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Kalibrator

Einführung zum Thema Gerätekalibrierung

Ein Kalibrator ist ein Gerät zur Anpassung der Gerätegenauigkeit, die oft im Zusammenhang mit einer spezifischen Anwendung steht. Ein noch so hoch entwickeltes Gerät taugt ohne Kalibrierung nicht für den industriellen Einsatz. Durch Kalibrierung werden Anpassungen an einem Geräteelement vorgenommen, die sicherstellen, dass das Gerät die erwartete Funktion erfüllt – durch die Erfüllung der Qualitätsstandards ist Verlass auf die Lieferung klar definierter und genauer Ergebnisse.

Einfach ausgedrückt ist die Kalibrierung ein Einstellvorgang an einem Gerät, damit es die technischen Spezifikationen des Herstellers erfüllt. Die Kalibrierung wird manchmal auch als das Herausgeben von Daten, einschließlich eines Kalibrierprotokolls oder Kalibrierzertifikats, definiert. Dieses sichert dem Endnutzer die Konformität des Produkts mit den angegebenen technischen Daten und vielleicht auch mit externen Richtlinien, wie denen der International Organization for Standardization (ISO), zu. Die Norm ISO 9001 gibt beispielsweise technische Spezifikationen für den weltweiten Wirtschaftssektor vor. Viele Unternehmen halten sich an diese Standards, und stellen damit sicher, dass ihre Produkte und/oder Dienstleistungen von den Zulieferern und Kunden akzeptiert werden. Diese zweite Definition der Kalibrierung wird zutreffender als Zertifizierung bezeichnet.

Die meisten Instrumente und Sensoren sind zur Erfüllung bestimmter Genauigkeitsanforderungen konstruiert; der Prozess der Anpassung eines Geräts an diese Spezifikationen wird als Kalibrierung bezeichnet. Ein Gerät, das zur Kalibrierung anderer Geräte verwendet wird, nennt man Kalibrator. Kalibratoren unterscheiden sich je nach zu kalibrierendem Gerät und Messgröße in Form und Funktion.

Kalibratoren

Weitere Informationen über Kalibratoren

Wie oft muss ein Gerät kalibriert werden?


Normalerweise liefert ein Hersteller sein Gerät in kalibriertem Zustand aus.

Die darauffolgenden Kalibrierungen können im Hause des Endnutzers, in einem beauftragten Labor oder durch den Hersteller erfolgen. Die Häufigkeit der Neukalibrierung ist je nach Gerät unterschiedlich.

Die Entscheidung über die Neukalibrierung beispielweise eines Durchflussmessers hängt hauptsächlich von der Leistungsfähigkeit des Messgeräts in der Anwendung ab. Wenn der Durchflussmesser von korrosiven oder abrasiven Flüssigkeiten durchströmt wird, dann altern die Bauteile innerhalb des Geräts in sehr kurzer Zeit. Unter günstigen Bedingungen kann derselbe Durchflussmesser über Jahre im Einsatz bleiben, ohne dass eine Neukalibrierung erforderlich wird.

In der Regel ist eine Neukalibrierung aber mindestens einmal jährlich durchzuführen. Allerdings muss die Häufigkeit in kritischen Anwendungsfällen viel höher liegen.

Der Kalibriervorgang

Ein Unternehmen sendet das zu kalibrierende Gerät an ein Messtechnik- und Kalibrierlabor, wo geeignete Mess- und Prüfgeräte bereitstehen, die selbst strenge Kalibrieranforderungen erfüllen müssen. Ein sachkundiger Techniker bringt dort unter Verwendung dieser Ausrüstung das Gerät wieder in einen Zustand, der der Spezifikation entspricht, oder bestätigt, dass das Gerät diese Spezifikationen immer noch erfüllt. In einem industriellen Prozess verwendete Komponenten lassen sich als Ganzes oder in Teilen kalibrieren. So kann beispielsweise eine Temperaturkalibrierung einen einzelnen Fühler oder ein einzelnes Gerät betreffen oder einen mit einem Gerät verbundenen Fühler (Systemkalibrierung). Die während einer Kalibrierung durchgeführten Anpassungen müssen bestimmte Toleranzen einhalten. Solche Toleranzen stellen die zulässigen, sehr kleinen Abweichungen von der durch die Gerätespezifikation bestimmten Genauigkeit dar.

Was gehört zu einer typischen Kalibrierung?

Das allgemeine Prinzip der Kalibrierung lässt sich gut an einem Wägesystem illustrieren.

Archimedes und Leonardo Da Vinci verwendeten für ihre Waage kalibrierte Gegengewichte, mit deren Anordnung auf einem mechanischen Hebel sie die Massen der untersuchten Objekte bestimmten. Eine Abwandlung dieses Geräts verwendet mehrere Hebel mit unterschiedlichen Längen, wobei ein einzelnes Standardgegengewicht zum Einsatz kommt.

Die Einführung der hydraulischen und elektronischen (auf Basis von Dehnungsmessstreifen) Lastzellen stellt den ersten großen Wechsel des Konstruktionsprinzips in der Wägetechnik dar. Für die meisten Anwendungen in der verarbeitenden Industrie werden heute bevorzugt elektronische Lastzellen eingesetzt.

Um zu überprüfen, ob die Messköpfe und Lastzellen ordnungsgemäß funktionieren, muss der Anwender die folgenden Fragen beantworten:
  • Kehrt die Messwertanzeige bei leerem oder unbelastetem System in die Nullstellung zurück?
  • Verdoppelt sich die angezeigte Masse, wenn die aufgebrachte Masse verdoppelt wird?
  • Bleibt die angezeigte Masse unverändert, wenn sich die Position der Last ändert (ungleichmäßige Belastung)?
Wenn diese Fragen mit „ja“ beantwortet werden können, sind die Messköpfe und Lastzellen wahrscheinlich in einem guten Zustand.

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Wählen Sie den richtigen Kalibrator

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IR-Kalibratoren mit Schwarzkörper IR-Kalibratoren mit Schwarzstrahler
Schwarzkörper-Kalibratoren werden zum Kalibrieren von Infrarot-Pyrometern verwendet. Sie bestehen in der Regel aus einer Referenzplatte mit sehr hohem Emissionsfaktor. Die Temperatur dieser Referenzplatte wird sehr genau geregelt. Zum Kalibrieren eines Infrarot-Pyrometers wird die Temperatur der Referenzplatte gemessen. Die Temperaturen von Referenzplatte und Pyrometermessung werden verglichen, und das Pyrometer wird auf den Wert der Referenzplatte eingestellt. Der hohe Emissionsfaktor der Referenzplatte hält Emissionsfaktor bedingte Fehler gering.
Blockkalibratoren Blockkalibratoren
Blockkalibratoren werden zum Kalibrieren von Temperaturfühlern verwendet. Sie bestehen aus einem Metallblock, der exakt auf eine einstellbare Temperatur geregelt wird. Die Temperaturfühler werden in den Block eingesetzt, und die vom Fühler gemessene Temperatur wird mit der Temperatur des Blocks verglichen. Da Temperaturfühler im Allgemeinen nicht einstellbar sind, handelt es sich hier um eine Überprüfung und nicht um eine echte Kalibrierung.
Simulatoren und Referenzsignale Simulatoren und Referenzsignale
Zur Kalibrierung von Geräten, wie zum Beispiel Einbaumessgeräten oder Temperaturreglern wird ein bekanntes, genaues elektrisches Signal benötigt. Der Anzeige- oder Ausgangswert des Geräts kann dann so angepasst werden, dass er zum Eingangssignal passt. Ein Referenzsignal dient zur Erzeugung eines präzisen Signals. Referenzsignale sind als Referenzspannungen, Referenztemperaturen, Referenzströme, Referenzwiderstände und Referenzfrequenzen verfügbar. Zur Kalibrierung von Geräten, die einen Messwert eines Sensors auswerten, wird eine spezielle Referenz verwendet, ein so genannter Simulator. Der Simulator reproduziert das Ausgangssignal eines Sensors mit hoher Genauigkeit. Viele Signalreferenzen und Simulatoren können Signale nicht nur erzeugen, sondern messen sie auch.
Kalibratoren für Fluidisiertes Sandbad für Temperaturfühler Kalibratoren mit fluidisierendem Sandbad
Fluidisierte Sandbäder bieten eine sichere, schnelle Wärmeübertragung und einen genaue Temperaturregelung, die eine effiziente und sichere Kalibrierung von Temperaturfühlern ermöglichen. Für die Fluidisierung strömt Gas (meistens Luft oder Stickstoff) mit einen geringen Überdruck durch eine Kammer oder einen Behälter, die/der mit trockenen, chemisch inaktiven Aluminiumoxidteilchen die gefüllt ist. Die Gas strömt mit einer niedrigen Geschwindigkeit und versetzt die Teilchen in Bewegung, trennt sie und hält sie in einem Schwebenzustand, in dem sich die Teilchen im Bad ähnlich wie eine siedende Flüssigkeit verhalten. Außer der Zirkulation und einem Fließverhalten ähnlich dem wie Flüssigkeiten zeichnen sich die verflüssigten Teilchen durch ihre hervorrangede Wärmeübertragung aus. Die in das Bad eingesetzten Temperaturfühler erreichen schnell eine homogene, stabile Temperatur.
ce point Eispunkt-Referenzkalibratoren ice point™ Eispunkt-Referenzkalibratoren
ice point™ Eispunkt-Referenzkalibratoren erzeugen in der Referenzkammer durch thermoelektrische Kühlelemente eine hochgenaue und stabile 0°C-Referenztemperatur. Der Eispunkt-Referenzkalibrator wird zum Kalibrieren von Temperaturfühlern sowie zur Simulation eines Thermoelementsignals zur Kalibrierung und Prüfung von Geräten mit Thermoelementeingang verwendet.

Häufig gestellte Fragen

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Warum ist die Kalibrierung so wichtig?

Am 12. April 1934 wurde durch einen Anemometer auf dem Gipfel des Mount Washington im US-Bundestaat New Hampshire die höchste jemals gemessene Windgeschwindigkeit in Bodennähe gemessen: 103,3 m/s. Nach dieser Weltrekordmessung wurde das zuletzt im Jahr 1933 kalibrierte Anemometer auf dem Mount Washington neu kalibriert, wobei es sich als korrekt eingestellt erwies. Als im Dezember 1997 ein Taifun auf Guam traf, schien der Rekord gebrochen zu sein. Ein Anemometer auf einer Luftwaffenbasis der US-Luftwaffe verzeichnete eine Windböe von 105,5 m/s. Allerdings hatte dieser Messwert keinen Bestand, weil das zuständige nationale Komitee diesen Anemometer als unzuverlässig einstufte. Für Messtechnikexperten veranschaulicht dieses Musterbeispiel die Wichtigkeit der Kalibrierung. Anmerkung: Es wird angenommen, dass in Tornados Windgeschwindigkeiten von mehr 103,3 m/s vorkommen, aber bisher konnte keine Dokumentationseinrichtung solchen Extremen standhalten. Entgegen einigen Gerüchten wurde das Anemometer auf dem Mount Washington während des Sturms im Jahr 1934 nicht weggeblasen. Heute befindet es sich im Museum des Observatoriums auf dem Berggipfel.

Für ein nicht so abseits liegendes Beispiel der Folgen einer unterlassenen Kalibrierung braucht man nur auf die Zubereitungsanweisungen von Gefrierkost zu schauen: "Backofentemperatur kann abweichen". Der Grund für diesen Vorbehalt ist die Tatsache, dass die meisten Haushaltsbacköfen niemals wieder kalibriert werden, nachdem sie das Werk verlassen haben. Verbraucher können offensichtlich mit dieser Fehlerspanne leben, aber für Hersteller stellt sich die Sache völlig anders dar. Für ein ISO-9001-konformes Unternehmen ist Gerätekalibrierung zwingend erforderlich. Gesetze allein erklären allerdings nicht, warum gerade die führenden Unternehmen um die Wichtigkeit einer korrekten und regelmäßigen Kalibrierung wissen.

Unter Berücksichtigung der Vorteile hinsichtlich Qualität, Produktivität und Ertrag sind die Kosten für ein gut geplantes Kalibrierprogramm durchaus sinnvoll. Obwohl sich kleinere Kalibrieraufgaben auch ausreichend genau mit handelsüblichen Kalibratoren im Unternehmen selbst durchführen lassen, nehmen die meisten größeren und großen Unternehmen, die die Kalibrierung mit hoher Priorität verfolgen, dafür den Service eines unabhängigen Messtechnik- und Kalibrierlabors in Anspruch. Ein sehr großes Unternehmen könnte in Erwägung ziehen, in automatisierte Einrichtungen für die Durchführung vieler Kalibrierungen an einem Tag zu investieren, allerdings ergäben sich für solche Geräte derselben Art wie in den unabhängigen Labors im Einsatz erhebliche Kosten, wobei diese zudem entsprechend qualifizierte Mitarbeiter erforderten. Für die Erlangung einer gegebenenfalls notwendigen Zertifizierung durch eine externe Kalibrierbehörde wären weitere Kosten hinzuzurechnen.