Aufgrund mechanischer, chemischer oder thermischer Einflüsse verändert sich die Genauigkeit eines Messgeräts im Laufe der Zeit. Dieser Alterungsprozess ist normal und lässt sich nicht ausschliessen. Daher ist es wichtig, diese Veränderungen rechtzeitig mithilfe einer Kalibrierung zu erkennen.
Die Kalibrierung von Druckmessgeräten ist aus verschiedenen Gründen wichtig: Einerseits geht es um die Einhaltung von festgelegten Normen wie ISO 9001, um nur eine herauszugreifen. Anderseits ergeben sich für Hersteller auch ganz konkrete Vorteile, wie Prozessverbesserungen und Kosteneinsparungen (beispielsweise durch die Verwendung korrekter Mengen von Rohstoffen). Das kann sich richtig lohnen: Laut einer 2008 von der Nielsen Research Company durchgeführten Studie kosten fehlerhafte Kalibrierungen produzierenden Unternehmen im Schnitt 1,7 Millionen Dollar im Jahr. Darüber hinaus muss die Kalibrierung auch als zentraler Bestandteil der Qualitätssicherung angesehen werden. In einigen Branchen wie der chemischen Industrie sind regelmässige und fehlerfreie Kalibrierungen auch ein sicherheitsrelevanter Faktor.
Definition: Kalibrierung, Justierung und Eichung
Die Begriffe Kalibrierung, Justierung und Eichung werden oftmals synonym verwendet. Alle drei Begriffe weisen jedoch signifikante Unterschiede auf. Bei einer Kalibrierung wird die Anzeige des zu prüfenden Messinstruments mit den Ergebnissen eines Normals verglichen. Ein Normal ist ein Referenzgerät, dessen genaue Funktion als gesichert gilt. Durch Vergleichsmessungen muss jedes Messgerät in einer Kette von Vergleichsmessungen auf ein nationales Normal zurückgeführt werden können („Rückführbarkeit“). Als Primärnormale, also die in der Kalibrierhierarchie ganz oben stehende Normale, dienen für Druckmessgeräte in der Regel Druckwaagen (auch Kolbenmanometer), die in nationalen Instituten und Kalibrierlaboren eingesetzt werden.
Bei der Justierung (auch Justage) findet ein Eingriff in das Messgerät statt, um Messabweichungen zu minimieren. Man versucht also, durch Alterung entstandene Ungenauigkeiten zu korrigieren. Einer Justierung geht somit im Regelfall eine Kalibrierung voraus. Es erfolgt demnach ein direkter Eingriff am Messinstrument. Auf eine Justierung erfolgt daher auch eine weitere Kalibrierung, um die Korrektur zu überprüfen und zu dokumentieren.
Beim Eichen handelt es sich um eine besondere Form des Kalibrierens. Sie findet immer dann Anwendung, wenn das zu prüfende Gerät einer Eichpflicht unterliegt. Dies trifft immer dann zu, wenn die Messgenauigkeit im öffentlichen Interesse liegt. Das ist immer dann der Fall, wenn die Messergebnisse direkten Einfluss auf den Preis eines Produktes haben. Als ein Beispiel sind hier Durchflussmessgeräte an Zapfsäulen zu nennen. In Deutschland liegen Eichungen im Verantwortungsbereich von den Landeseichämtern und staatlich anerkannten Prüfstellen.
Die Kalibrierung von Druckmessgeräten: Bedingungen
Vor einer Kalibrierung muss die Kalibrierfähigkeit des Messgerätes festgestellt werden. Der Deutsche Kalibrierdienst (DKD) hat die Richtlinie DKD-R 6-1 zur Kalibrierung von Druckmessgeräten herausgegeben. Bei der Kalibrierung mechanischer Druckmessgeräte verlangt der DKD einige Tests, die sich in Beschaffenheitsprüfungen (u.a. Sichtprüfung auf Beschädigungen, Kontamination und Sauberkeit, Sichtprüfungen hinsichtlich Beschriftung) und Funktionsprüfungen (Dichtheit des Leitungssystems des Kalibriergegenstandes, Elektrische Funktionsfähigkeit, einwandfreie Funktion der Bedienelemente) gliedern.
Gleich im folgenden Kapitel der Richtlinie DKD-R 6-1 weist der DKD auf die Umgebungsbedingungen der Kalibrierung hin: So ist die Kalibrierung bei einer stabilen Umgebungstemperatur vorzunehmen. Darüber hinaus gilt es als ideal, wenn sie unter den tatsächlichen Einsatzbedingungen des Messgeräts durchgeführt wird.
Die Kalibrierung von Druckmessgeräten: Ablauf
Ist die Kalibrierfähigkeit festgestellt und sind die Umgebungsbedingungen ideal, kann die Kalibrierung beginnen. Das Druckmessgerät ist dabei möglichst als Gesamtheit (Messkette) zu kalibrieren. Auch die vorgeschriebene Einbaulage soll berücksichtigt werden.
In der Richtlinie DKD-R 6-1 des DKD werden für unterschiedliche Genauigkeitsklassen verschiedene Kalibrierabläufe beschrieben. An dieser Stelle beschränken wir uns auf Kalibrierablauf A für die Genauigkeitsklasse < 0,1. Dieser Kalibrierablauf ist auch der umfangreichste.
Kalibrierabläufe nach DKD-R 6-1 Richtlinie
Bei der Kalibrierung von Geräten der Genauigkeitsklasse A schreibt der DKD drei Belastungen bis zum Messbereichsendwert vor, bevor die eigentlichen Messreihen erfolgen. Der maximale Druck muss dabei jeweils 30 Sekunden gehalten und wieder vollständig abgebaut werden.
Im Anschluss werden durch eine kontinuierliche Druckerhöhung neun gleichmässig über den Messbereich verteilte Punkte angesteuert. Dabei gilt der Nullpunkt als erster Messpunkt. Die anvisierten Messpunkte müssen „von unten“ erreicht werden. Folglich kann die Druckerhöhung nur langsam erfolgen. Wird der anvisierte Messpunkt übertroffen, kommt es aufgrund der Hysterese zu einer Verfälschung der Resultate. In diesem Fall muss der Druck drastisch verringert werden, um den zu erreichenden Messpunkt von unten zu erreichen. Ist der Wert erreicht, muss auch dieser für mindestens 30 Sekunden gehalten werden, bevor er abgelesen wird.
Dieses Verfahren wird für alle weiteren Messpunkte durchgeführt. Der Endpunkt stellt eine Besonderheit dar: Er wird für weitere zwei Minuten gehalten und dann erneut abgelesen und dokumentiert.
Ist dies geschehen, erfolgt der zweite Teil der ersten Messreihe. Diese läuft nun umgekehrt. Jetzt werden die einzelnen Messpunkte von oben nach unten anvisiert. Der Druck soll dabei nur langsam gesenkt werden, damit der angepeilte Wert dieses Mal nicht unterschritten wird. Die zweite Messreihe endet mit dem Messen des Nullpunkts.
Die zweite Messreihe beginnt, nachdem das Messgerät drei Minuten im drucklosen Zustand war. Der Zyklus des Auf- und Abdrückens über die einzelnen Messpunkte wird nun wiederholt.
Kalibrierablauf A nach DKD-R 6-1 Richtlinie
Innerbetriebliche Kalibrierung von Drucktransmittern
Bei den meisten industriellen Anwendung ist eine Kalibrierung durch ein Kalibrierlabor nicht nötig und oftmals auch nicht praktikabel. Für die Kalibrierung von Druckmessgeräten vor Ort eigenen sich tragbare Druckkalibratoren. Diese sind zwar nicht so präzise wie eine Druckwaage, dennoch in der Regel vollkommen ausreichend. In diesen mit einer Hand tragbaren Geräten sind Gebrauchsnormal und Druckerzeugung vereint. Bei der Kalibrierung eines Drucktransmitters wird nach Aufbau der Druckverbindung und elektrischen Verbindung zwischen Transmitter und Prüfgerät bei geöffneten Ventilen ein Nullpunktabgleich durchgeführt. Die einzelnen Druckprüfpunkte können dann mit der integrierten Pumpe angesteuert werden. Die entstehenden elektrischen Signale werden gemessen und über die integrierten Datenlogger gespeichert. Ausgelesen werden die Daten dann an einem PC.
