24.11.2016
Für die Kalibrierung von Brückennormalen wurde die Umstellung auf einen verbesserten Messplatz erfolgreich abgeschlossen. Der verbesserte Messplatz ermöglicht Brückennormal-Kalibrierungen in einem Frequenzbereich von 225 Hz bis 5 kHz bei deutlich verringertem Kalibrieraufwand. Im Vergleich zu der zuvor verwendeten Kalibriereinrichtung liefert dieser Messplatz unverändert kleine Unsicherheiten für Hochpräzisionsmessungen bei 225 Hz und stabilere Kalibrierbedingungen mit verringerter Unsicherheit zu hohen Messfrequenzen bis 5 kHz.
Brückennormale werden für die Kalibrierung von Dehnungsmessstreifen- (DMS-) Brückenverstärkern eingesetzt. Sie simulieren Signale (in mV/V) von DMS-Sensoren, wie sie für die Messung von mechanischen Größen wie Kraft, Drehmoment oder Druck Verwendung finden.
Rückgeführte Kalibrierungen derartiger Brückennormale werden an der PTB für eine Reihe anderer metrologischer Staatsinstitute, nationale Kalibrierlabors und Hersteller solcher Normale mit Hilfe von Kalibriereinrichtungen durchgeführt, die auf induktiven Spannungsteilern basieren (siehe Abbildung 1). Zur Verringerung der Unsicherheit des zu kalibrierenden Spannungsverhältnisses werden dabei jeweils zwei kaskadierte induktive Spannungsteiler verwendet.
Die Kalibriereinrichtung I in Abbildung 1(a) wurde in der Vergangenheit verwendet [1]. Für die Kalibrierung der Spannungsdifferenz zwischen den Potentialpunkten A und D im Verhältnis zur Eingangsspannung wurden bei dieser Messeinrichtung zwei Einzelmessungen benötigt. Diese Vorgehensweise war zum einen recht zeitintensiv, und zum anderen musste sichergestellt sein, dass die A- und D-Potentiale während der Messzeit im Bezug zum Erdpotential stabil sind. In einer genauen Untersuchung hat sich herausgestellt, dass diese Stabilitätsanforderung insbesondere für Brückennormale auf Basis von resistiven Spannungsteilern bei höheren Messfrequenzen nicht gegeben war.
Bei der Kalibriereinrichtung II in Abbildung 1(b) erfolgt die A-D Differenzmessung mit Hilfe eines Kalibriertrafos (DT) in einer einzigen Messung und damit zur gleichen Zeit. Daraus ergibt sich ein deutlich kleinerer Einfluss von A- und D-Potentialvariationen auf das Kalibrierergebnis und ein deutlich verkürzter Zeitaufwand für die Kalibrierung. Durch die Integration des Auskoppelwandlers (TD2) in das Gehäuse des Kalibriertrafos konnte zudem die Komplexität der Kalibriereinrichtung II verringert werden.
Die Umstellung von Kalibriereinrichtung I auf Kalibriereinrichtung II erfolgte über einen Zeitraum von mehreren Rekalibrierintervallen, wobei wiederholt die Reproduzierbarkeit der verbesserten Kalibriereinrichtung und die Übereinstimmung mit der zuvor verwendeten Kalibriereinrichtung überprüft wurde. Nachdem die genannten Kriterien für die verbesserte Kalibriereinrichtung II erfolgreich bestätigt werden konnten, wird aufgrund der genannten Vorteile in Zukunft ausschließlich mit dieser kalibriert, womit die Umstellung erfolgreich abgeschlossen ist.
Eine ausführliche Untersuchung mit dem Vergleich der beiden Messplätze wird auf der diesjährigen Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2016) vorgestellt werden.
Abbildung 1: Die Kalibriereinrichtung I in (a) erforderte zwei aufeinanderfolgende Messungen, um die Spannungsdifferenz zwischen den Potentialpunkten A und D zu bestimmen. In der verbesserten Kalibriereinrichtung II in (b) erfolgt die Messung der A-D Spannungsdifferenz durch Verwendung eines Kalibriertrafos in einer einzigen Messung und damit zur gleichen Zeit.
Veröffentlichung:
[1] G. Ramm, "Calibration of bridge standards for use in strain-gage measurements," Reports in Applied Measurements, vol. 6, no. 1, pp. 26–30, 1990.