Kalibrierung von Druckwandlern

Ein Druckwandler wandelt Druck in Strom (bzw. p in I) um und dient zur Umwandlung pneumatischer analoger Regelkreissignale im Bereich zwischen 3 und 15 psi (ca. 0,2 bar und 1 bar) oder andere gemessene Drücke in elektrische analoge Regelkreissignale In einem Bereich von 4 bis 20 mA. Druckwandler bilden bei den meisten Prozessinstrumenten einen von zwei Teilen – bei dem anderen handelt es sich um ein Primärelement wie zum Beispiel Durchflussmessrohre, Messblenden, Drucksensoren und andere. Druckwandler verarbeiten das durch das Primärelement erzeugte Signal, indem sie das Signal zunächst in ein lineares Format umsetzen und Koeffizienten technischer Einheiten auf das Signal anwenden, bevor sie es in ein analoges mA-Signal umwandeln.

Bedeutung der Kalibrierung von Druckwandlern

Das Betriebsverhalten von Druckwandlern ist für die Leitsysteme einer Prozessanlage von entscheidender Bedeutung. Oftmals sind diese Druckwandler rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, wodurch sich das Betriebsverhalten der Geräte im Laufe der Zeit ändert. Um Ausfälle von Druckwandlern zu verhindern und zu gewährleisten, dass diese Geräte innerhalb der vorgesehenen Grenzwerte arbeiten, sind eine regelmäßige Überprüfung, Instandhaltung und Kalibrierung notwendig.

Außer der Aufrechterhaltung des Betriebsverhaltens des Druckwandlers gewährleistet eine ordnungsgemäße Kalibrierung nach ISO/IEC 17025, dass die Geräte durchgehend verlässliche Werte liefern.

Kalibrierung eines Druckwandlers

Das bei diesem Beispiel verwendete Gerät wandelt Druck in Strom um, wobei die Eingangswerte zwischen 3 und 15 psi (0 % bzw. 100 %) liegen und der (aus der Stromschleifenversorgung entnommene) Ausgangsbereich zwischen 1 und 5 mV (0 % bzw. 100 % ±2 %) liegt. Die in diesem Beispiel erläuterten einzelnen Schritte bestehen aus: 1) Durchführen einer Prüfung an drei Punkten in aufsteigender Reihenfolge (3↑) vor der Kalibrierung bei 0, 50 und 100 % und Kennzeichnen der Ergebnisse, 2) Justieren des Nullpunkts und der Spanne (100 %) zwischen p und I und 3) Durchführen einer Prüfung an drei Punkten in aufsteigender Reihenfolge nach der Kalibrierung bei 0, 50 und 100 % und Aufnahme dieser Ergebnisse mit dem dokumentierenden Prozesskalibrator Fluke 754.

Schritt 1: Druckmodul an den Kalibrator Fluke 754 anschließen. Den Eingang des p-I-Wandlers und den Ausgang einer Handpumpe mit einem T-Stück an den Eingang des Druckmoduls anschließen (Abbildung 1). Bei Verwendung eines Differenzdruckmoduls darauf achten, dass es sich (bei diesem Beispiel) um ein Modul mit einem Bereich bis 15 psi (1 bar) handelt, und das Modul an den Eingang „H“ anschließen.

Abbildung 1

Schritt 2: Die Leitungen des Druckwandlers an die mittleren 4 mm-Buchsen des Kalibrators anschließen. Über diese Buchsen werden Strom gemessen und die Stromschleife versorgt (Abbildung 1).

Schritt 3: Anschließend die Taste „SETUP“ am Kalibrator drücken. Der Cursor sollte bei Schleifenstromversorgung stehen. „ENTER“ drücken, Nach-unten-Pfeil auf „Ein“, und „ENTER“ drücken. Als Nächstes die Schaltfläche „DONE“ (fertig) drücken

Schritt 4: Sobald die Verbindungen hergestellt sind und der Bildschirm „MEASURE“ (Messen) angezeigt wird, die mA-Taste drücken.

Schritt 5: Als Nächstes die Taste „MEAS/SOURCE“ (Umschaltung Messen/Geben) drücken. Sie befinden sich nun im Bildschirm „SOURCE“ (Geben) (Abbildung 2).

Abbildung 2

Schritt 6: Da ein Druck gegeben werden soll (mit der Handpumpe), die Taste „PRESSURE“ (Druck) (direkt oberhalb der HART-Taste) drücken (Abbildung 3).

Abbildung 3

Schritt 7: Als Nächstes die Taste „MEAS/SOURCE“ einmal drücken. Sie sollten Sie nun im Modus mit geteiltem Bildschirm befinden (Abbildung 4).

Schritt 8: Jetzt „As Found“ (vor der Kalibrierung) drücken, „INSTRUMENT“ wählen und „ENTER“ drücken. Anschließend das Formular (siehe Abbildung 5) ausfüllen.

„DONE“ drücken. Nun sollte der geteilte Bildschirm mit den Schaltflächen „ABORT“ (Abbrechen), „AUTO TEST“ und „MANUAL TEST“ angezeigt werden.

Schritt 9: „MANUAL TEST“ drücken und warten, bis der Kalibrator die folgende Aufforderung anzeigt: „Go to 3 PSI“ (Druck von 3 psi vorgeben) (Abbildung 6).

Jetzt mit der Handpumpe pumpen, bis die Anzeige des Kalibrators ca. 3 psi anzeigt, und „ACCEPT POINT“ (Messwert speichern) drücken. Jetzt sollte am Kalibrator „Go to 9 PSI“ (Druck von 9 psi vorgeben) angezeigt werden. Mit der Handpumpe wieder pumpen, bis ca. 9 psi angezeigt werden, und „PUNKT ANNEHMEN“ drücken. Wenn der Kalibrator darauf mit der Aufforderung „Go to 15 PSI“ (Druck von 15 psi vorgeben) reagiert, wieder pumpen, bis dieser Wert erreicht ist, und „ACCEPT POINT“ (Messwert speichern) drücken.

An diesem Punkt ist das Verständnis eines Hauptmerkmals des Kalibrators wichtig. Die Berechnung des Fehlers des durch den Kalibrator gemessenen Stroms beruht auf der Abweichung des Betrags des vorgegebenen Drucks. Das bedeutet, dass beim Geben von 3,120 psi (1 % der Spanne oberhalb des Nennwerts) der Kalibrator einen einem mA-Messwert von 4,160 mA hierzu verwendet (ebenfalls 1 % der Spanne oberhalb des Nennwerts). Um das Gerät ordnungsgemäß bewerten zu können, müssen die Druckwerte an den Messpunkten mit der Handpumpe möglichst genau erreicht werden. Die Abweichung beim Geben von Drücken wird durch den Kalibrator bei den Berechnungen der Strommesswerte berücksichtigt und umgerechnet.

Schritt 10: Nachdem der Kalibrator diese Bewertung abgeschlossen hat, zeigt er einen Bildschirm mit einer Zusammenfassung der Messergebnisse an, die die Spalten „SOURCE“ (Geben), „MEASURE“ (Messen) und „ERROR“ (Fehler) enthält (Abbildung 7).

Schritt 11: Nun wird der Bildschirm zum Eintragen von Kennzeichnungen (Tags) angezeigt (Abbildung 8).

Zum Bearbeiten der Einträge die Taste „ENTER“ drücken. Nach Abschluss der Bearbeitung „DONE“ (Fertig) drücken, bis der geteilte Bildschirm wieder angezeigt wird, diesmal mit den Schaltflächen „AS LEFT“ (Nach der Kalibrierung), „ADJUST“ (Justieren), „SAVE“ (Speichern) und „MORE CHOICES“ (Weitere Auswahl).

Schritt 12: Jetzt „ADJUST“ (Justieren) drücken. Der Kalibrator startet bei 0 % und zeigt die Aufforderung „Go to 3 PSI“ und misst 2 % bei 4 mA. Solange der Fehler einen Wert von 2 % überschreitet, wird der Wert für „Error“ (Fehler) im Teil des Bildschirms für die Messungen dunkel hinterlegt angezeigt. Jetzt den Nullpunkt des p-I-Wandlers justieren, bis der Fehler weniger als 2 % beträgt. Als Nächstes auf „Go to 100%“ drücken und die Spanne auf dieselbe Weise einstellen.

Schritt 13: Nach Abschluss der Einstellung „AS LEFT“ (Nach der Kalibrierung), „DONE“ (Fertig) und „MANUAL TEST“ (Manueller Test) drücken und Schritt 9 wiederholen. Bei erfolgreicher Einstellung sollten alle Fehler in der Zusammenfassung nach der Kalibrierung nicht mehr dunkel hinterlegt angezeigt werden (Abbildung 9).

Schritt 14: Erneut „DONE“, DONE“ und „DONE“ (Fertig) drücken. Die Kalibrierung ist abgeschlossen!

Kalibrierzertifikat für Druckwandler

Eine rückführbare Kalibrierung und ihre Dokumentation lässt die Unsicherheit des Druckwandlers im Zeitverlauf erkennen. Der Kalibrierschein dient zur Aufrechterhaltung der Konformität Ihres Unternehmens mit ISO/IEC 17025. Darüber hinaus stellt er für andere, darunter Partner und Kunden, einen Nachweis der Gültigkeit und Qualität der Daten dar. Es folgen einige wichtige Bestandteile, die in einem Kalibrierzertifikat für einen Druckwandler enthalten sein müssen:

1. Kopfbereich des Zertifikats Das Logo des Unternehmens befindet sich auf der rechten und das Logo der Akkreditierungsstelle, die das Labor akkreditiert hat, auf der linken Seite. Die Logos sind etwa gleich groß und entsprechen den jeweiligen Markenvorgaben.
2. Berichtstitel: Kalibrierschein.
   1. Sitz des Labors: Diese Angabe befindet sich unmittelbar unter dem Titel.
3. Informationen über den Kalibriergegenstand ("Prüfling")
   1. Beschreibung
   2. Hersteller (wie am Instrument angegeben)
   3. Modellbezeichnung
   4. Seriennummer
4. Informationen im Zusammenhang mit der Kalibrierung
   1. Ausstellungsdatum (Datum der Ausstellung des Kalibrierscheins)
   2. eindeutige Nummer des Kalibrierscheins
   3. Datum der Kalibrierung
   4. Fälligkeitsdatum der Kalibrierung, (muss nicht ausgefüllt werden, falls unbekannt)
   5. Umgebungsbedingungen (anhand der Bedingungen, unter denen die Kalibrierung stattfand; kann weggelassen werden, wenn für die Kalibrierung unerheblich)
5. Angaben über die spezifischen Anforderungen an die Rückführbarkeit bei der durchgeführten Kalibrierung. Zum Beispiel verlangt ISO 17025, dass Einrichtungen anhand des International System of Units (SI) rückführbar sind, was durch ein anerkanntes nationales Messinstitut (NMI) wie z. B. das NIST in den USA, die PTB in Deutschland oder das NIM in China vorgenommen werden kann.

Seite 2 und folgende: Auf diesen Seiten folgen die eigentlichen Kalibrierdaten. Dabei werden einige Informationen des Deckblatts wiederholt.

6. Standardinformationen (in Tabellenform)
   1. Verwendete spezifische Geräte
   2. Beschreibung des Geräts (d. h. Hersteller und Modellbezeichnung)
   3. Datum der Kalibrierung
   4. Fälligkeitsdatum der Kalibrierung des Geräts
7. Kalibrierdaten (in Tabellenform)
   1. Messparameter (z. B. Überprüfung von Widerstand und Gleichspannungsmessung)
   2. Eingestellter Wert
   3. Gemessener Wert
   4. Absoluter Fehler
   5. Messabweichung
   6. Erweiterte Unsicherheit

Der Kalibrierschein sollte einen Kalibrieraufkleber, einen Unterschriftsbereich, die Adresse und Telefonnummer der Akkreditierungsstelle für das Labor, Seitenzahlen und Gesamtzahl der Seiten (d. h. Seite 1 bis 7) sowie Revisionsdaten enthalten.

Kalibrierdienstleistungen für Druckwandler

Kalibrierdienstleistungen für Druckwandler werden durch zahlreiche Kalibrierlaboratorien angeboten. Wenn mehrere Geräte kalibriert werden müssen, sollten der Kauf eines Kalibrators und die Durchführung von Kalibrierungen im eigenen Haus unter den Aspekten der geschäftlichen Notwendigkeit und der Amortisation erwogen werden.