Quality Engineering 04.2002

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» TECHNIK Druckkalibrierung Dynamisch und effizient In der Industrie werden Druckaufnehmer zur Messung von dynamischen Vorgängen immer noch statisch kalibriert. Das Verhalten der Sensoren wird so nur unzureichend charakterisiert. Testo Industrial Services hat daher einen Kalibrator für dynamische Druckkalibrierungen bis 300 bar entwickelt. Das optimierte sekundäre Messnormal erlaubt effiziente und kostengünstige Kalibrierungen von dynamischen Sensoren. Bild: Testo Industrial Services Dr. Christian Sander Manager Metrologie Antun Pejak Experte Metrologie Testo Industrial Services www.testotis.de Die Anforderungen an eine Druckmessung sind in der Welt der Kalibrierung nichts Neues. Heutige Labore verwenden meist statische Messverfahren, um Ihre Sensoren zu kalibrieren. Diese Methode entspricht jedoch in einigen Fällen nicht den derzeitigen Anforderungen der Industrie, da moderne Technologien und komplexe Maschinen fortschrittlichere Verfahren benötigen, um ihre Effizienz zu steigern. So ist eine Vielzahl von Messungen mechanischer Größen wie Kraft, Drehmoment und Druck in Branchen wie Automobilbau, Schifffahrt, Luft- und Raumfahrt oder Windkraftanlagen dynamischer Natur. Mechanische Aufnehmer weisen ein besonderes dynamisches Verhalten auf. So weicht beispielsweise die Empfindlichkeit unter dynamischen Eingangslasten vom statischen Wert ab. Ein Beispiel dafür, dass die Messung dynamischer mechanischer Größen wichtig ist, stellt der Verbrennungsprozess im Motorblock eines Fahrzeugs dar. Dieser ist äußerst komplex und hat dynamische Eigenschaften. Übliche Anwendungen umfassen die Messung des Zylinderdrucks zur Optimierung der Motorleistung und des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors sowie zur Vermeidung von Fehlzündungen und Motorklopfen. Druck, der durch die Verbrennung entsteht, verändert sich dynamisch. Direkte Auswirkungen auf die Produktqualität Die hierbei für die Messung verwendeten Sensoren werden nach den heutigen Standards mit statischen Druckkalibrierungsmethoden kalibriert – ungeachtet der Tatsache, dass die Sensoren auf einen solchen statischen Eingangsdruck anders reagieren als auf einen dynamischen Eingangsdruck. Das kann unter 50 Quality Engineering » 04 | 2022

Umständen zu einem signifikanten Fehler oder einer Messunsicherheit führen. Die Verbesserung der Qualität von dynamischen Druckmessungen ist daher eine wichtige Voraussetzung für die Optimierung der Leistung von Verbrennungsmotoren. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dynamischer Druckmessungen wirken sich somit direkt auf die Produktqualität und -sicherheit aus. Während die Rückführung für den statischen Druck durch die messtechnische Infrastruktur gut etabliert ist, sind die fehlenden SI-Rückführungen für dynamische Druckmessungen einschließlich der geeignete Kalibrierroutinen und -richtlinien sowie der passende Referenzsensoren die Haupthindernisse für den Fortschritt. Daher werden dynamische Messungen auf Industrieebene hauptsächlich mit Bezug auf statische Methoden durchgeführt. Die Kalibrierungen von dynamischen Drucksensoren aus der primären Realisierung sind zeitaufwendig und erfordern ein hohes Maß an Fachwissen. Daher sind solche Kalibrierungen auf industrieller Ebene nicht praktikabel und oft zu teuer. Allein in Deutschland sind im Automobilbereich mehrere hundert piezoelektrische Sensoren für die Forschung und Entwicklung von Produkten, den Prüfstandsbau und interne Kalibrierlabore im Einsatz. Gibt es keine adäquate Möglichkeit, diese Geräte zu kalibrieren, werden sie weiterhin statisch kalibriert. Dies kann zu Fehlern von bis zu 10 % führen. Sekundäre Kalibriersysteme und langzeitstabile Referenzsensoren werden benötigt, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden und somit den notwendigen Schritt von statischen zu dynamischen Kalibrierungen mit deutlich verbesserter Genauigkeit und Zuverlässigkeit der dynamischen Messungen zu vollziehen. Effiziente und kostengünstige Kalibrierungen Testo Industrial Services hat gemeinsam mit dem nationalen Metrologie Institut VTT Mikes aus Finnland ein optimiertes sekundäres Messnormal entwickelt, das effiziente und kostengünstige Kalibrierungen von dynamischen Sensoren erlaubt. Technische Spezifikationen des Kalibrators: • Messbereich: 20 bar bis 300 bar (2 bis 30 MPa) • Temperaturregelung bis zu 200 °C • Impulsdauer: Millisekunden-Bereich • Reproduzierbarkeit < 0,5 % • Messunsicherheit: < 2 % • Adaption verschiedener Gewindetypen (In-house Produktion) • Kalibrierung kompletter Messketten möglich Basis des Kalibrators ist ein dynamischer Drucksensor, welcher auf dem piezoelektrischen Prinzip basiert. Das Konzept gewährleistet eine metrologische Rückführbarkeit auf das Internationale Einheitensystem (SI). Insgesamt können drei Sensoren parallel kalibriert werden, ein vierter Sensor im symmetrisch-aufgebauten System dient als Referenzsensor. Anzeige_93x133_06_09.pdf - August 10, 2022 x Visit us enigmasoft.at Bild: Testo Industrial Services Grundlage des Kalibrators ist ein dynamischer Drucksensor, der auf dem piezoelektrischen Prinzip basiert. Quality Engineering » 04 | 2022 51