Manometer kalibrieren: Ablauf, Genauigkeitsklassen und Kalibrierintervalle

Was eine Manometer-Kalibrierung prüft

Eine Kalibrierung vergleicht das Manometer mit einem Bezugsnormal, dessen Werte bekannt und rückführbar sind. Die Referenz ist entweder eine Druckwaage, auch Kolbenmanometer genannt, oder ein Referenzmanometer bzw. ein digitaler Druckkalibrator, der genauer ist als das zu kalibrierende Manometer. An jedem Prüfpunkt notieren Sie die Anzeige des Manometers und den Referenzwert. Die Differenz ist die Messabweichung.

Bei einem analogen Manometer beginnt OIML R 101 mit einer Sichtprüfung und einer Vorprüfung und ermittelt dann die Messabweichungen und die Hysterese (Abschnitt 8). Die Vorprüfung bestätigt, dass sich der Zeiger gleichmäßig und ohne Hängenbleiben bewegt und bei Umgebungsdruck auf null steht (10.2). Die Messabweichungen werden an Punkten über den Messbereich abgelesen, erst bei steigendem und dann bei fallendem Druck.

Die Messabweichungen mit der Grenze des Manometers zu vergleichen und bestanden oder nicht bestanden zu vermerken, ist eine Verifizierung gegen eine Spezifikation. Ein Kalibrierschein kann beides enthalten: die gemessenen Abweichungen und diese Aussage.

• Kalibrierung und Verifizierung im Vergleich

Die Normen: ASME B40.100, EN 837-1, OIML R 101 und DKD-R 6-1

ASME B40.100-2022 ist die US-Norm für Manometer und Manometerzubehör. Sie gilt für Zeigermanometer, die den Druck mit einem elastischen Messglied wie einer Rohrfeder erfassen, und außerdem für Druckmittler, Dämpfungsglieder und Überdruckschutzventile. Sie enthält eine Tabelle der Genauigkeitsgrade mit der empfohlenen Zahl von Prüfpunkten (Tabelle 2-2.4-1) und einen Abschnitt zur Prüfung von Manometern (2-5). ASME hat sie in die stabilisierte Pflege überführt, die Ausgabe 2022 bleibt also gültig.

EN 837-1:1996 ist die europäische Norm für Druckmessgeräte mit Rohrfedern in den Nenngrößen 40 bis 250, mit Messbereichen bis 1600 bar. Sie legt Genauigkeitsklassen, Anforderungen und Prüfverfahren fest. Nationale Ausgaben wie DIN EN 837-1 und BS EN 837-1 sind gültig.

OIML R 101:1991 ist die internationale Empfehlung für anzeigende und schreibende Gebrauchsmanometer mit elastischem Messglied und Messbereichsendwerten von 0,05 MPa bis 1000 MPa. Sie legt Genauigkeitsklassen, Fehlergrenzen und ein Prüfverfahren fest. OIML R 109:1993 tut dasselbe für Feinmessmanometer, die sie Normalgeräte nennt. Beide stehen kostenlos bei der OIML bereit und sind als gültig gelistet.

Die DKD-R 6-1 ist die Kalibrierrichtlinie des Deutschen Kalibrierdienstes, herausgegeben von der PTB. Sie gilt für Rohrfedermanometer, elektrische Druckmessgeräte und Druckmessumformer mit elektrischem Ausgang und legt drei Kalibrierabläufe nach der angestrebten Messunsicherheit fest. Ausgabe 03/2014, Revision 3, gibt es kostenlos bei der PTB.

Was eine Genauigkeitsklasse erlaubt

Die Genauigkeitsklasse eines Gebrauchsmanometers ist ein Prozentsatz seines Messbereichs. Nach OIML R 101 (4.1.1) darf ein Manometer im Betrieb um bis zu seine Klassenzahl mal 1 % des Messbereichsendwerts abweichen. Ein neues oder repariertes Manometer muss das 0,8-Fache davon einhalten. Bei einem Manovakuummeter ist die Basis die Summe der Endwerte des Überdruck- und des Unterdruckbereichs.

Die Grenze ist überall auf der Skala gleich. Ein Manometer der Klasse 1 für 0 bis 10 bar darf bei 1 bar ebenso um 0,1 bar abweichen wie bei 10 bar, das sind bei 1 bar 10 % der Anzeige. R 101 legt außerdem eine Nutzungsgrenze fest (3.1.2): Bei Manometern mit einem Endwert unter 100 MPa sind das drei Viertel des Endwerts bei ruhendem Druck und zwei Drittel bei wechselndem Druck.

• Die Hysterese muss innerhalb derselben Grenze bleiben. R 101 lässt nicht zu, dass die Hysterese die Fehlergrenze überschreitet (4.1.2).
• Bei Umgebungsdruck muss der Zeiger innerhalb der Fehlergrenze auf null stehen (10.2.3).
• R 101 verlangt, dass das Zifferblatt den Endwert und die Genauigkeitsklasse zeigt (6.1.1).
• ASME B40.100 arbeitet mit Genauigkeitsgraden, EN 837-1 mit eigenen Klassen. Die Grenze für Ihr Manometer ergibt sich aus der Norm, die im Datenblatt steht, oder aus der Herstellerangabe, wenn diese enger ist.

Die Referenz wählen: Druckwaage oder Referenzmanometer

Eine Druckwaage erzeugt Druck mit bekannten Massen auf einem Kolben mit bekannter wirksamer Fläche. Die DKD-R 6-1 zählt Druckwaagen zu den Referenzen mit Langzeitstabilität und elektrische Druckmessgeräte zu den weniger stabilen (Abschnitt 3).

Der Druck, den eine Druckwaage erzeugt, hängt von der örtlichen Fallbeschleunigung ab, von der Temperatur von Kolben und Zylinder und vom Luftauftrieb der Massen. OIML R 110 gibt ihre Fehlergrenzen für die Normfallbeschleunigung 9,80665 m/s² und 22 °C ± 3 °C an (4.4). Eine Druckwaage an einem anderen Ort braucht deshalb die Korrekturen aus ihrem Kalibrierschein oder Handbuch. Die DKD-R 6-1 verlangt von Laboren, die Kolbenmanometer verwenden, neben der Raumtemperatur auch den Luftdruck festzuhalten (Abschnitt 6).

Ein Referenzmanometer oder digitaler Druckkalibrator ist schneller in der Handhabung und kann mehrere Messbereiche abdecken. Er braucht eine eigene gültige Kalibrierung mit angegebener Messunsicherheit. Ist die Referenz ein anzeigendes Messgerät, berücksichtigt die DKD-R 6-1 seine Auflösung ein zweites Mal in der Messunsicherheit (Abschnitt 3).

Wie viel besser muss die Referenz sein? OIML R 101 erlaubt für die Prüfeinrichtung Fehler von höchstens einem Viertel der Fehlergrenze des geprüften Manometers (9.1). Die DKD-R 6-1 empfiehlt, dass die Messunsicherheit der Referenz ein Drittel der für das Manometer angestrebten Messunsicherheit nicht überschreitet.

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Aufbau: Einbaulage, Höhe und Druckübertragungsmedium

Bauen Sie das Manometer so ein, wie es verwendet wird. R 101 macht die vom Hersteller angegebene Gebrauchslage zur Referenzbedingung (4.1.3), und das Zifferblatt kann die normale Gebrauchslage tragen (6.1.1). Die DKD-R 6-1 verlangt, die Einbaulage bei der Kalibrierung zu berücksichtigen und im Kalibrierschein anzugeben.

Bringen Sie die Bezugsniveaus von Manometer und Referenz auf dieselbe Höhe oder korrigieren Sie den Unterschied. Eine Flüssigkeitssäule erzeugt einen Druck von ρgh. Mit Wasser in der Leitung ergeben 10 cm Höhenunterschied fast 1 kPa, also die ganze Fehlergrenze eines Manometers der Klasse 1 mit einem Messbereich von 0 bis 100 kPa. R 101 verlangt, dass der Fehler aus einem Höhenunterschied unter einem Zehntel der Fehlergrenze bleibt (9.4).

Verwenden Sie das richtige Medium. R 101 sieht bis 0,5 MPa ein inertes Gas und darüber eine nicht korrosive Flüssigkeit vor, es sei denn, der Wechsel zwischen beiden ändert die Anzeige um weniger als ein Fünftel der Fehlergrenze (4.1.3). Arbeiten Manometer und Referenz mit unterschiedlichen Medien, darf eine Trennvorlage die Anzeige um höchstens ein Zehntel der Fehlergrenze verschieben (9.2).

Prüfen Sie zuerst die Dichtheit. R 101 schlägt vor, den Druck bis zum Endwert zu erhöhen, das Manometer 3 Minuten lang abzusperren und dann 2 weitere Minuten zu beobachten. Ein Druckabfall von höchstens 1 % des Endwerts gilt als dicht (10.2.1).

Lassen Sie Manometer und Referenz die Raumtemperatur annehmen. R 101 nutzt 20 °C als Referenztemperatur. Die DKD-R 6-1 lässt ein Labor zwischen 18 °C und 28 °C zu und empfiehlt, die Temperatur während der Kalibrierung auf ±1 K konstant zu halten und festzuhalten. Geben Sie elektrischen Messgeräten ihre Aufwärmzeit.

Prüfpunkte: wie viele und in welcher Reihenfolge

Verteilen Sie die Punkte gleichmäßig über den Messbereich, von null bis zum Endwert. R 101 verlangt mindestens 8 Punkte bei Manometern der Klasse 0,6 und besser, 5 bei den Klassen 1 bis 2,5 und 3 bei den Klassen 4 und 5 (10.3.1). Lesen Sie jeden Punkt bei steigendem Druck ab, halten Sie den Endwert 5 Minuten lang und lesen Sie dann dieselben Punkte bei fallendem Druck ab. Den Nullpunkt lesen Sie nach 5 Minuten wieder bei Umgebungsdruck ab.

Die DKD-R 6-1 richtet den Aufwand nach der angestrebten Messunsicherheit aus (Tabelle 1). Zuerst wird das Manometer bis zum Höchstwert vorbelastet, mit mindestens 30 Sekunden am Höchstwert und zwischen den Vorbelastungen, dann wird der Nullpunkt gesetzt, wenn das Gerät das zulässt. Jede Druckstufe wartet mindestens 30 Sekunden bis zur Ablesung, und Rohrfedermanometer werden leicht beklopft, um die Reibung im Zeigerwerk zu lösen (Abschnitt 7).

• Arbeitsblatt für Messwerte vor und nach der Justierung, mit Prüfpunkten über den Messbereich

Hysterese, Wiederholbarkeit und Nullpunkt

Die Hysterese ist der Unterschied zwischen den Anzeigen beim selben Druck, je nachdem, ob Sie ihn von unten oder von oben anfahren. R 101 definiert sie so und lässt die beiden Enden des Messbereichs aus, an denen es nur eine Richtung gibt (T.8). Berechnen Sie sie an jedem Punkt als Anzeige abwärts minus Anzeige aufwärts und vergleichen Sie den größten Wert mit der Grenze.

Die DKD-R 6-1 hält den Nullpunkt vor und nach jedem Auf- und Abwärtszyklus fest und gibt die größte Änderung als Nullpunktabweichung an (8.6.2). Die Hysterese berechnet sie aus Messwerten, die um diesen Nullpunkt korrigiert sind (8.6.5). Hat ein Ablauf zwei Aufwärtsreihen, wie A und B, ergibt der Unterschied zwischen ihnen die Wiederholbarkeit (8.6.3).

Bei Feinmessmanometern nimmt R 109 an jedem Punkt zwei Ablesungen, eine sofort und eine nach leichtem Klopfen auf das Gehäuse. Der Unterschied zeigt die Reibung im Messwerk und darf die halbe Fehlergrenze nicht überschreiten (6.3.7.2 und 4.2.1.3).

Digitale Manometer und Druckmessumformer

Die DKD-R 6-1 behandelt drei Gerätearten mit demselben Verfahren: Rohrfedermanometer, elektrische Druckmessgeräte mit Anzeige und Messumformer, deren Ausgang ein Strom, eine Spannung oder eine Frequenz ist. Bei einem Messumformer liest das Labor den Ausgang mit einem eigenen kalibrierten Messgerät ab, und dessen Messunsicherheit geht in das Budget ein (Abschnitt 4).

Kalibrieren Sie das Gerät nach Möglichkeit als ganze Messkette, wie es die DKD-R 6-1 empfiehlt (Abschnitt 7). Ein Messumformer und seine Anzeige haben jeweils eine eigene Messabweichung, und der Wert in der Anlage hängt von beiden ab.

Geben Sie dem Gerät seine Aufwärmzeit, belasten Sie es vor und setzen Sie den Nullpunkt, wenn es das zulässt, bevor die erste Reihe beginnt. Ist vor der Kalibrierung eine Justierung nötig, stimmen Sie sie mit dem Eigentümer ab und halten die Einstellungen davor und danach fest (Abschnitt 5).

Messwerte vor der Justierung, Justierung und ein Manometer außerhalb der Toleranz

Nehmen Sie die erste vollständige Messreihe auf, bevor jemand das Manometer justiert. Diese Messwerte vor der Justierung zeigen, wie das Manometer im Einsatz gemessen hat. Wenn Sie den Zeiger oder den Nullpunkt neu einstellen oder das Messwerk reparieren, wiederholen Sie alle Punkte nach der Justierung.

Liegt eine Messabweichung vor der Justierung außerhalb der Grenze, war das Manometer für einen unbekannten Teil der Zeit seit seiner letzten einwandfreien Kalibrierung außerhalb der Toleranz. ISO 9001 Abschnitt 7.1.5.2 verlangt, zu ermitteln, ob frühere Ergebnisse beeinträchtigt wurden, und bei Bedarf zu handeln. Sehen Sie bei einem Manometer nach, wofür seine Anzeigen verwendet wurden, etwa für eine Prozesseinstellung, einen Prüfdruck an einem Behälter oder Schlauch oder einen Alarmgrenzwert. Bewerten Sie dann, ob die Abweichung eines dieser Ergebnisse verändert haben kann.

• Was tun, wenn ein Prüfmittel bei der Kalibrierung durchfällt
• Messwerte vor und nach der Justierung

Wie oft ein Manometer kalibriert werden sollte

Keine Norm legt ein Kalibrierintervall für alle Manometer fest. Auch das NIST empfiehlt kein festes Rekalibrierintervall: Es hängt von der geforderten Genauigkeit ab, von der Stabilität des Geräts und von der Umgebung, in der es arbeitet. Bei Manometern unter gesetzlicher Kontrolle überlässt OIML R 101 die Frist den nationalen Vorschriften (7.3).

Die DKD-R 6-1 nennt empfohlene Rekalibrierfristen für normale Einsatzbedingungen (Anhang F). Sie sagt auch, dass unabhängig vom Datum nach einer Überlastung über die zulässige Grenze hinaus, nach einer Reparatur oder nach unsachgemäßer Behandlung, die das Ergebnis beeinflussen kann, neu zu kalibrieren ist.

• Rohrfedermanometer der Klasse 0,6 und besser: 1 Jahr. Klassen über 0,6: 2 Jahre.
• Elektrische Druckmessgeräte und Messumformer mit 0,5 % der Messspanne oder besser: 1 Jahr. Über 0,5 %: 2 Jahre.
• Kolbenmanometer wie Druckwaagen: 5 Jahre.

• Kalibrierintervalle festlegen
• Rechner für Kalibrierintervalle

Was Kalibrierschein und Aufzeichnung zeigen sollten

Ob das Manometer in ein Labor geht oder intern kalibriert wird: Bewahren Sie eine Aufzeichnung auf, mit der jemand anderes die Kalibrierung wiederholen und zur selben Entscheidung kommen kann. Die DKD-R 6-1 (Abschnitt 9) ergänzt den allgemeinen Inhalt des Kalibrierscheins nach ISO/IEC 17025:2017 Abschnitt 7.8 um druckspezifische Angaben.

• Kennung, Messbereich und Klasse des Manometers sowie die angewandte Grenze.
• Das Verfahren, zum Beispiel DKD-R 6-1 Ablauf C, und die verwendete Referenz mit Kennung und Fälligkeit ihrer Kalibrierung.
• Das Druckübertragungsmedium, das Bezugsniveau am Manometer und die Einbaulage während der Kalibrierung.
• Eine Tabelle mit dem Referenzdruck und der Anzeige des Manometers an jedem Punkt, aufwärts und abwärts, mit Messabweichung und Hysterese.
• Die Messwerte vor der Justierung und, nach jeder Justierung, die Messwerte nach der Justierung.
• Die Raumtemperatur, das Datum, wer die Arbeit ausgeführt hat und das nächste Fälligkeitsdatum.

• Vorlage für den Kalibrierschein (Excel)
• Anforderungen an den Kalibrierschein

Wo Axiospec ins Spiel kommt

Axiospec ist eine Software für das Kalibriermanagement. Sie führt jedes Manometer mit seiner Kalibrierhistorie, seinen Kalibrierscheinen und dem nächsten Fälligkeitsdatum. Eine Kalibrieraufzeichnung nimmt bis zu 100 Prüfpunkte auf. Jeder Punkt hat seinen Nennwert, seine Toleranz als absolutes Band, als Prozent vom Nennwert oder als Prozent der Messspanne, die Angabe, ob er aufwärts oder abwärts abgelesen wurde, und die Messwerte vor und nach der Justierung. Der Kalibrierschein, den Axiospec erstellt, führt diese Punkte auf.

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. Ein Nicht bestanden sperrt das Manometer, und die Aufzeichnung fragt, was es seit seinem letzten Bestanden gemessen hat. Axiospec berechnet weder die Hysterese noch wählt es die Klasse oder das Intervall. Das bleibt bei Ihnen oder Ihrem Labor.

Der Free-Tarif umfasst bis zu 50 aktive Messmittel. Ein neuer Arbeitsbereich startet mit einer 45-tägigen Testphase von Professional, mit Platz für 1.500 aktive Messmittel und ohne Kreditkarte. Wir übernehmen Ihre vorhandenen Aufzeichnungen für Sie kostenlos, in jedem Tarif.

• Kostenloses Arbeitsblatt für Messwerte vor und nach der Justierung
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