Technische Informationen

Verbesserung der Gesamtunsicherheit einer Kalibrierung mit
einem Temperatur-Blockkalibrator (industrielle Anwendungen)
WIKA-Datenblatt IN 00.32

Für einige Kalibrierteams ist die im Datenblatt angegebene Unsicherheit eines Temperatur-Blockkalibrators
nicht ausreichend. Die verfügbaren Lösungen
zur Verbesserung dieser Werte werden in diesem
Dokument erläutert.
Für die Ermittlung und die Beibehaltung der Genauigkeit jeglicher Thermometer ist die Kalibrierung vongrößter Wichtigkeit. Sie kann für die Rückführbarkeit
auf nationale Normale und für die Erfüllung von
Qualitätssicherungssystemen wie ISO 9000 herangezogen werden. Eine Vergleichskalibrierung wird durch
das gemeinsame Einbringen von Thermometern undReferenzthermometern in eine stabil temperierte Umgebung
erreicht.
Die Wahl des Kalibriergerätes richtet sich neben den
Temperaturen auch nach der Art der im Prozess eingesetzten Thermometer. Bei Fühlern mit gleicher und bekannter
Geometrie ist ein Temperatur-Blockkalibrator die ideale
Lösung. In diesen Fällen lassen sich die Bohrungen derEinsatzhülse optimal anpassen (Mindesteintauchtiefe:70 mm [2,75 in]) und die Messunsicherheiten reduzieren.
Für eine genaue Kalibrierung ist die thermische Ankopplung
der Temperaturfühler an Block und Einsatzhülse entscheidend. Bei einem zu großen Bohrungsdurchmesser
verschlechtert der Luftspalt zwischen Bohrungswand undFühler den Wärmeübergang. Längere Ausregelzeiten undMessfehler sind die Folge. Ein Spielraum von maximal
0,5 mm [0,02 in] gilt als ein Kompromiss zwischen nochakzeptablem Messfehler und dem Risiko, dass sich derFühler verklemmt.
Weil alle Temperatur-Blockkalibratoren unten geschlossen und oben offen sind, entsteht zwangsläufig ein axialer
Temperaturgradient in Block und Einsatzhülse. Dies führt zu
Messfehlern, wenn der Prüfling nicht auf dem Hülsenboden
aufsitzt.

CTD9350 in der Anwendung mit einem externen
Referenzthermometer
Da Gradienten über den ersten 40 mm [12,58 in] oberhalb
des Bodens den größten Beitrag zur Messunsicherheit
leisten, werden diese auch in Datenblättern angegeben. Liegt
die Messstelle des Prüflings außerhalb dieser Zone, wird
die Kalibrierung durch einen „axialen Inhomogenitätsfehler“
zusätzlich verfälscht.
Wenn Prüflinge nicht bis auf den Hülsenboden eingeführt
werden können, sollte ein externes Referenzthermometer
verwendet werden. Dann können Referenz und Prüfling auf
den gleichen Temperaturgradienten ausgerichtet werden. Der
Inhomogenitätsfehler wird dadurch weitgehend kompensiert
und die Messunsicherheit erheblich verringert.

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Weitere Technische Informationen:Fixpunktkalibrierung nach ITS-90; siehe IN 00.38

Doch nicht nur dieses Problem kann den Kunden dazu
bringen, eine externe Referenz zu verwenden. Das wichtigste
Thema ist die Genauigkeit.
Die Abweichung der Temperatur-Blockkalibratoren von
WIKA ist abhängig von dem verwendeten Typ und dem
Temperaturbereich. Um dem Wert auf dem Display und derGenauigkeit vertrauen zu können, benötigt der Kalibrator ein
rückführbares Zertifikat. Wenn im DAkkS-Temperaturlaborvon WIKA ein neuer Kalibrator kalibriert und konfiguriert wird,kann WIKA die Abweichung auf NULL reduzieren und dieGesamtunsicherheit ist lediglich die Messunsicherheit desLabors.

Die Abweichung solcher Präzisionsthermometer wird in zwei
Schritten definiert:
Abweichung des elektrischen Messgerätes selbst + Abweichung des Temperaturfühlers = Abweichung der Messkette
Somit muss die Unsicherheit des Labors zur Abweichungder Messkette addiert werden, um die Messunsicherheit zu
berechnen, beispielweise:
TypΔ

ΔFühler

UlabGesamt U

CTR3000

0,005 K

0,01 K

0,01 K

0,025 K

CTH7000

0,015 K0,01 K

0,01 K

0,035 K

Aufgrund unterschiedlicher Bestandteile des Messunsicherheitsbudgets ist die Messunsicherheit von akkreditierten
Laboren beinahe gleich.

Günstigster Fall: ΔFühler = 0 K
Ungünstigster Fall: ΔFühler = Ulab

Gesamtunsicherheit von Blockkalibratoren

Um eine bestmögliche Leistung der Präzisionsthermometerzu erreichen, müssen die Koeffizienten/Charakterisierungen des Temperaturfühlers berechnet und im verwendeten
Messgerätekanal (oder bei der Verwendung von SMARTFühlern im Fühlerstecker) gespeichert werden.

1,20
1,000,800,600,400,200,00-2000+200+400+600+800Wenn bei bestimmten Anwendungen die Messunsicherheit
von > 0,2 K nicht ausreicht, kann WIKA eine Palette entsprechender Betriebsmittel anbieten: z. B. einen
Temperatur-Blockkalibrator in Kombination mit einem
Präzisionsthermometer und einem Temperaturfühler.
Die Präzisionsthermometer von WIKA bieten eine maximale
Leistung und messen Widerstandsverhältnisse gegen eineninternen Referenzwiderstand mit hoher Stabilität.
Vergleichskalibrierungen vonPlatin-Widerstandsthermometern (PRTs) beinhaltenüblicherweise eine Widerstandsmessung des unbekannten Thermometers, nachdem die Blocktemperatur mit
einem Referenzthermometer ermittelt wurde. BeideMessungen werden gegen den gleichen internen Präzisions-Referenzwiderstand referenziert. Bei der „direkten
Vergleichsmethode“ wird anstelle des Referenzwiderstandes
das Referenzthermometer verwendet und das Verhältnis
des unbekannten Fühlerwiderstands zum Widerstand desReferenzthermometers wird direkt gemessen.

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Präzisionsthermometer Typ CTR3000 mit Multiplexer
Typ CTS3000

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Für Temperaturen bis 500 °C [932 °F] empfiehlt WIKA dieVerwendung einer externen Referenz in Kombination mit
einem Temperatur-Blockkalibrator. Die Gründe hierfür sindwie folgt:■ Es können unterschiedliche Formen zu prüfender Geräte
kalibriert werden.
■ Die Genauigkeit kann auf bis zu 95 % verbessert werden.
■ Flexible Verwendung für andere Anwendungen.
■ Die Kalibrierung wird mit dem Referenzthermometer
durchgeführt, der Temperatur-Blockkalibrator muss nicht
kalibriert werden.

Ausblick
Um ein besseres Ergebnis für die Abweichung desTemperaturfühlers zu erhalten, empfehlen wir dieKalibrierung des Präzisionsthermometers mit derFixpunktmethode. Die Erstarrungs-, Schmelz- und Tripelpunkte bestimmter reiner Materialien werden zur Definition
der festen Referenztemperaturen, die in der ITS-90 (internationale Temperaturskala von 1990) verwendet werden,
herangezogen. Dies verbessert die Messunsicherheiten vonLaboren auf ca. 1 mK.
→ Informationen zu Fixpunktkalibrierung nach ITS-90 sieheTechnischen Information IN 00.38 unter www.wika.de.

Temperatur-Blockkalibrator Typ CTD9100 mit
Präzisionsthermometer Typ CTR3000

12/2022 DE© 11/2014 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, alle Rechte vorbehalten.
Die in diesem Dokument beschriebenen Geräte entsprechen in ihren technischen Daten dem derzeitigen Stand der Technik.
Änderungen und den Austausch von Werkstoffen behalten wir uns vor.

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