Durchflussmesser sind Messinstrumente, die in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, um die Menge eines Mediums wie Flüssigkeiten oder Gase zu bestimmen, das durch ein System fließt. Die Kalibrierung von Durchflussmessern ist von entscheidender Bedeutung, um die Messgenauigkeit und Prozesssicherheit in diesen Anwendungen zu gewährleisten. Fehlerhafte Messungen können zu inkorrekten Dosierungen, ungleichmäßigen Produktionsprozessen und sogar gefährlichen Betriebszuständen führen. Eine regelmäßige Kalibrierung stellt sicher, dass die Messwerte innerhalb der vorgegebenen Toleranzen bleiben und somit die Qualität und Effizienz der Prozesse sichergestellt werden kann. Im Folgenden erfahren Sie alles Wissenswerte rund um die Kalibrierung von Durchflussmessern und warum diese so relevant ist.
Warum muss ein Durchflussmesser kalibriert werden?
Die Kalibrierung von Durchflussmessern ist aus verschiedenen Gründen unerlässlich, besonders in industriellen Anwendungen, wo präzise Messungen eine zentrale Rolle spielen. Einer der wichtigsten Aspekte ist die Messgenauigkeit und Prozesssicherheit. Durchflussmesser erfassen die Menge eines Mediums innerhalb eines Systems, und fehlerhafte Messungen können zu inkorrekten Dosierungen, ungleichmäßigen Produktionsabläufen und potenziell gefährlichen Betriebszuständen führen. Eine regelmäßige Kalibrierung stellt sicher, dass die Messwerte innerhalb der vorgegebenen Toleranzen bleiben und somit ein sicherer Betrieb gewährleistet werden kann.
Darüber hinaus hat die Kalibrierung einen direkten Einfluss auf die Qualität und Effizienz von Prozessen. In Branchen wie der Lebensmittel-, Chemie- oder Pharmaindustrie sind genaue Messungen entscheidend für die Sicherstellung der Produktqualität. Falsche Messwerte können zu minderwertigen Produkten oder Ausschuss führen, was erhebliche wirtschaftliche Verluste zur Folge haben kann. Des Weiteren ist in vielen Industrien die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Normen (wie ISO, DIN, OIML) vorgeschrieben, die eine regelmäßige Kalibrierung fordern. Unternehmen müssen nachweisen können, dass ihre Messinstrumente korrekt funktionieren, um regulatorische Anforderungen zu erfüllen und mögliche Sanktionen zu vermeiden.
Nicht zuletzt trägt die Kalibrierung auch zur Optimierung von Betriebskosten bei. Ungenaue Durchflussmesser können dazu führen, dass zu viel oder zu wenig Material verbraucht wird, was unnötige Kosten verursacht. Eine regelmäßige Kalibrierung kann helfen, Ressourcen effizient einzusetzen und Materialverschwendung zu minimieren. Ungenaue Messwerte können zu ineffizienten Betriebszuständen führen und unnötigen Energieverbrauch verursachen. Die Kalibrierung hilft auch bei der Vermeidung von Anlagenausfällen, da fehlerhafte Messungen zu unerwarteten Problemen führen können, die durch rechtzeitige Kalibrierung erkannt und behoben werden können. In sicherheitskritischen Anwendungen ist die Kalibrierung schließlich unerlässlich für das Sicherheits- und Risikomanagement, um potenziell katastrophale Folgen falscher Messungen zu minimieren.
Wann muss ein Durchflussmesser kalibriert werden?
Die Kalibrierung eines Durchflussmessers ist in verschiedenen Situationen notwendig, um die Messgenauigkeit, Prozesssicherheit und die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben zu gewährleisten.
Kalibrierung bei der Inbetriebnahme
Ein wichtiger Zeitpunkt ist die Inbetriebnahme (Erstkalibrierung). Auch wenn neue Durchflussmesser werkseitig kalibriert sein können, ist eine Überprüfung vor dem ersten Einsatz ratsam, um sicherzustellen, dass sie korrekt funktionieren und auf die spezifischen Betriebsbedingungen abgestimmt sind. Dies sollte direkt nach der Installation erfolgen, bevor das Gerät in den Produktionsprozess integriert wird.
Wartungskalibrierung
Des Weiteren ist eine regelmäßige Kalibrierung in bestimmten Intervallen (Wartungskalibrierung) erforderlich. Mit der Zeit können Messgeräte aufgrund von Verschleiß, Ablagerungen oder Umwelteinflüssen ungenauer werden. Die Kalibrierintervalle hängen von verschiedenen Faktoren ab, darunter gesetzliche Vorgaben oder Normen (z. B. ISO, DIN, OIML), Herstellerempfehlungen (oft jährlich oder alle zwei Jahre), betriebliche Anforderungen (in kritischen Anwendungen möglicherweise öfter) sowie Erfahrungswerte aus vergangenen Kalibrierungen. Eine Kalibrierung ist ebenfalls nach einer Reparatur oder Wartung notwendig, da durch solche Maßnahmen Messfehler entstehen können. In diesem Fall sollte die Kalibrierung direkt nach der erfolgten Maßnahme durchgeführt werden.
Kalibrierung bei Auffälligkeiten oder Abweichungen
Auch bei Auffälligkeiten oder Abweichungen in den Messwerten ist eine Kalibrierung angebracht. Unerwartete oder unplausible Messwerte können auf eine Fehlfunktion hindeuten und sollten umgehend überprüft werden, sobald Messungen nicht mit Referenzwerten oder erwarteten Betriebsbedingungen übereinstimmen. Änderungen der Betriebsbedingungen, wie beispielsweise andere Flüssigkeiten oder Gase, veränderter Druck, Temperatur oder Viskosität, können ebenfalls die Messgenauigkeit beeinflussen und eine erneute Kalibrierung erforderlich machen. Dies sollte nach jeder signifikanten Änderung in der Prozessführung oder beim Wechsel des Mediums geschehen.
Gesetzliche Vorschriften
Nicht zuletzt können gesetzliche Vorschriften oder Audits eine Kalibrierung erforderlich machen, insbesondere in regulierten Branchen wie der Medizin-, Pharma-, Lebensmittel- oder Chemieindustrie. Hier sind Kalibrierungen vor Audits, Inspektionen oder nach gesetzlichen Vorgaben durchzuführen. Auch nach längerer Stillstandszeit eines Messgeräts kann eine Kalibrierung notwendig sein, da Ablagerungen oder veränderte Sensoreigenschaften die Genauigkeit beeinträchtigen können. In diesem Fall sollte vor der Wiederinbetriebnahme nach längerer Nichtbenutzung eine Kalibrierung erfolgen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine allgemeingültige Regel für die Kalibrierhäufigkeit gibt. Während für viele Anwendungen jährliche Kalibrierungen als Standard gelten, können hochkritische Prozesse häufigere Überprüfungen erfordern. Die Häufigkeit sollte daher individuell auf die jeweilige Betriebssituation abgestimmt werden, und ein gut definierter Kalibrierplan kann helfen, unnötige Kosten zu vermeiden und gleichzeitig eine hohe Messgenauigkeit sicherzustellen.
Welche Messwerte werden bei der Kalibrierung von Durchflussmessern erhoben?
Bei der Kalibrierung von Durchflussmessern werden verschiedene Messwerte erhoben, um die Leistung des zu kalibrierenden Messgeräts (Prüfling) mit der eines Messnormals zu vergleichen. Im Kern wird der Durchfluss oder Massenstrom des Messnormals mit dem Ausgangssignal des Prüflings verglichen.
Typische Ausgangssignale des zu kalibrierenden Messgeräts, die bei der Kalibrierung überprüft werden, sind:
- Frequenz
- Spannung (häufig 0-5 VDC oder 0-10 VDC)
- Strom (typischerweise 4-20 mA)
- Visuelle Anzeigen
- Datenkommunikationsprotokolle wie Mod-Bus bzw. CAN-BUS
Die Kalibrierung zielt darauf ab, die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Durchfluss, gemessen durch das präzisere Normal, und dem entsprechenden Ausgangssignal des Durchflussmessers zu ermitteln. Dies ermöglicht die Bestimmung von Fehlern und Abweichungen und gegebenenfalls die Anpassung des Messgeräts, um seine Genauigkeit zu optimieren.
Methoden zur Kalibrierung von Durchflussmessern in der Industrie
In der Industrie existieren verschiedene bewährte Methoden zur Kalibrierung von Durchflussmessern, die je nach Anwendungsbereich, Art des Messgeräts und den geforderten Genauigkeitsanforderungen eingesetzt werden. Diese Methoden lassen sich im Wesentlichen in unterschiedliche Ansätze einteilen, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile bieten. Im Folgenden werden einige der gängigsten Verfahren näher erläutert, die für die Kalibrierung von Durchflussmessern in industriellen Umgebungen relevant sind.
Zu diesen Methoden gehören der
- Vergleich mit einem Referenzdurchflussmesser (Master Meter Calibration),
- die gravimetrische Kalibrierung (massenbasierte Methode) und die
- volumetrische Kalibrierung (volumenbasierte Methode).
Jede dieser Techniken basiert auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien und bietet spezifische Möglichkeiten zur Überprüfung und gegebenenfalls zur Korrektur der Messgenauigkeit von Durchflussmessern.
Vergleich mit einem Referenzdurchflussmesser (Master Meter Calibration)
Beim Vergleich mit einem Referenzdurchflussmesser, auch bekannt als Master Meter Calibration, wird der zu kalibrierende Durchflussmesser in Reihe mit einem präziseren, bereits kalibrierten Referenzdurchflussmesser (dem Master Meter) in einem Testaufbau installiert. Während des Kalibriervorgangs wird das gleiche Medium durch beide Messgeräte geleitet. Die Messwerte des Prüflings werden dann direkt mit den Messwerten des Master Meters verglichen. Da das Master Meter eine bekannte und höhere Genauigkeit aufweist, dienen seine Messungen als Grundlage, um die Genauigkeit des Prüflings zu beurteilen und gegebenenfalls Korrekturen vorzunehmen. Es ist entscheidend, dass der Volumenstrom während des Vergleichs stabil ist. Dieses Verfahren ist besonders praktisch für die Kalibrierung von Durchflussmessern unter ähnlichen Betriebsbedingungen und kann in relativ kurzen Zeiträumen durchgeführt werden. Die Rückführbarkeit des Master Meters auf ein höherwertiges, anerkanntes Normal ist dabei essenziell, um die Qualität der Kalibrierung sicherzustellen.
Gravimetrische Kalibrierung (Massenbasierte Methode)
Die gravimetrische Kalibrierung ist eine massenbasierte Methode, bei der die Masse des durch den Durchflussmesser geflossenen Mediums über eine bestimmte Zeitperiode präzise bestimmt wird. Hierbei wird das vom Durchflussmesser geleitete Fluid in einem geeigneten Behälter aufgefangen, der auf einer hochgenauen Waage platziert ist. Die Masse des aufgefangenen Fluids wird in regelmäßigen Zeitintervallen gemessen. Gleichzeitig wird der vom zu kalibrierenden Durchflussmesser angezeigte Wert erfasst. Durch den Vergleich der gemessenen Masse mit der vom Durchflussmesser registrierten Menge über die gemessene Zeit kann die Genauigkeit des Durchflussmessers bestimmt werden.
Diese Methode zeichnet sich durch ihre hohe Genauigkeit aus, da die Massenmessung mit modernen Waagen sehr präzise durchgeführt werden kann. Es ist jedoch wichtig, Einflussfaktoren wie die Dichte des Mediums und die Temperatur zu berücksichtigen, da diese die Umrechnung von Masse in Volumen beeinflussen können, falls der Durchflussmesser volumetrisch misst. Die gravimetrische Kalibrierung eignet sich besonders gut für die Kalibrierung von Durchflussmessern für Flüssigkeiten und wird oft als primäre Kalibriermethode eingesetzt, um die Rückführbarkeit auf nationale oder internationale Massenormale sicherzustellen.
Volumetrische Kalibrierung (Volumenbasierte Methode)
Die volumetrische Kalibrierung ist eine volumenbasierte Methode, bei der das Volumen des durch den Durchflussmesser geflossenen Mediums über eine bestimmte Zeitperiode präzise bestimmt wird. Bei diesem Verfahren wird das vom Durchflussmesser geleitete Fluid in einem geeigneten Messgefäß mit bekanntem Volumen aufgefangen. Die Zeit, die benötigt wird, um ein bestimmtes Volumen zu sammeln, wird genau gemessen. Gleichzeitig wird der vom zu kalibrierenden Durchflussmesser angezeigte Wert erfasst. Durch den Vergleich des gesammelten Volumens mit der vom Durchflussmesser registrierten Menge über die gemessene Zeit kann die Genauigkeit des Durchflussmessers ermittelt werden.
Ähnlich wie bei der gravimetrischen Kalibrierung ist es wichtig, Einflussfaktoren wie die Temperatur des Mediums zu berücksichtigen, da diese das Volumen der Flüssigkeit beeinflussen kann. Die volumetrische Kalibrierung eignet sich gut für die Kalibrierung von Durchflussmessern für Flüssigkeiten und wird häufig eingesetzt, insbesondere wenn eine direkte Volumenmessung praktikabler ist als eine Massenmessung. Für eine genaue Kalibrierung ist es entscheidend, dass das Messgefäß präzise geeicht ist und die Zeitmessung exakt erfolgt.
Kalibrierung unter Betriebsbedingungen
Die Kalibrierung unter Betriebsbedingungen stellt einen wichtigen Aspekt dar, um sicherzustellen, dass ein Durchflussmesser seine spezifizierte Genauigkeit auch im realen Einsatzumfeld erreicht. Diese Methode berücksichtigt, dass die Umgebungsbedingungen, unter denen ein Durchflussmesser betrieben wird, einen signifikanten Einfluss auf seine Leistung haben können.
Faktoren wie
- Temperatur,
- Druck,
- Viskosität des Messmediums und das
- Strömungsprofil
können die Messergebnisse beeinflussen.
Bei der Kalibrierung unter Betriebsbedingungen wird versucht, die tatsächlichen Einsatzbedingungen so genau wie möglich nachzubilden. Dies kann bedeuten, dass die Kalibrierung direkt am Einsatzort des Durchflussmessers durchgeführt wird und das tatsächliche Messmedium verwendet wird. Die Verwendung des korrekten Prüfmediums ist entscheidend, da Unterschiede in Dichte, Viskosität oder elektrischer Leitfähigkeit zwischen dem Kalibriermedium und dem Betriebsstoff zu Ungenauigkeiten führen können.
Rechtliche Vorschriften und Normen
Die Kalibrierung von Durchflussmessern in der Industrie unterliegt verschiedenen internationalen und nationalen Normen sowie gesetzlichen Vorschriften.
Eine der wichtigsten Normen ist ISO 17025, die Anforderungen an Kalibrierlabore stellt und sicherstellt, dass Messungen mit hoher Präzision und Rückverfolgbarkeit durchgeführt werden.
Die Norm ISO 5167 ist für die Messung des Durchflusses mit Differenzdruck-Durchflussmessern wie Venturidüsen oder Blenden relevant. ISO 4185 regelt hingegen die Durchflussmessung mit volumetrischen Methoden.
Für den Handel und die kommerzielle Abrechnung von Flüssigkeiten gibt es spezifische Vorschriften wie OIML R 49 für Wasserzähler und OIML R 117 für Flüssigkeiten außer Wasser, beispielsweise in der Kraftstoff- und Chemieindustrie. Innerhalb der EU spielt die MID-Richtlinie (Measuring Instruments Directive, 2014/32/EU) eine zentrale Rolle, da sie die Konformität von Messgeräten für den europäischen Markt regelt.
In explosionsgefährdeten Bereichen, wie in der Chemie- oder Öl- und Gasindustrie, müssen Durchflussmesser den Anforderungen der IEC 60079 entsprechen, die den Explosionsschutz regelt. In Deutschland gelten zudem das Eichgesetz und die Eichordnung, die vorschreiben, dass Messgeräte für Handelszwecke regelmäßig geeicht werden müssen. Ergänzend dazu gibt es branchenspezifische Richtlinien wie die VDI/VDE 2641 für industrielle Kalibrierung und den ANSI/ASME MFC-14M-Standard, der in den USA für die Bewertung der Genauigkeit von Durchflussmessgeräten verwendet wird.
Zusammenfassend hängt die Wahl der richtigen Vorschriften und Normen von der jeweiligen Branche, dem Medium (z. B. Wasser, Gas, Öl) und den gesetzlichen Anforderungen ab. Unternehmen sollten sicherstellen, dass ihre Messgeräte entsprechend zertifiziert und regelmäßig kalibriert werden, um Genauigkeit und gesetzliche Konformität zu gewährleisten.
Wer führt die Kalibrierung durch?
Die Kalibrierung von Durchflussmessern kann von verschiedenen Stellen durchgeführt werden. Dazu gehören in erster Linie spezialisierte Kalibrierlabore, die über die notwendige Ausrüstung und Expertise verfügen, um präzise Kalibrierungen durchzuführen. Diese Labore können unabhängige Dienstleister sein oder zu Herstellern von Messgeräten gehören, wie beispielsweise das von DDM Sensors.
Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Kalibrierlabors ist dessen Zertifizierung bzw. Akkreditierung. Eine Akkreditierung, beispielsweise durch die DAkkS (Deutsche Akkreditierungsstelle) in Deutschland, bestätigt, dass das Labor kompetent ist, Kalibrierungen nach international anerkannten Standards durchzuführen und die Ergebnisse rückführbar auf nationale oder internationale Normale sind. Dies schafft Vertrauen in die Qualität und Zuverlässigkeit der Kalibrierergebnisse.
Wie werden die Kalibrierergebnisse dokumentiert?
Die Dokumentation der Kalibrierergebnisse ist ein wesentlicher Bestandteil des Kalibrierprozesses. Sie dient als Nachweis der durchgeführten Kalibrierung und liefert wichtige Informationen über die Leistung des geprüften Durchflussmessers. In der Regel wird ein Kalibrierzertifikat erstellt, das detaillierte Angaben zum Kalibriervorgang und den Ergebnissen enthält.
Ein solches Kalibrierzertifikat enthält typischerweise die folgenden Informationen:
- Identifikation des kalibrierten Durchflussmessers (z. B. Hersteller, Modell, Seriennummer)
- Angaben zum verwendeten Messnormal (z. B. Typ, Seriennummer, Kalibrierzertifikat)
- Datum und Ort der Kalibrierung
- Angabe der durchgeführten Kalibriermethode
- Die Umgebungsbedingungen während der Kalibrierung (z. B. Temperatur, Druck)
- Die Messwerte des Normals (GN) und des Prüflings (KG) für verschiedene Messpunkte
- Die berechneten Leistungsindikatoren, wie z. B. der K-Faktor, der Zählerfaktor oder der Fehler des Messgeräts
- Die Angabe der Messunsicherheit der Kalibrierung
- Einen Verweis auf die Rückführbarkeit der Messungen auf nationale oder internationale Normale
- Das Datum der nächsten empfohlenen Kalibrierung (falls zutreffend)
- Den Namen und die Unterschrift der verantwortlichen Person sowie Angaben zum Kalibrierlabor
DDM Sensors führt zur Dokumentation eine Eingangskalibrierung, gegebenenfalls eine Justage und abschließend eine Endkalibrierung durch. Die Kalibrierzertifikate werden in schriftlicher und/oder elektronisch lesbarer Form zur Verfügung gestellt. Es ist wichtig, die Kalibrierzertifikate der Messgeräte aufzubewahren, um die Kalibrierhistorie nachvollziehen zu können.
Welche Faktoren beeinflussen die Kalibrierung?
Die Kalibrierung von Durchflussmessern kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, die die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Geräte direkt beeinflussen. Hier sind einige der wichtigsten Faktoren:
- Temperatur:
- Die Viskosität von Flüssigkeiten und Gasen ändert sich mit der Temperatur, was die Messgenauigkeit beeinflussen kann.
- Die Wärmeausdehnung von Sensoren oder Leitungen kann zu Abweichungen führen.
- Elektronische Bauteile in den Messgeräten können bei Temperaturschwankungen abweichende Werte liefern.
- Druck:
- Änderungen im Betriebsdruck können das Strömungsprofil und die Dichte des Mediums beeinflussen.
- Bei Gasen führt ein höherer Druck zu einer Dichtezunahme, was die Kalibrierung beeinflussen kann.
- Dichte und Viskosität des Mediums:
- Besonders bei nicht-newtonschen Flüssigkeiten können sich Änderungen der Viskosität auf die Messgenauigkeit auswirken.
- Änderungen der Dichte (z. B. durch Temperatur- oder Druckschwankungen) beeinflussen bestimmte Messmethoden wie Coriolis- oder Ultraschallmessungen. DDM bietet an, die Dichte und Viskosität von kundenspezifischen Medien bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen, um eine optimale Viskositätskorrektur zu erzielen.
- Verschmutzung und Ablagerungen:
- Biofilme, Sedimente oder Ablagerungen in der Messstrecke können den Querschnitt verändern und die Messung verfälschen.
- Magnetische oder elektrostatische Ablagerungen können z. B. bei elektromagnetischen Durchflussmessern die Messgenauigkeit beeinflussen.
- Luftblasen oder Gasanteile in Flüssigkeiten:
- Bei Ultraschall- oder elektromagnetischen Durchflussmessern kann die Anwesenheit von Luftblasen zu Messfehlern führen.
- Ein unkontrollierter Gasanteil kann in Coriolis-Messsystemen Dichte- und Volumenflussmessungen verfälschen.
- Elektrische und magnetische Störungen:
- Externe elektromagnetische Felder oder Vibrationen können elektronische Sensoren beeinflussen, besonders bei elektromagnetischen Durchflussmessern.
- Kalibrierfrequenz und Wartung:
- Eine unzureichende oder zu seltene Kalibrierung führt mit der Zeit zu größeren Abweichungen.
- Regelmäßige Wartung und Überprüfung der Messgeräte sind notwendig, um langfristig genaue Werte zu erhalten. Es ist wichtig, die Kalibrierzertifikate aufzubewahren, um die Kalibrierhistorie nachzuvollziehen und Wartungs- und Kalibrierintervalle entsprechend anzupassen.
Jeder dieser Faktoren kann die Kalibrierung eines Durchflussmessers beeinträchtigen und sollte bei der Auswahl, Installation und Wartung berücksichtigt werden.
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