estudio de la deriva temporal de un juego de resistencias

ESTUDIO DE LA DERIVA TEMPORAL DE UN JUEGO DE
RESISTENCIAS ELÉCTRICAS DE MUY ALTO VALOR
Autor: Saiz Madrid, Francisco Javier.
Directora: María Teresa Sánchez Carazo.
Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas
RESUMEN DEL PROYECTO
El proyecto realizado es de carácter metrológico, ya que el trabajo realizado ha
consistido en la medida de un juego de resistencias de muy alto valor óhmico
(R.M.A.V.), en la preparación de un procedimiento de medida y en el cálculo de
incertidumbres de medida para su posterior análisis estadístico con otras medidas
anteriormente realizadas.
El juego está compuesto por siete resistencias cuyos valores son 100MΩ, 1GΩ, 10GΩ,
100GΩ, 1TΩ, 10TΩ y 100TΩ, el cual fue donado al ICAI por el TPYCEA (Taller de
Precisión y Centro Electrotécnico de Artillería) gracias a un convenio de colaboración
existente entre estas dos entidades.
Los objetivos que persigue este proyecto fin de carrera son los siguientes:
1.-Desarrollo de un procedimiento de medida para la medida y el posterior análisis
estadístico en ICAI de las R.M.A.V.
2.-Estudio de la deriva temporal (variación del valor óhmico a medida que transcurre el
tiempo) del juego de resistencias y observar el comportamiento que han tenido las
resistencias, así como las posibles anomalías. Es por ello que la principal fuente de
datos con la que se va a trabajar va a obtenerse en varias sesiones de laboratorio
dedicadas a obtener medidas eléctricas para su posterior análisis estadístico y toma de
conclusiones.
Las resistencias se medirán en los laboratorios del ICAI y del TPYCEA; en los
laboratorios de ICAI el equipo disponible es el gigaóhmetro ISOL 1000N G4
Antes de medir las resistencias es necesario disponer de un procedimiento de medida
para garantizar que la medida se hace bajo las mismas condiciones. En el ICAI no existe
tal procedimiento, por lo que es necesario redactarlo para empezar a medir.
Para la redacción de dicho procedimiento ha sido necesaria la utilización de la Guía para
la Expresión de la Incertidumbre de Medida, editada por el ministerio de Fomento, para
que de esta manera todas las medidas realizadas se hagan bajo condiciones de
repetibilidad, es decir, bajo las mismas condiciones de medida: mismo procedimiento,
mismo instrumento de medida y mismo emplazamiento. En el procedimiento de medida
se debe incluir el método de medida (secuencia lógica de operaciones descrita de forma
genérica) y las instrucciones para el cálculo y la expresión de la incertidumbre.
Debido a las limitaciones de medida del gigaóhmetro, únicamente se van a medir en
ICAI las resistencias de 100MΩ, 10GΩ y 100GΩ.
Una vez calculadas las incertidumbres de medida, se tomaron las siguientes
conclusiones en la medida de las resistencias en ICAI:
* Al aumentar la tensión de medida, el valor óhmico de la resistencia
de 100
M Ω aumenta, mientras que el de las resistencias de 10 y 100 GΩ disminuye.
* Existe una clara relación entre la variación del valor óhmico y la tensión de medida.
* La incertidumbre relativa es menor en la resistencia de 10 GΩ.
En la medida en los laboratorios del TPYCEA se han medido las resistencias con el
SMI (sistema de medida por integración), basado en la carga de un condensador. No
obstante, este sistema no era válido para la medida de la resistencia de 100 MΩ, por lo
que para ésta se ha utilizado un puente comparador de intensidades Guildline 6675.
En el transcurso de las mediciones han aparecido algunos errores en estas, como pueden
ser
medidas con incertidumbres típicas excesivamente elevadas, o el bloqueo del
sistema de medida, por lo que resulta necesario la repetición de las medidas.
Las conclusiones que se han sacado en las medidas en el TPYCEA son las siguientes:
*Si el valor de la resistencia a medir es muy grande, la medida tiene más probabilidades
de salir defectuosa. La causa son las dificultades en los ajustes del integrador; según el
procedimiento dado por el TPYCEA, al manejar el integrador es necesario realizar
ajustes y a medida que la resistencia a medir tiene un mayor valor, es más difícil
realizarlos, puesto que los valores de las magnitudes a medir son extremadamente
pequeños. Esta dificultad se traduce en errores en las mediciones.
*La desviación típica disminuye si se aumenta la tensión de medida. Esto ocurre en
todas las resistencias menos en la de 100 GΩ, que se supone que sale una medida
defectuosa. La explicación a este hecho es la mayor facilidad de medir a mayores
tensiones de medida.
*A partir de una desviación típica de 100 ppm, los componentes de la incertidumbre que
aporta los aparatos de medida puede despreciarse.
*El valor de las resistencias decrece a medida que crece la tensión de medida. Esto
ocurre en todos los casos excepto en la resistencia de 100 GΩ.
*La desviación típica crece a medida que aumenta el valor de la resistencia (la
intensidad de medida es menor). La causa es la misma que la anteriormente citada.
Para el estudio de la deriva temporal se compararán los datos obtenidos en este proyecto
con los obtenidos en 2002. Se pudo observar que en todas las resistencias, exceptuando
la de 100MΩ, el valor óhmico ha aumentado.
Por último, para comprobar que las medidas realizadas en ICAI son compatibles con las
realizadas en el TPYCEA, se calcula el índice de compatibilidad, que determinará si una
medida es o no compatible, o si hace falta repetirla de nuevo.
RESEARCH OF THE ELECTRIC OHMIC VALUE ALONG THE TIME
OF A GROUP OF HIGH OHMIC VALUE RESISTANCES
Author: Saiz Madrid, Francisco Javier.
Director: María Teresa Sánchez Carazo.
Organization: ICAI – Universidad Pontificia Comillas
PROJECT BRIEFING
This project is about electric measurement, as we can deduce from the tasks carried on,
which are the performance of a procedure of measurements, the measuring of a group of
high ohmic value resistances and the calculation of uncertainty of measurements in
order to develop an statistic analysis with other measures.
The group is comprised of even resistances with the following ohmic values: 100MΩ,
1GΩ, 10GΩ, 100GΩ, 1TΩ, 10TΩ and 100TΩ. This group was provided to the ICAI by
the TPYCEA as a result of the agreement signed up between them.
The main targets of this project are:
1.-To develop a procedure of measurement in ICAI.
2.-To research the electric ohmic value along the time and the anomalies. Consequently,
the first source of data is to be obtained working on a laboratory.
The resistances are going to be measured in the laboratories of TPYCEA and ICAI,
using an ISOL 1000N G4 equipment in the latter.
Before measuring the resistances, a measurement procedure is needed to ensure that the
measuring is performed in the same conditions for each case. There is not an established
procedure in ICAI, so we need to draw it up in order to begin measuring.
It would be convenient to se the “Guide for Expression of Uncertainty of
Measurements” to draw it up and carry on all the measurements with the same
conditions, procedure, equipment and in the same place.
In the measurement procedure we have to include the measurements method (generic
instructions), as well as the instructions for the calculation and expression of
uncertainty.
ICAI´s equipment can only measure the resistances of 100MΩ, 10GΩ and 100GΩ.
The conclusions we have arrived at are as follows.
*The increase of the voltage measurement has caused the increased of the ohmic value
of 100MΩ resistance. Nevertheless the ohmic value of the 10 and 100GΩ ones
decreased.
*The variation of ohmic value and the measurement voltage are related between them.
*The relative uncertainty in 10GΩ resistance is the lowest.
In the TPYCEA´s laboratories, the resistances have been measured with a SMI
(Measurement Integration System) based on the load of a condenser. However, the
resistance of 100MΩ couldn´t be measured with this system and it has been measured
using a comparison system: Guildline 6675.
Several failures have appeared, such as huges uncertainties or the cut off of the system.
Obviously, measurements must be repeated.
These are the conclusions deduced in the measurements of TPYCEA:
*The probability of failure in the measuring is higher when the resistances value is very
high. This happens because of the difficulties in the regulation of the SMI.
*The deviation decreases when the measure voltage increases. This situation appears in
all the resistances, but in the 10GΩ one. That is a measure failure. It is easier to measure
with a higher measurement voltage.
The uncertainty of the equipment can be looked down when deviation is higher than
100 parts/million.
The ohmic value of the resistances decreases if the measure voltage increases. (But not
in the 100GΩ resistances.)
The information obtained in 2004 will be compared with the information obtained in
2002 in order to study the temporal variation. All the resistances but the 100MΩ one
have decreased its ohmic value.
Finally, we will check measurements in ICAI to establish they are compatible with
TPYCEA ones. Consequently, the IC must be calculated, which will determine the
compatible measurements, or if the measures has to be repeated.