Wichtige Begriffe rund um das Thema Kalibrierung

Kalibrierung
Beim Kalibrieren werden durch Messungen Messabweichung eines Messgerätes oder einer Maßverkörperung ermittelt (Ist-Zustand / Momentaufnahme). Diese werden üblicherweise in Form eines Kalibrierscheins mit Angabe der Messunsicherheit dokumentiert. Das Kalibrieren beinhaltet keine messtechnische Veränderung oder Justierung. Dies ist ein separater Prozess. Nach einer Justierung sollte das Gerät wieder kalibriert werden. Mit den festgestellten Messabweichungen können die Messwerte korrigiert werden.

Justierung
Beim Justageprozess wird der angezeigt Messwert eines Gerätes soweit verändert, dass dieser möglichst dem Sollwert entspricht (z.B. durch Vergleich mit einer Referenz). Es erfolgt somit ein Eingriff in den Messablauf, der das Messgerät dauerhaft verändert. Dadurch werden alle zuvor durchgeführten Kalibrierungen ungültig. Deshalb sollte nach einer Justierung das Gerät wieder kalibriert werden.

Abgleich
Bei einem Abgleich wird ein definierter Ausgangszustand eines Messgerätes erzeugt. Eine Referenz ist hierzu nicht notwendig. Beispiele sind hier die Tara-Funktion einer Waage oder die Zero-/Nullung-Funktion bei Differenzdrucksensoren. Die messtechnische Eigenschaft eines Gerätes verändert sich dadurch nicht. Eine Kalibrierung bleibt deshalb gültig.

Rückführung
Rückführung ist gegeben, wenn ein Messwert durch eine ununterbrochene Kette von anerkannten Kalibrierungen auf nationale Normale bezogen ist. Diese Kette kann beliebig lang sein und mehrere Abzweige haben.

Hierzu ein Beispiel (der Einfachheit halber wird nur ein Zweig verfolgt):
Ein Temperatur-Handmessgerät (LUFFT XP100) zeigt einen Messwert von 20,2°C an. Dieses wurde in einem akkreditierten Kalibrierlabor in einem Blockkalibrator kalibriert. Als Referenz wurde dort ein PT100-Widerstandsthermometer verwendet. Dieses wiederum wurde in einem anderen Kalibrierlabor in einem Kalibrierbad mit einem PT25-SPRT (Widerstandsthermometer) kalibriert. Das SPRT wurde wiederum in einem weiteren Kalibrierlabor an Fixpunkten kalibriert. Diese Fixpunktzellen wurden durch die PTB kalibriert und sind somit an das nationale Normal angeschlossen:

Somit ist der angezeigte Messwert mit 20,2°C des Handmessgerätes rückführbar auf das nationale Normal der PTB. Allerdings muss die Messunsicherheit berücksichtigt werden. So kann der Messwert 19,9°C, aber auch 20,5°C betragen. Es ist deutlich zu sehen, dass jedes Glied der Rückführung, die Messunsicherheit erhöht.

Normal
Realisierung der Definition einer Größe mit angegebenen Größenwert und beigeordneter Messunsicherheit, benutzt als Referenz (VIM).

Messunsicherheit
Die Messunsicherheit gibt an, in wieweit ein Messwert streuen kann und mit welcher Wahrscheinlichkeit. In Kalibrierscheinen wird üblicherweise die erweiterte Messunsicherheit mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% angegeben (Erweiterungsfaktor k=2). Sind in einem Kalibrierschein keine Messunsicherheiten dem Kalibrierergebnis zugeordnet, sondern nur die Messunsicherheiten der verwendeten Referenzgeräte dargestellt, sind diese nicht auf das Ergebnis übertragbar, da das Kalibrierverfahren oft den dominanten Einfluss auf die Gesamt-Messunsicherheit hat. In akkreditierten Kalibrierlaboratorien wird üblicherweise die Berechnung der Messunsicherheit nach EA-4/02 „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ (GUM) durchgeführt.

Interpretation von Kalibrierergebnissen
Hierzu ein Beispiel: in einem Kalibrierschein eines Temperaturmessgerätes sind folgende Kalibrierergebnisse dargestellt:

Nehmen wir zuerst den Kalibrierpunkt bei 20°C: hier hat das Temperaturmessgeräte eine Abweichung von -0,01 K mit einer Messunsicherheit von 0,05 K. Das bedeutet, dass die Abweichung mit einer Wahrscheinlichkeit von 95,45% innerhalb von -0,06 K bis +0,04 K liegt.
Für den Benutzer des Gerätes bedeutet dies: zeigt das Gerät eine Temperatur von 20,00°C, sollte dieser Wert mit der Messabweichung korrigiert werden. Somit beträgt die richtige Temperatur 20,01°C. Diese liegt aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 95,45% zwischen 19,96°C und 20,06°C. Um die Wahrscheinlichkeit auf 99,73% zu erhöhen, kann die Messunsicherheit mit dem Erweiterungsfaktor k=3 berechnet werden. Das ergibt in diesem Falle 0,075 K. Somit liegt die richtige Temperatur mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,73% innerhalb 19,935°C und 20,085. Üblicherweise wird aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 95,45% gerechnet.

Werkskalibrierung
Hierzu gibt es mehrere Bezeichnungen: Wersksprüfzeugnis, Werskalibrierzertifikat, Hersteller-Prüfzeugnis, ISO-Zertifikat, Werks-Kalibrierschein. Die unterschiedlichen Ausführungen fallen in unterschiedliche Normenbereiche. Alle diese Dokumente haben eines gemeinsam: diese dokumentieren nicht die Rückführung auf nationale Normal, ebenso wenig sind diese international vergleichbar und anerkannt. Auditoren können Inhalte von Werskalibrierzertifikaten anzweifeln und weitere Dokumente hierzu anfordern.

Eichung
Beim Eichen wird geprüft, ob ein Messgerät (oder Maßverkörperung) innerhalb den in der Eichvorschrift festgelegten Fehlergrenzen liegt. Eichfähig sind allerdings nur Geräte, die einer aufwändigen Bauartprüfung unterzogen wurden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Messgerät innerhalb der Nacheichfrist in einem bestimmten Toleranzbereich bleibt. Welche Messgeräte der Eichpflicht unterliegen, ist gesetzlich geregelt. Oftmals sind es Geräte, über die Abrechnungen erfolgen, wie z.B. Wasseruhren, Stromzähler, Gaszähler, Waagen im Verkauf, aber auch sogenannte „Blitzer“ zu Verkehrs-Geschwindigkeitskontrollen, Abgasmessgeräte, Atemalkoholmessgeräte. Eichungen dürfen nur Eichämter durchführen.

ILAC
ILAC – International Laboratory Accreditation Cooperation ist eine internationale Vereinigung von Akkreditierungsstellen. Ein Ziel ist es unter anderem, die gegenseitige Anerkennung von Kalibrierdienstleistung akkreditierter Kalibrierlaboratorien.

EA
EA – European co-operation for Accreditation ist eine europäische Vereinigung von Akkreditierungsstellen. Ein Ziel ist es unter anderem, die gegenseitige Anerkennung von Kalibrierdienstleistung akkreditierter Kalibrierlaboratorien, sowie die Harmonisierung von Kalibrierverfahren.

PTB
Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ist das nationale Metrologieinstitut (NMI) für Deutschland. Sie ist unter anderem „Hüterin der Einheiten“ und damit zuständig für die Bereithaltung und Weitergabe der nationalen Normale und Einheiten auf höchstem Niveau. Die PTB ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

BIPM
BIPM – Bureau International des Poids et Mesures (Internationales Büro für Maß und Gewicht) mit Sitz in Sèvres bei Paris ist eine internationale Organisation. Das BIPM verwaltet die sieben SI-Einheiten und hat die Aufgabe, weltweit für Gleichheit bei den jeweiligen nationalen Normalen zu sorgen.

SI-Einheiten
Das internationale Einheitensystem SI (Système International d‘ Unités) besteht aus sieben Basiseinheiten: Länge – Meter, Masse – Kilogramm, Zeit – Sekunde, elektrische Stromstärke – Ampere, Temperatur – Kelvin, Stoffmenge – Mol und Lichtstärke – Candela. Aus diesen Basisgrößen lassen sich alle weiteren Messgrößen ableiten.

DIN EN/ISO IEC 17025
Die Norm „Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien“ dient als Grundlage bei der Akkreditierung von Prüf- oder Kalibrierlaboratorien. Die „17025“ ist in den Organisationen DIN, EN, ISO und IEC gelistet und dadurch international verbreitet und anerkannt.

Akkreditierung
Das Wort stammt vom lateinischen „accredere“ und steht für „Glauben schenken“. Mit einer Akkreditierung wird die Erfüllung von bestimmten Anforderungen bestätigt. Im Bereich der Kalibrierlaboratorien dient als Grundlage die DIN EN ISO/IEC 17025. Die Anforderungen sind im Vergleich zu Werks-Kalibrierlaboratorien deutlich höher.

Absolutdruck - Relativdruck
Der absolute Luftdruck beschreibt den tatsächlichen Druck (bezogen auf Vakuum). Es wird keine Ortshöhenkorrektur vorgenommen. Der relative Luftdruck ist der Absolutdruck, korrigiert auf Meereshöhe. Die Korrektur wird vorgenommen, um im Bereich der Meteorologie Vergleichbarkeit zu erreichen. Für alle technischen Systeme oder Applikationen ist der tatsächliche Absolutdruck zu verwenden. eine Ortshöhenkorrektur darf nicht erfolgen.

Metrologie
Beschreibt die „Wissenschaft vom Messen und Ihre Anwendung“ (VIM). Das nationale metrologische Institut (NMI) in Deutschland ist die PTB.

Meteorologie
Beschreibt die Wetterkunde und somit die Lehre von physikalischen Vorgängen in der Erdatmosphäre.

VIM
Internationales Wörterbuch der Metrologie. Die Abkürzung wird aus dem französischen Titel (Vocabulaire international de métrologie) abgeleitet. Darin enthalten sind Begriffe und Definitionen im Bereich der Metrologie.