Ein Kalibrator ist ein Gerät, das zur Einstellung der Genauigkeit eines Instruments verwendet wird und häufig mit einer bestimmten Anwendung verbunden ist. Selbst die modernsten Industrieanlagen sind nur dann wirklich nützlich, wenn sie ordnungsgemäß kalibriert sind. Durch die Kalibrierung werden Anpassungen an einem Gerät vorgenommen, um sicherzustellen, dass es wie erwartet funktioniert, sodass es zuverlässig vorhersehbare, genaue Ergebnisse liefert, die den Qualitätsstandards entsprechen.
Einfach ausgedrückt ist Kalibrierung der Prozess der Einstellung eines Geräts, um die Spezifikationen des Herstellers zu erfüllen. Kalibrierung wird manchmal auch als die Ausgabe von Daten definiert, einschließlich eines Kalibrierungsbericht oder -zertifikat, die dem Endverbraucher die Konformität eines Produkts mit den Spezifikationen und möglicherweise auch mit externen Richtlinien, wie denen der Internationalen Organisation für Normung, deren ISO 9001-Normen beispielsweise weltweite Spezifikationen für Wirtschaftssektoren festlegen, garantieren. Ein Unternehmen hält sich an diese Normen, um sicherzustellen, dass seine Produkte und/oder Dienstleistungen bei Lieferanten und Kunden Akzeptanz finden. Diese zweite Definition von Kalibrierung wird eher als Zertifizierung bezeichnet.p>
Die meisten Instrumente und Sensoren sind so konstruiert, dass sie bestimmte Spezifikationen der Genauigkeit erfüllen. Der Vorgang der Einstellung eines Instruments zur Erfüllung dieser Spezifikationen wird als Kalibrierung bezeichnet. Das Gerät, das zur Kalibrierung anderer Instrumente verwendet wird, wird als Kalibrator bezeichnet. Kalibratoren variieren in Form und Funktion je nach den Instrumenten, für deren Verwendung sie konstruiert sind.
Wie funktionieren Kalibratoren für die Kalibrierung?
Was ist NIST-Rückverfolgbarkeit? Das National Institute of Standards and Technology (NIST), das zum US-Handelsministerium gehört, überwacht die Entwicklung von Messstandards und -technologien, die mit dem Internationalen Einheitensystem (SI) übereinstimmen. Das NIST ist auch dafür zuständig, diese Standards durch Kalibrierungen und andere Dienstleistungen in das amerikanische Messsystem zu übertragen. Um der US-Industrie zu helfen, internationale Standards zu erfüllen, bietet das NIST unter anderem eine Laborakkreditierung an, die es Unternehmen ermöglicht, die Rückführbarkeit von Messergebnissen sicherzustellen.In der Industrie ist ein Kalibrator ein wichtiges Werkzeug, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit verschiedener Messinstrumente und -geräte sicherzustellen. Sein Hauptzweck besteht darin, die Messwerte eines zu prüfenden Geräts (Device Under Test, DUT) mit bekannten Referenzwerten zu vergleichen und die erforderlichen Anpassungen vorzunehmen, um das DUT innerhalb akzeptabler Toleranzen zu halten.
Ein typischer Kalibrator besteht aus einer Kombination von Hardware- und Softwarekomponenten, die präzise Ausgangssignale simulieren und die Ausgangsreaktion des DUT messen. Die Hardwarekomponente umfasst häufig Signalgeneratoren, Spannungs- oder Stromquellen und verschiedene Sensoren. Diese Elemente erzeugen stabile und genaue Signale über einen weiten Messbereich von Parametern – wie Temperatur, Druck oder elektrische Größen.
Über die Software-Schnittstelle des Kalibrators können Techniker die gewünschten Parameter der Kalibrierung auswählen und die Referenzwerte definieren, mit denen das DUT verglichen werden soll. Während der Kalibrierung erzeugt der Kalibrator die vorgegebenen Testsignale und misst die Reaktion des Prüflings. Jede Abweichung von den erwarteten Werten wird aufgezeichnet, und der Kalibrator berechnet die erforderlichen Anpassungen, um den Prüfling wieder in Einklang zu bringen.
Hier ist eine vereinfachte Übersicht über den typischen Betrieb eines Kalibrators:
- Kalibrierungsparameter auswählen: Der Techniker oder Bediener stellt die gewünschten Parameter der Kalibrierung basierend auf dem Typ des zu kalibrierenden Geräts ein. Diese Parameter können Spannung, Strom, Temperatur, Druck oder andere messbare Größen umfassen.
- Referenzwerte definieren: Der Techniker gibt die bekannten Referenzwerte ein, die das Prüfobjekt idealerweise messen oder auf die es reagieren sollte. Diese Referenzwerte dienen als Vergleichsmaßstab.
- Prüfsignale erzeugen: Der Kalibrator erzeugt präzise und stabile Testsignale, die die gewünschten Messbedingungen simulieren. Bei der Kalibrierung eines Voltmeters könnte der Kalibrator beispielsweise ein bestimmtes Spannungssignal erzeugen.
- Testsignale auf das Prüfobjekt anwenden: Die erzeugten Testsignale werden an den Eingang des Prüfobjekts angeschlossen oder angelegt. Das Prüfobjekt misst diese Signale oder reagiert darauf, je nach seiner Konstruktion und Funktion.
- Reaktion des Prüfobjekts messen: Der Kalibrator misst die Ausgangsreaktion des Prüflings, bei der es sich um eine Spannung, einen Strom, eine Temperatur oder eine andere relevante Messgröße handeln kann. Diese Reaktion wird mit den bekannten Referenzwerten verglichen.
- Abweichung bestimmen: Der Kalibrator berechnet die Differenz oder Abweichung zwischen der gemessenen Reaktion des Prüflings und den Referenzwerten. Diese Abweichung gibt den Offset-Fehler in der Messung des Prüflings an.
- Prüfling einstellen: Wenn die gemessene Reaktion des Prüflings außerhalb der zulässigen Toleranzen liegt, nimmt der Kalibrator entsprechende Anpassungen vor. Diese Anpassungen können die Änderung von Kalibrierungskoeffizienten, die Einstellung von Kalibrierungstrimmpotentiometern oder andere für den Prüfling spezifische Methoden umfassen.
- Kalibrierung überprüfen: Nach den Anpassungen wiederholt der Kalibrator den Test, um sicherzustellen, dass das DUT nun die definierten Toleranzen erfüllt und genaue Messungen liefert. Falls erforderlich, werden weitere Anpassungen vorgenommen, bis das DUT korrekt kalibriert ist.
Kalibratoren können je nach Branche und Anwendung unterschiedliche Fähigkeiten und Funktionen haben. Der oben beschriebene Prozess vermittelt ein allgemeines Verständnis dafür, wie ein Kalibrator im Betrieb funktioniert, um genaue Messungen in einer industriellen Umgebung zu gewährleisten.
Der Prozess der Kalibrierung
Ein Unternehmen mit Geräten, die einer Kalibrierung bedürfen, kann diese an ein Mess-/Kalibrierungslabor schicken, wo ein qualifizierter Techniker sie entweder auf den Spezifikationszustand bringt oder bestätigt, dass sie diesen bereits erfüllen, wobei er Mess-/Prüfgeräte verwendet, die selbst strengen Anforderungen der Kalibrierung genügen müssen. Alle oder ein Teil der in einem industriellen Prozess verwendeten Komponenten können kalibriert werden. Eine Temperaturkalibrierung kann beispielsweise nur eine Sonde, nur ein Gerät oder eine mit einem Gerät verbundene Sonde (eine Systemkalibrierung) umfassen. Die während der Kalibrierung vorgenommenen Einstellungen müssen innerhalb bestimmter Toleranzen liegen. Diese Toleranzen stellen sehr geringe, akzeptable Abweichungen von der angegebenen Genauigkeit des Geräts dar.p>
Wie oft sollte ein Gerät kalibriert werden?
Die Erstkalibrierung der Geräte wird in der Regel vom Hersteller durchgeführt. Nachfolgende Kalibrierungen können intern, von einem externen Labor oder vom Hersteller durchgeführt werden. Die Häufigkeit der Neukalibrierung hängt von der Art des Geräts ab. Die Entscheidung, wann beispielsweise ein Durchflussmesser neu kalibriert werden muss, hängt hauptsächlich davon ab, wie gut das Messgerät in den Anwendungen funktioniert. Wenn die durch den Durchflussmesser fließenden Flüssigkeiten abrasiv oder korrosiv sind, können Teile des Messgeräts innerhalb kürzester Zeit verschleißen. Unter günstigen Bedingungen kann derselbe Durchflussmesser jahrelang ohne Neukalibrierung funktionieren. In der Regel sollte jedoch mindestens einmal jährlich eine periodische Neukalibrierung durchgeführt werden. Bei kritischen Anwendungen ist die Häufigkeit natürlich viel höher.
Wählen Sie den richtigen Kalibrator
Schwarzkörperkalibratoren
Ein Schwarzkörper wird zur Kalibrierung von Infrarot-Pyrometern verwendet. Er besteht in der Regel aus einer Zielplatte mit sehr hoher Emissivität. Die Temperatur der Zielplatte kann innerhalb sehr enger Toleranzen geregelt werden. Zur Kalibrierung eines Infrarot-Pyrometers misst das Pyrometer die Zielplatte. Die geregelte Temperatur der Platte wird mit dem Messwert des Pyrometers verglichen. Das Pyrometer wird dann so lange justiert, bis die Differenz minimal ist. Der hohe Emissionsgrad der Zielplatte minimiert Emissionsfehler.
Blockkalibratoren
Blockkalibratoren werden zur Kalibrierung von Temperaturfühlern verwendet. Sie enthalten einen Metallblock, der auf eine präzise Temperatur erhitzt werden kann. Temperaturfühler können in den Block eingeführt werden, und die gemessene Temperatur der Fühler kann mit der geregelten Temperatur der Blöcke verglichen werden. Da Temperaturfühler in der Regel keine Einstellmöglichkeiten haben, handelt es sich hierbei eher um einen Verifizierungsprozess als um eine echte Kalibrierung.
Simulatoren und Signalreferenzen
Bei der Kalibrierung eines Instruments, wie z. B. eines Panel-Messgeräts oder Temperaturgeregelten Reglers, muss ein präzises, bekanntes elektrisches Signal eingegeben werden. Die Anzeige oder der Ausgabewert des Instruments kann dann so eingestellt werden, dass er mit dem Eingangssignal übereinstimmt. Zur Erzeugung des Signals der Präzision wird eine Signalreferenz verwendet. Signalreferenzen sind als Spannungsreferenzen, Stromreferenzen und Frequenzreferenzen erhältlich. Bei der Arbeit mit einem Gerät, das einen Sensor wie beispielsweise ein Thermoelement ausliest, wird eine spezielle Art von Signalreferenz verwendet, die als Simulator bezeichnet wird. Der Simulator kann die Sensorausgabe genau reproduzieren. Viele Signalreferenzen und Simulatoren können Signale nicht nur erzeugen, sondern auch auslesen.
Kalibratoren mit fluidisiertem Sandbad
Dreiachsige Beschleunigungsmesser messen die Vibration in den drei Achsen X, Y und Z. Sie verfügen über drei Kristalle, die so positioniert sind, dass jeder einzelne auf Vibrationen in einer anderen Achse reagiert. Der Ausgang hat drei Signale, die jeweils die Schwingungen für eine der drei Achsen darstellen. Der ACC301 hat eine leichte Titanbauweise und einen Ausgang von 10 mV/g mit einem Dynamikbereich von +/-500 g über einen Messbereich von 3 bis 10 kHz.
ice point™ Kammern für die Kalibrierung der Referenztemperatur
ice point™ Kammern für die Kalibrierung der Referenztemperatur verwenden thermoelektrische Kühlelemente, um eine sehr hohe Präzision bei der Erzeugung einer stabilen 0 °C-Referenzkammer zu erreichen. Die Referenzkammer kann zur Kalibrierung von Temperaturfühlern verwendet werden, wird aber auch häufig zur Simulation eines Thermoelementsignals für die Kalibrierung und Überprüfung von Instrumenten verwendet, die Thermoelemente auslesen.
Was umfasst eine typische Kalibrierung?
Ein Wägesystem eignet sich gut zur Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der Kalibrierung. Archimedes und Leonardo Da Vinci nutzten die Positionierung kalibrierter Gegengewichte auf einem mechanischen Hebel, um unbekanntes Gewicht auszugleichen und somit zu bestimmen. Eine Variante dieses Geräts verwendet mehrere Hebel unterschiedlicher Länge, die mit einem einzigen Standardgewicht ausgeglichen werden. Später ersetzten kalibrierte Federn die Standardgewichte. Die Einleitung hydraulischer und elektronischer (auf Dehnungsmessstreifen basierender) Wägezellen stellte die erste große Designänderung in der Wägetechnologie dar. In den heutigen Verarbeitungsbetrieben werden in den meisten Anwendungen elektronische Wägezellen bevorzugt. Um zu überprüfen, ob Wandler und Wägezellen ordnungsgemäß funktionieren, muss der Benutzer die folgenden Fragen beantworten:
- Kehrt die Anzeige des Gewichts auf Null zurück, wenn das System leer oder unbeladen ist?
- Verdoppelt sich das angezeigte Gewicht, wenn sich das Gewicht verdoppelt?
- Bleibt das angezeigte Gewicht gleich, wenn sich die Position der Last ändert (ungleichmäßige Belastung)?
Wenn die Antworten „Ja” lauten, sind die Zellen und Wandler wahrscheinlich in gutem Zustand.
Häufig gestellte Fragen
F: Warum ist die Kalibrierung wichtig?
A: Kalibrierung ist wichtig, weil sie die Genauigkeit und Zuverlässigkeit verschiedener Messgeräte und -systeme sicherstellt. Durch den Vergleich der von einem Gerät erhaltenen Messwerte mit einem bekannten Referenzwert hilft die Kalibrierung, Abweichungen zu erkennen und zu korrigieren, und ermöglicht Präzision bei den Messungen und konsistente Ergebnisse.
F: Welche Arten von Geräten benötigen eine Kalibrierung?
A: Verschiedene Arten von Geräten aus unterschiedlichen Bereichen benötigen eine Kalibrierung. Häufige Beispiele sind:
- Temperatursensoren
- Manometer
- Waagen
- pH-Meter
- Durchflussmesser
- Dehnungsmessstreifen
Die Kalibrierung ist für alle Geräte von entscheidender Bedeutung, die Messungen für kritische Anwendungen, Forschung, Qualitätskontrolle oder Prozesse der Sicherheit verwendet werden.
F: Erfordert die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften eine Kalibrierung?
A: Die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften erfordert häufig die regelmäßige Kalibrierung bestimmter Geräte und Systeme. In vielen Branchen, wie z. B. im Gesundheitswesen, in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der Pharmaindustrie und in der Fertigungsindustrie, gibt es Aufsichtsbehörden oder Standards für die Kalibrierung, die die Kalibrierungsanforderungen festlegen. Diese Vorschriften stellen sicher, dass Messungen und Messgeräte bestimmte Standards der Genauigkeit und Qualität erfüllen. Die Einhaltung dieser Vorschriften trägt dazu bei, die Konsistenz, Sicherheit und Zuverlässigkeit innerhalb der Branche zu gewährleisten. Es ist wichtig, die für Ihren spezifischen Bereich geltenden Vorschriften und Standards zu konsultieren, um die Anforderungen an die Kalibrierung zu ermitteln.
F: Gibt es Umweltfaktoren, die zur Notwendigkeit einer Kalibrierung beitragen?
A: Verschiedene Umweltfaktoren können zur Notwendigkeit einer Kalibrierung beitragen. Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und die Einwirkung von Verunreinigungen können die Leistung und Genauigkeit von Messgeräten beeinträchtigen. Beispielsweise können Temperaturschwankungen die Messwerte von Thermometern und anderen temperaturempfindlichen Instrumenten beeinflussen. Ebenso kann eine hohe Luftfeuchtigkeit bei bestimmten Geräten zu feuchtigkeitsbedingten Fehlern führen. Die Einwirkung von Verunreinigungen oder korrosiven Substanzen kann die Leistung von Sensoren beeinträchtigen und die Messgenauigkeit beeinflussen. Eine regelmäßige Kalibrierung hilft, diese Umweltfaktoren zu berücksichtigen, und stellt sicher, dass die Geräte trotz sich ändernder Bedingungen genau und zuverlässig bleiben, wodurch die Messintegrität gewahrt bleibt.
F: Hat die Kalibrierung Auswirkungen auf die Produktqualität?
A: Die Kalibrierung hat einen erheblichen Einfluss auf die Produktqualität. In der Fertigung und industriellen Verarbeitung sind genaue Messungen entscheidend für die Gewährleistung der Produktkonsistenz, Zuverlässigkeit und Einhaltung von Spezifikationen. Kalibrierte Instrumente und Sensoren werden verwendet, um Abmessungen, Gewichte, Volumina und andere kritische Parameter während des Fertigungsprozesses zu messen. Durch die Aufrechterhaltung der Genauigkeit dieser Messungen mittels Kalibrierung können Hersteller Abweichungen erkennen und korrigieren und so sicherstellen, dass die Produkte die gewünschten Qualitätsstandards erfüllen. Die Kalibrierung trägt dazu bei, Abweichungen zu minimieren, die Prozesskontrolle zu verbessern und Fehler zu reduzieren – was zu einer höheren Produktqualität und Kundenzufriedenheit führt.
F: Ist Kalibrierung dasselbe wie Genauigkeit?
A: Nein, Kalibrierung und Genauigkeit sind verwandte Konzepte – aber nicht dasselbe.
Kalibrierung bezeichnet den Prozess, bei dem die von einem Gerät gemessenen Werte mit bekannten Referenzwerten oder Standards verglichen und notwendige Anpassungen vorgenommen werden, um die Genauigkeit sicherzustellen. Dabei wird die Leistung eines Geräts überprüft und angepasst, um sie innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten.
Die Genauigkeit hingegen ist die Nähe einer Messung zum tatsächlichen oder Sollwert. Sie gibt an, wie gut eine Messung den tatsächlich gemessenen Wert widerspiegelt. Die Kalibrierung trägt dazu bei, die Genauigkeit durch den Abgleich der Messwerte des Geräts mit Referenzwerten herzustellen und aufrechtzuerhalten, aber die Genauigkeit selbst ist eine Eigenschaft einer Messung oder die Fähigkeit eines Geräts, zuverlässige und wahrheitsgetreue Ergebnisse zu liefern.
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