Prozesskalibrator / Kalibriergerät

Der Begriff Kalibrieren wird für das Überprüfen der Genauigkeit von Messgeräten verwendet. Wird bei der Überprüfung festgestellt, dass die Messergebnisse des Gerätes stärker vom Sollwert abweichen, als in den technischen Spezifikationen des Gerätes angegeben oder als für die beabsichtigten Messungen erforderlich, sollte das Gerät neu eingestellt werden. Bei Geräten, die eine Anpassung durch den Anwender erlauben, werden in den Bedienungsanleitungen die dazu notwendigen Schritte meist unter dem Kapitel Kalibrieren beschrieben. Um die Anpassung zur Erhöhung der Genauigkeit durch Änderungen am Gerät von der reinen Überprüfung der Genauigkeit zu trennen, wird für die Einstellung am Messgerät aber korrekterweise der Begriff Justieren verwendet.

Für einige Messparameter können für die Kontrolle der Messgenauigkeit Kalibrierstandards genutzt werden. So gibt es beispielsweise für Waagen Prüfgewichte unterschiedlicher Genauigkeitsklassen, für Schichtdickenmessgeräte Kalibrierfolien, für pH-Messgeräte Kalibrierflüssigkeiten und für Gasmessgeräte Prüfgase. Für andere Messgrößen müssen durch ein Kalibriergerät oder einen Prozesskalibrator Prüfsignale erzeugt werden. Ein Kalibriergerät ist in der Regel nur auf eine physikalische Größe wie beispielsweise Schall, Schwingungen oder Temperatur ausgelegt.

Dagegen kann ein Prozesskalibrator festgelegte Strom- und Spannungswerte erzeugen und häufig auch bestimmte Signale für weitere Größen wie die Frequenz oder den Widerstand. Die Bezeichnung Prozesskalibrator ergibt sich daraus, dass vor allem Stromstärken- und Spannungssignale sehr häufig als Messgröße zur Steuerung von Prozessen verwendet werden. Viele Messgeräte in automatisierten Prozessen messen andere Größen und geben den Messwert über eine Analogschnittstelle als Spannungs- oder Stromstärkewert weiter. Ein Prozesskalibrator kann solche Werte nicht nur zur Abstimmung des Prozesses erzeugen bzw. simulieren, er kann die Ausgabesignale der Analogschnittstellen auch messen.

Wichtige Kriterien bei einem Kalibriergerät für Schallmessgeräte
Mit einem Kalibriergerät für Schallpegelmesser können mehrere gleichartige oder verschiedene Schallmesser beliebig oft auf ihre Messgenauigkeit überprüft werden. Zu den bei der Auswahl wichtigen Punkten gehören die Genauigkeitsklasse des Gerätes, der Wert des bzw. der erzeugten Bezugspegel und die Öffnungsgröße für das Messmikrofon des Schallpegelmessgerätes. Für Schallpegelmessgeräte sind vier Genauigkeitsklassen in der DIN EN 60651 über die jeweils zulässigen Abweichungen definiert. Geräte der Genauigkeitsklasse 0 dürfen nur 0,4 Dezibel Abweichung aufweisen, für Genauigkeitsklasse 1 sind es 0,7 Dezibel und bei Genauigkeitsklasse 2 sind bis zu 1,0 Dezibel erlaubt. Geräte für orientierende Messungen mit bis zu 1,5 Dezibel Abweichung werden in die Genauigkeitsklasse 3 eingeordnet. Für die Schallkalibratoren wurden in DIN EN 60942 bzw. IEC 60942 die drei Genauigkeitsklassen LS, 1 und 2 festgelegt. Für die Kalibrierung von Schallpegelmessern der Klassen 0 und 1 soll ein Kalibriergerät der Klasse LS verwendet werden. Für Schallmesser der Klasse 2 soll ein Kalibriergerät der Klasse 1 und für Schallmesser der Klasse 3 ein Kalibriergerät der Klasse 2 eingesetzt werden.

Ein Kalibriergerät für Schall kann einen oder mehrere definierte Schalldruckpegel erzeugen. Der vom Schallmesser angezeigte Pegel sollte möglichst gut mit dem Bezugspegel übereinstimmen. Wenn der Messwert nicht die erwartete Genauigkeit aufweist, kann dies bei vielen Schallmessgeräten über eine spezielle Funktion im Gerätemenü korrigiert werden. Übliche Werte für die Bezugspegel sind 94 Dezibel, 104 Dezibel und 114 Dezibel. Werden die Schallpegelmesser hauptsächlich für Messungen bis 95 Dezibel eingesetzt, genügt ein Bezugswert von 94 Dezibel zur Kalibrierung. Ist für die vorgesehenen Schallmessungen gerade oder auch die Genauigkeit bei höheren Schallpegeln wichtig, muss ein Kalibriergerät verwendet werden, das einen höheren Bezugspegel erzeugt. Es sollte stets mit dem am besten zu den Messaufgaben passenden Bezugspegel kalibriert werden.

Damit Umgebungsgeräusche die Messwerte bei der Schallkalibrierung nicht verfälschen, besitzt das Kalibriergerät eine Aufnahmeöffnung für das Messmikrofon. Diese Aufnahmeöffnung soll während der Messung möglichst dicht geschlossen sein. Da es Messmikrofone mit einem Zoll, einem halben Zoll und einem viertel Zoll Durchmesser gibt, muss darauf geachtet werden, welche Größe die Aufnahmeöffnung beim Kalibriergerät hat. Eine Aufnahmeöffnung mit Durchmesser ein Zoll kann mit passenden Adaptern auch für Mikrofone mit einem halben oder einem viertel Zoll angepasst werden.

Auswahlkriterien bei einem Kalibriergerät für Schwingungsmessgeräte
Mit einem Kalibriergerät für Schwingungsmesser kann deren Messgenauigkeit für verschiedene Schwingungsparameter überprüft werden. Das Kalibriergerät generiert dazu festgelegte Schwingungen, die vom Schwingungssensor des Messgerätes aufgenommen und ausgewertet werden. Die verschiedenen Schwingungskalibratoren unterscheiden sich unter anderem darin, welche Werte sie für Frequenz, Schwingbeschleunigung, Schwinggeschwindigkeit und Schwingweg erzeugen können. Während einige Gerätetypen nur ein festes Schwingungssignal erzeugen können, kann bei anderen zwischen mehreren Signalen mit verschiedenen Frequenzen und Amplituden gewählt werden.

Sowohl Vibrationsmesser für Maschinen, als auch solche für Gebäude- oder Humanschwingungen sollten regelmäßig kalibriert werden. Bei der Auswahl eines Gerätes zum Kalibrieren ist zuerst darauf zu achten, dass die vom Kalibriergerät erzeugte Schwingung zum Mess- und Anwendungsbereich der zu kalibrierenden Schwingungsmessgeräte passt. Außerdem muss berücksichtigt werden, wie hoch das Gewicht der zu prüfenden Schwingungssensoren beim ausgewählten Kalibriergerät maximal sein darf. Weitere Kriterien für die Entscheidung sind beispielweise die Befestigungsmöglichkeiten für die Schwingungssensoren und Zusatzfunktionen wie ein automatischer Selbsttest zur Genauigkeit des abgegebenen Schwingungssignals.

Grundlegende Unterscheidungsmerkmale bei einem Prozesskalibrator
Auch bei einem Prozesskalibrator können die verschiedenen Gerätemodelle zunächst einmal nach den zu simulierenden Größen unterschieden werden. Anders als beim Kalibriergerät ist der Prozesskalibrator nicht auf einen oder wenige Werte beschränkt. Er bietet statt dessen meist Wertebereiche für die erzeugten oder simulierten Größen wie zum Beispiel Spannung, Stromstärke, Widerstand, Frequenz, Impuls und Pulsweite. Der Prozesskalibrator muss die für die vorgesehene Anwendung erforderlichen Größen mit passendem Wertebereich und in der notwendigen Auflösung und Genauigkeit erzeugen können.

Fast immer ist ein Prozesskalibrator auch zur Messung der erzeugten elektrischen Größen geeignet. Viele Gerätetypen sind auch zur Messung zusätzlicher Größen einsetzbar, verfügen über zusätzliche Auswertefunktionen, einen großen Speicher für Messwerte oder eine Datenloggerfunktion. Mit einem Prozesskalibrator können beispielsweise auch Thermoelemente geprüft werden, da Thermoelemente die Temperatur aus der Spannungsdifferenz bestimmen, die sich zwischen den Drahtenden einstellt. Bei einem für die Messung von Thermoelementen ausgelegten Prozesskalibrator gehören zum Lieferumfang meist auch die passenden Adapter für die Thermoelementanschlüsse. Einige Gerätetypen sind darüber hinaus auch zur Kalibrierung von Widerstandsthermometern geeignet.