Kurzübersichten

Kalibrierung

Bei Einsatz unter Normalbedingungen sind piezoelektrische Sensoren äußerst stabil. Ihre Kalibrierwerte ändern sich kaum über die Zeit. Oft werden Sensoren jedoch unter extremen Bedingungen eingesetzt, z.B. Stoßbelastung, hohe Temperaturen oder Feuchtigkeit. Daher ist ein regelmäßiger Kalibrierzyklus zu empfehlen. Bei Gebrauch unter Normalbedingungen empfehlen wir eine Nachkalibrierung alle 2 Jahre und bei Einsatz unter Extrembedingungen im Anschluss an jede Messung.
Für eine Werkskalibrierung kontaktieren Sie uns bitte. Unser Kalibrierlabor arbeitet mit einer erstabgeleiteten Referenz der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).

Viele Firmen ziehen es vor, eigene Kalibrierausrüstungen anzuschaffen. Das kann kosten- und zeitsparend sein, sobald eine größere Anzahl von Aufnehmern im Einsatz ist. Oft ist es auch wünschenswert, den Sensor in einer ganzen Messkette oder Anlage zu kalibrieren, die sich nicht zum Einschicken eignet.
Zu diesem Zweck bietet IDS Innomic die batteriebetriebenen Schwingungskalibratoren der Serie VC1x an. Diese liefern ein geregeltes, quarzstabiles Schwingsignal von 10 m/s² (Schwingbeschleunigung), 10 mm/s (Schwinggeschwindigkeit) oder 10 µm (Schwingweg) bei einer Frequenz von 159,2 Hz.
Das Schwingungskalibriersystem VC110 hat eine einstellbare Schwingfrequenz von 70 bis 10 000 Hz. Es liefert 1 m/s² Schwingpegel. Auch Frequenzgänge können mit dem VC110 gemessen werden. Die Bedienung und die Anzeige der gemessenen Empfindlichkeit kann über ein LC-Display oder per PC-Software erfolgen.

Wenn kein Schwingungskalibrator verfügbar ist, kann die Messkette elektrisch kalibriert werden, indem

• die Verstärkung des Messverstärkers auf die Empfindlichkeit des Aufnehmers abgeglichen wird. Einige Messverstärker bieten hierzu eine numerische Einstellmöglichkeit.
• die Aufnehmerempfindlichkeit als Korrekturfaktor bei PC-Messsystemen eingegeben wird.
• der Aufnehmer durch ein Generatorsignal ersetzt wird und die entsprechende Spannung eingespeist wird.

Bitte berücksichtigen Sie, dass der Kalibriergenauigkeit bei Schwingungsaufnehmern technische Grenzen gesetzt sind. Ein praktisch erreichbarer Wert für die Kalibrierunsicherheit ist ± 2 %.

Messfehler

Für die Bewertung der Messergebnisse ist es außerordentlich wichtig, die Fehler der Messungen abzuschätzen. Bei Anwendung von piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern treten drei Fehlergruppen häufig auf:

Fehler des Übertragungsfaktors
Kalibrierfehler, Linearitätsfehler, Frequenz- und Phasenfehler, Alterung, Temperatureinfluss durch Temperaturkoeffizienten.

Fehler durch Ankopplung an das Messobjekt
Einflüsse der Aufnehmermasse, der Koppelfläche, der Koppelelemente, der Schwingungsrichtung durch Querrichtungsfaktor.

Fehler durch Störsignale
Rauschen, Dehnungsbeeinflussung, magnetische Felder (z.B. an elektrischen Maschinen), Temperaturschwankungen, Druckschwankungen (z.B. starker Schall), Verformung durch Kabelbewegung bei nicht festgelegtem Kabel, elektrische und magnetische Einwirkung insbesondere auf lange Kabel, Eigenstörspannungen des Kabels bei Bewegung.

Systematische Fehler sind rechnerisch korrigierbar, wenn ihr Wirkungsmechanismus bekannt ist. Ihre Auswirkung wird durch uns als Hersteller weitgehend ausgeschlossen oder beschrieben z.B. beim Einfluss der Frequenzabhängigkeit.
Werden die Ergebnisse von Messungen mit sehr ähnlichen Messbedingungen verglichen z.B. durch Beziehen auf eine Anfangsmessung, so entfallen die meisten systematischen Fehlereinflüsse. Das ist insbesondere wichtig bei nicht bekannten systematischen Fehlern.
Die meisten Fehler treten zufällig auf, bzw. sie lassen sich nicht mit einem berechenbaren systematischen Einfluss korrigieren, da Wirkungsweise und Größe der Ursache unbekannt sind.
Bei praktischen Messungen sind

• die zufälligen Fehler,
• bekannte, aber schwer korrigierbare systematische Fehler und
• nicht erfassbare, abzuschätzende systematische Fehler

mit Hilfe unterschiedlicher Berechnungsverfahren zu einer Kenngröße, der Messunsicherheit, zusammenzufassen.

Das folgende Beispiel soll verdeutlichen, wie die Messunsicherheit sich zusammensetzen kann und welche Größenordnung bei durchschnittlichem Aufwand erreicht wird.

• Aufnehmer
  • 2 % Grundfehler
  • 5 % Frequenzfehler (Bandgrenze bei 5 % Abweichung)
  • 2 % Linearitätsfehler
  • 5 % äußere Störeinflüsse
• Nachfolgeelektronik
  • 1 % Grundfehler
  • 1 % Linearitätsfehler
  • 1 % Kurvenformfehler

Die quadratische Addition der Einzelfehler ergibt für dieses Beispiel eine Messunsicherheit u = 9 %. Bei Schwingungsmessung ist eine Messunsicherheit von unter 10 % nur einzuhalten, wenn die wichtigsten Fehlereinflüsse bekannt sind und die verwendete Messapparatur eine hohe Qualität aufweist.