Druckmessgerät-Kalibrierung mit einem Komparator: Verfahren, Fehleranalyse und Hystereseprüfungen

Verständnis der Komparator-Methode

Ein Druckkomparator erzeugt und hält gleichzeitig einen stabilen Druck am Prüfmanometer und am Referenzmanometer. Zunächst wird der Druck über ein hydraulisches oder pneumatisches Medium erzeugt. Anschließend zeigen beide Manometer denselben angelegten Druck an. Die Differenz zwischen der Anzeige des Prüfmanometers und der des Referenzmanometers definiert den Fehler an jedem Prüfpunkt. Darüber hinaus können Techniker durch das Testen von aufsteigenden und absteigenden Druckpunkten die Hysterese quantifizieren – die Differenz zwischen den Messwerten beim Ansteigen und Abfallen des Drucks bei gleichem Nennwert. Hochpräzise elektronische Drucktransmitter wie der Yokogawa DPharp EJA Series Drucktransmitter werden aufgrund ihrer rückverfolgbaren Genauigkeit und HART-Ausgabe häufig als Referenzinstrumente in Komparator-Kalibrieranlagen verwendet.

Ausrüstungseinrichtung und Sicherheit

Wählen Sie einen Komparator, der für den vollen Messbereich des zu prüfenden Manometers ausgelegt ist. Beispielsweise benötigt ein ABB-Manometer von 0 bis 1000 psi einen Komparator, der mindestens 1000 psi mit feiner Auflösung erzeugen kann. Montieren Sie das Referenzmanometer an einem Anschluss und das Prüfmanometer am gegenüberliegenden Anschluss. Stellen Sie sicher, dass beide Verbindungen dicht sind, bevor Sie fortfahren. Vergewissern Sie sich außerdem, dass das Referenzmanometer ein gültiges Kalibrierzertifikat besitzt, das auf ein nationales Metrologieinstitut rückführbar ist. Bei Emerson Rosemount Referenzdruckmodulen überprüfen Sie vor jeder Verwendung das Kalibrieretikett. Tragen Sie stets eine Schutzbrille, wenn Sie hydraulische Komparatoren über 500 psi unter Druck setzen.

Schritt-für-Schritt-Kalibrierverfahren

• Schritt 1: Notieren Sie die Nullanzeige des Prüfmanometers ohne angelegten Druck. Wenn der Zeiger nicht auf Null steht, vermerken Sie die Abweichung als Nullfehler.
• Schritt 2: Erhöhen Sie den Druck langsam auf 25 % des vollen Messbereichs. Lassen Sie den Druck mindestens 30 Sekunden stabilisieren. Notieren Sie sowohl die Anzeige des Referenzmanometers als auch die des Prüfmanometers.
• Schritt 3: Erhöhen Sie den Druck auf 50 %, dann 75 % und schließlich 100 % des vollen Messbereichs. Notieren Sie die Anzeigen an jedem Punkt.
• Schritt 4: Halten Sie bei 100 % den Druck eine Minute lang, um Lecks zu prüfen. Ein Druckabfall weist auf ein Leck an der Verbindung hin, nicht auf einen Fehler des Manometers.
• Schritt 5: Verringern Sie den Druck langsam wieder auf 75 %, 50 % und 25 %. Notieren Sie die Anzeigen auf dem absteigenden Weg.
• Schritt 6: Stellen Sie den Druck auf Null zurück und notieren Sie die endgültige Nullanzeige.
• Schritt 7: Berechnen Sie den Fehler an jedem Punkt, indem Sie die Anzeige des Referenzmanometers von der des Prüfmanometers subtrahieren.
• Schritt 8: Berechnen Sie den Hysterese-Fehler an jedem Zwischenpunkt, indem Sie die absteigende Anzeige von der aufsteigenden Anzeige subtrahieren.

Fehlertoleranz und Justierung

Allgemeine Bourdon-Rohrmanometer haben typischerweise eine Genauigkeitsklasse von ±1 % des vollen Messbereichs. Prüfmanometer, die als Referenz dienen, müssen mindestens viermal genauer sein. Daher erfordert ein Manometer der Klasse A ein Referenzmanometer mit einer Genauigkeit von ±0,25 % oder besser. Der Yokogawa EJA530E Drucktransmitter mit seinem DPharp-Silizium-Resonatorsensor bietet die für die Referenzkalibrierung erforderliche Genauigkeit von unter 0,1 %.

Wenn der Fehler an einem Punkt die zulässige Toleranz überschreitet, prüfen Sie zunächst die Nullverschiebung. Eine gleichmäßige Abweichung über alle Punkte deutet meist auf ein Nulljustierungsproblem hin. Fehler, die proportional zum Druck zunehmen, deuten auf eine Spanneverschiebung oder eine Verformung des Bourdon-Rohrs hin. In solchen Fällen sollte das Manometer ausgetauscht werden, anstatt bei versiegelten Bourdon-Rohrmodellen eine Feldjustierung vorzunehmen. ABB-Druckmanometer mit verschweißten Bourdon-Rohren sind werkseitig versiegelt und nicht feldjustierbar.

Häufige Probleme im Feld

Wiederholbarkeitsprobleme entstehen oft durch verunreinigte Komparatorflüssigkeit. Partikel, die in Rückschlagventilen eingeschlossen sind, verursachen Druckschwankungen während der Stabilisierung. Zudem können zu fest angezogene Manometeranschlüsse die Gewinde der Fassung verformen und mechanische Blockaden in der Bourdon-Rohr-Verbindung verursachen. Verwenden Sie immer einen Schraubenschlüssel am Sechskant des Manometers, niemals am Gehäuse. Bei Emerson Rosemount elektronischen Referenzmodulen kann eine niedrige Batteriespannung instabile Messwerte verursachen. Ersetzen Sie die Batterien vor jeder Kalibriersitzung, wenn das Modul länger als 90 Tage gelagert wurde.

Fazit und Handlungsempfehlung

Die Kalibrierung von Druckmanometern erfordert mehr als eine Einzelpunktprüfung. Testen Sie den gesamten Messbereich in 25 %-Schritten sowohl aufsteigend als auch absteigend. Quantifizieren Sie Hysterese und Nullverschiebung, bevor Sie ein Manometer akzeptieren oder ablehnen. Verwenden Sie stets ein Referenzmanometer mit gültiger rückverfolgbarer Zertifizierung und führen Sie vollständige Aufzeichnungen für die Audit-Bereitschaft. Eine ordnungsgemäße Kalibrierung schützt die Prozessqualität und die Sicherheit der Anlage.

Autor: Zhang Hao ist ein Ingenieur für industrielle Automatisierung mit über 10 Jahren Erfahrung in PLC-, DCS- und Steuerungssystemen.