校正 – 公差と測定結果
はじめに
お客様がISO/IEC 17025認定校正試験所にDanisense電流トランスデューサの校正報告書の提出を依頼される場合、校正報告書は電流トランスデューサの測定精度のみを記載するのか、それとも事前に定義された決定規則に基づいて特定の仕様への適合証明書も提出するのかについて、お客様が積極的に決定することが重要です。後者の場合、ISO/IEC 17025規格は校正試験所に対する要求事項を明確にしている：
「顧客が試験又は校正の仕様書又は規格への適合の記述を要求する場合、仕様書又は規格及び判 定規則を明確に定義しなければならない。要求された仕様又は規格に固有のものでない限り、選択された判定規則は顧客に伝達され、顧客と合意されなければならない。”
ダニセンスでは、上記のような「適合証明書」が必要とされる場合、校正報告書がお客様の求める価値を確実にもたらすためには、お客様が公差仕様の定義に積極的に関与されることが重要であると考えています。この2つのケースを区別することができます：
- 電流変換器の適合性宣言書は、顧客のアプリケーションに由来する特定の顧客要件に関して書かれる。
- 電流トランスデューサの適合性宣言は、一般的なデータシートの仕様を参照してください。
どちらの場合も、顧客が変換器の適合性証明書に使用する仕様を積極的に決定している場合、これらの数値を使用して、用途で要求される計算仕様よりもはるかに低い校正不確かさを提供できる校正試験所を選択することもできます。後者は、事前に定義された決定規則が、結論の出ない適合宣言書につながることを避けるのに役立つ。
以下のセクションでは、お客様が特定の電流変換器アプリケーションに由来する仕様を提供できない場合に備えて、一般的なデータシートのデータに基づいて公差仕様を計算する方法について説明します。
キャリブレーション用デバイスの構成
校正可能な機器構成は基本的に3種類ある。
- 電流出力付き電流変換器
- 電圧出力付き電流変換器
- 電流出力付き電流トランスデューサ +電圧 出力 モジュール（VOM）付きDaniSense システムインターフェースユニット（DSSIU）
コンフィギュレーション・オプションについては、以下の記事とマニュアルに記載されている：
電流出力付き電流変換器
校正機関は、多くの場合、5点から10点の測定点を顧客に提供する。しかし、この点に関する標準はないので、顧客が自由に測定点を選ぶことができる。考慮すべきは、ラボの機器の技術的な境界条件だけである。
テストする電流値が決まれば、データシートに従って精度を計算することができます。DS200ID電流センサーの精度を以下に示します。必要な値は、データシートの2ページに記載されています。
必要なパラメータは下図の赤で示されている。精度の計算は、DC信号に対して以下で行います。
以下の絶対誤差は、一次定格電流DCの15 Aまたは5 %の場合である：
この式により、すべてのテストポイントについて mA の絶対誤差を計算することができる。許容誤差はパーセント誤差として定義することもできます。
ダニセンス独自のフラックスゲート技術に基づく電流変換器は、非常に堅牢で耐久性のある製品ですが、使用中の物理的材料の応力や経年変化は、長期的には性能にわずかながら影響を与える可能性があります。使用済みのデバイスを校正する場合、これらの経年変化は許容範囲に含めることができます。オフセットの経時安定
性はデータ・シートに記載されています。このパラメータは、絶対誤差値𝜖𝑡に追加することもできます。この結果、対応する計算式が得られます。
経時安定性」パラメータが、指定された最大値で一方向にのみ動き、その結果、可能な限り最大の誤差を発生させる可能性は、確かに低い。このため、このパラメータを計算された確率でのみ考慮するユーザーもいる。しかし、上記の式は、データシートに従って最悪のシナリオを計算するために使用することができます。
校正機関とのコミュニケーションを容易にするため、顧客は自ら必要な公差値を定義し、校正機関への注文書に明記する必要があります。測定値がこれらの公差値の範囲内であれば、顧客はそのアプリケーションで電流変換器を使用し続けることができます。
電圧出力付き電流変換器
電流変換器のハウジングから直接電圧出力を得るために、電圧 出力 モジュール（VOM）がハウジングに直接取り付けられています。電圧信号は、標準BNCケーブルを使用して、BNCソケットの各測定器に接続することができます。
電圧出力付きの電流変換器は、一般に、電流変換器自体で二次電流から電圧出力信号への変換が追加されるため、誤差値がわずかに高くなります。また、測定抵抗器が内蔵されているため、物理的な部品のドリフトにより、時間の経過とともに比率の誤差値が増加する可能性もあります。
データ・シートでは、これらの追加的なエージング・プロセスは、パラメータ「Ratio stability」で指定されています。従って、ある一定期間、既に顧客によって使用された装置を校正する必要がある場合、誤差公差を計算する際に、このパラメータも考慮する必要があります。
新しい装置の場合は、電流出力のある電流変換器と同じ手順を用いることができる。
電圧出力を持つ新しいデバイスのエラーリミットの計算式：
電圧出力で使用されるデバイスのエラーリミットの計算式：
前章の最後で述べたように、これは最悪のシナリオである。どの許容値を必要とするか、また「オフセットの経時安定性」と「比率の安定性」パラメーターをどのように考慮するかは、お客様次第です。上記の式は、データ・シートによると最悪のシナリオである。
DSSIU（DaniSense システムインターフェースユニット）付き電流トランスデューサー
この構成では電圧 出力 モジュール(VOM)はDSSIU-6-1U-Vにあります。電圧出力はミニXLRソケット(3)を介して提供されます。
原則として、DSSIU-6-1U-V の VOM は、関連する電流変換器なしで校正できます。このためには、使用する電流変換器の電流出力信号に対応する電流信号をD-SUB接続を介してテスト項目に印加します。テストポイントは事前に顧客と合意します。
実装モジュールの公差値は、DSSIU-6-1U-V のデータシートに記載されています。繰り返しになりますが、VOMの部品ドリフトに注意し、経時的な安定性が公差計算に考慮されていることを確認してください。
ここで指定されているパラメータは、以下の値を指すことに注意してください。
オフセットエラー｜ppmはIPN DCを指す
レシオエラー｜ppmは読み取り値
ただし、システム・ユニットと連動した電流変換器の校正を推奨します。これにより、測定器までの電流測定チェーン全体が校正されます。この場合、電流変換器は個々のチャンネルに割り当てられます。
校正測定と結果
用途によっては適合宣言が必要です。この場合、顧客は電流変換器をIEC 17025に従って認定された試験所に送り、そこで対応する精度測定を行います。原則として、要求される許容限界（満たすべき精度値）を定義するのはお客様次第です。多くの場合、許容限界は個々の測定ポイントについて電流変換器のデータシートに従って計算され、意思決定の基礎としてそれぞれの適合宣言書に文書化されます。
IEC 17025に従って認定された試験所は、個々の測定点に存在する測定の不確かさも示さなければなりません。従って、測定値は多くの場合、関連する測定の不確かさと共にグラフで表示されます。
上の図は、測定Aだけが100％の確率で許容限界内にあることを示しています。測定Bの場合、測定の不確かさが大きいため、測定値も許容範囲外になる可能性があります。これは、適合性に関する誤った決定がなされる可能性があることを意味する。
これを測定結果の評価で可視化するために、「非二項ステートメント」が導入されている。したがって、上図の測定結果Bは、”合格 “ではなく “条件付き合格 “で評価することができます。この指定によって、測定結果が、結局のところ電流変換器が許容範囲外であるという残余確率を含んでいることが直ちに明確になります。
多くの場合、測定の不確かさは、計算された電流変換器の許容範囲よりも大きくなります。これは「条件付き故障」評価につながる可能性があります。他の校正ラボでは測定の不確かさが低いため、この評価にもかかわらず、電流変換器がデータシートの仕様に従った許容範囲内にある可能性が高いことがよくあります。
Danisenseは、測定不確かさが許容限界に対して高いと考えられる試験所から明確なバイナリ評価を得るために、許容限界を計算する際に測定不確かさを考慮に入れることを推奨しています。
この推奨は、実際の例を用いて説明するのが最も効果的です。例えば、DS600IDのDC校正レポートには、以下の測定結果が記載されています。
定格一次電流の20%を含む測定偏差は、データシートの許容誤差を超えています。上述した電流変換器の総合精度を計算するための公式では、Aという単位で結果が得られますが、偏差は測定値Ireadingの%で示されるのが一般的です。以下の公式を使えば、正負の最大許容値を%で計算することができます。
データシートに従ったIreadingの最大公差％：
データシートの公差は、Y軸の両方向にラボの測定不確かさの2倍を加えることができる。計算式は以下の通り。
より良い概観のために、測定された偏差を計算された測定の不確かさと共に表示することが有用です。完全を期すため、公式もここに記載する。
次の図は、公称電流の20%以降について、校正ラボで「条件付き故障」と評価された電流トランスデューサDS600IDの測定値を示しています。赤い十字は、計算された許容値の範囲外です。ただし、測定の不確かさは、許容限界に対して高いものとして評価されます。
電流トランスデューサの紺色の許容限界は、各測定ポイントのラボの測定不確かさの2倍ずつ増やした。水平の緑色のバーは、調整された許容限界を表しています。これで校正ラボは明確なバイナリ表示ができるようになりました。
AC校正の特殊な側面
交流信号の精度の計算は、総誤差の計算式に直流と交流の実効値が含まれていても、同じ方式に従う。