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Was ist Kalibrierung, und wie können Sie Ihre Kalibrierberichte im IIoT verwalten?

Fabrício Andrade -

Wenn Sie schon eine Weile in der Prozessautomatisierung arbeiten, dann haben Sie mit Sicherheit schon mindestens ein Manometer kalibriert, stimmt's? Ok, also, wenn Sie das bisher noch nicht gemacht haben, dann werden Sie nach diesem Artikel auf jeden Fall alles darüber wissen und in der Lage sein, Verbesserungen im Prozess durch die Verwendung von IIoT-Services vorzuschlagen.

Bei mir sah es so aus, dass eine meiner ersten Aufgaben darin bestand, in einem Chemieunternehmen während einer geplanten Stillstandszeit eine Kalibrierung vorzunehmen. Ich kann mich noch erinnern, dass es in dem Unternehmen tonnenweise Druckmessgeräte, ein paar Temperatursensoren und Manometer gab.

Oh ja, ich habe wirklich viele Manometer kalibriert und jeder, der das mal gemacht hat, weiß ganz genau, was für toller Job das ist, richtig? Also gut, Spaß beiseite ... Meine Absicht ist heute, Ihnen alle notwendigen Informationen zum Kalibriervorgang an die Hand zu geben.

Außerdem werden wir uns mit einigen Definitionen aus dem Bereich der Kalibrierung beschäftigen, darauf eingehen, weshalb die Kalibrierung unerlässlich ist, und dann den Unterschied zwischen Kalibrierung und Justierung erläutern und wie IIoT Ihnen dabei helfen kann, die zahllosen Kalibrierberichte zu verwalten.

Später werde ich noch andere Themen behandeln und Ihnen genauere Einblicke in die Kalibrierung ermöglichen. Dazu werde ich Ihnen schrittweise und im Detail erläutern, wie bestimmte Messprinzipien zu kalibrieren sind. Also, sind Sie bereit?" Dann lassen Sie uns mal einen Blick auf das Thema Kalibrierung werfen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist eigentlich Kalibrierung?

Als Erstes möchte ich Ihnen in einfachen Worten erläutern, was Kalibrierung eigentlich ist. Danach werde ich Ihnen dann die Definition des BIPM (Internationales Büro für Maß und Gewicht, Bureau International des Poids et Mesures) vorstellen.

Also ... Wenn wir über Kalibrierung sprechen, dann meinen wir damit den Vergleich zwischen zwei Instrumenten. Einfach ausgedrückt ist Kalibrierung der Prozess, den Messwert des zu kalibrierenden Instruments mit einer Referenz oder einem Standard mit bekannter und hoher Genauigkeit zu vergleichen.

Ich denke, diese Erläuterung ist soweit klar, aber das BIPM bietet eine umfassendere Beschreibung dessen, was Kalibrierung ist.

Das BIPM definiert Kalibrierung als eine "Tätigkeit, die unter festgelegten Bedingungen in einem ersten Schritt eine Beziehung zwischen den durch Normale zur Verfügung gestellten Größenwerten mit ihren Messunsicherheiten und den entsprechenden Anzeigen mit ihren beigeordneten Messunsicherheiten herstellt und in einem zweiten Schritt diese Informationen verwendet, um eine Beziehung herzustellen, mit deren Hilfe ein Messergebnis aus einer Anzeige erhalten wird."

Wenn Sie eine Kalibrierung vornehmen, dann erfordert der Vorgang unterschiedliche Werkezuge und Instrumente, aber was Sie tatsächlich benötigen, hängt immer vom Typ der Kalibrierung ab. So können Sie beispielsweise Kalibratoren mit einem gültigen Kalibrierschein, Standardgeräte, Kalibrieranlagen und vieles mehr verwenden.

Weshalb ist Kalibrierung so wichtig?

Der Grund, weshalb Kalibrierung unerlässlich ist, ist ganz einfach: Es geht immer darum, eine genaue Messung zu erreichen. Messgeräte sind im Feld in unterschiedlichen Umgebungen und Industrien installiert.

Das bedeutet, dass sie verschiedene Herausforderungen, wie z. B. Abrieb, Vibrationen, schnelle Temperaturänderungen, raue Umgebungen, mechanische Stöße etc., meistern müssen.

Diese Umgebungen wirken sich auf das Messgerät aus, weshalb eine Kalibrierung des Gerätes erforderlich wird, um die Messgenauigkeit zu verifizieren und das Feldgerät bei Bedarf anzupassen, damit es mit der für die Anwendung erforderlichen Genauigkeit misst.

Hinzu kommt, dass sich ein Gerät, wenn es korrekt arbeitet, positiv auf Ihren Produktionsprozess auswirkt, weil alle Messungen korrekt sind. Und schließlich bringt die Kalibrierung zahlreiche Vorteile mit sich, wie beispielsweise weniger Abweichungen von der technischen Spezifikation und eine vorbeugende Wartung. Zudem gewährleistet sie die Rückführbarkeit der Messungen.

Außerdem können intelligente Geräte, wie die von Endress+Hauser, über Technologien wie beispielsweise Heartbeat Technology zusätzliche Informationen zum Zustand der Geräte liefern. So können Sie sich ein besseres Bild vom tatsächlichen Zustand Ihrer Feldgeräte und der Messung machen.

Was muss ich über den Kalibrierschein wissen?

Während der Kalibrierung müssen Sie alle Messungen aufzeichnen. Das kann entweder manuell geschehen, oder indem das System automatisch Ihre Daten aufzeichnet. Wenn Sie mit der Kalibrierung fertig sind, müssen Sie ein abschließendes Dokument erzeugen, einen so genannten Kalibrierschein, in dem die gesamten technischen Informationen des Vorgangs enthalten sind.

In der Regel muss der Kalibrierschein alle Vergleiche zwischen dem zu kalibrierenden Gerät und der rückführbaren Referenz enthalten. Ebenso muss er alle technischen Details zum Gerät und zum rückführbaren Referenzinstrument, die Daten des Vorgangs, die Kalibrierunsicherheit, die Kalibriernummer und die Unterzeichner enthalten.

Welche Instrumente müssen kalibriert werden?

Alle Messgeräte können kalibriert werden. Die Kalibrierung hilft Ihnen, zu gewährleisten, dass sie korrekt arbeiten und die für die Anwendung notwendige Genauigkeit bieten. Wie die Kalibrierung erfolgt, hängt vom jeweiligen Feldgerät ab. Das heißt, das Konzept ist zwar identisch, aber die Art, wie Sie die Kalibrierung durchführen, kann sich unterscheiden.

Wenn Sie z. B. einen Drucktransmitter kalibrieren, dann können Sie ein kalibriertes Kolbenmanometer als Referenz zur Erzeugung des Drucks verwenden. Alternativ können Sie aber auch ein anderes Druckmessgerät verwenden, das eine höhere Genauigkeit als das zu kalibrierende Gerät hat.

Alle Kalibrierstandards sollten über einen Kalibrierschein verfügen, der angibt, dass sie die bei Ihnen geltenden Standards erfüllen.

Wie funktioniert die Kalibrierung?

Die Erläuterung ist einfach, wie ich schon sagte: Sie vergleichen das zu kalibrierende Gerät mit dem Referenzstandard und verifizieren die Genauigkeit des Gerätes normalerweise bei 0 %, 25 %, 50 %, 75 % und 100 % des Messbereichs. Sie können die Prüfung natürlich an weiteren Punkten vornehmen, wenn Sie das möchten, aber häufig werden Sie dann auch mehr zahlen müssen.

Je nach Gerätetyp erfolgt die Kalibrierung mit verschiedenen Referenzstandards, z. B.:

  • Durchflusstransmitter: Sie kalibrieren das Gerät anhand eines Master-Gerätes, vergleichen es mit einer Waage oder verwenden einen Prover und nehmen eine mobile Prüfstand-Kalibrierung vor. Es hängt alles vom Gerätetyp, der Genauigkeit etc. ab.
  • Drucktransmitter: Sie können ein Standardgerät mit höherer Genauigkeit, einen digitalen Kalibrator oder ein Kolbenmanometer verwenden.
  • Temperaturtransmitter: Sie können eine kalibrierte Referenz, wie z. B. einen elektronischen Temperatursensorsimulator, verwenden.

Hinzu kommt, dass Ihnen eine Standardarbeitsanweisung (SOP) für die Kalibrierung vorliegen wird, die Sie Schritt für Schritt durch den Vorgang leitet. Häufig wird die Frage nach den Intervallen gestellt, in denen die Kalibrierungen erfolgen sollten. Hier sind die Standards nicht klar, aber Sie können das optimale Kalibrierintervall anhand folgender Punkte herausfinden:

  • Messgerät
  • Herstellerempfehlung
  • Trendanalysen basierend auf der vorherigen Kalibrierung
  • Zurückliegende Daten des Instrumentes
  • Vergleich mit ähnlichen Geräten in Ihrer Anlage
  • Genauigkeit der Messung

Welcher Unterschied besteht zwischen Kalibrierung und Justierung?

Normalerweise verstehen wir unter Kalibrierung den gesamten Prozess, d. h. das Vergleichen des zu kalibrierenden Gerätes mit einer Referenz von besserer und bekannter Genauigkeit und, bei Bedarf, die anschließende Justierung.

Allerdings nehmen wir während des Kalibriervorgangs an sich nur den Vergleich zwischen dem zu kalibrierenden Gerät und dem Standard vor. Wenn der Techniker nach Überprüfen des Messbereichs auf einen Fehler stößt, der höher als erwartet ist, dann muss der Messbereich justiert werden.

Wenn wir beispielsweise einen Drucktransmitter justieren müssen, dann nehmen wir zuerst den Nullabgleich (Offset) des Transmitters vor – in der Regel Null – und justieren dann den Wert der Messspanne (Druckbereich).

Der Transmitter verfügt über Parameter und/oder mechanische Elemente, über die sich der Nullwert und die Spanne einstellen lassen – worüber er im jeweiligen Fall verfügt, hängt vom Alter und Hersteller Ihres Gerätes ab, daher sollten Sie zuerst in den entsprechenden Handbüchern nachschlagen.

Nach der Justierung muss der Messbereich erneut durch einen Vergleich mit dem Standard überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Genauigkeit jetzt innerhalb der erforderlichen Grenzwerte liegt.

Welche Vorteile bietet die Vor-Ort-Kalibrierung?

Ich bin sicher, Sie alle haben schon einmal eine Kalibrierung in Ihrem Unternehmen vorgenommen, richtig? Wie ich eingangs schon sagte, handelt es sich hierbei um eine alltägliche Aufgabe für diejenigen, die mit Messgeräten arbeiten.

Wenn es sich jedoch um einen geplanten Produktionsstillstand handelt und die Zahl der zu kalibrierenden Instrumente sehr hoch ist, dann wird oftmals ein externes Unternehmen mit der Kalibrierung der Druck-, Temperatur- und Durchflussmessgeräte etc. beauftragt.

Ja, die Kalibrierung von Durchflussmessgeräten direkt im Feld findet zunehmend Verbreitung.

Kleine, mittlere und große Unternehmen entwickeln mobile Kalibrieranlagen, damit dieser Service direkt im Feld erbracht werden kann. Endress+Hauser beispielsweise bietet diesen Service und nutzt eine moderne Kalibrieranlage und in höchstem Maße versierte Fachkräfte, um diese Art von Vor-Ort-Kalibrierung durchzuführen.

Dadurch ergeben sich enorm viele Vorteile für Sie. So bleiben die Instrumente direkt vor Ort und brauchen nicht eingeschickt zu werden. Weitere Vorteile sind eine schnelle Justierung sowie schnelle Reparaturen und ein ebenso schneller Geräteaustausch – hinzu kommt, dass alles von zertifizierten Experten durchgeführt wird.

Wie häufig sollte man kalibrieren?

Eine sehr gute Frage, und die Antwort ist einfach: Es kommt darauf an. Tatsächlich gibt es keine eindeutige Antwort auf diese Frage. Wir können uns jedoch auf Best Practices und relevante Punkte stützen, um das Kalibrierintervall zu definieren:

  • Kritikalität der Messung in Ihrem Prozess
  • Qualitätssystem in Ihrer Anlage
  • Gesetzliche Anforderungen
  • Herstellerempfehlungen
  • Auswirkungen einer Störung aufgrund mangelnder Genauigkeit
  • Andere technische Anforderungen

Anhand dieser Punkte können Sie ein passendes Kalibrierintervall ermitteln und dann nach Bedarf anpassen. Glücklicherweise bieten die neuen IIoT-Lösungen das Potenzial für eine einfache Kalibrierung Ihrer Feldgeräte.

Was ist die Kalibrierunsicherheit?

Unter Kalibrierunsicherheit versteht man das Potenzial für Zweifel im Prozess. Es handelt sich im Wesentlichen um die Frage nach der Qualität der Kalibrierung an sich. Diese Unsicherheit kann durch zahlreiche Faktoren beeinflusst werden, so beispielsweise durch die Installation, die rückführbare Referenz und die Umgebung.

Wenn Ihre Kalibrierunsicherheit höher als die Toleranz des zu kalibrierenden Feldsensors ist, dann müssen Sie sich selbst fragen: Macht es Sinn, ein Gerät zu kalibrieren, dessen Genauigkeit besser als die Kalibrierunsicherheit ist? Die Antwort ist: Nein, nicht wirklich.

So können Sie z. B. ein Clamp-On-Durchflussmessgerät verwenden, um ein Inline-Gerät zu testen. Aber wenn Sie ein Feldgerät mit einem Clamp-On-Gerät kalibrieren, kann die Kalibrierunsicherheit höher sein als die Toleranz des installierten Messgerätes.

Was sollte ich über eine bestandene und nicht bestandene Kalibrierung wissen?

Ein zu testendes Gerät kann den Test bestehen oder nicht. Aber wie können Sie wissen, was Sache ist? Ganz einfach: Das Gerät hat einen Toleranzgrenzwert, der vom Hersteller festgelegt oder im ersten Kalibrierschein aufgeführt wird. Wenn Sie während der Kalibrierung einen Fehler erhalten, der über dem Grenzwert liegt, dann können Sie die Kalibrierung als fehlgeschlagen betrachten.

Was sollten Sie nun also als Nächstes tun? Versuchen Sie, eine Justierung vorzunehmen, und führen Sie dann den Kalibriervorgang erneut durch, um festzustellen, ob sich etwas verändert hat. Wenn die Differenz zwischen dem zu kalibrierenden Gerät und dem rückführbaren Gerät unterhalb des Toleranzgrenzwertes liegt, dann hat das Gerät bestanden!

Wie werden Kalibrierberichte mit IIoT-Lösungen verwaltet?

Es ist von entscheidender Bedeutung, die Kalibrierdokumente dort zu speichern, wo Sie sie leicht finden können. Das ist nur eine der vielen Möglichkeiten, die die neuen IIoT-Services, wie z. B. Netilion Library, bieten. Sie stellen Ihnen alle Informationen in der Cloud unter der Messstellenbezeichnung zur Verfügung.

Das bedeutet, dass Sie Kalibrierberichte, technische Daten und vieles, vieles mehr an einem einzigen Ort zur Verfügung haben können.

Zudem hat Ihr gesamtes Team Zugriff auf die Dokumente und kann nahtlos zusammenarbeiten, indem alle Teammitglieder die Dokumente gemeinsam nutzen und die Daten auf dem neuesten Stand halten. Auf diese Weise können Sie und Ihr Team bei der Überprüfung der Geräte im Feld oder bei der Suche nach alten Kalibrierberichten sehr viel Zeit sparen.

Wenn Sie sich dafür entscheiden, ein Edge Device in Ihren Lösungen einzusetzen, dann können in der Cloud automatisch digitale Zwillinge von all Ihren Geräten angelegt werden. Außerdem können Sie alle Dateien über Smartphones, Tablets und Laptops abrufen.

Noch nie war es so einfach wie heute, auf technische Dokumentation und Kalibrierberichte zuzugreifen und sie gemeinsam zu nutzen. Sie können es gerne einmal kostenlos ausprobieren und sich selbst davon überzeugen, wie einfach die Lösungen zur Verwaltung Ihrer gesamten technischen Dokumentation sind.

So, ich denke, das wäre es dann erst einmal! Haben Sie irgendwelche Fragen? Stellen Sie Ihre Fragen mit #netilion in den sozialen Medien, und vergessen Sie auch bitte nicht, diesen Artikel dort zu teilen.

Einen schönen Tag noch!