widerstandsverhältnis am Tripelpunkt des Wassers nur 0,06 ppm (Rx / Rs 1). Dies ist signifikant, wenn berücksichtigt wird, dass die Unsicherheit der Messung des Tripelpunkt des Wasser (RTPW-Messung) sich durch alle ITS-90-Temperaturmessungen zieht.

Beispiel 2: Beim Direktvergleich wird der zu prüfende Messfühler direkt gegen ein kalibriertes Referenz-SPRT gemessen, indem das SPRT als Referenzwiderstand (Rs) definiert wird. Da das Verhältnis RX / RS 1 sich auf den gesamten Temperaturkalibrierbereich bezieht, beträgt der Beitrag der Unsicherheit des 1595A zur gesamten Messunsicherheit maximal 0,06 ppm. Wenn alle weiteren Einflusseffekte berücksichtigt werden, kann eine Gesamt-Messunsicherheit im sub-mK-Bereich erreicht werden.

Mit einer Verhältnismessung lassen sich zwar die genauesten Ergebnisse erreichen, jedoch ist dies möglicherweise nicht immer die unkomplizierteste Methode. Mithilfe der temperaturgeregelten internen Referenzwiderstände kann das Super-Thermometer eine absolute Widerstandsmessung in eine Temperatureinheit konvertieren und das Ergebnis in Grad Celsius, Fahrenheit oder Kelvin oder in Ohm anzeigen. Jedes Super-Thermometer umfasst interne Referenzwiderstände von 1 Ω, 10 Ω, 25 Ω, 100 Ω und 10 kΩ, die eine Vielzahl von PRTs, RTDs und Thermistoren unterstützen.

Wie gut eine Temperaturmessbrücke den absoluten Widerstand messen kann, hängt von der Genauigkeit der Brücke bei der Verhältnismessung sowie der langfristigen Stabilität und Kalibriergenauigkeit ihrer internen Referenzwiderstände ab. Um Stabilität zu gewährleisten und Fehler zu vermeiden, sind die internen Referenzwiderstände im Super-Thermometer in einen Ofen eingeschlossen, der bei 30 °C temperaturgeregelt und innerhalb von ungefähr 10 mK stabil ist. Tatsächlich ist die Regelung dieser Präzisionswiderstände so gut, dass sich ihr Widerstandswert innerhalb von 24 Stunden um maximal 0,25 ppm (entspricht 0,00006 °C) ändert. Die auf ein Jahr bezogene absolute Genauigkeit des Super-Thermometers beträgt 4 ppm (entspricht 0,001 °C).

Bei der Untersuchung der Messunsicherheit aufgrund der Eigenerwärmung des Thermometers spielt die Messstromgenauigkeit eine wichtige Rolle. Die Genauigkeit der Stromquelle im Super-Thermometer beträgt 0,2 %, wenn 25-Ohm- oder 100-Ohm-PRTs mit einem typischen Messstrom gemessen werden.

Geringes Messrauschen

Messrauschen wird durch elektrisches Rauschen und andere zufällige Fehler verursacht, die die Messgenauigkeit negativ beeinflussen können. Neue, zum Patent angemeldete und in das Super-Thermometer integrierte Designinnovationen reduzieren Messrauschen und Störungen in einem Maße, wie dies für digitale Temperaturmessbrücken bisher nicht möglich war. Zwei identische Verstärker/ADC-Blöcke messen RX und RS gleichzeitig. Durch Umkehrung des Messstroms und anschließendes Mitteln der beiden Messungen werden die durch Thermospannung, Instabilität der Stromquelle und elektrisches Rauschen verursachten Fehler reduziert. Zur weiteren Reduzierung des Messrauschens werden in jedem Verstärker/ADC-Block zwei Parallel-ADCs verwendet. Außerdem werden passive und aktive Filter eingesetzt, um den Hauptteil des elektrischen Rauschens und der Störungen zu vermindern. In einer typischen Anwendung zur Temperaturkalibrierung bietet das Super-Thermometer eine durch Messrauschen bedingte Unsicherheit von nur 0,00002 °C. Bei vergleichbaren Messparametern kann der Rauschpegel des Super-Thermometers so niedrig sein wie der einer herkömmlichen, wesentlich teureren Widerstandsbrücke.

Bisher unerreichte Messgeschwindigkeit

Super-Thermometer bieten Geschwindigkeiten von einer Sekunde pro Messung (maximal erreichbare Genauigkeit bei einer Messung innerhalb von zwei Sekunden). Die Durchführung der Prüfungen ist weniger zeitaufwändig, Temperaturänderungen lassen sich genauer verfolgen und sogar die thermische Reaktion in Sensoren kann evaluiert werden. Beim Messen von Fixpunkttemperaturen, die ein Höchstmaß an Genauigkeit und ein Mindestmaß an Rauschen erfordern, können Sie die Messgeschwindigkeit vollkommen Ihren Anforderungen entsprechend ändern.

Verifizieren Sie die Genauigkeit der Verhältnismessung mit der Funktion „Ratio Self-Calibration“

Mit der im 1594A und im 1595A enthaltenen, zum Patent angemeldeten Funktion „Ratio Self-Calibration“ können Sie die Genauigkeit prüfen oder die Linearität des Widerstandsverhältnisses der Messschaltung des Super-Thermometers kalibrieren, und zwar regelmäßig, auf einfache Weise und ohne dass externe Geräte oder eine spezielle Schulung erforderlich sind. Das Super-Thermometer nimmt die „Ratio Self-Calibration“ vor, indem durch automatische Kombination und Schaltung der internen temperaturgeregelten Referenzwiderstände ein Widerstands-
spannungsteilernetzwerk gebildet wird. Der Austausch von RX und RS mit dem Widerstandsspannungsteiler ermöglicht dem Super-Thermometer die Durchführung einer Reihe von acht Widerstandsverhältnisprüfungen, mit denen Linearitätsfehler berechnet und die Genauigkeit gemäß den Spezifikationen verifiziert werden kann. Abbildung 1 und 2 zeigen Beispiele für den resultierenden Bericht.

Jetzt können Sie die Genauigkeit und Betriebseigenschaften automatisch in etwa dreißig Minuten verifizieren, und zwar mit einem Tastendruck. Fehler der Messschaltung sind selten, sie werden jedoch aufgedeckt und automatisch gemeldet. Durch ein passwortgeschütztes Verfahren können Sie festlegen, ob das Super-Thermometer durch Anwendung der durch die Kalibrierprozedur erzeugten Abweichungen justiert werden soll. Kein anderes Instrument zur Temperaturmessung auf dem Markt ermöglicht es dem Metrologiefachmann, die Genauigkeit und Betriebseigenschaften so einfach zu bestimmen und zu verbessern.

Die Funktionen der „Ratio Self Calibration“ auf einen Blick

• Automatische Prüfung oder Kalibrierung der Linearität des Widerstandsverhältnisses der Super-Thermometer ohne teure externe Geräte
• Aufdeckung potenzieller Gerätefehler vor der Auswirkung auf Messungen
• Keine spezielle Bedienerschulung erforderlich
• Durchführung der Prüfung in ca. 30 Minuten
• Längeres Intervall zwischen Kalibrierzyklen

Schnelle und problemlose Kalibrierung der internen Referenzwiderstände

Mit der Funktion zur Widerstandskalibrierung können Sie auch die internen Referenzwiderstände des Super-Thermometers kalibrieren. Dazu wird ein externer Normalwiderstand mit ungefähr dem gleichen Wert wie der zu kalibrierende interne Referenzwiderstand benötigt.

Das Super-Thermometer unterstützt Sie bei der Kalibrierung durch ein bedienerfreundliches Konfigurationsdienstprogramm. Geben Sie einfach an den zu kalibrierenden internen Widerstand an sowie den kalibrierten Widerstandswert des Normalwiderstands und den Kanal, an den der Normalwiderstand angeschlossen ist. Das Super-Thermometer konfiguriert den Messstrom, deaktiviert die Filterung und stellt die Timing-Parameter so ein, dass genaue und konsistente Messergebnisse erzielt werden.

Wenn die Kalibrierung abgeschlossen ist, übermittelt das Super-Thermometer die Ergebnisse an die Anzeige. Sie können dann die Ergebnisse auf einem USB-Speichergerät speichern. Außerdem können Sie entscheiden, ob die Kalibrierparameter des internen Referenzwiderstands angepasst werden sollen, indem Sie die Taste für die passwortgeschützte Funktion zur Widerstandsanpassung drücken.

Schnelle und einfache Berechnung der Selbsterwärmungseffekte

Wenn Strom durch einen PRT-Sensor fließt, wird von dem Messfühler Energie abgegeben, die eine Selbsterwärmung des Sensors verursacht. Dadurch geht ein kleiner Temperaturfehler in die Messung ein. Dieser Fehler kann geschätzt werden, indem der Sensorwiderstand bei einer gegebenen Temperatur mit zwei verschiedenen Messströmen, Nennstrom und doppeltem Nennstrom, gemessen wird. Durch lineare Extrapolation auf „Nullleistung“ kann der Widerstandswert des Sensors dann geschätzt werden, als ob an dem Messfühler kein Strom anliegen würde. Der Temperaturfehler aufgrund von Selbsterwärmung kann dann effektiv aus der Messung eliminiert werden.

Die manuelle Berechnung einer Nullleistungsmessung kann zeitaufwändig und fehleranfällig sein. Die Funktion zur Nullleistungsmessung des Super-Thermometers stellt Stromstufen ein, erfasst Messdaten automatisch und berechnet die Nullleistungsmessung für Sie. Benutzeranpassbare Einstellungen geben Ihnen die vollständige Kontrolle über den Vorgang und ermöglichen Ihnen die Einstellung von Parametern wie Ansprechzeit, Messzeit und Aufzeichnungsergebnis.

Gleichzeitige Anzeige wichtiger Messdaten auf mehreren Kanälen im Grafik- oder Tabellenformat

Vielleicht möchten Sie die Ergebnisse mehrerer Kanäle gleichzeitig sehen. Das Super-Thermometer umfasst zwei Anzeigemodi für Messungen – den Grafik- und den Tabellenmodus. Wählen Sie den Grafikmodus, um einen bzw. mehrere Kanäle gleichzeitig anzuzeigen. Stellen Sie die Anzeigedauer des Grafikfensters ein, wählen Sie automatisches Zentrieren, oder geben Sie einen festen Wert für die vertikale Mitte ein, wählen Sie die automatische Skalierung, oder geben Sie einen festen Wert für den vertikalen Bereich ein. Konfigurieren Sie die Grafik Ihrer Anwendung entsprechend. Im Tabellenmodus werden der Messwert sowie die mittlere und die Standardabweichung für alle Kanäle gleichzeitig in einem numerischen Tabellenformat angezeigt. Durch einfaches Drücken der Funktionstaste können Sie zwischen Grafik- und Tabellenanzeige umschalten.