Elektrische Kalibrierung

Der Begriff "elektrische Kalibrierung" bezeichnet den Prozess, bei dem die Leistung eines Geräts, das elektrische Parameter misst oder testet, überprüft bzw. eingestellt wird. Diese Art der Kalibrierung wird in der Regel elektrische DC- und Niederfrequenz-Messtechnik genannt.  Die wichtigsten Parameter sind Spannung, Strom, Widerstand, Induktivität, Kapazität, Zeit und Frequenz.  Weitere Parameter wie elektrische Leistung und Phase gehören ebenfalls zu diesem Bereich der Messtechnik.  Anhand verhältnismetrischer Vergleiche ähnlicher Parameter wird häufig ein bekannter Parameter mit einem unbekannten, ähnlichen Parameter verglichen.

Für die elektrische Kalibrierung werden präzise Geräte verwendet, die die Leistung wichtiger Eigenschaften für andere Geräte, die so genannten Prüflinge, testen.  Da die Leistungsmerkmale dieser präzisen Geräte, die mit den Prüflingen verglichen werden, hinreichend bekannt sind, ist eine Leistungsüberprüfung und/oder Kalibriereinstellung der Prüflinge möglich, um Fehler zu ermitteln oder zu minimieren.  Im Allgemeinen sollte die Leistung dieser Präzisionsgeräte mindestens das Vierfache der Leistung der Prüflinge betragen.

Diese Präzisionsgeräte lassen sich in zwei große Kategorien unterteilen. Elektrische Signalquellen werden häufig als Kalibratoren oder Normale bezeichnet. Präzisionsmessgeräte werden oft als Präzisionsdigitalmultimeter, Messnormale oder Verhältnisbrücken klassifiziert.

Kalibratoren und Normale

Ein Kalibrator kann in der Regel einen breiten Bereich von Präzisionsausgangssignalen liefern, z. B. Spannungseinstellungen von wenigen Mikrovolt mit einer Steigerung über mehrere Millivoltdekaden und Volt bis zu maximal einem Kilovolt.

Darüber hinaus bieten moderne Kalibratoren im Allgemeinen Ausgänge für verschiedene elektrische Funktionen wie Spannung, Widerstand und Strom.

Ein Normal gilt sogar als noch genauer als ein Kalibrator.  Seine Leistung ist mindestens viermal besser als die eines Kalibrators.  Diese verbesserte Leistung ist im Vergleich zu einem Kalibrator jedoch normalerweise begrenzt.  Häufig bietet ein Normal nur eine elektrische Funktion mit einer einzigen Ausgangseinstellung oder wenigen Ausgangseinstellungen.

Präzisionsdigitalmultimeter, Messnormale und Verhältnisbrücken

Präzisionsdigitalmultimeter (DMM) liefern über mehrere Wertdekaden eine hervorragende Messleistung für verschiedene elektrische Parameter.  Die Messfunktionen umfassen für gewöhnlich Spannung, Strom und Widerstand.  Außerdem können Frequenz, Kapazität und noch weitere Parameter einbezogen werden.  Die höhere Leistungskategorie eines Messgeräts wird als Messnormal oder auch als Messbrücke bezeichnet.  Diese Geräte besitzen in der Regel weniger Funktionen, aber eine bessere Leistung als Präzisions-DMM.

Die elektrische DC- und Niederfrequenz-AC-Kalibrierung kann eine Vielzahl von Test- und Messgeräten umfassen:  Digitalmultimeter – analog oder digital,  stationär oder Handgerät  – Oszilloskope, ScopeMeter®-Testgeräte, Leistungs- und Energiemessgeräte, RTD-·und Thermoelementthermometer, Prozessinstrumente, Datenlogger, Papier- und Streifenschreiber u.v.m. Die Funktionen des Kalibrators müssen alle – oder im Wesentlichen alle – den Funktionen der Testgeräte entsprechen, die kalibriert werden sollen.  Am wichtigsten ist jedoch, dass die Leistung des Kalibrators besser als die erforderlichen Testspezifikationen der zu kalibrierenden Geräte ist.

Als Faustregel gilt, dass die Leistung eines Kalibrators oder Normals mindestens das Vierfache der Spezifikation für die Leistungsprüfung bzw. die Referenzspezifikation für die Einstellung betragen muss.

Der erfolgreichen Wahl eines Kalibrators geht eine gründliche Analyse der Spezifikationen sowohl der zu testenden Geräte als auch der Kalibriernormalen voraus.  Diese Analyse basiert in der Regel auf den empfohlenen Herstellerspezifikationen für das getestete Gerät im Vergleich mit den Standardspezifikationen des Kalibriergeräts.

Der Begriff "Übereinstimmung" beschreibt den elektrischen Antrieb, den eine Kalibrierquelle für die elektrische Last, die durch das Messgerät, das getestet wird, verursacht wird, liefern kann.  Ein Kalibrator besitzt einen speziell begrenzten Antrieb, ohne dass dadurch die Genauigkeit seines Signals beeinträchtigt wird.  Bestimmte Testgeräte (z. B. bestimmte analoge Messgeräte und Einbaumessgeräte) stellen relativ große Lasten dar und erfordern einen erheblichen elektrischen Antrieb vom Kalibrator.  Daher ist die Übereinstimmung ein wichtiger Punkt innerhalb der Spezifikationsleistung.

Messen und Geben

Die Kalibrierung umfasst beide Arten von Anwendungen, für die Präzisionsmessen und Präzisionsgeben erforderlich sind.  Eine Präzisionsquelle wird verwendet, um ein Messgerät zu testen, und ein Präzisionsmessgerät testet ein gebendes Gerät.  Ein Qualitätssicherungsprogramm, das eine Routineprüfung der Kalibriergeräte des Labors umfasst, gilt als Voraussetzung für eine gute metrologische Praxis.  Aus diesem Grund sollte ein Labor mit Präsizionsmessgeräten ausgestattet sein, die ähnliche Leistungsspezifikationen wie die gebenden Präzisionsgeräte des Labors besitzen (sowohl hinsichtlich des Funktionsumfangs als auch hinsichtlich der Spezifikationen).  Durch routinemäßigen Ringvergleich wird dann das Vertrauen in die Konsistenz der Laborgeräte sichergestellt. Im Rahmen eines solchen Vergleichs werden Probleme frühzeitig erkannt, sodass Abhilfemaßnahmen getroffen werden können.  Infolgedessen wird es als Best Practice angesehen, dass ein Unternehmen beide Gerätekategorien besitzt und verwendet.

Weiteres Referenzmaterial

Anleitung zur Auswahl von elektrischen und HF-Kalibratoren

Anleitung für die Oszilloskopkalibrierung mit eigens dafür bestimmten Kalibratoren oder Multiprodukt-Kalibratoren

Erläuterung und Vergleich von Gerätespezifikationen

Erläuterung von Spezifikationen für Präzisionsmultimeter

Fluke Kalibrierzertifikate