Kalibrierung von Thermometern. Grundlagen, Voraussetzungen und Standards bei industriellen Thermometern

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1 Kalibrierung von Thermometern Grundlagen, Voraussetzungen und Standards bei industriellen Thermometern

2 Kalibrierung von Thermometern Temperatur ist der meist gemessene Parameter in der Prozessautomatisierung. Überall auf der Welt kommt Temperaturmesstechnik in der Industrie zum Einsatz. Um die Genauigkeit der Messungen einheitlich zu definieren und zu überprüfen, haben sich weltweite Kalibrierstandards etabliert. Endress+Hauser erfüllt diese weltweiten Standards und kalibriert industrielle Widerstandssensoren und Thermoelemente nach ISO/IEC 17025, DKD- und SIT-Richtlinien. Die hohe Kalibrierkompetenz bei Endress+Hauser wird durch akkredidierte Labors und die Dokumentation der Kalibrierung mit international anerkannten Kalibrierzertifikaten der European co-operation for Accreditation (EA) deutlich. Darüber hinaus bietet Endress+Hauser ergänzende Dienstleistungen wie das Sensor-Transmitter-Matching oder die Kalibrierung von Messketten mit schleifengespeisten Displays. Damit wird Endress+Hauser zum richtigen Partner für alle Aspekte der Kalibrierung von Thermometern. Grundlagen Kalibrierung von Thermometern Unter Kalibrierung versteht man allgemein den Vergleich der Messungen eines Prüflings mit den entsprechenden Messwerten eines hochgenauen Normals bei einem definierten und reproduzierbaren Messverfahren. Ziel ist es, die Messabweichungen des Prüflings vom so genannten wahren Wert der Messgröße festzustellen. Grundlage für die praktische Temperaturmessung und die Rückführbarkeit von Thermometerkalibrierungen ist die Internationale Temperaturskala ITS-90. Sie definiert eine Reihe spezieller Temperaturen, sogenannter Fixpunktemperaturen, sowie Verfahren und Messinstrumente, mit denen zwischen jenen fixen Temperaturwerten interpoliert werden kann. Fixpunktkalibrierung Thermometer lassen sich direkt bei diesen Fixpunkttemperaturen kalibrieren. Dies sind im wesentlichen Temperaturwerte, bei denen sich bestimmte thermodynamische Gleichgewichtszustände von Reinststoffen, wie beispielsweise das Erstarren oder der Tripelpunkt (gleichzeitiges Auftreten von fester, flüssiger und gasförmiger Phase eines Stoffes), einstellen. Allerdings sind solche Fixpunktkalibrierungen sehr aufwändig, weshalb dieses Verfahren selten und nur bei sehr hohen Anforderungen an die Messunsicherheit angewendet wird. Vergleichsweise einfach durchzuführen sind Kalibrierungen am sogenannten Eispunkt, dem Erstarrungspunkt von Wasser bei 0 C. Ein Wasser-Eis-Gemisch ist einfach realisierbar und für die Kalibrierung industrieller Widerstandsthermometer mittlerweile ein Standard-Kalibrierverfahren. Fixpunktkalibrierung mit Tripelpunkt-Zelle und Eisbad

3 Vergleichskalibrierung Häufiger werden Thermometer in der Praxis im Vergleichsverfahren gegen ein Referenz- bzw. Normalthermometer kalibriert, welches direkt oder indirekt über weitere Vergleichsthermometer an Fixpunkttemperaturen der ITS-90 Skala kalibriert wurde. Eine wesentliche Voraussetzung für das Vergleichsverfahren ist, dass das zu kalibrierende Thermometer und das Vergleichsthermometer bei der Messung möglichst exakt die gleiche Temperatur annehmen. Bewährt hat sich hierzu die Verwendung temperierter Kalibrierbäder, gefüllt mit Flüssigkeiten, Salzen oder Pulvern als Messmedium. Beide Thermometer werden dicht nebeneinander ausreichend tief in das Bad eingetaucht. Rührer oder Druckluft halten die Flüssigkeit oder das Pulver in solchen Bädern permanent in Bewegung, so dass sich eine homogene Temperaturverteilung im Messmedium einstellt. Insbesondere für höhere Kalibriertemperaturen werden spezielle, aufwändig geregelte Kalibrieröfen mit Wärmerohren (heat pipes) oder massiven Ausgleichsblöcken mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Inneren eingesetzt. In diesen Öfen lassen sich die benötigten Zonen mit weitgehend konstanter und homogener Temperaturverteilung für die Vergleichsmessungen realisieren. Vergleichsverfahren im Kalibrierbad Nach ITS-90 kalibriertes Referenzthermometer Vergleichsverfahren im Kalibrierofen Was wird kalibriert? Widerstandsthermometer (RTD) Thermoelemente (TC) Analoge Transmitter mit angeschlossenem Temperatursensor Digitale Transmitter mit angeschlossenem Temperatursensor Messung des ohmschen Widerstandes bei Kalibriertemperatur. Messung der Thermospannung bei Kalibriertemperatur, bezogen auf eine Vergleichsstellentemperatur von 0 C. Messung des analogen Ausgangssignals (4 20 ma Stromschleife) mit angeschlossenem Sensorelement bei Kalibriertemperatur. Auslesen des digitalen Messwertes - üblicherweise der Temperaturwert - über standardisierte Feldbusprotokolle (HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus ) mit angeschlossenem Sensorelement bei Kalibriertemperatur.

4 Temperaturbereiche und Einstecklängen Eine grundlegende Voraussetzung für eine Kalibrierung unter reproduzierbaren Messbedingungen ist eine ausreichende Einstecklänge des Thermometers. Diese erforderliche Einstecklänge hängt vom Temperaturbereich und der Konfiguration des Thermometers ab. In den folgenden Tabellen sind die minimalen Einstecklängen (IL) für die Kalibrierung verschiedener Thermometertypen in den jeweiligen Messbereichen aufgelistet. Grundsätzlich wird eine Kalibrierung bei der maximal möglichen Einstecklänge durchgeführt. Werden die in den Tabellen angegebenen Mindestlängen nicht erreicht, ist eine Kalibrierung nicht möglich. Stattdessen erfolgt eine Überprüfungsmessung (Evaluierung) des Thermometers. Thermometer mit austauschbaren Messeinsätzen Temperaturbereich; Messeinsatz-Ø: 6 mm (0,24 ), 3 mm (0,12 ) Mindesteinstecklängen IL in mm (inch) ohne Kopftransmitter -0 bis -40 C (-110 F bis -40 F) 00 (7,7) -40 C bis 0 C (-40 F bis F) 10 (,) mit Kopftransmitter 0 C bis 50 C ( F bis 40 F) 10 (4,7) 150 (5,9) 50 C bis 550 C (40 F bis 100 F) 550 C bis 50 C (100 F bis 10 F) 550 C bis 1100 C (100 F bis 01 F) 00 (11,1) RTD 400 (15,75) TC 450 (17,7) Kalibriert wird nur der Messeinsatz IL Messeinsätze mit verschiedenen elektrischen Anschlüssen: Kopftransmitter, Keramikanschlusssockel, US-Style spring loaded und freie Adern 4

5 Thermometer ohne austauschbare Messeinsätze Temperaturbereich Mindesteinstecklänge IL in mm (inch) ohne Kopftransmitter -0 C bis -40 C (-110 F bis -40 F) 00 (7,7) -40 C bis 0 C (-40 F bis F) 10 (,) mit Kopftransmitter (Thermometer ohne Halsrohr) 0 C bis 50 C ( F bis 40 F) 10 (4,7) 150 (5,9) 50 C bis 550 C (40 F bis 100 F) 00 (11,1) IL Thermometer ohne Schutzrohr, direkt medienberührend, mit Klemmverschraubung, zum Einschrauben oder mit Flanschverbindung Kompaktthermometer und Temperaturschalter Temperaturbereich Mindesteinstecklänge IL in mm (inch) Typ IL Kompaktthermometer mit Transmitter -0 C bis 00 C (-4 F bis 9 F) mit Halsrohr 40 (1,57) -0 C bis 150 C (-4 F bis 0 F) ohne Halsrohr Kompaktthermometer ohne Transmitter -0 C bis 00 C (-4 F bis 9 F) 40 (1,57) alle Temperaturschalter (Kalibrierung nur für Analogausgang, 4 bis 0 ma) -0 C bis 00 C (-4 F bis 9 F) mit Halsrohr 40 (1,57) -0 C bis 150 C (-4 F bis 0 F) ohne Halsrohr Temperaturschalter Standardausführung Kompaktthermometer Hygieneausführung 5

6 Interpretieren eines Kalibrierzertifikates Inhaltlicher Aufbau Ein Kalibrierzertifikat dokumentiert die ermittelten messtechnischen Eigenschaften des Prüflings zum Zeitpunkt der Kalibrierung. Es beschreibt Art, Umfang und Ergebnisse der durchgeführten Kalibriermessungen und macht Angaben zur Rückführbarkeit der Messungen auf nationale Normale und zur Messunsicherheit. Jeder ausgestellte Kalibrierschein enthält mindestens: SIT SERVIZIO DI TARATURA IN ITALIA Calibration Service in Italy Il SIT è uno dei firmatari degli Accordi di Mutuo Riconoscimento EA-MLA ed ILAC-MRA dei certificati di taratura. SIT is one of the signatories to the Mutual Recognition Agreement EA-MLA and ILAC-MRA for the calibration certificates. DEUTSCHER KALIBRIERDIENST CENTRO DI TARATURA N 78 Calibration Centre Kalibrierlaboratorium / Calibration laboratory Endress+Hauser Sicestherm S.r.l. Via M. L. King 7 - I Pessano c/b (MI) Tel Fax Akkreditiert durch die / accredited by the Akkreditierungsstelle des Deutschen Kalibrierdienstes CERTIFICATO DI TARATURA N. Certificate of Calibration No Pagina 1 di Page 1 of 4 4 DKD-K DKD-K- Kalibrierschein Kalibrierzeichen Calibration certificate Calibration mark Gegenstand Object Hersteller Manufacturer Typ Type Fabrikat/Serien-Nr. Serial number Auftraggeber Customer Auftragsnummer Order No. Endress+Hauser Wetzer TMR31-A1BAACAX1CCA A3042D042BA Anzahl der Seiten des Kalibrierscheines Number of pages of the certificate Datum der Kalibrierung Date of calibration 0 4 Seiten Pages Kompaktthermometer TMR31 Dieser Kalibrierschein dokumentiert die Rückführung auf nationale Normale zur Darstellung der Einheiten in Übereinstimmung mit dem Internationalen Einheitensystem (SI). Der DKD ist Unterzeichner der multi- lateralen Übereinkommen der European co-operation for Accreditation (EA) und der International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC) zur gegenseitigen Anerkennung der Kalibrierscheine. Für die Einhaltung einer angemessenen Frist zur Wiederholung der Kalibrierung ist der Benutzer verantwortlich. This calibration certificate documents the traceability to national standards, which realize the units of measurement according to the International System of Units (SI). The DKD is signatory to the multilateral agreements of the European co-operation for Accreditation (EA) and of the International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC) for the mutual recognition of calibration certificates. The user is obliged to have the object recalibrated at appropriate intervals. Dieser Kalibrierschein darf nur vollständig und unverändert weiterverbreitet werden. Auszüge oder Änderungen bedürfen der Genehmigung sowohl der Akkreditierungsstelle des DKD als auch des ausstellenden Kalibrierlaboratoriums. Kalibrierscheine ohne Unterschrift und Stempel haben keine Gültigkeit. This calibration certificate may not be reproduced other than in full except with the permission of both the Accreditation Body of the DKD and the issuing laboratory. Calibration certificates without signature and seal are not valid. Eine eindeutige fortlaufende Nummer Akkreditierungsnummer des Labors Die Bezeichnung des Kalibrieroder Messgegenstandes und ggf. dessen Seriennummer Name(n) und Unterschrift(en) der bevollmächtigten Person(en) - Data di emissione date of issue - destinatario addressee - richiesta application - in data date Si riferisce a referring to - oggetto item - costruttore manufacturer - modello model - matricola serial number - data delle misure date of measurements - registro di laboratorio laboratory reference 15/09/08 Lieferzentrum Endress + Hauser Franz Ehret-Straße 18 - DE Lörrach 04/ / / /08/08 RTD Thermometer Endress+Hauser TST310-B2A9Y9E1A1A A /09/08 RD19/012 Il presente certificato di taratura è emesso in base all'accreditamento SIT N. 78 rilasciato in accordo ai decreti attuativi della legge n. 273/1991 che ha istituito il Sistema Nazionale di Taratura (SNT). Il SIT garantisce le capacità di misura, le competenze metrologiche del Centro e la riferibilità delle tarature eseguite ai campioni nazionali e internazionali delle unità di misura del Sistema Internazionale delle Unità (SI). Questo certificato non può essere riprodotto in modo parziale, salvo espressa autorizzazione scritta da parte del Centro. This certificate of calibration is issued in compliance with the accreditation SIT No. 78 granted according to decrees connected with Italian law No. 273/1991 which has established the National Calibration System. SIT attests the measurement capability and metrological competence of the Centre and the traceability of calibration results to the national and international standards of the International System of Units (SI). This certificate may not be partially reproduced, except with the prior written permission of the issuing Centre. I risultati di misura riportati nel presente Certificato sono stati ottenuti applicando le procedure citate alla pagina seguente, dove sono specificati anche i campioni di prima linea da cui inizia la catena di riferibilità del Centro e i rispettivi certificati di taratura, in corso di validità. Essi si riferiscono esclusivamente all oggetto in taratura e sono validi nel momento e nelle condizioni di taratura, salvo diversamente specificato. The measurement results reported in this Certificate were obtained following the procedures given in the following page, where the reference standards are indicated as well, from which starts the traceability chain of the laboratory, and the related calibration certificates in their course of validity. They relate only to the calibrated item and they are valid for the time and conditions of calibration, unless otherwise specified. Le incertezze di misura dichiarate in questo documento sono state determinate conformemente al documento EA-4/02 e sono espresse come incertezza estesa ottenuta moltiplicando l incertezza tipo per il fattore di copertura k corrispondente ad livello di fiducia di circa il 95%. Normalmente tale fattore k vale 2. The measurement uncertainties stated in this document have been determined according to EA-4/02. They were estimated as expanded uncertainty obtained multiplying the standard uncertainty by the coverage factor k corresponding to a confidence level of about 95%. Normally, this factor k is 2. Il Responsabile del Centro Head of the Centre C. Bini Stempel Seal Datum Date Leiter des Kalibrierlaboratoriums Head of the calibration laboratory Bearbeiter Person in charge Seite 4 Page DKD-K Gerhard X. Müller Dr.-Ing. Dirk Boguhn Seite 2 Endress+Hauser Wetzer GmbH + Co. KG DKD-K- Obere Wank Nesselwang Page Telefon Telefax Germany Die Nennung aller angewendeten Festlegungen oder Verfahren Die Bedingungen (z. B. Umgebungsbedingungen), unter denen die Kalibrierungen oder Messungen durchgeführt worden sind Kalibriergegenstand (Calibration Object) Kompaktthermometer TMR31 Kalibrierverfahren (Procedure of Calibration) Alle angegebenen Temperaturen entsprechen ITS-90. The temperature values are according to the ITS-90. Kalibrierungen bei 0 C werden im Eis-Wasser-Gemisch, bei 0,01 C in einer Wasser-Tripelpunkt-Zelle durchgeführt. The calibrations at 0 C are made at the melting ice-point, at 0,01 C within a Water-Triple-Point Cell respectively. Kalibrierungen bei allen anderen Temperaturen werden im Vergleichsverfahren in einem nahezu homogenen Temperaturfeld unter Verwendung gerührter Flüssigkeitsbäder (-20 C t 250 C) bzw. in einem Aluminiumpulverofen mit Wirbelschichtverfahren (250 C < t 650 C) durchgeführt. At all other temperatures comparison calibrations are carried out in an homogeneous temperature field, using a liquid stirred bath between 20 C t 250 C and within a Fluidizedbed Calibration bath between 250 C < t 650 C. Ort der Kalibrierung (Place of Calibration) Kalibrierlabor Endress+Hauser Wetzer GmbH + Co. KG, Obere Wank 1, Nesselwang Messbedingungen (Measurement Conditions) Eintauchtiefe (Immersion Depth) : Umgebungsbedingungen 225 mm Raumtemperatur (ambient temperature) : 23 C ± 3K Normale (Standards) : Beschreibung der verwendeten Normale Description of the used standard Tinsley 5685 A February Hart Scientific March Agilent 3458 A February D63 Agilent 34420A September D259 SPRT 100 June A SPRT 25 March Messbereich Output range Normale kalibriert bis Standard calibrated to 0150 C Messergebnisse (Measurement Results) : Messpunkt Standard gemessener entsprechender Messtemperature erweiterte Referenz- Strom Temperaturwert abweichung Messunsicherheit temperatur (k=2) Nominal standard Measured corresponding Deviation expanded calibration reference current value measurement point temperature value uncertainty (k=2) ( C) ( C) (ma) ( C) (K) (mk) 0 0,00 3, ,96 14, ,00 20,021-0,04 100,05 150,19 ID-Nummer der Normalen ID-Number of the standard Strombereich Current range -0,04 0,09 0,19 DKD-Kalibrierungsnr. DKD calibration No. 420 ma Angaben zu den verwendeten Normalen und eine generelle Aussage über die messtechnische Rückführung der Messergebnisse Die Messergebnisse und die damit verbundenen Messunsicherheiten und ggf. eine Aussage zur Konformität mit einer festgelegten messtechnischen Spezifikation Messergebnisse (Measurement Results) Die Kalibrierung umfasst die Messgröße Gleichstrom als Ausgangssignal eines Messumformers. Die Ergebnisse sind aus dem Messprotokoll auf Seite 4 ersichtlich. For the calibration the measurement category direct current is determined as an output signal of a transmitter. The results are documented in the measurement protocol on page 4. Messunsicherheit (Uncertainty in Measurement)

7 Messunsicherheit nach GUM Die Beurteilung und Abschätzung der Messunsicherheit erfolgt gemäß IEC unter Berücksichtigung aller bei der jeweiligen Messung relevanten Unsicherheitsbeträge. Diese werden nach dem GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, herausgegeben 1995 von ISO, BIPM, IEC, OIML) zu einer Standardmessunsicherheit zusammengefasst. Erweiterte Messunsicherheit Angegeben wird die erweiterte Messunsicherheit, die sich aus der Standardmessunsicherheit durch Multiplikation mit dem Erweiterungsfaktor k=2 ergibt. Sie entspricht für eine Gaußsche Normalverteilung einer Überdeckungswahrscheinlichkeit von ca. 95 %, d.h. der (unbekannte) wahre Wert der Messgröße liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 95 % im zugeordneten Werteintervall um den Messwert. Maximaler Messfehler Diese erweiterte Messunsicherheit ist nicht identisch mit der immer noch häufig anzutreffenden Angabe eines Größtfehlers, d.h. der unter den ungünstigsten Umständen auftretenden maximal möglichen Messabweichung. Der Größtfehler übertrifft im allgemeinen die tatsächliche Messunsicherheit deutlich. In der Praxis ist es sehr unwahrscheinlich, dass alle Fehlereinflüsse tatsächlich gleichzeitig ihren minimalen oder maximalen Wert annehmen. Eine Messunsicherheitsabschätzung nach GUM ist hier meist realitätsnäher, da sowohl Vorzeichen als auch unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten des Auftretens der verschiedenen Fehlereinflüsse berücksichtigt werden. Gaußsche Normalverteilung 1σ = Standardmessunsicherheit 68,3 % 2σ = Erweiterte Messunsicherheit 95,44 % M = gemessener Wert X = Vertrauensbereich (Interval of confidence) Evaluierung Die sinnvolle Kalibrierung eines Thermometers mit akzeptabler Messunsicherheit ist nicht mehr möglich bei: sehr kurzen Thermometern oder Thermometern mit großvolumigen Prozessanschlüssen oder Flanschen. Sie lassen sich mitunter nicht tief genug in das Bad oder den Kalibrierofen eintauchen. Das eigentliche Sensorelement befindet sich dann nicht mehr in der temperaturhomogenen Zone des Kalibrierofens. Die stetige Wärmeableitung entlang des Thermometerrohres bewirkt in solchen Fällen, dass die sich einstellende Sensortemperatur von der eigentlichen Bad- oder Ofentemperatur stark abweicht (großer Wärmeableitfehler). Endress+Hauser führt in diesem Fall, soweit technisch machbar, eine Überprüfungsmessung (Evaluierung) des Prüflings durch. Unter Ausnutzung der maximal möglichen Einstecklänge wird dabei, wie bei Kalibrierungen auch, der Messwert des Prüflings direkt im Wasser-Eis-Gemisch oder im Thermometer mit zu kurzer Einstecklänge für den Kalibrierofen Vergleich zu einem Referenzthermometer in einem Kalibrierbad oder -ofen bestimmt. Die jeweiligen Messbedingungen und Messergebnisse werden ebenfalls wie bei einer Kalibrierung auf einem Evaluierungszertifikat dokumentiert. Die Messwerte und Messabweichungen einer solchen Evaluierung sind nur unter identischen Prüfbedingungen reproduzierbar und lassen sich nur begrenzt auf andere Einsatzbedingungen übertragen. Ebenso wenig ist es möglich, eine akzeptable Messunsicherheit für diese Messungen anzugeben. Die Evaluierung eines Thermometers bei verschiedenen Temperaturen erfüllt somit nicht die Kriterien an eine vollwertige Kalibrierung, ist aber für die beschriebenen Fälle die einzige Möglichkeit einer Überprüfungsmessung.

8 Regionale Akzeptanz von Kalibrierzertifikaten Die Temperatur-Kalibrierlaboratorien von Endress+Hauser in Mailand (Italien) und in Nesselwang (Deutschland) erfüllen die hohen Qualitätsanforderungen gemäß EN ISO/IEC 17025:2005. Sie sind entsprechend zertifiziert und werden von unabhängiger Stelle überwacht. So ist das Labor in Italien bereits seit 2002 ein akkreditiertes Temperatur-Kalibrierlabor des italienischen Kalibrierdienstes SIT (Servizio di Taratura in Italia). Das Kalibrierlabor in Nesselwang erhielt seine Akkreditierung Anfang 2008 vom Deutschen Kalibrierdienst DKD. Im Gegensatz zu Werkskalibrierungen, für die prinzipiell jedes Labor ein Zertifikat ausstellen kann und die wenig über die Qualität einer Kalibrierung aussagen, sind Kalibrierungen in akkreditierten Labors des SIT oder des DKD untereinander vergleichbar und ihre Zertifikate nahezu weltweit anerkannt. Grundlage dafür sind eine Reihe internationaler Abkommen und Übereinkünfte. In Europa ist es das Multilaterale Abkommen (multilateral agreement = MLA) innerhalb der European co-operation for Accreditation (EA, der inzwischen fast alle europäischen Akkreditierungsstellen für Kalibrier- und Prüflaboratorien angehören. Der DKD ist Unterzeichner des EA-MLA für Kalibrierungen in Deutschland, der SIT in Italien. DKD und SIT sind außerdem Vollmitglieder und Unterzeichner des Mutual Recognition Arrangements (MRA) der International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC, Alle deren Mitgliedsorganisationen erkennen die jeweils anderen nationalen Kalibrierscheine und Prüfberichte gegenseitig an. Gleiches gilt für Zertifikate, die von Mitgliedern anerkannter regionaler Akkreditierungsorganisationen wie eben der EA, der APLAC (Asia Pacific Laboratory Accreditation Cooperation) oder der IAAC (Inter American Accreditation Cooperation) erstellt werden. Regionen mit Endress+Hauser Temperatur-Produktionswerken Die Tabelle gibt einen Überblick der Akkreditierungsorganisationen in den Ländern, in denen Endress+Hauser Thermometer produziert. Alle Organisationen sind Unterzeichner des ILAC-MRA und erkennen die DKD- und SIT-Kalibrierzertifikate an. Deutschland Italien China Japan USA Südafrika Deutscher Kalibrierdienst (DKD) Sistema Nazionale per l Accreditamento di Laboratori (SINAL) Servizio di Taratura in Italia (SIT) China National Accreditation Service for Conformity Assessment (CNAS) International Accreditation Japan (IA Japan) Japan Calibration Service System (JCSS) National Voluntary Laboratory Accreditation Program (NVLAP) American Association for Lab Accreditation (A2LA) Assured Calibration and Laboratory Accreditation Select Services (ACLASS) International Accreditation Service, Inc. (IAS) Laboratory Accreditation Bureau (L-A-B) Perry Johnson Laboratory Accreditation, Inc. (PJLA) South African National Accreditation Service (SNAS) 9

9 Kalibrierung einer Messkette Eine Messkettenkalibrierung ist die Bestimmung und Dokumentation der Messabweichung einer Gesamtmessstelle vom wirklichen Wert der Messgröße. Die Messkette besteht hier aus einem Transmitter und einem angeschlossenen Sensorelement, optional mit einem schleifengespeisten Display. Endress+Hauser bietet in Abhängigkeit der verwendeten Komponenten folgende Kalibrierungen an: Messung des 4 bis 0 ma Signals bei einem Transmitter mit analogem Ausgang. Auslesen eines digitalen Messwertes über HART, PROFIBUS oder FOUNDATION Fieldbus bei einem Transmitter mit digitaler Kommunikation. Messung des 4 bis 0 ma Signals einer analogen Messkette und die Dokumentation des Anzeigewertes eines angeschlossenen Displays. 4 bis 20 ma 4 bis 20 ma, Displaywert Hutschienentransmitter Schleifengespeistes Display Kopf- oder Feldtransmitter Feldtransmitter Kopftransmitter Ist ein schleifengespeistes Display Teil der Messkette, sollte dieses bei der Kalibrierung mit berücksichtigt werden. Der interne Bürdenwiderstand kann das analoge Ausgangssignal beeinflussen. 10

10 Sensor-Transmitter-Matching Anpassung des Transmitters an den Sensor Ergänzend zur Kalibrierung kann durch das Sensor-Transmitter- Matching die Messgenauigkeit optimiert werden. Um eine Optimierung durchzuführen, müssen zuerst die möglichen Fehlerquellen betrachtet werden. Die Gesamtmessunsicherheit ergibt sich aus dem Messfehler des Temperaturtransmitters und des Sensorelements. Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass der größte Anteil an der Gesamtmessunsicherheit aus der Ungenauigkeit des Sensors, speziell bei höheren Temperaturen, resultiert. Zusammensetzung der Gesamtmessunsicherheit - Analyse für Pt100, Klasse A bei einer Prozesstemperatur von 150 C Widerstandsthermometer zeigen eine hohe Linearität. Dennoch hat jeder Sensor eine individuelle Temperatur-Widerstandskennlinie. Diese Kennlinie muss möglichst genau beschrieben werden, um eine hohe Genauigkeit bei der Linearisierung der Messwerte im Transmitter zu erreichen. Diese Beschreibung erfolgt z.b. für Platin-Widerstände (Pt/RTD) durch die Callendar/Van Dusen Gleichung, die auch in der internationalen Norm IEC 0751 Anwendung findet: Widerstand [Ω] R T = R 0 [1+AT+BT²+CT³(T-100 C)] R T : Widerstandswert bei einer Messtemperatur T R 0 : Widerstandswert bei 0 C A, B: Sensorspezifische Konstanten C: Sensorspezifische Konstante bei T < 0 C (für T 0 C ist C = 0) Temperatur [ C] Individuelle Temperatur-Widerstandskennlinie Temperatur-Widerstandskennlinie gemäß IEC Gemessene Abweichung Werden anstelle der normierten Standardkoeffizienten aus der IEC 0751 die sensorspezifischen Konstanten aus der Thermometerkalibrierung in den Transmitter eingegeben, errechnet dieser die spezifische Temperatur-Widerstandskennlinie für den angeschlossenen Sensor. Daraus resultiert eine signifikante Verbesserung der Genauigkeit. Anwendung des Sensor-Transmitter-Matchings Hohe Genauigkeit über einen großen Messbereich. Günstige Alternative zu gepaarten Sensoren, vor allem bei Temperaturen über 100 C. Neben Platin-Sensoren (Pt) auch bei Kupfer- (Cu) und Nickel- Sensoren (Ni) anwendbar. ohne Sensor-Transmitter-Matching 0,53 K 0,14 K mit Sensor-Transmitter-Matching Messunsicherheit der Gesamtmessstelle in Kelvin am Beispiel für einen Pt100, Klasse A bei einer Temperatur von 150 C 11

11 Ergänzende Dokumentation Kalibrierung im Werk oder vor Ort FA020H/11/de Temperaturmesstechnik Thermometer und Transmitter für die Prozessindustrie FA006T/09/de Engineered Temperature für die petrochemische Industrie CP003R/09/de Kompetenz in Temperatur CP002R/09/de Deutschland Österreich Schweiz 12.06/SC-D Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Straße Weil am Rhein Fax EHFAXEN Fax Vertrieb Beratung Information Auftrag Bestellung Tel EHVERTRIEB Tel info@de.endress.com Service Help-Desk Feldservice Ersatzteile/Reparatur Kalibrierung Tel EHSERVICE Tel service@de.endress.com Technische Büros Hamburg Berlin Hannover Ratingen Frankfurt Stuttgart München Endress+Hauser Ges.m.b.H. Lehnergasse Wien Tel Fax info@at.endress.com Endress+Hauser Metso AG Sternenhofstraße Reinach Tel Fax info@ch.endress.com CP004R/09/de/ KKW/INDD CS2