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Produktbereich:

DRUCKKALIBRIERUNG
Druckkalibriergeräte

Warum werden Druckmessgeräte kalibriert?

Druckmessgeräte müssen in regelmäßigen Abständen kalibriert werden, um zu prüfen, ob die Messgeräte ihre Spezifikation hinsichtlich Funktion und Messgenauigkeit weiterhin erfüllen. Durch ständige Anwendung der Messgeräte werden die Messelemente beansprucht und hierdurch kann sich ein Einfluss auf die Eigentschaften ergeben haben. Auch eine Beanspruchung über einen längen Zeitraum kann zu Veränderungen führen.

Nur mit regelmäßig kalibrierten Druckmessgeräten kann wirklich sicher gemessen werden, da nicht vorhersehbar ist, welche Einflüsse durch Alterung, unsachgemäßen Gebrauch usw. aufgetreten sein könnten.

Die Qualitätssicherungsnorm DIN EN ISO 9001 fordert eine rückführbare Kalibrierung (Prüfung) aller qualitäts- und sichterheitsrelevanter Messmittel.

Zitat aus der DIN EN ISO 9001:2015

Wenn messtechnische Rückführbarkeit eine Anforderung darstellt, oder von der Organisation als wesentlicher Beitrag zur Schaffung von Vertrauen in die Gültigkeit der Messergebnisse angesehen wird, muss das Messmittel:

  1. in bestimmten Abständen oder vor der Anwendung gegen Normale kalibriert, verifiziert oder beides werden, die auf internationale oder nationale Normale rückgeführt sind; wenn es solche Normale nicht gibt, muss die Grundlage für die Kalibrierung oder Verifizierung als dokumentierte Information aufbewahrt werden.
  2. gekennzeichnet werden, um deren Status bestimmen zu können
  3. vor Einstellungsänderungen, Beschädigung oder Verschlechterung, was den Kalibrierstatus und demzufolge die Messergebnisse ungültig machen würde, geschützt sein.

Die Organisation muss bestimmen, ob die Gültigkeit früherer Messergebnisse beeinträchtigt wurde, wenn festgestellt wird, dass das Messmittel für seinen vorgesehenen Einsatz ungeeignet ist, woraufhin die Organisation soweit erforderlich geeignete Maßnahmen einleiten muss.

Ein Prüfturnus, die Art der Kalibrierung und die Anforderungen an ein Kalibrierlabor werden in dieser Norm nicht festgelegt. Diese Entscheidungen muss jedes Unternehmen selbst treffen.

Der Anwender kann nach dieser Norm die Messmittel selbst kalibrieren, wenn rückführbare Normale (Referenzgeräte) eingesetzt werden, wenn die örtlichen Gegebenheiten und Fachpersonal zur Verfügung steht.

Erzeugung von Kalibrierdrücken

Zur Kalibrierung von Druckmessgeräten muss ein konstanter Druck angelegt werden (Druckbeaufschlagung). Abhängig vom Druckbereich und den Einsatzbedingungen des Prüflings kommen Luft, Stickstoff, Wasser oder Öle zum Einsatz.

Druckwaagen / Kolbenmanometer sowie Druck-Controller haben eine Druckerzeugung in der Regel integriert.

Für die Erzeugung von Prüf-/Kalibrierdrücken kommen sowohl Kalibrier-Handtestpumpen (portabel) als auch Druckvergleichsprüfpumpen (stationär) in Frage.

Begriffsdefinitionen

Absolutdruck
Der Absolutdruck ist der Druck, der auf den luftleeren Raum (z.B. Weltall), bezogen ist. Im Weltraum herrscht das absolute Vakuum (0 Pa abs.). Absolutdruck wird üblicherweise bei Wetterwerten (Luftdruck) verwendet. Eine übliche Abkürzung ist "abs".

Abweichung
Die Differenz zwischen der Anzeige/Ausgabe des Messgeräts und des tatsächlichen Werts.

Atmosphärischer Luftdruck (Umgebungsdruck)
Dies ist der Druck, der auf der Erdoberfläche vorherrscht. Er entsteht durch das Gewicht der Atmosphäre (Lufthülle) über uns. Er hängt von den Wetterbedingungen (Luftdruck) sowie der Höhe über dem Meeresspiegel (Normal Null) ab. Je höher über Normal Null, desto niedriger der atmosphärische Druck, bis er im Weltall auf Null geht.

Bezugsnormal
In akkreditierten Kalibrierlaboren sind Bezugsnormale vorhanden, sie dienen zur Kalibrierung der verwendeten Prüfmittel in einem Land. Diese Bezugsnormale werden regelmäßig mit den nationalen Normal verglichen. Hierdurch ist eine sichere metrologische Infrastruktur des Landes sichergestellt.

DAkkS
DAkkS ist die Abkürzung für "Deutsche Akkreditierungsstelle". Sie ersetzt seit 1. Januar 2010 den bisherigen DKD (wegen europäischer Verordnungen).

Differenzdruck
Differenz zwischen zweier gemessener Drücke. Über die Druckdifferenz vor und hinter eines Filtersystems kann z.B. auf den Verschmutzungsgrad des Filters geschlossen werden.

DKD
DKD ist die Abkürzung für "Deutscher Kalibrierdienst". Er stellt die Zusammenarbeit von akkreditieren Kalibrierlaboren mit der PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) sicher, erarbeitet Kalibrierrichtlinien, Grundlagen für Akkreditierungsverfahren und kümmert sich um die Förderung des Kalibrierwesens.

Druck
Physikalisch betrachtet ist Druck das Ergebnis einer senkrecht auf eine Fläche A wirkenden Kraft F. Druck ist mathematisch der Quotient p = F/A.

Der Physiker Blaise Pascal hatte entdeckt, dass sich Druck in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen allseitig ausbreitet. Das Formelzeichen "p" ist vom lateinischen Wort "pressio" abgeleitet.

Die SI-Einheit für "Druck" ist "Pascal" (Pa). 1 Pa = 1 n/m².

Jede Druckmessung ist eigentlich immer eine Differenzdruckmessung. Es wird immer ein Systemdruck gegenüber eines Referenzdrucks gemessen. Dieser Referenzdruck kann der des Weltraumes sein (komplettes Vakuum) oder der lokale Umgebungsluftdruck auf unserem Planeten Erde.

Elektrisches Equipment
Für die Kalibrierung von Druckmessumformern ist zusätzlich elektrisches Equipment erforderlich. Mit einem Labor-Netzgerät muss die benötigte Hilfsenergie zur Verfügung gestellt werden. Mit einem Präzisions-Multimeter wird das Ausgangssignal des Druckmessumformers zur Anzeige gebracht. Für die Messunsicherheitsbetrachtung muss die Messunsicherheit des Präzisions-Multimeters einbezogen werden.

Gebrauchsnormal
Sie werden z.B. innerbetrieblich als Referenzgerät für die Kalibrierung von Messmitteln bezeichnet. Sie müssen regelmäßig mit einem Bezugsnormal eines akkreditierten Kalibrierlabors überprüft werden.

Genauigkeitsklasse / Güteklasse
Sie beschreibt die maximal zulässige Abweichung der Messwerte für ein Messgerät. Die Genauigkeitsklassen für analoge Zeigermanometer sind in der DIN EN 837 spezifiziert, die für elektrische Druckmessgeräte / Druckmessumformer in der DIN EN 61298-2. Die Genauigkeitsklasse wird oft "Kl.", "Cl." oder % FS bezeichnet.

Hysterese
Dies ist die rechnerische Differenz, auch Umkehrspanne genannt, zwischen Messwerten, die bei steigenden und fallenden Messwertreihen ermittelt wurden.

Justage
Messgeräte werden vom Hersteller so eingestellt (justiert), dass sie die spezifizierte Fehlergrenze einhalten. Eine Nach- bzw. Neujustage wird erforderlich, wenn bei einer Kalibrierung des Messgerätes Abweichungen festgestellt werden, die höher/größer sind als die spezifizierten Fehlergrenzen.

Kalibrierung
Feststellung über einwandfreie Funktion des Prüflings sowie Prüfung der Messwertabweichung. Die Messwerte und Messwertabweichungen werden in einem Kalibrierschein dokumentiert.

Kalibrierintervall
Angabe des Zeitabstands zwischen den Kalibrierungen eines Messgerätes. Wiederholte Kalibrierungen werden auch Rekalibrierungen genannt.

Messabweichung
Differenz zwischen dem am Messgerät (Prüfling) gemessenen Wert und dem richtigen Wert.

Messunsicherheit
Eine 100%ig exakte Messung gibt es nicht auf der Erde. Es gibt immer Unsicherheiten und Ungenauigkeiten, so klein sie auch sein mögen. Die Messunsicherheit ist eine Aussage über die Streuung von Messwerten einer Messgröße um ihren Mittelwert. Sie wird berechnet unter Berücksichtigung vieler Einflussfaktoren, z.B. der des Prüflings, des Normals sowie der Umgebungsbedingungen.

Nationales Normal
Unter der Hoheit der metrologischen Staatsinstitute (in Deutschland: PTB - Physikalisch Technische Bundesanstalt) stehen die nationalen Normale. Auf diese Normale werden alle Messungen im Land zurückgeführt. Es handelt sich um Normale mit der höchsten Genauigkeit.

Negativer Überdruck
So wird ein gemessener Druck bezeichnet, der niedriger ist als der aktuelle atmosphärische Luftdruck. Dieser Druck wird auch als "Vakuum" bezeichnet.

Positiver Überdruck
So wird ein gemessener Druck bezeichnet, der höher als der aktuelle atmosphärische Luftdruck ist. Dieser Druck wird auch als "Relativdruck" bezeichnet.

Primärnormal
So wird die unmittelbare direkte Realisierung einer Einheit oder die hochpräzise Realisierung einer Einheit bezeichnet. Die Darstellung des Meters durch die Lauflängenmessung einer Laserstrahlung zum Beispiel, oder die Darstellung des Druckes mit einem Kolbenmanometer. Bei Kolbenmanometern (Druckwaagen) wirkt eine definierte Kraft auf eine exakt bestimmte Fläche.

Prüfling
Der Prüfling ist das Messgerät, das kalibriert werden soll. Er wird oft auch als Kalibriergegenstand bezeichnet.

PTB - Physikalisch Technische Bundesanstalt
Diese Bundesanstalt ist das nationale Metrologieinstitut der Bundesrepublik Deutschland. Sie gehört zum Dienstbereich des deutschen Wirtschaftsministeriums. Weitere führende nationale Metrologieinstitute sind z.B. die NIST in den USA oder die NPL in Großbritannien. Die PTB ist in Deutschland die oberste Instanz bei allen Fragen des richtigen Messens.

Reproduzierbarkeit
Siehe Wiederholbarkeit.

Rückführbarkeit
Eine ununterbrochene Kette von Kalibrierungen, die bis hin zu nationalen oder internationalen Normalen reicht, wird als Rückführbarkeit bezeichnet.
Gebrauchsnormal/Referenzgerät --> Primärnormal --> DAkkS --> PTB
Mit Jedem Schritt weiter weg vom nationalen Normal erhöht sich die Messunsicherheit (ungenauere Messungen).

Wiederholbarkeit
Die Differenz zwischen zwei Messwerten, die unter gleichen Bedingungen jedoch zu unterschiedlicher Zeit aufgenommen wurde, nennt man Wiederholbarkeit (auch Reproduzierbarkeit genannt). Die Wiederholbarkeit gibt Aufschluss über die Langzeitzuverlässigkeit eines Messgerätes. Sie geht in die Berechnungen von Messunsicherheiten mit ein.

Empfehlung für die Durchführung einer Druckkalibrierung

Für eine Druckkalibrierung benötigen Sie in der Regel eine Kalibrierdruckquelle sowie ein hinreichend genaues Referenz-Druckmessgerät (Druckkalibrator, Feinmessmanometer, Prozesskalibrator). Bei der Auswahl des Referenzmessgerätes ist darauf zu achten, dass sich die Genauigkeitsangabe in der Regel auf die Messbereichsspanne bezieht (“v.E.“ = vom Endwert). Bei der Auswahl der benötigten Messbereiche für die Referenzgeräte ist dies zu berücksichtigen. Bei Druckwaagen / Kolbenmanometern bezieht sich die Genauigkeitsangabe "v.M." auf den Messwert.

Referenzgeräte müssen regelmäßig selbst auf ihre Messgenauigkeit untersucht und zertifiziert werden. Wir empfehlen, diese Rekalibrierung im jährlichen Turnus durchführen zu lassen, Druckwaagen/Kolbenmanometer alle fünf Jahre.

Druckkalibrierung = Vergleich von Referenz und Prüfling

Empfehlung für die Durchführung einer Druckkalibrierung

Kalibriergegenstand (Prüfling):

  • möglichst die gesamte Messkette kalibrieren.
  • vorgeschriebene Einbaulage berücksichtigen.
  • Messpunkte gleichmäßig über den Kalibrierbereich verteilen. Der Nullpunkt ist in der Regel auch ein Messpunkt.
  • Vorab auf Kalibrierfähigkeit prüfen.

Kalibrierverfahren:

  • Umgebungsbedingungen berücksichtigen
  • Geeigneten Kalibrierablauf auswählen
  • Bei analogen Zeigerinstrumenten als Kalibriergegenstand:
    Einstellung der Messpunkte nach Anzeige des Kalibriergegenstandes.

Referenzmessgerät (Normal):

  • Messgenauigkeit viermal besser als die des Kalibriergegenstandes
  • Rückführbarkeit auf Nationales oder Internationales Normal.

Empfohlene Kalibrierabläufe:

Kalibrierabläufe

Genauigkeit (Güteklasse) des Kalibriergegenstandes <0,1% FS:
Ablauf A

  • 3 Vorbelastungen mit Messbereichsendwert des Prüflings
  • 9 Prüfpunkte (inklusive Nullpunkt)
  • 2 Aufwärts- und 2 Abwärtsreihen

Genauigkeit (Güteklasse) des Kalibriergegenstandes 0,1...0,6% FS:
Ablauf B

  • 2 Vorbelastungen mit Messbereichsendwert des Prüflings
  • 9 Prüfpunkte (inklusive Nullpunkt)
  • 2 Aufwärts- und 1 Abwärtsreihe

Genauigkeit (Güteklasse) des Kalibriergegenstandes > 0,6% FS:
Ablauf C

  • 1 Vorbelastung mit Messbereichsendwert des Prüflings
  • 5 Prüfpunkte (inklusive Nullpunkt)
  • 1 Aufwärts- und 1 Abwärtsreihe

Hinweise:
Aufwärtsreihe: bei steigendem Druck
Abwärtsreihe: bei fallendem Druck

Bei Manometern mit Vorspannung, erkennbar an einem Zeigeranschlagstift am Nullpunkt, ist der Nullpunkt KEIN Prüfpunkt.