Mathematical Model of Dependence of Electrical Measuring Device Accuracyon Temperature Effects: Experimental Research and Modeling

Authors

  • A. P. Bobryshov Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-2-4-21

Keywords:

mathematical model, temperature impact, accuracy and deviations of measurements, electrical instrumentation

Abstract

Product or service quality assessment is a complex task in terms of data collection and processing. For electrical test and measurement devices, one of the key parameters affecting the operating quality is the influence of external conditions, one of which is the ambient temperature. Since measurement device is a complex structural product, the effect of temperature has to be evaluated comprehensively on the entire electrical data display mechanism. The key objective of this study is to construct a mathematical model that characterizes the short-term effects of external temperature exposure on the overall design, operation, and quality of an electrical instrumentation device. The model presented in the study considers the change in the internal resistances of the instrument, the change in the magnetic induction and the characteristic rebuilding dynamics of the return mechanism spring of the arrow-analog measurement devices. According to the model results, the diagrams of temperature effect on the errors of electrical measurements were presented. It was determined that when operating in the boundary modes, values close to the normalizing one exceed the device allowable error. The presented model is proposed to be used as a tool for evaluation, tracking and correction of electrical instrumentation deviations, as well as for more precise determination of the measurement device quality level subjected to temperature effects. The results of the model have an objective quantitative assessment for qualification and adjustment of the verification interval. According to measurements of temperature modes and basic parameters of the investigated electrical instrumentation, it is possible to perform modeling and evaluate further temperature effect on the final accuracy of the device.

Author Biography

A. P. Bobryshov, Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

Post-graduate

References

Кочетков А. В., Федотов П. В. Уравнение состояния газа и модель идеального газа // Вестник евразийской науки. 2017. Т. 9, № 3. С. 57.

Bobryshov A. (2024) Analysis of the influence of mathematical algorithms of measurement processing of electrical control and measuring devices on the results of verification. Bulletin of the Unesco chair "Distance education in engineering" of the SUAI, no. 9, pp. 45-49.

Добрышкин А. Ю., Сысоев О. Е., Сысоев Е. О. Экспериментальное исследование влияния воздействия температурного режима на модуль Юнга // Труды МАИ. 2020. № 115. DOI: 10.17580/tsm.2025.03.09

Теоретическая оценка влияния автоматизации на производственный процесс поверки контрольно-измерительных приборов / А. П. Бобрышов, С. В. Солёный, М. В. Сержантова, В. П. Кузьменко, М. Э. Создателева, Р. В. Рудаков // Ядерная физика и инжиниринг. 2023. Т. 14, № 6. С. 571-577.

Литвишков Ю. Н. О физическом смысле параметров уравнения Аррениуса // Kimya Problemləri. 2019. С. 456-464. DOI: 10.32737/2221-8688-2019-3-456-464

Донец С. А., Чикова Ю. Н., Шамарина Н. И. Оптимизация параметров пленочных резисторов, формируемых в диэлектричсеких структурах гибридных многослойных печатных плат // Вестник воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5, № 5. С. 228-231.

Крюков М. Высокостабильные тонкопленочные чип-резисторы фирмы Phycomp // Компоненты и технологии. 2003. № 4. С. 16-18.

Экспериментальное определение конструктивно-технологических параметров стрелочных электроизмерительных приборов магнитоэлектрической системы / А. А. Новиков, В. А. Тихоненков, О. Д. Новикова, И. А. Новикова // Вестник ульяновского государственного технического университета. 2004. № 2. С. 44-46.

Ezzat M.A., Othman M.I., El-Karamany A.S. (2011) The dependence of the modulus of elasticity on the reference tempera generalized the rmoelasti city. Journal of Thermal Stresses, no. 12, pp. 1159-1176. DOI: 10.1080/014957301753251737

Cyrulies E. (2023) The effect of temperature on the coefficient of elasticity of a spring: Construction of a device for its determination and calculation of its internal energy as a training practice. European Journal of Physics, no. 2. DOI: 10.1088/1361-6404/acb46f

Рузиев Ш. Восстановление упругости пружин методом термомеханической обработки // Общество и машиностроение. 2020. № 1. DOI: 10.47689/2181-1415-vol1-iss1/s-pp1-7

Zhang Tu, Yiliang Lv, Liang Li (2021) Study on the Effect of Temperature on Magnetization of Permanent Magnet: IEEE 2nd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE) 2021. DOI: 10.1109/CIYCEE53554.2021.9676949

Черкасова О. Я., Черкасова С. А. Термостабильность постоянных магнитов как основной фактор снятия обратимых изменений для обеспечения надежности изделия // Вестник науки и образования. 2016. № 12. С. 6-8.

Исследование влияния температуры на магнитные характеристики ферритов из марганцево-цинкового сплава / М. Л. Кахняж, Я. Л. Салах, Р. Ю. Шевчик, А. В. Беньковски, И. В. Коробийчук // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2015. С. 17-21.

Markov N.N., Kainer G.B., Satserdotov P.A. (1963) Effect of temperature on errors of instruments in the course of measurements. Measurement Techniques, vol. 6, pp. 898-903. DOI: 10.1007/BF00990868

Watson J., Castro G. (2012) High-Temperature Electronics Pose Design and Reliability Challenges. Analog Dialogue, no. 46.

Marangoni T.A., Benny G., Borup K.A., Hansen O., Petersen D.H. (2021) Determination of the temperature coefficient of resistance from micro four-point probe measurements. Journal of Applied Physics, no. 16. DOI: 10.1063/5.0046591

Бородина Е. А., Семенова Л. Л. Зависимость сопротивления от температуры различных материалов и определение их температурного коэффициента // Вестник кибернетики. 2019. № 1. С. 55-59.

Бобрышов А. П., Соленый С. В., Кузьменко В. П. Анализ и оценка ключевых конструктивных особенностей, определяющих качество электрических контрольно-измерительных приборов // Инновационное приборостроение. 2024. Т. 3, № 4. С. 5-13.

Suqin X., Jiahai Z., Baoliang Z., Guodong S., Zhen C., Jia Q., Yongquan S. (2021) Effects of Environmental and Electrical Factors on Metering Error and Consistency of Smart Electricity Meters. Applied Sciences, no. 11. DOI: 10.3390/app112311457

Published

06.07.2025

How to Cite

Bobryshov А. П. (2025). Mathematical Model of Dependence of Electrical Measuring Device Accuracyon Temperature Effects: Experimental Research and Modeling. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 28(2), 4–21. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-2-4-21

Issue

Section

Articles