हमें कैसे पता चलेगा कि वोल्टमीटर सटीक हैं?
कुछ ऐसा जो मुझे हमेशा हैरान करता है कि हम वोल्टमीटर की सटीकता को कैसे जानते हैं। चारों ओर घूमने से, ऐसा लगता है कि आज के डिजिटल वाल्टमीटर एक एडीसी का उपयोग करते हैं। एक एडीसी वोल्टेज की तुलना करके काम करता है जिसे अत्यधिक सटीक ज्ञात वोल्टेज संदर्भ के खिलाफ मापा जाना है। हालांकि, उस अत्यधिक सटीक वोल्टेज संदर्भ के वोल्टेज को कैसे जाना जाता है? यह चिकन बनाम अंडे की तरह की समस्या की तरह प्रतीत होता है - वाल्टमीटर एडीसी संदर्भ वोल्टेज की सटीकता को जानने के लिए एक अन्य संदर्भ वोल्टेज का उपयोग करके दूसरे वोल्टमीटर की सटीकता पर निर्भर करता है जो दूसरे संदर्भ वोल्टेज का उपयोग करके दूसरे वोल्टमीटर की सटीकता पर निर्भर करता है। यह असीम रूप से जारी है।
एक वाल्टमीटर के लिए विकिपीडिया पृष्ठ को देखने से ऐसा लगता है कि जैसे कोई वेस्टन सेल, जो एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और स्थिर रासायनिक प्रतिक्रिया का उपयोग करता है, अंशांकन के लिए अंतिम संदर्भ वोल्टेज के रूप में उपयोग किया जाता है। लेकिन फिर भी, यह चिकन बनाम अंडा दुविधा का शिकार हो जाता है - हम फिर से एक वाल्टमीटर का उपयोग किए बिना वेस्टन सेल के वोल्टेज को कैसे जानते हैं?
जवाब
इन दिनों, आप जोसेफसन जंक्शनों के एक समूह और एक माइक्रोवेव स्रोत से प्राथमिक वोल्टेज मानक बनाते हैं । यह एक वोल्टेज उत्पन्न करता है जो केवल इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ़ यूनिट्स (SI बेस यूनिट्स) के परिभाषित स्थिरांक पर निर्भर करता है।
अधिक किफायती विकल्प के रूप में, आप अपने वाल्टमीटर को एक प्रयोगशाला में भेजते हैं जो इसकी तुलना एक वोल्टेज मानक के खिलाफ करता है जो एक प्राथमिक वोल्टेज मानक पर वापस आने योग्य है। अमेरिका में, प्राथमिक वोल्टेज मानक शायद NIST पर है ।
मूल रूप से, प्रत्येक भौतिक मात्रा को एक भौतिक स्थिरांक पर वापस मैप किया जा सकता है, जिसे मापा के बजाय परिभाषित किया गया है। सात 'इम ( विकिपीडिया लेख पढ़ें ) आधार इकाइयाँ हैं; बाकी व्युत्पन्न हैं। वोल्ट, विशेष रूप से, एक Coulomb के आवेश पर ठीक एक जूल लगाने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रोमोटिव बल की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है। SI आधार इकाइयों में, \$\mathrm{1V = \frac{kg\cdot m^2}{A \cdot s^3}}\$। तो बस किसी भी पुराने डिंगस का निर्माण करें जो आपको एक वॉल्ट उत्पन्न करने देता है जब तक आप जानते हैं कि वे चार मात्राएं क्या हैं, और आप कर रहे हैं!
20 मई, 2019 तक, ये सभी आधार इकाइयाँ, सिद्धांत रूप में, पहले सिद्धांतों से पुनर्निर्मित की जा सकती हैं (अर्थात, दूसरी को सीज़ियम मेज़र के कई दोलनों द्वारा परिभाषित किया गया है, एक मीटर को दूसरी और गति से परिभाषित किया गया है। प्रकाश, आदि)। अंततः आप सभी की जरूरत है एक एक पृष्ठ संदर्भ गाइड, भौतिकी और ज्योतिष की एक आश्चर्यजनक गहरी समझ, और प्रयोगशाला समय की एक पूरी के लिए एक बहुत बड़ा उपहार प्रमाण पत्र।
एक वाल्टमीटर के लिए विकिपीडिया पृष्ठ को देखने से ऐसा लगता है कि जैसे कोई वेस्टन सेल, जो एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और स्थिर रासायनिक प्रतिक्रिया का उपयोग करता है, अंशांकन के लिए अंतिम संदर्भ वोल्टेज के रूप में उपयोग किया जाता है। लेकिन फिर भी, यह चिकन बनाम अंडा दुविधा का शिकार हो जाता है - हम फिर से एक वाल्टमीटर का उपयोग किए बिना वेस्टन सेल के वोल्टेज को कैसे जानते हैं?
दिन में जब एक वेस्टन सेल को प्राथमिक संदर्भ के रूप में इस्तेमाल किया गया था, तो हमें यह जानने की जरूरत नहीं थी कि वोल्टेज क्या था, हम एक वेस्टन सेल के वोल्टेज को तापमान जैसे कुछ भौतिक परिस्थितियों में परिभाषित करते हैं, और यह संतृप्त है या नहीं। , ठीक 1.018638 V +/- के बराबर। यह मामला था जब इस परिभाषा को 1911 में अपनाया गया था, जब इसे 1990 में जोसेफसन जंक्शन द्वारा सुपरसीड किया गया था।
एक प्राथमिक मानक को तोड़ने या दुर्व्यवहार से बचाने के लिए, प्रत्येक प्रमुख अंतरराष्ट्रीय प्रयोगशाला इन चीजों का एक पूरा गुच्छा (एक पहनावा) रखती है, एक दूसरे के साथ तुलना करती है, और सच्चे पढ़ने के रूप में औसत लेती है। यदि कोई विशेष सेल बहुत अधिक या निम्न पढ़ना शुरू कर देता है, तो इसे पहनावा से हटा दिया जाता है। जब एक नया सेल ऑनलाइन लाया जाता है, तो यह पहनावा में जोड़ा नहीं जाता है जब तक कि यह अच्छे व्यवहार के कुछ लंबे समय का प्रदर्शन नहीं करता है। समय-समय पर, एक दूसरे के मानकों की तुलना करने के लिए एक यात्रा मानक देश से दूसरे देश में ले जाया जाता है।
वाणिज्यिक अंशांकन प्रयोगशाला अंतरराष्ट्रीय लोगों के खिलाफ अपने मानकों की जांच करते हैं। निर्माता वाणिज्यिक अंशांकन प्रयोगशाला के खिलाफ अपने आंतरिक मानकों की जांच करते हैं। निर्माता अपने उत्पादों को मापते हैं इससे पहले कि वे सुनिश्चित करें कि वे आपके विनिर्देश के भीतर हैं। तो आपका विनम्र DMM सटीकता की श्रृंखला से कई कदम नीचे है। लेकिन एक परिभाषित श्रृंखला है।
एक डिजिटल मल्टी-मीटर (डीएमएम) के लिए विशिष्ट: एनालॉग-डिजिटल कन्वर्टर (एडीसी) का उपयोग एक विशिष्ट डीएमएम के अंदर किया जाता है, जिसे एडीसी को एकीकृत करने वाला एक दोहरी-ढलान कहा जाता है । यह तकनीक 1970 के आसपास की है, इंटेरसिल 7106 पर एक नज़र डालें । मैंने पहले इस बारे में लिखा था कि यह उपकरण यहां कैसे काम करता है ।
लेकिन आपके सवाल के बारे में, जो मूल रूप से हम कैसे भरोसा कर सकते हैं कि डीएमएम द्वारा बताए गए नंबर सटीक हैं ...
फ्लूक जैसे एक उपकरण निर्माता एक उपयोगकर्ता पुस्तिका प्रकाशित करेगा जो लिखता है कि उपकरण का उपयोग कैसे किया जाए, और यह परिभाषित करता है कि साधन कितना सटीक हो सकता है (जब यह ठीक से कैलिब्रेटेड है)। अलग-अलग, वे तीसरे पक्ष के अंशांकन सेवा प्रदाताओं द्वारा उपयोग के लिए एक सेवा नियमावली भी प्रकाशित करते हैं, यह देखते हुए कि यूनिट अंडर टेस्ट के डिज़ाइन किए गए प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए वास्तव में क्या उपकरणों और अंशांकन मानकों की आवश्यकता होती है, और वास्तव में क्या प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाना चाहिए।
मुझे इस समय URL नहीं मिल रहा है, लेकिन यहां एक सेवा नियमावली का एक अंश है जो मेरे पास था, बस एक कंपनी को प्रदान की गई जानकारी के प्रकार का उदाहरण दिखाना है जो अंशांकन सेवा का प्रदर्शन करेगी:
यह कुछ समय के लिए इस तरह से आगे बढ़ता है, जहां प्लग में कदम-दर-चरण निर्देशों के साथ कि कहां और कौन से बटन दबाने हैं, साथ ही अंशांकन से पहले एक निर्दिष्ट तापमान सीमा पर उपकरण 'सोख' होने के लिए विनिर्देशों भी हैं ( तापमान पर निर्भर अशुद्धि से बचने के लिए)।
ध्यान दें कि इस उदाहरण में, यहां तक कि जब साधन 30.000V के सर्वोत्तम संभव इनपुट संदर्भ के साथ प्रदान किया जाता है, तो साधन केवल 29.992V से 30.008V की सीमा में किसी भी संख्या को प्रदर्शित करने की उम्मीद करता है, उस सीमा में किसी भी रिपोर्ट किए गए मान पर विचार किया जाता है पर्याप्त नजदीक।
साधन के प्रत्येक भाग को एक निश्चित क्रम में कैलिब्रेट किया जाता है, जैसे पहले बेसिक 2V माप ऑफसेट / लाभ / रैखिकता, फिर 200mV और 20V रेंज जो 2V माप पर निर्भर करते हैं, और उसके बाद ही वर्तमान माप पर चलते हैं जो वोल्टेज माप पर निर्भर करता है एक ज्ञात अवरोधक की। प्रक्रिया को मैन्युअल रूप से किया जा सकता है यदि आपके पास सभी सही गियर हैं, और यदि उस गियर के सभी को हाल ही में कैलिब्रेट किया गया है ताकि यह भी भरोसेमंद हो।
एनालॉग सेमीकंडक्टर कंपनी जिसे मैं समय-समय पर काम करता हूं, हमारे प्रयोगशाला उपकरणों को तीसरे पक्ष के अंशांकन विक्रेता को भेजता है जिनके पास यह सब प्रमाणित-कैलिब्रेटेड-मानक गियर है, और हमारे लिए सभी प्रक्रियाओं से चलता है। यह केवल पैसा खर्च करता है ... लेकिन मेरे स्वयं के व्यक्तिगत DMM जो 'केवल संकेत के लिए', 'कैलिब्रेटेड नहीं' हैं, मैं उन्हें बाहर भेजने की जहमत नहीं उठाता, मैं बस इस बात को स्वीकार करता हूं कि उपयोगकर्ता मैनुअल में जो भी अनिश्चितता है, वह उसके लिए अच्छा है। इसलिए अगर मेरे 3.3V आपूर्ति के उपायों में 3.29V या 3.32V है, तो मुझे इसकी चिंता नहीं है, यह रिपोर्ट सहनशीलता के भीतर है और शायद सही है।
सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण में एक महत्वपूर्ण सिद्धांत है जहां सिस्टम के मानक विचलन से कम समायोजन करने की कोशिश कर रहा है, वास्तव में इसे अकेले छोड़ने की तुलना में कम सटीक बना देगा ... यही कारण है कि निशानेबाज और तीरंदाज हमेशा एक तंग पाने की कोशिश करते हैं। क्लस्टर, उनके उद्देश्य को समायोजित करने से पहले। साधन अंशांकन के साथ भी। 30.000V परीक्षण बिंदु के पक्ष में एक छोटा समायोजन करना, बाकी सब को प्रभावित करेगा, इसलिए वे केवल एक निश्चित सीमा के भीतर इसे समायोजित कर सकते हैं इससे पहले कि यह सिस्टम की समग्र सटीकता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है।
यहां दो मुद्दे हैं और भले ही कई लोगों ने उन पर चर्चा की है, मैं उन्हें संक्षेप में संक्षेप में बताने की कोशिश करूंगा।
पहला यह है कि एक वाल्टमीटर की तरह कुछ एक आंतरिक संदर्भ वोल्टेज होगा जो एक अच्छी तरह से समझी गई शारीरिक प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप अच्छी तरह से समझा तापमान (आदि) विशेषताओं के साथ एक ज्ञात वोल्टेज में परिणाम होता है।
दूसरा यह है कि यदि आप किसी भी प्रकार के सटीक कार्य (गुणवत्ता नियंत्रण आदि) कर रहे हैं, तो आपके पास नियमित रूप से अपने वाल्टमीटर को कैलिब्रेट किया जाएगा। यह जरूरी नहीं है कि कोई व्यक्ति इसके अंदर जाता है और कुछ भी बोलता है, लेकिन इसका मतलब यह है कि एक बाहरी अंशांकन वोल्टेज उस पर लागू होता है और आपको यह कहते हुए एक प्रमाण पत्र दिया जाता है कि आपका वाल्टमीटर क्या प्रदर्शित करता है।
और बाहरी अंशांकन के लिए उपयोग किया जाने वाला वोल्टेज स्रोत आमतौर पर एक तृतीयक संदर्भ होता है, अर्थात इसे स्वयं एक द्वितीयक संदर्भ के खिलाफ अंशांकित किया गया है, जो कि एनपीएल, एनआईएसटी या जो भी प्रयोगशाला इसे धारण करता है, वह सीधे आपके अधिकार क्षेत्र के प्राथमिक संदर्भ के खिलाफ अंशांकित होता है।
सभी मानकों के साथ सामान्य दृष्टिकोण कुछ "संदर्भ स्रोत" का उपयोग करना है जो प्रलेखन के बाद किए जाने पर उसी वोल्टेज के बारे में पैदा करता है। यह निर्माण करना महंगा हो सकता है और लंबे समय तक नहीं रह सकता है लेकिन इससे कोई फर्क नहीं पड़ता क्योंकि कई व्यावहारिक उपकरणों को इसके खिलाफ कैलिब्रेट किया जा सकता है।
दूसरे शब्दों में, विभिन्न कार्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले एक वाल्टमीटर को उच्च परिशुद्धता प्रयोगशाला वोल्टमीटर पर कैलिब्रेट किया जा सकता है, एक महंगी डिवाइस जिसका उपयोग ज्यादातर अन्य उपकरणों के अंशांकन के लिए किया जाता है। यह शायद कुछ रासायनिक या अन्य संदर्भ वोल्टेज स्रोत का उपयोग करके कैलिब्रेट किया गया था। शायद इन दोनों वाल्टमीटर के बीच अधिक "मध्यवर्ती पीढ़ी" थी।
एक बैटरी का वोल्टेज रसायन विज्ञान के ज्ञान से अनुमानित है; वेस्टन सेल की तरह कुछ बैटरी (धन्यवाद @PeterMortensen; मैं इसका नाम भूल गया!) एक स्थिर वोल्टेज बनाए रखने में असाधारण रूप से अच्छे हैं और इनका उपयोग वोल्टेज संदर्भ के रूप में किया जाता है।
यह, वास्तव में, 1990 से पहले वोल्ट को कैसे परिभाषित किया गया था। आजकल, वॉल्ट को जोसेफसन जंक्शनों की एक सरणी का उपयोग करके परिभाषित किया गया है, जिसे मैं यहाँ समझाने के लिए पर्याप्त रूप से नहीं समझता।
वहां से, आप अन्य भौतिक वोल्टेज संदर्भों को कैलिब्रेट कर सकते हैं जो अधिक सुविधाजनक हैं, जैसे कि ब्रोकॉ बैंडगैप संदर्भ या जेनर डायोड, जिसे आप तब वोल्टेज रेगुलेटर, वोल्टेज संदर्भ, बिजली की आपूर्ति, और जैसे बनाने के लिए उपयोग कर सकते हैं।
कैसे हम एक वाल्टमीटर का उपयोग किए बिना फिर से वेस्टन सेल के वोल्टेज को जानते हैं?
आपको नहीं करना है। आप बस लिखते हैं कि यह क्या होना चाहिए, और हर कोई इससे सहमत है, और वह यह है। पूरी तरह से मनमाना, लेकिन विचार यह है कि सभी को मूल्य पर सहमत होने के बारे में सूचित किया जाता है। बेशक वेस्टन सेल अप्रचलित है, लेकिन वेस्टन कोशिकाओं का उपयोग करने का कारण यह था कि जो कोई भी एक अच्छी तरह से निर्माण कर सकता है, उसे स्वचालित रूप से एक काफी सटीक वोल्ट मानक मिलेगा। उनका उपयोग यह परिभाषित करने के लिए किया गया था कि वोल्ट क्या था, और ऐसी परिभाषा के रूप में उपयोग करने योग्य थे क्योंकि वे अच्छी प्रयोगशाला तकनीक से अधिक कुछ नहीं के साथ प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य थे: आपको वेस्टन सेल बनाने के लिए वोल्ट संदर्भ की आवश्यकता नहीं थी।
आपने यह भी पूछा होगा: हम कैसे जानते हैं कि एडीसी रैखिक है - कि अगर यह संदर्भ वोल्टेज के 1/2 को मापता है, कि यह किसी तरह से बंद नहीं है? इसे केल्विन-वार्ली डिवाइडर (KVD) के रूप में भी जाना जाता है संदर्भ वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग करके हल किया जाता है। वे संक्षेप में, एक पोटेंशियोमीटर हैं, लेकिन वाइपर के साथ स्विच के साथ बदल दिया गया है। इस तरह के डिवाइडर में प्रतिरोधक तत्वों को केवल अनुपातिक ट्रैकिंग को बनाए रखने की आवश्यकता होती है - यानी कि उनके अनुपात को बनाए रखा जाता है, जबकि उनके पूर्ण मूल्यों को बिना किसी अनुचित प्रभाव के कुछ प्रतिशत तक बंद किया जा सकता है। ध्यान दें कि हमें यह जानने की जरूरत नहीं है कि अनुपात क्या है - केवल यह 1: 1 है या नहीं। यदि वे बंद हैं, तो आप उन्हें तब तक ट्वीक करें जब तक वे 1: 1 के अनुपात में वापस नहीं आ जाते। और यह सत्यापित करने के लिए, आपको सभी की आवश्यकता है एक शून्य मीटर और एक व्हीटस्टोन ब्रिज: इसके साथ आप बहुत ही सटीक रूप से अवरोधक मानों की तुलना कर सकते हैं। एक बार जब आपको प्रतिरोधों का एक गुच्छा मिल जाता है, तो आप जानते हैं कि सभी का मूल्य समान होता है (कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह वास्तव में क्या है - जब तक यह समान है), ऐसे प्रतिरोधकों का उपयोग केवीडी के निर्माण खंडों के रूप में किया जा सकता है, और डिजिटल रूप से समायोज्य वोल्टेज में परिवर्तित हो सकता है। विभक्त करनेवाला। इस तरह के डिवाइडर के आउटपुट का उपयोग ADC के प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए एक अशक्त मीटर के साथ किया जा सकता है: ADC के संदर्भ में इनपुट के साथ 0.50000 पर विभक्त सेट करें, ADC इनपुट को इसके आउटपुट को खिलाएं, और देखें कि ADC मिड-रेंज मान के कितना करीब है।