Contexte du projet

Un institut provincial de métrologie et de technologie est responsable de la vérification et de l'étalonnage des instruments de mesure du courant dans les secteurs de l'énergie électrique, des transports, des communications et d'autres industries de la province. Afin d'améliorer la capacité et l'efficacité de l'étalonnage, l'institut a décidé de développer une nouvelle génération de source de courant standard portable pour l'étalonnage sur site de divers types d'instruments de mesure du courant.

Au cœur de la source de courant standard se trouve le shunt de haute précision, dont la précision détermine directement l'incertitude de mesure de l'ensemble du dispositif. C'est l'un des scénarios d'application qui exige la plus grande précision du shunt.

Exigences en matière de spécifications techniques :

• Plage de sortie de courant : 0,1A-100A
• Précision de la sortie courant : ±0,02%
• Incertitude de mesure du shunt : ≤0,01% (k=2)
• Stabilité à long terme :<20ppm>
• Coefficient de température :<5ppm>

Défis techniques rencontrés

1) Exigences de très haute précision

L'incertitude de mesure de 0,01% impose des exigences extrêmes à tous les indicateurs de performance du shunt, y compris la précision de la valeur de résistance, le coefficient de température, la stabilité à long terme et le potentiel thermique.

2. très faible coefficient de température

Les shunts conventionnels ont un coefficient de température de 20 à 50 ppm/°C, ce qui n'est pas suffisant pour les besoins de l'application.<5ppm>

3. la stabilité à long terme

En tant qu'étalon métrologique, la valeur de la résistance de shunt ne doit pas dériver de manière significative au cours de sa durée de vie, sous peine d'affecter la fiabilité de la chaîne de traçabilité.

4. les effets du potentiel thermoélectrique

Le potentiel thermique du shunt peut être une source majeure d'erreur dans les mesures de signaux au niveau du µV. La sélection de matériaux à faible thermopotentiel et l'optimisation de la conception structurelle sont nécessaires.

Solutions techniques

1. les dérivations sélectives de grade

Sélection d'une version spécialement choisie de l'étage de comptage du shunt FL-2 avec des paramètres clés :

• Valeur de la résistance : 1mΩ ±0,01% (calibrée en usine)
• Courant nominal : 100A
• Coefficient de température :<5ppm>
• Stabilité à long terme :<20ppm>
• Thermopotentiel :<0,5µV/°C

2. matériaux en alliage spécial

Le corps de la résistance est en zéranine, un alliage de cuivre, de manganèse et de nickel dont le coefficient de température (±5ppm/°C) et le potentiel thermique ((<1µV/°C), idéal pour les résistances de précision.

3. conception structurelle à faible thermopotentiel

• Construction entièrement symétrique aux deux extrémités du corps de la résistance
• Le point d'échantillonnage de la tension est situé symétriquement dans le champ de température du corps de la résistance
• Procédé spécialisé de soudage à faible potentiel thermoélectrique
• Le système est équipé d'une fonction de mesure avant et arrière, éliminant les effets du potentiel thermoélectrique résiduel.

4. compensation de la température

Le système est équipé d'un capteur de température à résistance de platine de haute précision (Pt100) pour mesurer la température du shunt en temps réel. Le logiciel effectue une compensation en ligne en fonction de la courbe caractéristique de température du shunt (étalonnage en usine) afin de réduire davantage l'influence de la température.

Résultats du projet

• Incertitude de mesure :L'incertitude de mesure du séparateur de 0,01% (k=2) répond aux exigences de conception
• Caractéristiques de température :TCR entre 20 et 30°C<5ppm>
• Validation de la stabilité :Test de suivi continu pendant 2 ans, dérive annuelle<15ppm
• Certification métrologique :Traçabilité par l'Académie chinoise des sciences de la mesure, obtention de certificats d'étalonnage
• Effets de l'application :Après la mise en service de l'équipement, l'efficacité de l'étalonnage a été multipliée par trois, ce qui a été salué par les utilisateurs.

Résumé des paramètres techniques