Temperaturkalibrierlabor
Final Report Abstract
Mit dem Kalibrierlabor ist es möglich, im Temperaturbereich von -40 °C bis +230 °C hochpräzise Kalibrierungen von Temperatursensoren und –fühlern unterschiedlichster Bauart vorzunehmen. Die Kalibrierungen sind dabei direkt an Fixpunkten der Internationalen Temperaturskala ITS-90 ausführbar und damit auf Normale höchster Genauigkeit rückführbar. Für eine Partneruniversität wird eine Nanopositionier- und Nanomessmaschine aufgebaut. Die Messungen mit Nanometer-Genauigkeit erfordern hier eine absolut richtige Temperaturmessung an zahlreichen Messstellen, um eine aktive Temperaturregelung sowie eine Temperaturkompensation von Messsignalen, wie beispielsweise die Brechzahlkorrektur interferometrischer Messungen, durchführen zu können. Die Kalibrierung von individuellen Sensoren und Messelektroniken mit Unsicherheiten im Millikelvin-Bereich im Kalibrierlabor bildete dafür die Grundlage. Die hochgenaue Temperaturmessung im Raumtemperaturbereich war ebenfalls Gegenstand eines industriellen, ZIM-geförderten Forschungsprojektes, bei dem eine Messelektronik inklusive adaptiertem Temperaturfühler zur räumlichen Erfassung von Temperaturfeldern entwickelt wurde. Messunsicherheiten des gesamten Messsystems von 50 mK konnten mit Hilfe des Kalibrierlabors erreicht werden. Die Forschungen zur neuartigen, hochgenauen, aber in industriellem Umfeld anwendbaren Methoden der Kalibrierung fokussiert auf Phasenumwandlungstemperaturen als Temperaturreferenzpunkte. Hierzu werden die Phasenumwandlungen potentiell zu verwendender Materialien mit Hilfe des Kalibrierlabors charakterisiert und die metrologische Leistungsfähigkeit der Kalibrierverfahren ermittelt. Im VIP-Projekt „TEMPKAL“ wurde so ein Blockkalibrator mit Mehrfach-Fixpunktzelle entwickelt und qualifiziert, der metrologisch rückführbare Kalibrierungen ohne zusätzliche externe Referenzen mit bis zu 70 mK Messunsicherheit ermöglicht. Im Rahmen einer industriellen Kooperation wurde ein neuartiges Kalibrierverfahren, basierend auf einer Phasenumwandlung eines Referenzmaterials im festen Zustand, entwickelt. Es ermöglicht erstmals die automatische Kalibrierung von Thermometern in-situ direkt im Prozess. Zur Untersuchung des Verfahrens und seiner Qualifizierung wurde das Kalibrierlabor maßgeblich eingesetzt. Auch für komplexere Bauformen von Temperaturfühlern und Baugruppen mit Elektroniken, die im Rahmen von Entwicklungen entstanden, konnte eine hochgenaue Temperaturkalibrierung im Kalibrierlabor durchgeführt werden, Da auf Grund deren Bauform i.d.R nur eine Vergleichskalibrierung möglich ist, kann diese im Kalibrierlabor mit seinen vielfältigen Möglichkeiten der Temperierung jedoch mit dem direkten Anschluss an Temperaturnormale (Temperaturfixpunkte) geschehen. Allgemein stellte das Vorhandensein des Kalibrierlabors einen deutlichen Zugewinn für die Forschungs- und Entwicklungsarbeit des Instituts, sowie der Kooperationspartner dar. So konnten aufgrund der hohen Qualität der apparativen Ausstattung hochwertige Kalibrierungen und Untersuchungen durchgeführt werden. Die kurzfristige Verfügbarkeit, die Möglichkeit der wiederholten Durchführung von Untersuchungen und die über externe Dienstleister nicht abdeckbaren Untersuchungsmöglichkeiten brachten nicht nur inhaltliche, sondern auch zeitliche und finanzielle Vorteile.
Publications
- Einflüsse auf die Messunsicherheit bei der Bestimmung dynamischer Kennwerte von Berührungsthermometern. Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen und Prüfprozesse in der industriellen Praxis, 2015
Silke Augustin
- Einsatzblock mit einer Mehrfachfixpunktzelle für einen Temperatur-Blockkalibrator. Technisches Messen, Bd. 82, 2015
Sebastian Marin
(See online at https://doi.org/10.1515/teme-2015-0008) - Thermal decoupling of heat sources by means of PCM-shielding. Proceedings AMA-Konferenz 2015
Marc Schalles
(See online at https://doi.org/10.5162/sensor2015/C8.5) - Bestimmung der Messunsicherheit dynamischer Kennwerte von Berührungsthermometern. Technisches Messen, Bd. 84, 2017
Silke Augustin
(See online at https://doi.org/10.1515/teme-2016-0055) - Dry block calibrator with improved temperature field and integrated fixed point cells. International Journal of Thermophysics, Bd. 38, 2017
Michael Hohmann
(See online at https://doi.org/10.1007/s10765-016-2155-9) - Small multiple fixed-point cell as calibration reference for a dry block calibrator. International Journal of Thermophysics, Bd. 38, 2017
Sebastian Marin
(See online at https://doi.org/10.1007/s10765-016-2148-8)
