Dynamische Kalibrierung von Messverstärkern für Schwingprüfungen nach ISO 4965-2

Bei dynamischen Materialprüfungen muss auch die angeschlossene Signalaufbereitungselektronik kalibriert werden. Ein Weg für solch eine Kalibrierung ist in der internationalen Norm ISO 4965-2 beschrieben. Der erste Teil der Norm beschäftigt sich mit den zugehörigen Prüfsystemen. In der PTB wurde nun erstmals für einen Kunden eine Kalibrierung eines solchen Messverstärkers vorgenommen. Die Kalibrierung umfasst eine Prüfung mit statischen und dynamischen Signalen. Referenz für die Kalibrierung ist das dynamische Brückennormal der PTB. Es ist besonders für diese Anwendung geeignet, da es statische und dynamische Signale erzeugen kann und somit alle Untersuchungen mit einem Gerät und in vergleichsweise kurzer Zeit erfolgen können.

Die Norm ISO 4965-2 [1] beschreibt eine Konformitätsprüfung der Signalaufbereitungs- und Anzeigelektronik bei Schwingprüfungen. Der Kunde möchte solch eine Dienstleistung akkreditiert anbieten. Die dafür erforderliche Charakterisierung des Messverstärkers wurde von der PTB durchgeführt.

Die Konformitätsprüfung der Elektronik erfolgt zweigeteilt mit statischen und dynamischen Anregungssignalen. Bei der dynamischen Untersuchung wird der zu untersuchende Messverstärker zunächst mit sinusförmigen Signalen bei überlagerten statischen Signalen und dann zusätzlich mit überlagerten höherfrequenten Verzerrungen angeregt. Die sinusförmigen, unverzerrten Anregungssignale sind in Bild 1 dargestellt.

Bild 1: Dynamische Signale für die Verstärkerkalibrierung nach ISO 4965-2.

Das dynamische Brückennormal der PTB [2, 3] eignet sich besonders gut für diese Untersuchungen, da es statische und dynamische Signale erzeugen kann. Die bei den dynamischen Untersuchungen erforderliche zusätzliche Überlagerung statischer Signale kann direkt programmiert und ausgegeben werden. Die nach dem Standard erforderlichen Messunsicherheiten unterschreitet das dynamische Brückennormal dabei deutlich.

Für die Konformitätsprüfung wird das von Verstärker (unter den gleichen Bedingungen wie bei den späteren Prüfungen) aufgezeichnete Signal mit der erzeugten Signalform verglichen. Für die Aufzeichnung der Daten wird die gleiche Software genutzt, wie sie auch später in der Anwendung, beispielsweise bei Materialprüfungen eingesetzt wird. Die einzuhaltenden Grenzen für die Abweichungen sind in der Norm definiert. Wie bei Konformitätsprüfungen üblich, muss die ermittelte Abweichung ergänzt um die erweiterte Messunsicherheit des dynamischen Brückennormals innerhalb der geforderten Grenzen der Norm liegen [4].

Die Auswertung der Daten erfolgte unabhängig von der Aufzeichnung (die ja von Kunde zu Kunde unterschiedlich gelöst sein kann) mit der Open-Source-Software GNU Octave.

Derzeit wird die Aufnahme solcher Untersuchungen nach ISO 4965-2 in den Dienstleistungskatalog der Abteilung 1 der PTB vorbereitet.

Literatur:

[1] ISO/TC 164/SC 5, “ISO 4965-2:2012, Metallic Materials –Dynamic Force Calibration for Uni-axial Fatigue Testing – Part 2: Dynamic Calibration Device (DCD) instrumentation”, International Organization for Standardization, Genf, Schweiz, 2012.
[2] M. F. Beug, H. Moser, G. Ramm, Dynamic Bridge Standard for Strain Gauge Bridge Amplifier Calibration,in Proc. of 2012 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM), pp. 568-569, Washington D.C., USA, 2012. DOI:10.1109/CPEM.2012.6251056
[3] L. Klaus, M. F. Beug, Th. Bruns, Setup for the Dynamic Calibration of Bridge Amplifiers from DC up to 10 kHz, ACTA IMEKO, 8:19, 2019,ISSN: 2221-870X, DOI: 10.21014/acta_imeko.v8i1.657
[4] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP and OIML – Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM), “Evaluation of measurement data — The role of measurement uncertainty in conformity assessment”, JCGM 106:2012, Sèvres, Frankreich, 2012

Ansprechpartner:

Leonard Klaus, FB 1.7, AG 1.73, E-Mail: leonard.klaus(at)ptb.de