Много было вопросов про абсолютную точность Датчика Самогоныч. Для ректификации она не требуется, но всё же в итоге этот вопрос меня самого заинтересовал, и я провел калибровку своего личного Датчика. Ниже выкладываю описание, как я это сделал.
Сразу говорю, что в моём распоряжении был только поверочный лабораторный ртутный термометр с ценой деления 0.2С. Поэтому, хоть результаты и получились очень оптимистичными (средняя ошибка 0,025С), но ... Кто знает, был бы поверенный термометр с большей точностью, может результаты были бы ещё лучше.
Подготовка к измерениям
Вынул из гильз оба зонда и скрепил их вместе термоусадкой. Затем прикрепил к наконечнику ртутного термометра обрезком силиконового шланга:
Это нужно для минимальной задержки изменения температуры между термометром и зондами. Неплохо было бы ещё и термопастой между ними капнуть
Засыпал в кружку побольше сухого песка. Можно и другие сухие достаточно мелкие материалы с хорошей теплоемкостью. Поставил на подогревательный стол 3Д принтера, накрыл пенопластовой коробкой без дна, и через небольшое отверстие сверху вставил термометр с прикрепленными зондами. Причем постарался, чтобы наконечник оказался где-то в центре песка.
Кружка с засыпкой требуется для большей инерции и лучшей температурной стабилизации. Кружка желательно металлическая, чтобы окружающие тепловые излучения меньше влияли на температуру содержимого, а также более быстрого распространения тепла по металлическому корпусу. Неплохо бы ещё и пенопласт обернуть фольгой.
Проведение замеров
Для калибровки абсолютной точности измерения температуры Датчиком, требуется минимум два замера. Лучше три. Остальные замеры я проводил для проверки получаемых калибровочных коэффициентов.
Замеры проводил от 50С до 97С с шагом около 5С. Ниже 50С не видно шкалу термометра из-за пенопластовой коробки, выше 97С не удается нагреть на столе 3Д принтера. Но это отлично подходит для нужд ректификации, при которой обычно используется диапазон от 75 до 95С. Понятно, что можно откалибровать и для других диапазонов, был бы подходящий поверочный термометр и возможность нагревать (охлаждать) до нужных температур.
Особенность нагревательного стола 3Д принтера в том, что он поддерживает заданную температуру в довольно широких приделах. Выглядит это как пила:
Видно, что при заданных 50С, температура стола колеблется где-то от 49 до 53С. Но нас выручает кружка с теплоемким наполнителем, поэтому на зондах, в масштабе 0.1С, через некоторое время стабилизации можно наблюдать довольно ровное поведение температуры:
Я старался снимать показания, когда Угол изменения температуры пару раз переходил через 0 (Графики Угол1 и Угол2).
Когда температура стабилизировалась, я фотографировал показания градусника в максимальном приближении (у меня x8). Причем смартфон прижимал к вертикальной направляющей 3Д принтера, и добивался положение кончика ртути в центре экрана, для того, чтобы фотография была сделана под точно прямым углом к градуснику, и не было сдвига показания. Для того, чтобы от градусника не отсвечивало, использовал внешний источник яркого света ниже, или выше уровня ртути.
После фотографирования, в течении нескольких секунд ставил метку на графике в программе Самогоныч, для списывания значений с АЦП позднее
Затем открывал фотографию градусника в редакторе и под большим увеличением попиксельно высчитывал точное значение. Это удобно делать по координатам курсора.
Понятно, что изображение довольно размытое, но это позволяет ещё вытащить точности из старого аналогового прибора измерения. Точность изготовления шкалы и трубки под ртуть конечно не предназначены для измерения с большей точностью. Да и их геометрические размеры также меняются под воздействием разных температур, но всё же...
После точного определения температуры с ртутного термометра, записывал значения АЦП по ранее поставленной вертикальной метке с помощью показаний курсора. Все значения записывались в Excel:
Ровные значения температуры 55, 70, 75.4С - это когда ртуть попадала на поперечную линию шкалы и было не разобрать её точное положение. Позднее стал специальное избегать таких ситуаций. Добавлял, или убавлял нагрев и стабилизировал температуру заново.
Калибровка
Итак, сняли два, а лучше три замера. После этого открываем Настройки программы Самогоныч. Нажимает кнопку "Калькулятор Стейнхарта-Харта" для 1-го канала, и вводим значения АЦП0 и соответствующие ему значения с ртутного термометра в поля Поверочных точек. На картинке ниже введены три точки отмеченные в таблице выше.
При вводе двух точек, сначала высчитываются стандартные R25 и B коэффициенты, затем по ним автоматически высчитываются три точки 0, 50 и 100С, а уже по ним искомые коэффициенты.
После нажатия кнопки "Посчитать параметры А,В,С" для трех точек, или "Посчитать параметры терморезистора R25, B" для двух точек, внизу появляются искомые настроечные коэффициенты, которые нажатием кнопки "Вставить коэф-ты в параметры канала" перемещаются в Настройки.
Тоже самое нужно проделать для 1-го канала.
Анализ абсолютной точности
После калибровки прибора, мне было интересно дополнительно оценить стабильность полученной точности. Несколько раз выключал прибор, оставлял на ночь. Опять включал и снимал крайние точки. Всё это делал на протяжении около недели. Все эти замеры в таблице ниже.
Поигрался коэффициентами, чтобы минимизировать другие ошибки, но полностью убрать не удается, так как всё же вылезли искажения термометра не рассчитанного на такую точность. Заметил три диапазона:
1. ... - 55С, полка отрицательных ошибок
2. 55 - 70С, полка положительных ошибок,
3. 70 - ...С, полка отрицательных ошибок.
Причем ошибка не постепенно увеличивается от и снижается к калибровочным точкам, а как бы образует три полки.
В итоге уменьшая Ошибки в одном диапазоне, увеличиваю в двух соседних. Остановился на этом:
Средняя ошибка получилась 0,025С.
Дельта между двумя зондами около 0,010С, из которых 0,005С - шумы. Так что потенциал на увеличение абсолютной точности ещё большой. Было бы чем калибровать.
P.S. Знаю, что статья и терминология не соответствуют метрологическим канонам. Про ГОСТовские классы точности вообще не упоминал. Писалась для обычных пользователей.
