Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierlaboratorium. Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik.

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1 S O N D E R D R U C K Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierlaboratorium der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik

2 ... Herausgeber: Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik Gustav-Heinemann-Ufer 130, Köln Alle Rechte vorbehalten 1. Auflage 2005

3 MESSMITTELKALIBRIERUNG DURCH DAS AKKREDITIERTE DKD-KALIBRIERUNGSLABORATORIUM DER BGFE Messgeräte, Messsysteme, Messmittel Elektrische und mechanische Messgeräte, Bezugsnormale, Referenzmaterialien sowie Mess- und Prüfverfahren, die zur Ermittlung einer messbaren physikalischen Größe (z. B. Schutzleiterwiderstand) benötigt und eingesetzt werden, werden übergeordnet als Messmittel bezeichnet. Dieser, in DIN EN ISO definierte Begriff umfasst global alle Messeinrichtungen, die für Prüf- und Vergleichszwecke eingesetzt werden, aber auch solche Messsysteme, die durch eine autorisierte Kalibrierung unter Vorgabe einer festgelegten Toleranz den vorhandenen Messwert aufzeigen. Dabei kommen unterschiedliche Messsysteme, z. B. Spannungsmesseinrichtungen Strommesseinrichtungen Leistungsmesseinrichtungen Frequenzmesseinrichtungen Temperaturmesseinrichtungen Längenmesseinrichtungen Kraftmesseinrichtungen Zeitmesseinrichtungen usw. zum Einsatz (Abb. 1 und 2). Es stellt sich jedoch in der betrieblichen Praxis bei jeder Messaufgabe/Messung die Frage, wie groß die Differenz der Anzeige des Messgerätes zum ermittelten Wert ist. 2. Was sind Messfehler, und wodurch entstehen sie? In den meisten Betrieben, die technische Erzeugnisse herstellen, ändern, reparieren oder instandhalten, werden elektrische Messmittel (z. B. Spannungsmessgeräte, Widerstandsmessgeräte, Temperaturmessgeräte) sowohl stationär als auch ortsveränderlich eingesetzt (Abb. 2). Es ist jedoch nicht möglich (und auch nicht erforderlich) Messgeräte so zu konstruieren und zu betreiben, dass ihre Anzeige und Auswertung über einen längeren Zeitraum (z. B. 2 Jahre) fehlerfrei den wahren Wert wiedergibt. Messfehler entstehen und treten auf: bei analog anzeigenden Geräten (Abb. 3), z. B. durch Ablesefehler (Nichtbeachten der Parallaxe, Interpolationsfehler), Magnetfelder der Messmittel und Messobjekte oder auch durch Reibung in den Lagerstellen der Ablenkeinheit, Abb. 1: Funktions- und Sicherheitsprüfung an einem elektrischen Betriebsmittel nach der Endmontage Abb. 2: Einstellen eines Sollwertes mit Hilfe elektrischer Messmittel 3

4 ... Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierungslaboratorium der BGFE Abb. 4: Einsatz eines Messgerätes zur Ermittlung des Übergangswiderstandes eines Anlagenerders bei digital anzeigenden Geräten (Abb. 4), z. B. durch Toleranzfehler in den verschiedenen Baugruppen, wie Eingangsteiler/Eingangsverstärker, oder durch thermoelektrische Spannungen am Messeingang (kritisch bei kleinen Gleichspannungen; z. B. 5 V/K). Weitere allgemeine Fehlerursachen sind z. B. Netzspannungsschwankungen und Umwelteinflüsse (Fremdfelder, Temperatur), die bei der durchzuführenden Messaufgabe immer berücksichtigt werden müssen. Messfehler werden in zwei Hauptgruppen eingeteilt: a) Systematischer Fehler Das ist der Fehler, der bei unter Wiederholbedingungen nach Vorzeichen und Betrag konstant bleibt. Der Fehler kann durch Einmessen mit genaueren Messverfahren bestimmt werden. Es besteht die Möglichkeit der Korrektur, das heißt, der bekannte Fehler (Abweichung) kann grundsätzlich bei jeder Messung berücksichtigt werden. b) Zufälliger Fehler Das ist der Fehler, der bei Messung unter identischen Bedingungen (gleiches Messobjekt), gleiche Messgröße usw.) nach Vorziehen und Betrag verschiedene Messwerte verursacht. Die so ermittelten Messwerte werden voneinander abweichen, d. h. sie streuen. Abb. 3: Vielfachmessgerät mit Analoganzeige Die Streuung hat viele Ursachen, u. a. gerätespezifische ungleichmäßge Reibung im Lager von analog anzeigenden Messgeräten Veränderung des Messobjektes während der Messdauer elektrische Spannungs-, Strom-, Frequenzänderung während der Messung Beobachtereinflüsse Abschätzung des richtigen Wertes bei Zeigeinstrumenten (Parallaxe) Umwelteinflüsse Temperatur, Luftfeuchtigkeit, äußere elektrische und magnetische Felder 4 Die durch die Streuung auftretenden zufälligen Fehler können in ihrer Gesamtheit im Rahmen einer Kalibrierung und/oder Messmittelüberwachung durch die Fehlerstatistik erfasst werden. Anschließend erfolgt eine qualifizierte Bewertung. Beispielsweise ergeben sich aus einer Anzahl von Einzelmessungen unter vergleichbaren Wiederholbedingungen der arithmetische Mittelwert und die Standardabweichung. Hieraus werden der Messwert und die dazugehörige Messunsicherheit bestimmt. Somit könnte aus einer Messreihe von 10 Einzelmessungen (wahrer Wert 100 V) ein Mittelwert von 100,07 V errechnet werden. Die Angaben der Fehlergrenzen von Messgeräten (siehe technische Gerätedokumentation) entsprechen den systematischen Abweichungen der Messwerte vom korrekten Wert. Auch zufällige Abweichungen dürfen die angegebenen Fehlergrenzen nicht überschreiten. Dies verdeutlicht, dass die Angabe des Fehlers in den technischen Dokumentationen der Messgeräte stets

5 Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierungslaboratorium der BGFE... den zufälligen und den systematischen Fehler (Gesamtfehler) beinhalten muss. Für das erwähnte Beispiel bedeutet dies bei einem Messgerät der Klasse 0,1 und einer angelegten Spannung von 100 V, dass die Anzeige zwischen 99,9 V und 100,1 V liegen muss. In diesem Zusammenhang sei der Begriff Auflösung erläutert, der häufig mit der Fehlerangabe verwechselt wird: Als Auflösung wird die kleinste Änderung der Eingangsgröße, die eine sichtbare Veränderung der Anzeige eines Messgerätes bewirkt, bezeichnet (bei digitalen Messgeräten durch Zahlensprung erkennbar) und lässt keinen Rückschluss auf die Genauigkeit zu. 3.1 Einsatz kalibrierter Messgeräte Bei vielen Messaufgaben wird die Verwendung überprüfter Messmittel, die reproduzierbare Messergebnisse liefern, gefordert. Ebenso gehört nach DIN EN ISO 9000 ff. eine dokumetierte Messmittelüberwachung zu einem Qualitätssicherungssystem. Dazu heißt es in Pkt der angeführten Norm: Der Produzent muss im Hinblick auf den Nachweis, dass Produkte die festgelegte Qualitätsforderung erfüllen, die Prüfmittel überwachen, kalibrieren und instandhalten, gleichgültig ob sie ihm selbst gehören, ob sie ausgeliehen oder vom Auftraggeber beigestellt sind. Die Geräte müssen in einer Weise benutzt werden, die sicherstellt, dass die Messunsicherheit bekannt und mit der betreffenden Forderung vereinbart ist. Der Produzent muss alle für die Produktion relevanten Prüfmittel und -vorrichtungen identifizieren und in vorgegebenen Prüfintervallen oder vor ihrem Einsatz mit zertifizierten Prüfmitteln kalibrieren, die in einer bekannten Beziehung zu national anerkannten Normalen/Standards stehen. Wenn solche Normale nicht existieren, muss die Kalibrierungsgrundlage dokumentiert sein zum Nachweis des Kalibrierstatus müssen die Messgeräte mit einem geeigneten Kennzeichen oder mit einer anderen anerkannten Identifikation versehen sein. Da in vielen Betrieben eine eigene Kalibrierung nicht möglich ist, werden Messgeräteüberprüfungen von zugelassenen (akkreditierten) Laboratorien als Dienstleistung angeboten. 4. Das Kalibrierlaboratorium DKD-K unserer Berufsgenossenschaft 3. Kalibrieren Die Tätigkeiten, die unter vorgegebenen Bedingungen die gegenseitige Zuordnung zwischen ausgegebenen Werten eines Messgerätes oder einer Messeinrichtung oder den von einer Maßverkörperung dargestellten Werten einerseits und den zugehörigen bekannten Werten einer Messgröße andererseits bestimmen (VIM). VIM International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology Seit Januar 1993 besteht bei der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik ein von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt akkreditiertes Kalibrierlaboratorium für elektrische Messgrößen und Temperatur mit der DAR-Registriernummer Abb. 5: Akkreditierungsurkunde 5

6 ... Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierungslaboratorium der BGFE Das Kalibrierlaboratorium ist im Gebäude der Bezirksverwaltung/Prüflabor Dresden integriert und besteht aus Vorbereitungsraum, klimatisiertem Kalibrierraum sowie einem Messgerätelager. Unsere Kalibrierstelle gewährleistet, dass die von ihr angebotenen Dienstleistungen die Erwartungen der Auftraggeber und des Akkreditierers bzw. der Überwachungsbehörde (DKD-Akkreditierungsstelle bei der PTB) erfüllen. Das Qualitätsmanagementhandbuch (QMH) beschreibt unser Qualitätssicherungssystem (QSS), welches alle mit der Kalibrierung in Verbindung stehenden, qualitätsrelevanten Tätigkeiten und Aufgaben regelt. Das QMH wurde durch den Qualitätsbeauftragten geprüft und durch den verantwortlichen Leiter freigegeben (Abb. 6). Die Einbindung der Kalibrierstelle in die Prüf- und Zertifizierungsstelle des Fachausschusses Elektrotechnik ist aus Abb. 7 ersichtlich. Abb. 7: Organigramm der Prüf- und Zertifizierungsstelle mit Einbindung der Kalibrierstelle 5. Das Dienstleistungsangebot der Kalibrierstelle Die Kalibrierstelle führt Kalibrieraufgaben an Messgeräten und Gebrauchsnormalen in den Bereichen Elektrotechnik und Temperatur durch. 6 Abb. 6: QM-Handbuch Die Dokumentation der Messergebnisse kann wahlweise durch: a) Prüfschein (Messwerte mit Fehlerangaben, Aufkleber mit Angabe des Prüftermins und der nächsten Kalibrierung) (Abb. 8) b) DKD-Kalibrierschein (Messwerte mit Angabe der Messunsicherheiten, DKD-Aufkleber) (Abb. 9 und 10) erfolgen.

7 Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierungslaboratorium der BGFE... Abb. 8: Prüfschein 6. Prüfschein oder DKD-Kalibrierschein Dem Prüfschein ist zu entnehmen, ob die Gerätespezifikation eingehalten werden (Abb. 8). Der Prüfschein wird empfohlen, wenn die kalibrierten Messgeräte als Betriebsmessinstrumente (Abb. 4) in Produktionsbereichen, beim Service oder in Laboratorien verwendet werden (z. B. analog anzeigende Vielfachmesser oder 3 1 /2 stellige digitale Messgeräte). Der amtliche DKD-Kalibrierschein bescheinigt die maximale Abweichung der Messwerte gegenüber der nationalen Vergleichsnorm, ausgedrückt durch die Messunsicherheit (Abb. 10). Ein DKD-Kalibrierschein wird empfohlen für Messgeräte mit höherer Genauigkeit, die z. B. selbst als Normal für zu kalibrierende Messgeräte im Betriebsablauf eingesetzt werden sollen. Die Form und der Inhalt des Kalibrierscheins sind durch die PTB vorgegeben. Abb. 9: Digitalmultimeter mit DKD-Kalibrierzeichen 7

8 ... Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierungslaboratorium der BGFE Die Rückführung der Messeinrichtungen unseres Kalibrierlaboratoriums erfolgt durch Rekalibrierung bei geeigneten DKD-Kalibrierlaboratorien oder der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Die Berechtigung, DKD-Kalibrierscheine auszustellen, erstreckt sich auf folgende Messgrößen: Gleichspannung Gleichstromstärke Gleichstromleistung Gleichstromwiderstand Wechselspannung Wechselstromstärke Temperatur Eine genaue Zusammenstellung der akkreditierten Messgrößen und Messbereiche, sowie die günstigste (auf dem Kalibrierschein anzugebende) Messunsicherheit enthält Tabelle Zusätzliche Dienstleistungen Abb. 10: DKD-Zertifikat mit Registriernummer und Kalibrierstempel Der Anschluss an die staatlichen Normale und Normalmesseinrichtungen (Rückführung) wird damit dokumentiert. Dies ist eine notwendige Voraussetzung, um reproduzierbare Messergebnisse zu erhalten und wettbewerbsfähig zu bleiben. Die Rangfolge der Normale und die sich daraus ergebende messtechnische Organisationsstruktur zur Rückführung von Messungen und Prüfergebnissen auf nationale Normale innerhalb eines Unternehmens zeigt die folgende Abbildung. Außer der Kalibrierung von Messgeräten und der Ausstellung von Kalibrierscheinen bieten wir zur Vereinfachung des organisatorischen Ablaufes der Messmittelüberprüfung weitere Dienstleistungen an: 1. den fachgerechten Transport in geeigneten Behältern, zum und vom Kalibrierlaboratorium, 2. die Möglichkeit der Erfassung der überprüften Geräte in unserer Messmitteldatei. Somit würde die turnusmäßige Überprüfung und die rechtzeitige Information über die erforderlichen Wiederholungskalibrierungen durch uns erfolgen, 3. Justage bzw. Abgleich der Messgeräte nach Herstellerangaben. Auch für die Arbeitssicherheit gilt: Nur wer den tatsächlichen Fehler kennt, kann ihn beherrschen. Dies gilt gerade auch im Bereich der Elektrotechnik, wenn durch Messungen die Anlagen- und Gerätesicherheit überprüft werden soll. Weitere Informationen enthält unsere Broschüre Kalibrierung Grundlage Ihrer Produktion und Qualitätssicherung, die unter Bestell-Nr. D36 bei der 8 Abb. 11: Rückführung der Messeinrichtungen BGFE Gustav-Heinemann-Ufer Köln Telefon: Telefax: angefordert werden kann.

9 Messmittelkalibrierung durch das akkreditierte DKD-Kalibrierungslaboratorium der BGFE... Messgröße bzw. Kalibriergegenstand Messbereich Messbedingungen Messunsicherheit Bemerkungen Gleichspannung Kalibrieren von Messgeräten 100 mv bis 220 mv > 220 mv bis 2,2 V 2,2 V bis 11 V > 11 V bis 22 V > 22 V bis 220 V > 220 V bis 1000 V 2,5 kv bis 10 kv U + 0,8 V U + 1,2 V U + 4 V U + 8 V U + 0,10 mv U + 0,60 mv 0, U + 0,2 V U = jeweiliger Messwert Gleichstromstärke Kalibrieren von Messgeräten 100 A bis 2,2 ma > 2,2 ma bis 22 ma > 22 ma bis 220 ma > 220 ma bis 2,2 A > 2,2 A bis 10 A 0, I + 10 na 0, I + 0,10 A 0, I + 1,0 A 0, I + 30 A 0, I + 2,0 ma I = jeweiliger Messwert Gleichstromleistung Kalibrieren von Messgeräten 10 W bis 2 kw 300 mw bis 10 kw Stromstärkebereich: 100 A bis 2 A Spannungsbereich: 100 mv bis 1000 V Stromstärkebereich: 3 A bis 10 A Spannungsbereich: 100 mv bis 1000 V 0, , Gleichstromwiderstand Kalibrieren von Messgeräten 1 ; 1,9 10 ; 190 k 19 ; 1 M ; 1,9 k ; 19 k 1 k ; 10 k ; 100 k 1,9 M 10 M 19 M 100 M Wechselspannung Kalibrieren von Messgeräten 1 V bis 2,2 V 10 HZ bis <20 Hz 20 HZ bis <40 Hz 40 HZ bis 20 khz >20 khz bis 50 khz >50 khz bis 100 khz 10 HZ bis <20 Hz 20 HZ bis <40 Hz 40 HZ bis 20 khz >20 khz bis 50 khz >50 khz bis 100 khz 10 HZ bis <20 Hz 20 HZ bis <40 Hz 40 HZ bis 20 khz >20 khz bis 50 khz >50 khz bis 100 khz 50 Hz bis 1 khz 0, U + 0,1 mv 0, U + 30 V 0, U + 7 V 0, U + 20 V 0, U + 80 V 0, U + 1 mv 0, U + 0,3 mv 0, U + 70 mv 0, U + 0,2 mv 0, U + 0,2 mv 0, U + 10 mv 0, U + 3 mv 0, U + 1 mv 0, U + 4 mv 0, U + 10 mv 0, U + 0,4 V U = jeweiliger Messwert > 2,2 V bis 22 V >22 V bis 220 V >220 V bis 1000 V Wechselstromstärke Kalibrieren von Messgeräten 10 ma bis 22 ma > 22 ma bis 220 ma 20 HZ bis 1 khz >1 khz bis 5 khz >5 khz bis 10 khz 20 HZ bis 1 khz >1 khz bis 5 khz >5 khz bis 10 khz 40 HZ bis 1 khz >1 khz bis 5 khz >5 khz bis 10 khz 50 Hz bis 1 khz >1 khz bis 5 khz 3, I + 0,4 A 5, U + 10 A 5, U + 20 A 3, I + 4 A 5, U + 50 A 5, U + 0,1 ma I = jeweiliger Messwert >220 ma bis 2,2 A 3, I + 40 A 5, U + 0,1 ma 13, U + 0,2 ma 3 A bis 10 A 1, U + 2,0 ma 7, U + 10 ma Temperatur Direktanzeigende elektrische Thermometer 30 C bis 150 C Flüssigkeitsbäder 0,2 K Vergleich mit Normal- Widerstandsthermometern in thermostatisierten Bädern 9

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