Mathematical Model of Long-Term Temperature Effects on the Functioning Quality of Electrical Measuring Instruments: Research and Modeling
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-1-67-77Keywords:
long-term temperature effect, electrical measuring instruments, mathematical model, measurement accuracy, Component degradation, Arrhenius equationAbstract
The assessment of long-term stability of electrical measuring instruments (EMI) is a complex task associated with the influence of external factors, where the ambient temperature is the most significant one. Prolonged temperature exposure leads to degradation processes in the electrical, magnetic, and mechanical components of measuring devices (MD), resulting in their accuracy decrease. The main objective of this study is to develop a mathematical model describing the long-term thermal effects on the technical quality of EMI. Unlike the author’s previously proposed model of short-term effects, the present work focuses on the description of irreversible thermal processes. The developed model considers the changes in resistance and temperature coefficient of resistance (TCR), magnetic induction and temperature coefficient of magnetic induction (TCMI), as well as the elasticity and torque of the return spring in analog-pointer (APT) instruments. To describe the dynamics of degradation processes the Arrhenius equation was employed as the basis, enabling the dependency derivation to assess the accuracy parameter variation with time. Simulation results provided accuracy curves for both APT and digital systems. The findings demonstrate that mechanical and magnetic components are more sensitive to thermal effects compared to the electronic parts of digital measuring devices. The proposed model and methodology allow predicting the decline of technical quality of EMI under real operating conditions, accounting for climatic factors when selecting equipment, and adjusting calibration intervals depending on environmental conditions. The practical significance of this work lies in the possibility of integrating the developed tools into quality assessment systems for EMI, thereby improving operational reliability and providing a more objective quantitative evaluation of their condition.References
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
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.
Зимина П. С., Печерская Е. А. Исследование температурной зависимости сопротивления проводников электрического тока // Инжиниринг и технологии. 2025. Т. 10, № 1. С. 63-67. DOI: 10.21685/2587-7704-2025-10-1-15
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
Филимонов С. С. Магнитные полупроводники для эффективных термоэлектрических преобразователей энергии // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021. № 10. С. 44-45. EDN IPNMFS
Манаков Н. А., Еремин А. М., Чирков Ю. А. Особенности магнитных свойств быстрозакаленных микрокристаллических сплавов на основе редкоземельных металлов // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 2(48). С. 34-39. DOI: 10.25699/SSSB.2023.48.2.013. EDN OQIKHV
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
Козлов В. А. Силовая полупроводниковая электроника и микроэлектроника: полупроводниковые материалы, технологии, компонентная база // Наноиндустрия. 2021. Т. 14, № S7(107). С. 882-883. DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.7s.882.883. EDN IDNNZX.
Рузиев Ш. Восстановление упругости пружин методом термомеханической обработки // Общество и машиностроение. 2020. № 1. DOI: 10.47689/2181-1415-vol1-iss1/s-pp1-7
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
Механизмы возникновения температурных погрешностей тонкопленочных резистивных структур / А. А. Рыжов, С. А. Гурин, М. Д. Новичков [и др.] // Надежность и качество : труды международного симпозиума. 2025. Т. 2. С. 385-389. EDN LJWCLO
Литвишков Ю. Н. О физическом смысле параметров уравнения Аррениуса // Kimya Problemləri. 2019. С. 456-464. DOI: 10.32737/2221-8688-2019-3-456-464
Добрышкин А. Ю., Сысоев О. Е., Сысоев Е. О. Экспериментальное исследование влияния воздействия температурного режима на модуль Юнга // Труды МАИ. 2020. № 115. С. 2.
Кочетков А. В., Федотов П. В. Уравнение состояния газа и модель идеального газа // Вестник Евразийской науки. 2017. Т. 9, № 3. С. 57.
Шарипов М. Л. Исследование сопротивления и удельного сопротивления медных проводов в зависимости от температуры // Вестник Бохтарского государственного университета имени Носира Хусрава. Серия: Естественные науки. 2025. № 2-3(138). С. 78-83. EDN TLHZBN
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
Ремизова В. М. Электрическая проводимость полупроводников // Университетская наука. 2021. № 1 (11). С. 174-176. EDNTDKTUM
Корячко М. В., Попов А. Ю., Авдонин Д. Е. К вопросу термической устойчивости межсоединений полупроводниковых приборов // Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций. 2024. № 7. С. 131. EDN GWQZVH
Магнитоэлектрический эффект в области магнитоакустического резонанса в структуре ИЖГ/ниобат лития/ кремний / М. И. Бичурин, О. В. Соколов, С. В. Иванов, И. Ю. Марков // Челябинский физико-математический журнал. 2025. Т. 10, № 2. С. 207-215. DOI: 10.47475/2500-0101-2025-10-2-207-215. EDN PBFTHZ
Бобрышов А. П. Математическая модель зависимости точности электрических измерительных приборов от температурных воздействий: экспериментальное исследование и моделирование // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2025. Т. 28, № 2. С. 4-21. DOI: 10.22213/2413-1172-2025-2-4-21
Карасева У. П., Фрейдин А. Б. Релаксация напряжений и структуры в неравновесном вязкоупругом материале // XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике : сборник тезисов докладов : в 4 томах. Санкт-Петербург, 21-25 августа 2023 года. Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2023. С. 895-897. EDN PKQNWT.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Алексей Павлович Бобрышов

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.