Wie kalibriert man Manometer und Drucksensoren?
Ein einfaches Beispiel für die praktische Ausführung einer Kalibrierung lässt sich anhand von einem Manometer oder einem Drucksensor aufzeigen.
Die grundsätzlichen Beweggründe ein Druckmessgerät zu kalibrieren sind die gleichen, wie für alle anderen Sensoren: Sensordrift und Vorgaben durch Qualitätsmanagementsysteme und Richtlinien. Kurzum: Immer wenn die Druckmessung eine prozesskritische Größe ist und Einfluss auf das Produkt und/oder die Prozesssicherheit hat, muss das Manometer oder der Drucksensor kalibriert werden.
Die praktische Durchführung einer Druckkalibrierung gehört dabei zu den einfachsten von allen Messmitteln. Der Prüfling wird über einen Schlauch oder direkt mit dem Druckkalibrator verbunden. Der Druckkalibrator besteht aus einer Pumpe, welche den Druck erzeugt und einem hochgenauen Manometer – dem Referenzmanometer.
Sobald der Prüfling angeschlossen ist, ist ein geschlossenes System entstanden, aus dem kein Druck mehr entweichen kann. Durch den Druckaufbau über die Pumpe werden nun das Referenzmanometer und der Prüfling mit dem exakt gleichen Druck beaufschlagt. Somit ist ein einfaches Vergleichen des wahren Wertes (Referenzmanometer) mit dem Prüflingswert möglich – die Kalibrierung.
Dabei verzeiht eine Druckkalibrierung sehr viel mehr, als zum Beispiel eine Temperaturkalibrierung. Durch das geschlossene System würde sinnbildlich selbst ein Knoten im Schlauch das Ergebnis nicht verändern. Der Temperatureinfluss durch verändernde Umgebungstemperaturen kann durch das geringe Volumen praktisch vernachlässigt werden oder innerhalb von Sekunden durch das Feineinstellventil korrigiert werden.
Insgesamt lässt sich eine Druckkalibrierung ohne große Aufwände innerhalb von Minuten durchführen, wohingegen die Kalibrierung eines Temperatursensors durchaus mehrere Stunden dauern kann.
Typischerweise unterscheidet man bei der Druckkalibrierung zwei Prinzipien zum Druckaufbau: Pneumatische Pumpen und hydraulische Pumpen. Welches Prinzip zum Einsatz kommt, hängt vom gewünschten Druckbereich ab: Im Vakuum und im Überdruck bis 60 bar in der Regel pneumatisch, von relativ null bar bis >1000 bar hydraulisch.
Die Unterschiede für den Anwender sind dabei, dass bei der pneumatischen Kalibrierung Umgebungsluft als Kalibriermedium genutzt wird. Dadurch kommt der Prüfling nicht mit einer hydraulischen Flüssigkeit in Berührung. Die benötige Kraft ist dafür höher als bei einer hydraulischen Pumpe und dadurch auf Drücke typischerweise unter 100 bar beschränkt. Des Weiteren lässt sich mit pneumatischen Pumpen ein Vakuum erzeugen und auch im Bereich um relativ null bar im mbar Bereich kalibrieren.
Hydraulische Pumpen nutzen Öl, oder wie bei SIKA möglich, sogar schlichtes Leitungswasser als Kalibriermedium. Durch die Verwendung von Wasser wird der Prüfling nicht mit Öl kontaminiert – dies ist in einigen Anwendungen, zum Beispiel im Lebensmittelbereich von hoher Wichtigkeit. Da bei den hydraulischen Pumpen ein nicht kompressibles Medium genutzt wird, lässt sich der Druck schneller und mit weniger Kraft erzeugen als bei pneumatischen Pumpen.
Zum Schluss noch ein Tipp aus der Praxis zum Kalibrieren von mechanischen Manometern:
Bei Druckmessungen werden oftmals noch mechanische Manometer eingesetzt und kalibriert. Wenn man ein solches Manometer nun mit einem exakten Referenzdruck beaufschlagt, z. B. 10,000 bar, steht die Anzeigenadel des Prüflings bei leichter Abweichung nicht exakt auf 10 bar. Da ein mechanisches Manometer jedoch keine Nachkommastellen anzeigen kann (so wie es ein digitales Manometer kann), kann man keine exakte Abweichung ermitteln.
Um dies tun zu können, bedient man sich in der Praxis dem Trick, den Referenzdruck beim Prüfling auf den exakten Wert zu stellen, und die Abweichung am Referenzmanometer abzulesen. Also in unserem Beispiel das mechanische Manometer mit einem Duck zu beaufschlagen, sodass es exakt 10 bar anzeigt und dann die Abweichung am Referenzmanometer ablesen (z. B. 10,058 bar).
