X Kalibrierung von Leistungsmessgeräten

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1 X brerung von Lestungsmessgeräten X.1 brerung an Fluke 5500A Der Multfunktonskalbrator Fluke 5500A ermöglcht de phasengekoppelte Erzeugung von Strom und Spannung an enem Gerät und somt ene komfortable Möglchket zur brerung von Lestungsmessgeräten. De Rückführung erfolgt gemäß der Strom-, Spannungs- und Frequenz/Zetntervall-Akkredterung. Lestungsmessgräte werden drekt an den brator angeschlossen: Bld Anschluss von Lestungsmessgeräten am Fluke 5500A brator X.1.1 Glechstromlestung Der brator erzeugt Glechstromlestung ndem am Ausgang NORMAL ene Glechspannung und am Ausgang AX en Glechstrom anlegt. Der Anschluss erfolgt empfehlungsgemäß über de Fluke 5440A- 700 Testkabel oder alternatv omona , geschrmte Messletung), NORMAL an den Spannungsengang und AX an den Stromengang des brergegenstandes. Nach ener Aufwärmphase von mndestens 0 Mnuten und durchgeführter Nullung über Kurzschlussstecker rema 016 und ZERO-Funkton kann mt der brerung begonnen werden. Es st dafür zu sorgen, dass Strom und Spannungspfad gemensam geerdet snd. Dese Erdung gescheht n der Regel am brergegenstand LO s OEN) und nur falls des ncht möglch st z. B. Battere betrebenes Gerät) über de Tasten EARTH und LO s TIED am brator. Auf jeden Fall darf de Erdung nur an ener Sete erfolgen, um Kresströme zu vermeden. Nachenander werden brerspannung und Strom engestellt Tasten V und A) wobe selbstverständlch darauf geachtet wrd, dass weder der engestellte Strom noch de Spannung den Messberech des Lestungsmessgerätes überschreten. De Taste OR aktvert den Ausgang und auf dem Kontrolldsplay erschent de Lestung n Watt. Alternatv kann auch erst ene feste Spannung oder Strom und danach über de Tasten SHIFT A der gewünschte Lestungswert gewählt werden. Das Gerät berechnet dann automatsch den fehlenden arameter. X.1. Wechselstromlestung Analog zum für de brerung von Glechstromlestungen erfolgt de Wechselstromlestungskalbrerung mt snusförmgen Sgnalverläufen. Für optmale hasenbedngungen gescheht de gemensame Erdung von NORMAL LO Spannung) und AX LO Strom) am besten am Lestungsmessgerät und der Funkton LO s OEN. Be Strömen >, A müssen laut Fluke am Messgerät de LO-Engänge mt enem Kurzschlussstecker <10 m Wderstand verbunden sen. We oben berets beschreben werden zunächst Strom und Spannung oder alternatv Watt) engestellt und schleßlch de Testfrequenz über de Taste HZ gewählt. OR aktvert den Ausgang und de engestellten Größen legen am Messgerät an. X.1. Lestungsfaktor Be Wechselstromlestungsabgabe erschenen m Dsplay des brators Betrebsoptonen zur Enstellung des Lestungsfaktors WAVE MENs HASE). Mt SHOW F wrd der Lestungsfaktor- Dalog geöffnet und über de Tasten kann der gewünschte Wert gewählt und aktvert werden. X. Messunscherhetsblanz Berechnung der klensten angebbaren Messunscherhet. Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

2 X..1 Glechlestung Skzze des Messaufbaus: Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: engestellte Spannung am brator I engestellter Strom Gemessene Wrk-)Lestung am brergegenstand Gesuchte Größe: Abwechung der Anzege des brergegenstandes vom rchtgen Wert Enflussgrößen: I De Abwechung des Normals zwschen den brerungen wurde n allen relevanten Berechen zu maxmal 50 % der aus den Herstellerangaben zu entnehmenden Grenzen ermttelt. nom I nd Abwechung des brators vom engestellten Wert. Deser Wert kann nur an enem unkt und ncht m ganzen Berech dem brerschen entnommen werden. Man geht dennoch davon aus, dass der brerschen mt den dort angegebenen nscherheten de für I gesetzten Intervallgrenzen belegt und bestätgt ormtät). sbedngte Enflüsse der Anschlüsse des Messaufbaus bespelswese Letungslängen, thermoelektrsche oder parastäre Effekte der Messletungen, Engangsmpedanzen/-reaktanzen der Messanordnung, Offsetfehler etc.. Zum größten Tel hängen dese nscherheten vom brergegenstand ab und de Grenzen der Rechteckvertelung können erst m Enzelfall zusätzlch abgeschätzt werden. En Antel deser Abwechung st berets n der brerunscherhet und der nomnellen Abwechung des brators enthalten. Daneben spelt deser Enfluss m betrachteten Betrebsberechen Bezug auf de Größenordnung der Gesamtmessunscherhet kaum ene Rolle und kann daher vernachlässgt werden. Rundungsfehler aufgrund der Auflösung des Messgerätes abhängg vom brergegenstand). Für de Berechnung der klensten angebbaren Messunscherhet muss deser Term ncht berückschtgt werden, da vom dealen Fall ausgegangen wrd. Modellglechung: Mt den oben aufgeführten Größen ergbt sch aus I I I de für de Berechnung der klensten angebbaren Messunscherhet maßgeblche Modellglechung mt nd=0: I I I Messunscherhetsblanz: Für de dem Ergebns bezuordnende Standardmessunscherhet ergbt sch daraus: u ) c u u I u I I u I Tabellarsche Darstellung der Messunscherhetsblanz: u u ) Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

3 Größe X Schätzwert x Standardmessunscherhet ux) u 0 ) / 0 ) / I I 0 I ) / I 0 0 p p-u I ) / ) / Vertelung Senstvtätskoeffzent c nscherhetsbetrag uy) Normal I u ) Rechteck I u ) Normal u I ) Rechteck u I ) Rechteck 1 u ) u ) Relatve erweterte Messunscherhet k=): X.. Wechsellestung Skzze des Messaufbaus: u ) ) Normal Fluke 5500A nd, fnd, I, f Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: engestellte Spannung am brator I engestellter Strom Strom und Spannung entsprechende Lestung f Lestungsfaktor cos Gemessene Wrk-)Lestung am brergegenstand nd Gesuchte Größe: nd Abwechung der Anzege des brergegenstandes vom rchtgen Wert Enflussgrößen: nom De Abwechung des Normals st aus den brerungen und der Hstore zu maxmal 0,07% vom engestellten Lestungswert ermttelt worden. Es erfolgt kene Korrekton des Anzegewertes des Normals m Betrebsberech, stattdessen wrd de maxmale Abwechung vom Nomnalwert als Halbbrete ener möglchen -Vertelung gesetzt. Wrd das Normal an den festen drekt rückgeführten) Stützwerten betreben kann deser Antel entfallen. Drft Abwechung durch Drft, wenn das Normal an den festen drekt rückgeführten) Stützwerten betreben wrd.. Korrekton aufgrund der brerung des Normals. Das nscherhetsntervall st dem brerschen entnehmbar. Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

4 f Enfluss aufgrund der Abwechung des Lestungsfaktors. Deser Tel st nur be Wechsellestung und und nur für f1 der Messunscherhet geometrsch hnzuzuadderen. Der Enfluss enes von 1 abwechenden Lestungsfaktors st dem separaten M-Blanz für den Lestungsfaktor zu entnehmen. Der relatve Antel st als gewurzelte Quadratesumme dem Ergebns zu adderen. nd sbedngte Enflüsse der Anschlüsse des Messaufbaus bespelswese Letungslängen, thermoelektrsche oder parastäre Effekte der Messletungen, Engangsmpedanzen/-reaktanzen der Messanordnung, Offsetfehler etc.. Zum größten Tel hängen dese nscherheten vom brergegenstand ab und de Grenzen der Rechteckvertelung können erst m Enzelfall zusätzlch abgeschätzt werden. En Antel deser Abwechung st berets n der brerunscherhet und der nomnellen Abwechung des brators enthalten. Daneben spelt deser Enfluss m betrachteten Frequenzberech n Bezug auf de Größenordnung der Gesamtmessunscherhet kaum ene Rolle und wrd daher vernachlässgt. Rundungsfehler aufgrund der begrenzten Auflösung des Messgerätes abhängg vom brergegenstand). Für de Berechnung der klensten angebbaren Messunscherhet muss deser Term ncht berückschtgt werden, da vom dealen Fall ausgegangen wrd. Modellglechung: Mt den oben aufgeführten Größen ergbt sch aus f I nom Drft f f de für de Berechnung der klensten angebbaren Messunscherhet maßgeblche Modellglechung mt nd=0: f I nom f f Messunscherhetsblanz: Für de dem Ergebns bezuordnende Standardmessunscherhet ergbt sch daraus: u ) c u nom u nom u u f u f f u f ) Tabellarsche Darstellung der Messunscherhetsblanz: Größe X Schätzwert x Standardmessunscherhet ux) Vertelung Senstvtätskoeffzent c nscherhetsbetrag uy) u I nom 0 u-vertelt 1 nom) / u nom) Drft 0 Rechteck 1 nom) / u Drft ) 0 ) / 0 f 0 f 0 p p-u Normal 1 u ) ) / f ) / f ) / Relatve erweterte Messunscherhet k=): Rechteck 1 u ) u-vertelt 1 u f ) Rechteck 1 u f ) u ) Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

5 u ) ) X.. Lestungsfaktor De Modellglechung der Lestungsfaktorkalbrerung kann beschreben werden zu F F F Normal F F Drft F Auflösung F Interpolat on F Frequenz F Berech mt F F F Normal F F Drft F Auflösung F Interpolaton F Frequenz F Berech Anzege des Messobjektes be Anschluss des Normals unbekannte Abwechung der Anzege des Messobjektes Bekannter korrgerter) Wert des Lestungsnormals Fluke 5500A. An den festen Stützpunkten snd de Korrekturwerte drekt dem brerschen des Gerätes entnehmbar. Dazwschen wrd jewels für kapaztven und nduktven Lestungsfaktor enzeln z.b. polynomsch) nterpolert. Zusätzlche Stützpunkte denen als Kontrollwerte zur Bestmmung der Interpolatonsabwechung. brerunscherhet der Korrekturwerte ebenfalls aus dem brerschen), Normalvertelung mt k= Verschebung der Korrekturwerte zwschen den brerungen. Dazu wurde de Drft aus den Folgekalbrerungen ermttelt und der Maxmalwert als Grenzen ener Rechteckvertelung angenommen. Sowohl de Abstmmauflösung des Normals be von den festen Stützpunkten abwechenden Werten) als auch de Auflösung enes Messobjektes geht n de Messunscherhetsblanz zur Hälfte der letzten angezegten Stelle ±0,5 Dgts) als rechteckverteltes nscherhetsntervall en. In beden Fällen wrd für de Ergebnsrechnung von 0,0001 also Intervallgrenzen von ±0,00005 ausgegangen. Durch de Korrekturwertnterpolaton st ggf. en zusätzlcher Antel der Qualtät der Interpolaton zu berückschtgen. Deser wrd aus der Interpolatonsabwechung der Kennlne zu den zusätzlchen Kontrollpunkten bestmmt. Angenommen wrd en rechteckges Wertentervall für varable Werte zwschen desen Stützstellen. Wrd das Normal m Frequenzberech 45 Hz bs 65 Hz und damt an von der kalbrerten Frequenz abwechenden unkten betreben st der zusätzlche Frequenzenfluss zu berückschtgen. Er wurde durch Verstmmung der Frequenz bem Lestungsfaktor F=0,5 an enem Lestungsmessgerät bestmmt. De beobachtete Abwechung be der Kontrolle von Extrempunkten m Messberech enthält zwar kombnerte Enflüsse aus Normal und Messgerät, es wrd aber angenommen, dass das Wertentervall des Normals allene n deser Messung auf jeden Fall enthalten st Rechteckvertelung). Wrd das Normal m Spannungsberech V bs 0 V bzw. Stromstärkeberech 0 ma bs, A und damt an von der kalbrerten Spannung bzw. Stromstärke abwechenden unkten betreben st der zusätzlche Enfluss zu berückschtgen. Er wurde durch Verstmmung der Spannung bzw. Stromstärke bem Lestungsfaktor F=0,5 an enem Lestungsmessgerät bestmmt. De beobachtete Abwechung be der Kontrolle von Extrempunkten m Messberech enthält zwar kombnerte Enflüsse aus Normal und Messgerät, es wrd aber angenommen, dass das Wertentervall des Normals allene n deser Messung auf jeden Fall enthalten st Rechteckvertelung). Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

6 Tabellarsche Darstellung der Messunscherhetsblanz: Größe Schätzwert Halbbrete Vertelung nscherhet Senstvtät c 1 nscherhetsbetrag X x a ux ) u y) F F angezegt X Normal Typ A) X / n X 1 u F Normal F Korrektur F 0 a Rechteck F Drft 0 adrft Rechteck F Auflösung 0 aauflösung Rechteck a a Drft a Auflösung 1 u 1 udrft 1 uaufösung F Interpolato n 0 a Interpolaton Rechteck a Interpolat on 1 uinterpolaton F Frequenz 0 a Frequenz Rechteck a Frequenz 1 ufrequenz F Berech 0 a Berech Rechteck F a Frequenz 1 ubrech Standardunscherhet u F u y) uf ) erweterte Messunscherhet k=) F ) k u y) F ) N 1 De Zahlenwerte der Berechnungen für de enzelnen Messgrößen snd den Tabellen Messunscherheten X Lestung an Fluke 5500.XLS Messunscherheten Drftanalyse Lestungsfaktornormal 5500A xlsx zu entnehmen, de Ergebnsse snd m Lestungsnachwes aufgeführt. 1 Y c X Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

7 X. Lestungskalbrerung m Verglech X..1 Quellen m Verglech Substtuton) Im Verglech mt dem Lestungsnormal können an enem Lestungsanalysator analog zu dem n Kaptel V genannten Lestungsquellen kalbrert werden Substtuton). Mt enem Anzegegerät ausrechender Auflösung we derzet Xtron 50AH) werden dentsche Messunscherheten we n X. gezegt errecht. X.. Lestungskalbrerung m Verglech an geegneter Last Mt enem nach X.1 kalbrerten Lestungsmessgerät können brergegenstände ohne getrennten Strom und Spannungspfad m an ener geegneten Last kalbrert werden. Des betrfft zum Bespel aktve Quellen mt engebautem Anzegenstrument. De Last kann je nach Lestungsmessberech aus regelbaren Glühbrnen, Hezkörpern oder elektronschen Bauformen bestehen. X...1 Messaufbau 99,50 W LAST 100,00 W Lestungsanalysator z.b. XITRON 50AH X... Messunscherhet Das Modell der Auswertung kann ähnlch zu Kaptel IV.1 formulert werden zu mt, f K Kf K Kf nd, nd, f f K Kf K Kf Anzege am brergegenstand Abwechung der Anzege des brergegenstandes Abwechung durch begrenzte Auflösung des brergegenstandes bzw. des Verglechsgerätes Normals) Lestungsfaktor gemessene Lestung am Verglechgerät Korrekton durch de maxmale nomnelle Abwechung der Lestungs- bzw. Lestungsfaktormessung spezfzerte Toleranzen). Sofern de Anzegeabwechung ncht an allen Kontrollpunkten gemesen enkalbrert) wurde, so denen de Herstellerangaben des Verglechsgeräts als Bass der maxmal zu erwartenden Abwechungen. Dese ergeben sch z.b. als Wurzel der Quadratesumme der fkatonen des Spannungs- und Strompfads, z.b. 0,07% Korrekton durch de brerung des Lestungsmessung auf Lestungsanzege bzw. Lestungsfaktor Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

8 Tabellarsche Darstellung der Messunscherhetsblanz und Messbespel für 100 W: Größe Schätzwert Halbbrete Vertelung nscherhet Senstvtät skoeffzent X x a wx ) c w y) 99,5 W -0,5 W a nd 1 nd, 0,0 W a nd Rechteck w nd f 100,00 W 0,005 W 1 nd, 0,00 W 0,005 W Rechteck 0,00 % f f 0,998 0,07 % K 1 0,07 % Rechteck 1 0,040 % 0,001 0,001 Kf 1 Rechteck 1 0,058 % f 0,998 K 1 0,06 % Normal Kf 1 0,1 % Normal Standardunscherhet w S 0,06 % 0,01% ) N 1 nscherhetsbetrag 1 0,0 % 1 0,05 % c w y) 0,09 % erweterte Messunscherhet k=) W S ) k u S ) 0,18 % De Zahlenwerte der Berechnungen für de enzelnen Messgrößen snd der Tabelle Messunscherheten Tabelle X.. Lestungsverglech.xls zu entnehmen, de Ergebnsse snd m Lestungsnachwes aufgeführt. Y c X Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.

9 X.4 Lestungssynthese über Letungswcklungen passender Wndungszahl Werden Lestungsanalysatoren oder Messgeräte mt Stromzangen betreben und kalbrert so lässt sch de Lestungssynthese über de Strom- und Spannungspfade an Letungswcklungen passender Wndungszahl durchführen vgl. Kaptel XIX) 0 V 1 A Fluke 55xxA 0,00 W I Out Out 9,5 W Input I Input De Messunscherhet st für deses m Wesentlchen durch den Strompfad und den Abgrff über de Zange beenflusst, wodurch de Gesamtmessunscherhet nach Kaptel XIX bestmmbar st: Messgröße, brergegenstand Measured Quantty or Instrument Glechstromlestung be Zangenabgrff Wechselstromwrklestung be Zangenabgrff Messberech, Messspanne Range Messbedngungen, Condtons / rocedure 109 µw bs 1 MW mv bs 100 V, ma bs 1000 A 1 bs 50 Wcklungen 0, W bs 64 kw 45 Hz bs 65 Hz V bs 0 V 10 ma bs 800 A 1 bs 60 Wcklungen klenste angebbare Messunscherhet Best Measurement Capablty, n Bemerkungen Remarks = Messwert,n st de nscherhet der brerlestung st de nscherhet des Messobjekts m Streufeld des stromdurchflossenen Leters Copyrght esz AG calbraton & metrology 014. Jede Art auch auszugswese) der Vervelfältgung, Ausdruck oder Wetergabe nur mt Genehmgung der esz AG calbraton & metrology, Max-lanck-Str. 16, 8 Echenau, Germany.