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So reduzieren Sie den größten Fehlerbeitrag bei der Temperaturkalibrierung

Es gibt viele Fehlerquellen bei der Durchführung einer Temperaturkalibrierung in einem Trockenblock, und sehr oft ist es erforderlich, ein Unsicherheitsbudget zu erstellen. Die Liste der Fehlerquellen ist lang und umfasst:

Von Henrik Bendsen, Produktmanager von JOFRA-Temperaturkalibratoren

Henrik Bendsen, Produktmanager von JOFRA-Temperaturkalibratoren

Henrik Bendsen, Produktmanager von JOFRA-Temperaturkalibratoren

  • Axiale Steigung
  • Horizontaler Farbverlauf
  • Temperaturkoeffizient
  • Laden Sie
  • Lösung
  • Stabilität
  • Treiben
  • Hysterese
  • Einsatz
  • Geben Sie das Alter ein
  • Kurvenanpassungsfehler

Normalerweise basieren die Spezifikationen eines Temperaturkalibrators auf Tests, die unter „idealen Bedingungen“ durchgeführt wurden. Beispielsweise wird die Belastung des Einsatzes während dieser „idealen Bedingungen“ auf einem Minimum gehalten, was bedeutet, dass der Kalibrator nur mit einem Referenzsensor belastet ist. Dieses Szenario unterscheidet sich von den Bedingungen, unter denen der Kalibrator tatsächlich vom Endbenutzer zum Kalibrieren eines Sensors mit großem Durchmesser oder von noch mehr gleichzeitig kalibrierten Sensoren verwendet wird. Beides sind Szenarien, die zu Fehlern bei den Kalibrierungsergebnissen führen können, wenn Sie keine Vorsichtsmaßnahmen treffen.

Was können Sie also tun, um Fehler bei der Temperaturkalibrierung zu reduzieren? Nun, die beiden größten Fehlerursachen sind die Belastung des Kalibrators und der axiale Gradient. Schauen wir uns diese also genauer an.

Fehler durch Laden

Wenn ein Kalibrator mit einem Sensor mit einem Durchmesser von 10 mm bestückt ist, kann der durch diese Belastung verursachte Fehler je nach verwendetem Kalibrator leicht 0,15 ° C oder mehr erreichen. Der Lastfehler ist kein fester Wert, sondern abhängig vom Sensordurchmesser des Prüflings.

Der durch die Last verursachte Fehler kann sehr leicht auf ein Zehntel oder weniger reduziert werden, indem eine externe Referenz im Einsatz zusammen mit dem Prüflingssensor verwendet wird. Der externe Sensor kann als eigenständiger Sensor zusammen mit einem externen Hand-Thermometer verwendet werden, oder, noch besser, die externe Referenz kann direkt an den Kalibrator angeschlossen werden.

Durch Anschließen des externen Referenzsensors an den Kalibrator kann der Referenzsensor gleichzeitig zwei Funktionen erfüllen. Zunächst dient es als Referenz für die Genauigkeit, gleichzeitig wird es jedoch als steuernder Sensor verwendet.

Durch die Verwendung eines externen Referenzsensors wird der durch die Last verursachte Fehler drastisch reduziert.

Temperaturkalibrierung - Maskiner

Fehler aufgrund axialer Steigung

Die ideale Methode zum Kalibrieren ist ein Bad mit sehr starkem Rühren und damit einer sehr hohen Temperaturhomogenität um den kalibrierten Sensor. Es gibt mehrere Gründe, warum dies jedoch keine praktische Lösung ist. Badkalibratoren sind häufig groß und schwer und daher für die Kalibrierung vor Ort nicht geeignet. Darüber hinaus gibt es ein Sicherheitsproblem mit der Gefahr, dass heißes Öl verschüttet wird und die Sensoren mit Silikonöl „verschmutzt“ werden.

Aus diesen Gründen wird bei der Kalibrierung vor Ort häufig ein Trockenblockkalibrator verwendet. Der Begriff Homogenität wird jetzt durch axiale und radiale Gradienten ersetzt, wenn wir von einem Flüssigkeitsbad zu einem Trockenblock übergehen.

Aufgrund der relativ kleinen Durchmesser des Einsatzes in einem Trockenblockkalibrator ist der Fehler, der durch den radialen Gradienten entsteht, normalerweise sehr gering, typischerweise 0,01 ° C. Der Fehler aus dem axialen Gefälle ist normalerweise auch bei einer relativ kleinen Last weitaus höher. Darüber hinaus ändert sich der Fehlerbeitrag aus dem axialen Gradienten mit unterschiedlichen Lasten und unterschiedlichen Temperaturen.

So minimieren Sie Fehler durch axiale Verläufe

Der erste Schritt zur Minimierung des Fehlers aufgrund des axialen Gefälles besteht in der Wahl eines Kalibrators mit einer Zweizonenauslegung, da diese Kalibratortypen eine Hauptheizzone im unteren Teil des Kalibrators und eine obere Zone zum Ausgleich des Wärmeverlusts aufweisen. Die Zweizonenkalibratoren werden mit speziellen internen Sensoren geliefert, die die Temperatur in den beiden Zonen messen und die Energie aus den einzelnen Zonen steuern können.

Auf diese Weise können sie die Temperaturunterschiede ausgleichen. Um dieses System effizient zu machen, müssen die „Zonensensoren“ neben und in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Sensors im Einsatz platziert werden.

Um den axialen Gradienten auf ein absolutes Minimum zu reduzieren, sollten diese Zonensensoren die Energieverteilung auf die beiden Heizzonen direkt beeinflussen. Das System, mit dem die Zweizonenkalibratoren den Temperaturunterschied ausgleichen können, wird als DLC (Dynamic Load Compensation) bezeichnet und ist normalerweise nur bei Temperaturkalibratoren der Spitzenklasse auf dem Markt verfügbar.

Der Wert der Temperaturdifferenz von der Unterseite des Kalibrators zu 60 mm nach oben wird im Display des Kalibrators angezeigt und der Wert wird vom Regler verwendet, um den axialen Gradienten zu minimieren. Das Endergebnis ist, dass das DLC-System einen Trockenblock hinsichtlich der Temperaturhomogenität wie ein Bad arbeiten lässt und dem Benutzer mitteilt, welcher Temperaturbeitrag im Kalibrator enthalten ist.

Temperaturkalibrierung -

Was sind die wichtigsten Vorteile des DLC-Systems?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie mit einem Trockenblockkalibrator mit einem DLC-System nicht nur sicherstellen, dass Sensoren mit großem Durchmesser kalibriert werden, ohne die Genauigkeit aufgrund der Wärmeleitung zu verlieren, sondern auch Zeit beim gleichzeitigen Kalibrieren mehrerer Sensoren sparen.

Der angezeigte Differenztemperaturwert für den axialen Gradienten gibt an, wann im Trockenblock die optimale Temperaturhomogenität erreicht wird und wann die Belastung das Kalibrierergebnis minimal beeinflusst. Wenn der Differenztemperaturwert nahe Null liegt, weiß der Kalibrierungstechniker, dass die Kalibrierungsergebnisse zuverlässig sind.

Es sind aber auch die Auswirkungen des Unsicherheitsbudgets zu berücksichtigen. Schauen wir uns also an, wie sich die Verwendung eines Trockenblocks mit einem DLC-System darauf auswirkt.

Wie wirkt sich das auf das Budget für Unsicherheit aus?

Der größte Fehler im Unsicherheitsbudget ist bei weitem die axiale Homogenität. Indem der Wert der Differenztemperaturmessung verwendet und der Messwert in das Unsicherheitsbudget eingegeben wird, kann die Gesamtunsicherheit mit K = 2 von 0,185 ° C auf 0,034 ° C verringert werden.

Unsicherheitsbudget: Kalibrator mit ø 10 mm-Sensor ohne Gradientenregelung

1

Temperatur des Referenzthermometers

121,003

2

Unsicherheitsreferenzthermometer (k = 2)

0,015

Normal

0,0075

3

Auflösung der RTC-Temperaturanzeige

0,001

Platz

0,0003

4

Hysterese-Effekt

0,008

Platz

0,0046

5

Axiale Temperaturhomogenität

0,159

Platz

0,0918

6

Radiale Temperaturhomogenität

0,004

Platz

0,0023

7

Ladeeffekt

0,004

Platz

0,0023

8

Stabilität in der Zeit

0,003

Platz

0,0017


121,003

K = 1

0,092


Geometrische Summe

K = 2

0,185


Unsicherheitsbudget: Kalibrator mit Sensor ø 10 mm mit Gradientenregelung

1

Temperatur des Referenzthermometers

121,003

2

Unsicherheitsreferenzthermometer (k = 2)

0,015

Normal

0,0075

3

Auflösung der RTC-Temperaturanzeige

0,001

Platz

0,0003

4

Hysterese-Effekt

0,008

Platz

0,0046

5

Axiale Temperaturhomogenität

0,024

Platz

0,0139

6

Radiale Temperaturhomogenität

0,004

Platz

0,0023

7

Ladeeffekt

0,004

Platz

0,0023

8

Stabilität in der Zeit

0,003

Platz

0,0017


121,003

K = 1

0,017


Geometrische Summe

K = 2

0,034

Schlussfolgerung

Mit einem DLC-System in einem Trockenblockkalibrator können Sie Kalibrierungsergebnisse erhalten, die den Ergebnissen sehr nahe kommen, die erzielt werden, wenn dieselbe Kalibrierung in einem Bad durchgeführt wird, in dem der Trockenblock badartige Homogenität aufweist. Der Trockenblock funktioniert wie ein Kalibrierbad, jedoch ohne die Nachteile wie schweres Gewicht, langsame Kalibrierung und die Gefahr des Auslaufens von heißem Öl.

Prozessindustrie Informer

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