Konformität und Audits
Multimeter kalibrieren: Ablauf, Prüfpunkte und Kalibrierintervall
Beim Kalibrieren eines Digitalmultimeters legt ein rückführbar kalibrierter Multifunktionskalibrator bekannte Werte an festgelegten Punkten jedes Messbereichs an (Gleich- und Wechselspannung, Gleich- und Wechselstrom sowie Widerstand), und jede Anzeige wird mit der Herstellerspezifikation verglichen, die meist als Prozent vom Messwert plus eine Anzahl Digits angegeben ist. Keine Norm legt ein Intervall für alle Geräte fest: Sie bestimmen es aus der Nutzung und der eigenen Historie der Messwerte vor der Justierung, ausgehend von dem Zeitraum, für den die Herstellerspezifikation gilt.
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Was die Kalibrierung eines Multimeters prüft
Bei einer Kalibrierung werden bekannte Werte von einem Bezugsnormal angelegt, und es wird festgehalten, was das Multimeter an jedem Punkt anzeigt. Die Messabweichung ist die Anzeige minus der angelegte Wert. Sie wird zusammen mit der Messunsicherheit der Kalibrierung dokumentiert. Jede Abweichung mit der Herstellerspezifikation zu vergleichen und ein Bestanden oder Nicht bestanden festzuhalten, ist eine Verifizierung, und ein Kalibrierschein kann beides enthalten.
Der EURAMET-Kalibrierleitfaden Nr. 15 (cg-15, Version 3.0, 2015) des Verbunds der europäischen nationalen Metrologieinstitute beschreibt ein Verfahren für diese Aufgabe. Er umfasst Gleichspannung, Wechselspannung, Gleichstrom, Wechselstrom und Widerstand an Digitalmultimetern. Ausgenommen sind Schalttafelinstrumente, Geräte, die hauptsächlich für Leistung, Energie oder Impedanz gebaut sind, und Messungen oberhalb von 1 MHz. Der Leitfaden ergänzt die Kalibrieranweisungen des Herstellers, statt sie zu ersetzen. Wo der Hersteller mehr verlangt, folgen Sie also dem Hersteller.
Weitere Funktionen wie Kapazität und Frequenz erhalten weniger Prüfpunkte. Zubehör, über das das Multimeter normalerweise misst, etwa ein Strommesswiderstand (Shunt), wird zusammen mit dem Gerät im selben Aufbau kalibriert.
Wie Multimeter-Spezifikationen aufgebaut sind
Hersteller geben die Genauigkeit eines Multimeters meist als ±(Prozent vom Messwert + Digits) an. Der Prozentanteil wächst mit dem Messwert. Die Digits sind eine feste Anzahl von Schritten der letzten angezeigten Stelle im jeweiligen Messbereich. Dieser feste Anteil ist der Grund, warum ein Multimeter am unteren Ende eines Messbereichs, bezogen auf den Messwert, ungenauer ist. Manche Hersteller sprechen von Stellen statt Digits. Andere geben anstelle der Digits einen Prozentsatz vom Messbereich an.
Ein Beispiel: Ein Multimeter ist im 6-V-Bereich mit einer Auflösung von 0,001 V mit ±(0,5 % vom Messwert + 2 Digits) spezifiziert. Am Prüfpunkt 5,000 V beträgt der Grenzwert 0,5 % von 5 V, also 0,025 V, plus 2 Digits zu je 0,001 V. Das ergibt ±0,027 V, eine Anzeige von 4,973 V bis 5,027 V liegt also innerhalb der Spezifikation. Bei 0,600 V im selben Bereich beträgt der Grenzwert ±0,005 V, das sind etwa 0,8 % vom Messwert.
Zu einer Spezifikation gehören meist Bedingungen, etwa ein Temperaturbereich, eine Aufwärmzeit und ein Zeitraum seit der Kalibrierung. Wenn EURAMET cg-15 die Messunsicherheit der Kalibrierung mit der Spezifikation vergleicht, nimmt der Leitfaden die Jahresspezifikation, weil sich Anwender während der Gültigkeit der Kalibrierung in der Regel auf diese stützen. Verwenden Sie die Spezifikation für den Zeitraum, der zu Ihrem Intervall passt.
Die Auflösung wird oft als Anzahl von Stellen angegeben. EURAMET cg-15 teilt Multimeter bei 4¾ Stellen, also 39.999 Digits, in zwei Gruppen. Einfachere Arbeitsmessgeräte liegen auf oder unter dieser Grenze, höher auflösende Geräte darüber. Für beide Gruppen gelten unterschiedliche Sätze von Prüfpunkten.
Welche Prüfpunkte Sie verwenden
Prüfpunkte werden als Prozentsatz des Messbereichsendwerts festgelegt. EURAMET cg-15 nimmt 10 % für den Anfang eines Messbereichs und 90 % für sein oberes Ende. Punkte unter 10 % empfiehlt der Leitfaden nicht, weil der nächstkleinere Bereich sie genauer misst. Der 90-%-Punkt darf zwischen 50 % und 99 % des Endwerts liegen, bei Widerstand ab 30 %.
Jeder Messbereich wird mindestens nahe seinem oberen Ende kalibriert. Die Linearität wird in je einem Gleich- und einem Wechselspannungsbereich mit mindestens fünf Punkten geprüft, die Wechselpunkte bei fester Frequenz, meist 1 kHz. Für ein Multimeter bis 4¾ Stellen sieht der Mindestumfang in cg-15 so aus.
| Funktion | In jedem Messbereich | Zusätzliche Punkte |
|---|---|---|
| Gleichspannung | +10 % (im kleinsten Bereich null) und ±90 % | In einem mittleren Bereich: ±10 %, +50 % und ±90 %, mit mindestens fünf gleichmäßig verteilten Punkten |
| Gleichstrom | +90 %, im kleinsten Bereich zusätzlich null | In einem mittleren Bereich: +10 % und ±90 %, dazu 50 % in Bereichen über 1 A |
| Widerstand | +10 % (im kleinsten Bereich null) und +90 % | Keine |
| Wechselspannung | 90 % bei drei oder mehr Frequenzen zwischen 20 Hz und 100 kHz | In einem mittleren Bereich: 10 %, 50 % und 90 % bei 50 Hz und 1 kHz. Im kleinsten Bereich: 10 % bei einer Frequenz |
| Wechselstrom | 90 % bei drei oder mehr Frequenzen zwischen 20 Hz und 5 kHz | Im kleinsten Bereich: 10 % bei einer Frequenz |
| Weitere Funktionen wie Kapazität und Frequenz | 10 % (im kleinsten Bereich null) und 90 % | Keine |
Ausrüstung und Umgebungsbedingungen
Das übliche Bezugsnormal ist ein Multifunktionskalibrator, der Gleich- und Wechselspannung, Strom und Widerstand aus einem Gerät liefert. Seine eigene Kalibrierung muss gültig und rückführbar sein, mit einer Messunsicherheit, die für das geprüfte Multimeter klein genug ist. Ein NIST-Bericht von 2001 über das Josephson-Spannungsnormal des Instituts stellt fest, dass hochwertige Multimeter genauso genau sein und genauso fein auflösen können wie die Multifunktionskalibratoren, mit denen sie kalibriert werden. Ein hochwertiges Labormultimeter (bis 8½ Stellen) kann deshalb bessere Normale brauchen, als ein Multifunktionskalibrator bietet.
Die Rückführbarkeit verläuft vom Kalibrierschein des Kalibrators über die übergeordneten Labore bis zu einem nationalen Metrologieinstitut. Dort wird das Volt mit dem Josephson-Effekt und das Ohm mit dem Quanten-Hall-Effekt dargestellt, wie es die praktische Realisierung der elektrischen Einheiten zur SI-Broschüre beschreibt.
- Ein Multifunktionskalibrator oder getrennte Normale für Spannung, Strom und Widerstand, mit gültigen Kalibrierscheinen.
- Messleitungen und Kabel in gutem Zustand. Halten Sie beim Widerstand fest, ob in Zweileiter- oder Vierleiterschaltung gemessen wurde. Gleichen Sie in Zweileiterschaltung den Leitungswiderstand ab, indem Sie die Leitungen am Ende des Widerstands kurzschließen.
- Einen thermospannungsarmen Kurzschluss für den Nullabgleich der Gleichspannungsbereiche.
- Einen Raum mit stabilen Bedingungen, in dem Temperatur und Luftfeuchte aufgezeichnet werden. Geben Sie dem Multimeter die vom Hersteller angegebene Stabilisierungszeit, eingeschaltet, wenn es am Netz betrieben wird.
- Das Kalibrierhandbuch des Herstellers, das die Justiermethode und alle vom Hersteller verlangten Punkte vorgibt.
Messwerte vor der Justierung, Justierung und Messwerte nach der Justierung
EURAMET cg-15 beschreibt drei mögliche Abläufe. Der Standardablauf für ein justierbares Multimeter besteht aus einer Kalibrierung vor der Justierung, der Justierung selbst und einer Kalibrierung danach. Die erste liefert die Messwerte vor der Justierung, die zeigen, wie sich das Gerät seit der letzten Kalibrierung verhalten hat. Die letzte liefert die Messwerte nach der Justierung. ISO/IEC 17025:2017, Abschnitt 7.8.4, verlangt, dass ein Kalibrierschein die Ergebnisse vor und nach einer Justierung oder Reparatur angibt, sofern sie vorliegen.
Ein Multimeter muss nicht bei jeder Kalibrierung justiert werden. cg-15 erlaubt eine Kalibrierung ohne Justierung, wenn die Messwerte deutlich innerhalb der Spezifikation liegen. Für ein einfacheres Gerät mit manueller Justierung nennt der Leitfaden als Beispielgrenze 70 % der Jahresspezifikation an allen Punkten und 50 % an den Punkten, an denen das Gerät justiert wird. Für genauere Geräte liegt die Beispielgrenze bei 50 % an allen Punkten.
Die Justierung folgt der Methode des Herstellers. Je nach Gerät bedeutet das, interne Bauteile einzustellen oder eine Firmware-Routine auszuführen.
Liegt ein Wert vor der Justierung außerhalb der Spezifikation, verlangt ISO 9001, Abschnitt 7.1.5.2, zu bestimmen, ob frühere Ergebnisse beeinträchtigt wurden, und bei Bedarf Maßnahmen zu ergreifen. Prüfen Sie, wofür das Multimeter seit seiner letzten einwandfreien Kalibrierung verwendet wurde, etwa für Abnahmeprüfungen, Einstellungen an Anlagen oder die Prüfung anderer Messmittel. Beurteilen Sie, ob eine Abweichung dieser Größe und Richtung eine Entscheidung hätte ändern können, und dokumentieren Sie das Ergebnis.
TUR und das Verhältnis 4:1
Das Prüfunsicherheitsverhältnis (TUR) vergleicht den geprüften Grenzwert mit der erweiterten Messunsicherheit der Kalibrierung an diesem Punkt. Für einen symmetrischen Grenzwert von ±T und eine erweiterte Messunsicherheit U bei einer Überdeckung von etwa 95 Prozent gilt TUR = T / U. Laut EURAMET cg-15 reicht ein Verhältnis von 4:1 zwischen Spezifikation und Messunsicherheit der Kalibrierung in der Regel aus, bezogen auf die Jahresspezifikation.
Im Beispiel oben beträgt der Grenzwert bei 5 V ±0,027 V. Ein Verhältnis von 4:1 verlangt dort eine erweiterte Messunsicherheit von höchstens etwa 0,0068 V. cg-15 räumt ein, dass 4:1 nicht immer erreichbar ist. Bei niedrig auflösenden Geräten bestimmt die letzte Stelle sowohl die Spezifikation als auch die Messunsicherheit. Bei den genauesten Geräten reichen die Normale in manchen Bereichen nicht aus. Der Leitfaden verlangt, die Zahl der Punkte unter 4:1 so klein wie möglich zu halten.
Die Auflösung erhöht die Messunsicherheit, weil jede Anzeige auf ihre letzte Stelle gerundet wird. Der GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) behandelt diese Rundung als Rechteckverteilung mit der Breite eines Schritts. Ihre Standardmessunsicherheit ist der Schritt geteilt durch √12, etwa das 0,29-Fache des Schritts. cg-15 verlangt, dass der Kalibrierschein deutlich macht, dass seine Messunsicherheiten die Auflösung und die Kurzzeitinstabilität des Geräts enthalten.
Ob eine Anzeige besteht, hängt auch von der Entscheidungsregel ab. ISO/IEC 17025:2017, Abschnitt 7.8.6, verlangt von einem Labor, das eine Konformitätsaussage trifft, die verwendete Entscheidungsregel zu dokumentieren, und cg-15 verweist für die Beurteilung und Angabe der Konformität auf ILAC-G8. Fragen Sie Ihr Labor, ob es die einfache Akzeptanz oder ein Sicherheitsband anwendet.
Wie oft ein Multimeter kalibriert werden sollte
Keine Norm legt ein Intervall für alle Multimeter fest. ISO 9001 verlangt eine Kalibrierung oder Verifizierung in festgelegten Abständen oder vor dem Gebrauch. ILAC-G24 / OIML D 10 (Ausgabe 2022) stellt fest, dass es keine allgemeingültige beste Vorgehensweise gibt. Der Leitfaden nennt die abzuwägenden Faktoren, darunter die benötigte Messunsicherheit, die Empfehlung des Herstellers, die Neigung zur Drift, wie viel und wie stark das Gerät genutzt wird, seine Umgebung und die Ergebnisse von Zwischenprüfungen.
Ein praktischer Ausgangspunkt ist der Zeitraum, für den die Genauigkeitsspezifikation des Herstellers gilt. Passen Sie das Intervall dann anhand der eigenen Historie der Werte vor der Justierung an. Geräte, die deutlich innerhalb ihrer Grenzen zurückkommen, rechtfertigen ein längeres Intervall. Ein Ausfall oder eine Drift in Richtung Grenze spricht für ein kürzeres. ILAC-G24 rät, neue Geräte anfangs häufiger zu kalibrieren, um ihren Trend zu erkennen.
Prüfen Sie das Multimeter zwischen den Kalibrierungen an etwas Stabilem und Bekanntem. Eine Spannungsreferenz, ein Kalibrator oder ein fester Widerstand, den Sie direkt nach der letzten Kalibrierung gemessen haben, eignet sich dafür. ISO/IEC 17025:2017, Abschnitt 6.4.10, verlangt von Laboren Zwischenprüfungen, wo sie nötig sind, um das Vertrauen in die Einrichtung zu erhalten. Prüfen Sie das Gerät nach einem Sturz, einer Überlast oder einer durchgebrannten Sicherung, bevor es wieder verwendet wird.
Was Kalibrierschein und Aufzeichnung zeigen sollten
EURAMET cg-15 nennt, was ein Kalibrierschein für ein Multimeter über die übliche Identifikation hinaus braucht: die Methode, den Nachweis der Rückführbarkeit, die Bedingungen, die Ergebnisse mit ihren Einheiten und die Messunsicherheit. In der Praxis sollte die Aufzeichnung Folgendes zeigen.
- Kennung, Hersteller, Modell und Seriennummer des Multimeters.
- Das verwendete Verfahren und ob ein Selbsttest, eine Selbstkalibrierung, eine Justierung oder eine Reparatur durchgeführt wurde.
- Die verwendeten Bezugsnormale mit ihren Kalibrierscheinnummern und Fälligkeitsdaten.
- Temperatur und Luftfeuchte sowie die Stabilisierungszeit des Geräts vor den Messungen.
- Die Einstellungen des Geräts, etwa Zwei- oder Vierleiter-Widerstandsmessung und der verwendete Eingang.
- Für jeden Punkt: der Messbereich, der angelegte Wert (bei Wechselgrößen mit Frequenz), die Anzeige vor und nach der Justierung, die Messabweichung und die Messunsicherheit.
- Die Spezifikation und die Entscheidungsregel hinter jeder Aussage zu Bestanden oder Nicht bestanden.
- Datum, ausführende Person oder Labor und nächster Fälligkeitstermin.
Multimeter kalibrieren: Schritt für Schritt
- Prüfen Sie, ob der Kalibrator und alle anderen Normale gültige Kalibrierscheine haben und gegenüber der Jahresspezifikation des Multimeters etwa 4:1 erreichen.
- Lassen Sie das Multimeter im Raum akklimatisieren und schalten Sie es für die vom Hersteller angegebene Aufwärmzeit ein. Notieren Sie Temperatur und Luftfeuchte.
- Prüfen Sie das Gerät, seine Messleitungen und seine Eingangsbuchsen. Lassen Sie den Selbsttest laufen und, falls vorhanden, die Selbstkalibrierung.
- Gleichen Sie die Gleichgrößenbereiche auf null ab, wo das Gerät es zulässt: mit einem thermospannungsarmen Kurzschluss für Spannung, offenem Eingang für Strom und kurzgeschlossenen Buchsen für Widerstand.
- Legen Sie jeden Prüfpunkt mit dem Kalibrator an und notieren Sie die Anzeige vor der Justierung. Decken Sie jeden Messbereich jeder Funktion ab, mit den zusätzlichen Linearitätspunkten in einem Gleich- und einem Wechselspannungsbereich.
- Vergleichen Sie jede Abweichung mit der Herstellerspezifikation für diesen Bereich und Punkt, nach Ihrer dokumentierten Entscheidungsregel.
- Muss das Gerät justiert werden, justieren Sie es nach der Methode des Herstellers. Wiederholen Sie dann die Prüfpunkte und notieren Sie die Anzeigen nach der Justierung.
- Dokumentieren Sie die Ergebnisse, die verwendeten Normale, die Messunsicherheit und den nächsten Fälligkeitstermin, und kennzeichnen Sie das Multimeter mit seinem Status.
Wie Axiospec bei Multimeter-Aufzeichnungen hilft
Axiospec ist eine Software für das Kalibriermanagement. Jedes Multimeter erhält einen Datensatz mit seinen Kalibrierungen, seinen Kalibrierscheinen und seinem nächsten Fälligkeitstermin. Eine Kalibrierung kann Prüfpunkte enthalten, jeweils mit Nennwert, Toleranz und den Messwerten vor und nach der Justierung. Eine Toleranz kann als absoluter Wert oder als Prozentsatz vom Nennwert oder von der Messspanne eingegeben werden. Ein Grenzwert in Prozent vom Messwert plus Digits wird daher als der für diesen Punkt berechnete absolute Wert eingetragen.
Legen Sie Ihren Kalibrator als Bezugsnormal an und wählen Sie ihn bei jeder Kalibrierung aus. Sein eigener Datensatz zeigt dann die Kalibrierungen, für die er verwendet wurde. Wird eine Kalibrierung als Nicht bestanden erfasst, wird das Multimeter gesperrt, und der Datensatz fragt nach den Auswirkungen der Toleranzüberschreitung. Axiospec kalibriert das Gerät nicht. Bei einer internen Kalibrierung setzt ein abschließender Messwert außerhalb seiner Toleranz das Ergebnis auf Nicht bestanden, und wer trotzdem Bestanden erfasst, muss eine schriftliche Begründung angeben. Toleranz, Entscheidungsregel und Intervall bleiben bei Ihnen oder Ihrem Labor.
Für bis zu 50 aktive Messmittel ist Axiospec kostenlos. Ein neuer Arbeitsbereich startet mit einer 45-tägigen Testphase von Professional mit Platz für 1.500 aktive Messmittel. Ihre vorhandenen Aufzeichnungen übernehmen wir in jedem Tarif kostenlos für Sie.
Häufige Fragen
- Wie oft sollte ein Multimeter kalibriert werden?
- Keine Norm legt ein Intervall fest. Gehen Sie von dem Zeitraum aus, für den die Genauigkeitsspezifikation des Herstellers gilt, und verlängern oder verkürzen Sie ihn anhand der Werte vor der Justierung, der Nutzung und der Umgebung des Geräts, wie es ILAC-G24 empfiehlt. Prüfen Sie es zwischen den Kalibrierungen an einer bekannten Quelle und nach jedem Sturz oder jeder Überlast.
- Wie kalibriert man ein Digitalmultimeter?
- Lassen Sie es aufwärmen, gleichen Sie die Gleichgrößenbereiche auf null ab und legen Sie mit einem rückführbar kalibrierten Multifunktionskalibrator bekannte Werte in jedem Messbereich jeder Funktion an, typischerweise bei 10 % und 90 % des Endwerts, mit mehr Punkten in einem Gleich- und einem Wechselspannungsbereich. Notieren Sie jede Anzeige vor der Justierung und vergleichen Sie ihre Abweichung mit der Herstellerspezifikation. Muss das Gerät justiert werden, justieren Sie es und wiederholen Sie die Punkte nach der Justierung.
- Was bedeutet ±(% vom Messwert + Digits) bei einem Multimeter?
- Das ist der Genauigkeitsgrenzwert des Geräts. Der Prozentanteil bezieht sich auf den Messwert, die Digits sind eine feste Anzahl von Schritten der letzten Stelle im jeweiligen Messbereich. Ein Multimeter mit ±(0,5 % + 2 Digits), das in einem Bereich mit 0,001 V Auflösung 5,000 V anzeigt, hat einen Grenzwert von ±0,027 V.
- Welche Ausrüstung braucht man zum Kalibrieren eines Multimeters?
- Einen Multifunktionskalibrator oder getrennte Normale für Spannung, Strom und Widerstand, mit einer gültigen, rückführbaren Kalibrierung. An jedem Punkt sollte seine Messunsicherheit höchstens etwa ein Viertel der Spezifikation des Multimeters betragen, das Verhältnis 4:1, das EURAMET cg-15 als in der Regel ausreichend bezeichnet. Dazu kommen gute Messleitungen, ein thermospannungsarmer Kurzschluss, ein Raum mit stabilen Bedingungen und das Kalibrierhandbuch des Herstellers.
- Warum wird ein Multimeter bei 10 % und 90 % jedes Messbereichs kalibriert?
- EURAMET cg-15 nimmt 10 % des Endwerts für den Anfang eines Messbereichs und 90 % für sein oberes Ende und kalibriert jeden Bereich nahe seinem oberen Ende. Punkte unter 10 % empfiehlt der Leitfaden nicht, weil der nächstkleinere Bereich diese Werte genauer misst.
- Kann ich mein Multimeter selbst kalibrieren?
- Ja, wenn Sie einen Kalibrator mit gültiger, rückführbarer Kalibrierung und ausreichender Genauigkeit, ein schriftliches Verfahren und geschultes Personal haben. ISO 9001 verlangt dafür kein externes oder akkreditiertes Labor. Kunden können trotzdem akkreditierte Kalibrierscheine verlangen, und die Justierung erfordert die Methode des Herstellers.
In die Praxis umsetzen
Sie haben eine Messmittelliste? Schicken Sie sie uns, wir laden sie für Sie ein, meist in ein paar Werktagen. In jedem Tarif kostenlos. Protokollieren Sie danach jede Kalibrierung in einem manipulationserkennbaren Audit-Trail und erzeugen Sie Nachweise auf Abruf.
Axiospec ist ein Dokumentations- und Workflow-Werkzeug. Es hilft Ihnen, saubere, rückführbare und auditsichere Datensätze zu führen. Die Zertifizierung hängt von Ihren eigenen Prozessen, Ihrem Geltungsbereich und Ihrem Auditor ab.
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