Kalibrierung eines Zangenmessgeräts: Ein Schritt-für-Schritt-Leitfaden

Elektrofachkräfte setzen Zangenmessgeräte in unterschiedlichen Anwendungsbereichen ein, von der Produktprüfung in Fertigungsanlagen bis zur Fehlersuche in elektrischen Hausinstallationen. Sie verlassen sich auf diese Messgeräte, um elektrische Ströme präzise und sicher zu erfassen.

Im Laufe der Zeit verlieren Zangenmessgeräte an Genauigkeit und messen nicht mehr innerhalb der Herstellerspezifikationen. Durch regelmäßige Kalibrierungen können sie auf ihre ursprünglichen Spezifikationen zurückgeführt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Messergebnisse bis zur nächsten Kalibrierung sichergestellt wird.

Dieser Artikel beschreibt detailliert das schrittweise Verfahren zur Kalibrierung eines Zangenmessgeräts, einschließlich der benötigten Messmittel und wichtiger Faktoren, die vor der Kalibrierung zu beachten sind.

Was ist ein Zangenmessgerät?

Ein Zangenmessgerät misst Strom, Spannung und Durchgang in elektrischen Anwendungen. Sein charakteristischstes Merkmal ist eine aufklappbare Zange, die elektrische Kabel, Drähte und Leiter umschließt, um Messwerte zu erfassen.

Zur Messung des elektrischen Stroms erfassen Zangenmessgeräte das durch den Strom erzeugte Magnetfeld. Diese berührungslose Methode ermöglicht es den Anwendern, Messungen durchzuführen, ohne den Stromkreis zu unterbrechen oder direkt mit gefährlicher Spannung in Kontakt zu treten.

Die meisten modernen Zangenmessgeräte sind digitale Multifunktionsgeräte, die die Fähigkeiten eines grundlegenden Digitalmultimeters (DMM) mit einem Stromsensor vereinen. Hochwertige Zangenmessgeräte weisen folgende Merkmale auf:

• Strommesszange
• Berührschutz zum Schutz vor elektrischem Schlag
• Data-Hold-Taste zum Einfrieren der Anzeige
• Drehschalter
• Anzeige
• Taste für Hintergrundbeleuchtung
• Min/Max-Taste zur Anzeige von Minimal-, Maximal- und Durchschnittswerten in Strom-, Spannung- und Frequenzmessbereichen
• Einschaltstromtaste
• Nulltaste (entfernt DC-Offset und wählt Funktionen über den Drehschalter)
• Ausrichtungsmarkierungen zur Sicherstellung der Messgenauigkeit
• Zangenentriegelungshebel
• Gemeinsame Eingangsbuchse
• Volt/Ohm-Eingangsbuchse (positiv und negativ)
• Eingang für flexible Strommessfühler

Warum ist die Kalibrierung eines Zangenmessgeräts erforderlich?

Wie alle Messmittel verlieren auch Zangenmessgeräte im Laufe der Zeit an Genauigkeit. Bauteile können Verunreinigungen ansammeln, verschleißen und interne elektrische Komponenten können sich nach Monaten oder Jahren des Gebrauchs verschieben. Dies führt dazu, dass Ihr Messgerät nicht mehr die präzisen Messwerte liefert, wie es zum Zeitpunkt des Ersterwerbs der Fall war ein Phänomen, das als Abweichung bekannt ist.

Ungenauigkeiten bei Messungen können für Unternehmen, die in der Elektronik und Elektrotechnik tätig sind, kostspielig sein. Selbst geringfügige Messungenauigkeiten können zu erheblichen Produktionsfehlern führen, was zu Verlusten oder beschädigten Beständen führt. Darüber hinaus wird die elektrische Arbeit gefährlicher, wenn Techniker keine präzisen Spannungs- und Stromwerte an Bauteilen erfassen können.

Die Kalibrierung ist unerlässlich, um die Sicherheit und Genauigkeit bei elektrischen Messungen zu gewährleisten. Zangenmessgeräte erfordern typischerweise eine jährliche Kalibrierung, um die ursprünglichen Herstellerspezifikationen des Geräts einzuhalten. Es kann jedoch erforderlich sein, dass Anwender häufiger kalibrieren müssen, z. B. wenn das Zangenmessgerät heruntergefallen ist oder wenn kritische Messungen für ein bevorstehendes Projekt geplant sind.

Erforderliche Messmittel für die Kalibrierung von Zangenmessgeräten

Vor Beginn des Kalibrierverfahrens ist sicherzustellen, dass die folgenden Messmittel vorhanden sind:

• Ein Multifunktionskalibrator, wie z. B. die Multifunktionskalibratoren der Serien Fluke 5560A, 5550A, 5540A und 5530A.
• Die geeignete Strommessspule für das Prüfobjekt, wie z. B. die Fluke 5500A/COIL und 55XXA/COIL 10.
• Gegebenenfalls ein Stromverstärker oder eine Strommessspule mit integriertem Verstärker, wie z. B. die Spulen Fluke 52120A/COIL3KA oder 52120A/COIL6KA.

Da die meisten Zangenmessgeräte heute Multifunktionsgeräte sind, wird ein Multifunktionskalibrator benötigt, um alle ihre Funktionen zu prüfen und zu justieren. Die Bestimmung des korrekten Spulentyps – z. B. mit 1, 2, 10 oder 50 Windungen – ist dabei von Bedeutung.

Die meisten Multifunktionskalibratoren können Ströme bis zu 1.000 Ampere (A) verarbeiten. Erfordert Ihre Anwendung jedoch höhere Ströme als 1.000 A, ist ein Verstärker als Bestandteil Ihres Kalibriersystems erforderlich.

Sieben Aspekte für die Kalibrierung von Zangenmessgeräten

Zur Sicherstellung einer präzisen und gründlichen Kalibrierung Ihres Zangenmessgeräts sind vorab mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Diese sieben wichtigen Aspekte unterstützen Sie bei der Vorbereitung auf die Kalibrierung:

1. Zangenmessgeräte variieren in Form und Größe. Unterschiedliche Zangenöffnungsweiten und Ergonomie können Herausforderungen für die Kalibrierung darstellen. Es ist wichtig, die passenden Kalibrierinstrumente für Ihr spezifisches Zangenmessgerät zu wählen.
2. Die meisten modernen Zangenmessgeräte verfügen über Multifunktionsfähigkeiten. Sie teilen oft viele Funktionen mit einem DMM. Neben der Strommessung können sie auch Spannung, Widerstand und Durchgang messen. Aufgrund dieser potenziellen Variabilität ist es entscheidend, die Funktionen Ihres Zangenmessgeräts zu verstehen, um jede Messfunktion korrekt zu kalibrieren.
3. Kalibratoren variieren in ihren Fähigkeiten. Ihr Kalibrator muss über eine ausreichende Ausgangsspannung (Compliance Voltage) verfügen, um eine Spule zu betreiben. Kombinierte Induktivitäten von Spule und Zange können Probleme verursachen. Daher ist sicherzustellen, dass die für Ihre Anwendung passende Spule verwendet wird, da nicht alle Quellen für den Betrieb mit Stromspulen ausgelegt sind. Fluke-Kalibratoren verwenden eine induktive Kompensation (L-COMP), um die Ausgangsspannung für den Betrieb induktiver Lasten zu erhöhen. Alle Kalibratoren weisen einen gewissen inhärenten Fehler auf. Sie müssen daher für Ihre Anwendung eine ausreichende Genauigkeit besitzen, wie im Spezifikationshandbuch beschrieben.
4. Beachten Sie die Windungszahl und den Messbereich Ihrer Strommessspule. Die für die Kalibrierung verwendete Spule muss eine ausreichende Windungszahl aufweisen, um den gesamten Messbereich abzudecken, den ein Endanwender mit dem Zangenmessgerät messen könnte. Die Windungszahl bestimmt die Stromstärke; sie kann mit dieser Gleichung berechnet werden:
5. Zubehör nicht vernachlässigen. Einige Zangenmessgeräte erfordern eine flexible Strommesssonde, um den Strommessbereich zu erweitern oder bestimmte Leitertypen zu messen. Die Fluke i2500-10 iFlex® ist ein solches Beispiel. Dieses Zubehör muss zusammen mit dem Zangenmessgerät kalibriert werden.
6. Beachten Sie, dass Hochstromtests Sicherheitsrisiken und Zeitbegrenzungen mit sich bringen. Wenn Strom durch eine Spule fließt, erzeugt dies Wärme, die bei höheren Strömen zunimmt. Fluke-Stromspulen verfügen über eine Abdeckung, die die Wärmeableitung während des Kalibrierprozesses unterstützen kann. Während Fluke-Spulen bei niedrigen Strömen kontinuierlich kalibrieren, gibt es bei höheren Strömen Ein- und Ausschaltzeitenbegrenzungen. Daher ist stets die maximale Betriebszeit der Spule für die spezifischen Prüfstromwerte zu beachten und die Kalibrierung entsprechend zu planen.
7. Die Positionierung ist wichtig. Die Ausrichtung Ihres Zangenmessgeräts zur Spule kann darüber entscheiden, ob das Gerät innerhalb der Toleranz liegt. Sie müssen die Achse des Zangenmessgeräts parallel zur Spulenachse positionieren. Gleichzeitig ist sicherzustellen, dass die Ebene der Zangenbacken senkrecht zu den Spulenleitern steht. Neuere Fluke-Spulen verfügen über grafische Anleitungen am Zangenmessgerät, die eine korrekte Ausrichtung, präzise Messung und wiederholbare Kalibrierungen gewährleisten.

Bei der Kalibrierung ist sicherzustellen, dass das Kalibriersystem an einem Ort aufgebaut wird, der frei von störenden Feldern ist, welche durch andere Geräte oder nahegelegene stromführende Leitungen verursacht werden.

Das Kalibrierverfahren: Ein Schritt-für-Schritt-Leitfaden

Nachdem die geeigneten Messmittel beschafft wurden, umfasst die Kalibrierung Ihres Zangenmessgeräts drei Hauptschritte:

Schritt 1: Bewertung des Zangenmessgeräts und seines Zubehörs

Unabhängig davon, ob Sie Ihr eigenes Zangenmessgerät oder das eines Kunden kalibrieren, ist es wichtig, das Datum der letzten Kalibrierung und das Alter des Geräts zu dokumentieren. Diese Informationen helfen bei der Einschätzung der zu erwartenden Anforderungen bei der Arbeit mit dem Messgerät. Beispielsweise erfordert ein zehn Jahre altes Zangenmessgerät mehr Sorgfalt und Aufmerksamkeit als ein neueres Gerät, und ein Gerät, das seit drei Jahren nicht kalibriert wurde, benötigt wahrscheinlich mehr Zeit als eines, das erst vor einem Jahr kalibriert wurde.

Das Zangenmessgerät ist vor der Kalibrierung stets gründlich zu inspizieren. Endanwender setzen Zangenmessgeräte in den unterschiedlichsten Umgebungen ein, weshalb das Gerät vor der Kalibrierung möglicherweise eine Reinigung oder sogar eine Reparatur erfordert. Werden Beschädigungen festgestellt, darf die Kalibrierung erst begonnen werden, nachdem das Zangenmessgerät auf seine sichere Funktionsfähigkeit geprüft wurde.

Anschließend sind die Batterien zu überprüfen. Ein Batteriewechsel vor der Kalibrierung trägt zur Sicherstellung präziser Messungen bei, auch wenn dieser Schritt für analoge Zangenmessgeräte relevanter ist als für digitale. Es empfiehlt sich, zwei Messungen vorzunehmen: eine mit den ursprünglichen Batterien (Ausgangsmessung) und eine mit neuen Batterien (Endmessung).

Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass sämtliches Zubehör für das Zangenmessgerät bereitsteht, da dieses zusammen mit dem Messgerät kalibriert werden muss.

Schritt 2: Vorbereitung der erforderlichen Kalibrier-Messmittel und Dokumentation

Es ist von Bedeutung, die Herstellerspezifikationen und die erforderlichen Messmittel für jedes zu kalibrierende Zangenmessgerät zu kennen. Während der Vorbereitung sind folgende Fragen zu beantworten:

• Sind Spezifikationen für das Messgerät verfügbar?
• Sind die korrekten Messmittel zur Kalibrierung dieses Messgeräts vorhanden?
• Wenn das Zangenmessgerät außerhalb der Toleranz liegt, wie kann es justiert werden?

Die meisten Hersteller veröffentlichen Spezifikationen und Justierverfahren online; dies variiert jedoch von Unternehmen zu Unternehmen. Stehen diese Informationen nicht zur Verfügung, bieten regionale Organisationen wie die Europäische Vereinigung der Nationalen Metrologieinstitute (EURAMET) Kalibrierrichtlinien für verschiedene Arten von Messgeräten an.

Wenn nach der Kalibrierung Justierungen am Zangenmessgerät geplant sind, ist zu beachten, dass die Kalibrierung nicht ohne ein vorbereitetes Justierverfahren begonnen werden sollte. Andernfalls wird nur ein Teil des Prozesses abgeschlossen. Eine Justierung ist jedoch möglicherweise nicht in jedem Szenario erforderlich. Stellen Sie vor Beginn sicher, dass alle erforderlichen Dokumente und ein klares Verständnis Ihres Kalibrierziels vorliegen.

Schritt 3: Durchführung der erforderlichen Kalibrierungen

Ziel der Kalibrierung Ihres Zangenmessgeräts ist es, die Übereinstimmung des Messgeräts mit den Herstellerspezifikationen zu überprüfen. Die meisten Laboratorien führen zunächst eine Ist-Kalibrierung (as-found calibration) durch, gefolgt von einer Justierung und anschließend einer Soll-Kalibrierung (as-left calibration). Die spezifischen Anforderungen an Justierung und Soll-Kalibrierung können jedoch je nach internen Qualitätsvorgaben des Labors und der jeweiligen Branche variieren. Beispielsweise stellt die biomedizinische Industrie typischerweise andere Anforderungen an Justierungen und Soll-Kalibrierungen als der Fertigungssektor.

Die internen Vorgaben, Spezifikationen und der Berichtsprozess Ihres Labors bestimmen das jeweilige Kalibrierverfahren. Stellen Sie sicher, dass alle erforderlichen internen Dokumente vorliegen, um die Kalibrierung gemäß den Laborstandards präzise durchzuführen.