WERKZEUGE MIT DIGITALER SEELE
Kalibriergerät für Betreiber von Industrieprozessen
Industrieprozesse basieren auf der Anwendung vieler unterschiedlicher Sensoren, deren Parameter sich im Laufe der Arbeit ändern können. Um den daraus folgenden Problemen vorzubeugen, ist eine regelmäßige Kalibrierung der Systeme der Prozessautomatik erforderlich. Diese verläuft unterschiedlich und bedarf eines anderen Geräts, je nach Interface und Art des überprüften Sensors.
In Prozessen eingesetzte Sensoren zeichnen sich durch eine bestimmte Präzision sowie einen bestimmten Messbereich aus. Der Bereich der gemessen Werte – ob dies Umfeld- oder elektrische Werte sind – wird vom Sensor in elektrische Signale mit festgelegtem Standard umgewandelt.
Die am weitesten verbreiteten Arten von Kommunikationsinterfaces sind:
- Spannungsausgang,
- Stromschleife.
Manche Sensoren verwenden auch digitale Interfaces, wie z. B. HART, ein fortgeschrittenes Datenübertragungsprotokoll, das automatisch funktionieren oder manuell konfiguriert werden kann.
Das Signal vom analogen Spannungsausgang nimmt am häufigsten Werte zwischen 0 V und 10 V an, die den Grenzwerten des Messbereichs entsprechen.
Im Fall von Stromschleifen befindet sich das Ausgangssignal meistens im Bereich 4…20 mA, aber es kommen auch Sensoren vor, die zwischen 0 mA und 20 mA skaliert sind.
Spezifische Ausgangssignale kommen von Thermoelementen, deren Ausgangsspannungsbereich von einigen Dutzend Millivolt reicht und von der Art des eingesetzten Thermoelements abhängt. Es kommt auch vor, dass der Sensorausgang eine veränderliche Resistanz aufweist, die einem bestimmten gemessenen Wert entsprechen, z. B. der Temperatur. Aufgabe des Kalibriergeräts ist die Simulation der Arbeit unterschiedlicher Arten von Sensoren sowie die präzise Messung ihrer Anzeigen.
Arten der Kalibrierung
Der Verlauf der Sensorkalibrierung hängt von der Komponentenart ab, sollte aber auch den entsprechenden ISO-Normen entsprechen, so wie das in diesem Verfahren eingesetzte Kalibriergeräte.
Dabei darf man nicht vergessen, dass zur Gewissheit bezüglich der Präzision des Messgeräts dessen gesamte Kalibrierung erforderlich ist, d. h.:
- des Sensors selbst,
- des Elements zur Umrechnung des elektrischen Signals auf einen konkreten Zahlenwert.
Darüber hinaus ist – wenn z. B. ein Thermoelement als Sensor eingesetzt wird – das gesamte Set der Kalibrierung zu unterziehen, einschließlich der die Signale zuführenden Kabel, um deren Einfluss auf das Messergebnis zu berücksichtigen.
Das Verfahren der Kalibrierung ist je nach kalibriertem Element unterschiedlich.
Das Kalibriergerät ist in den entsprechenden Arbeitsmodus umzuschalten, um es an das jeweilige Verfahren anzupassen. Wenn beispielsweise ein Drucksensor mit Spannungsausgang kalibriert werden soll, ist das Kalibriergerät in den Modus der Spannungsmessung umzustellen, und der Sensor selbst einem extern generierten Signal mit bekannten Parametern zu unterziehen. Dann können die gemessenen Spannungswerte für die generierten Signale abgelesen und mit den Musterwerten verglichen werden. Dies erlaubt die Bestimmung der tatsächlichen Messungenauigkeit.
Etwas einfacher ist die Durchführung der Kalibrierung eines Wandlers von elektrischen Signalen zu Zahlenwerten (Messgeräts), da kein Bedarf der Anwendung zusätzlicher Geräte zur Signalerzeugung besteht. In diesem Fall stellt das Kalibriergerät selbst den Signalgeber dar, der vom kalibrierten Gerät gemessen wird, und die von ihm dargestellten Werte werden mit den vom Kalibriergerät generierten Werten verglichen.
Lesen Sie auch: Kalibrierung von elektrischen Größen
Die am meisten automatisierte Kalibrierung kann u. a. durchgeführt werden für:
- an Thermoelementen angeschlossenen Wandlern
- Resistanz-Temperatursensoren.
Kalibriergeräte (wie AX-C830 oder AX-C850) arbeitet somit gleichzeitig als Sensor-Simulator sowie als Eingangssignal-Messgerät. Infolgedessen kann dieses selbständig generierte Signale ausgeben und Werte messen, z. B. Strom in einer Schleife von 4…20 mA.
Typischer Kalibrierungsverlauf
Wir empfehlen die Durchführung der Kalibrierung in drei Abschnitten:
- In erster Linie, sofern möglich, ist ein Signal mit dem Wert der unteren Grenze des Messbereichs zu generieren,
- danach ein Signal mit 50 % der Skala,
- und zum Ende mit dem Wert der oberen Grenze.
Nach der Messung der Abweichung sind die tatsächlichen Signalwerte zu bestimmen, für die das Ausgangssignal den unteren und oberen Wert annimmt (z. B. 4 mA und 20 mA), also Offset und die Art der Umskalierung der Werte festzulegen.
Zum Schluss, die berechneten Koeffizienten verwendend, lohnt sich die erneute Prüfung der Anzeige für drei oder fünf Messpunkte und die Sicherstellung, dass die umgerechneten Ergebnisse ausreichend genau sind.
5-Punkt-Messungen, also mit einem Schritt alle 25 %, können bereits mittels der einfachsten Modelle von Axiomet Kalibriergeräte durchgeführt werden, wie z. B. AX-C605 und AX-C705.
Zusammenfassung
Gespeicherte und regelmäßig aktualisierte Korrekturen der Anzeigen von Prozess-Sensoren erlauben die Beibehaltung einer hohen Präzision der Arbeit der Geräte und der geführten Industrieprozesse. Als nützlich im Bereich der Kontrolle kann sich auch die Funktion der Dokumentation erweisen, die in Kalibriergeräten verfügbar ist, die die Daten zum Thema der durchgeführten Kalibrierung gemäß den ISO-Normen aufzeichnet. All das sorgt dafür, dass Kalibriergeräte Geräte sind, die praktisch unverzichtbar bei der alltäglichen Arbeit von Betreibern moderner Industrieprozesse sind.
Auf der Untersuchungsergebnisse, die mithilfe der besprochenen Geräte erzielt wurden, kann festgelegt werden, welche Elemente der Produktionslinie falsch arbeiten und ausgewechselt werden müssen.