Glossar Kalibrierstandard – Wichtige Definitionen und Konzepte

Kalibrierstandard

Ein Kalibrierstandard ist ein Gerät, Material oder Artefakt, dessen Wert für eine bestimmte physikalische Eigenschaft präzise festgelegt und offiziell anerkannt ist. Diese Standards sind die Referenzpunkte für die Kalibrierung von Messgeräten und -systemen und bilden die Grundlage für genaue, zuverlässige und rückführbare Messergebnisse in Wissenschaft, Industrie und Regulierung.

Kalibrierstandards werden nach ihrer Position in der Rückführbarkeitskette klassifiziert:

• Primärstandards realisieren oder definieren SI-Einheiten direkt und werden von nationalen Metrologieinstituten (NMIs) unterhalten.
• Sekundärstandards werden gegen Primärstandards kalibriert.
• Gebrauchsstandards werden für die tägliche Kalibrierung von Geräten eingesetzt und sind auf höhere Standards rückführbar.

Der Einsatz von Kalibrierstandards ist in Bereichen wie Luftfahrt, Pharmazie, Fertigung, Energie und Umweltüberwachung entscheidend, da die Integrität von Messungen direkte sicherheitsrelevante, rechtliche und wirtschaftliche Auswirkungen hat. Kalibrierstandards werden mit Zertifikaten geliefert, die ihren Wert, Unsicherheit und Rückführbarkeit dokumentieren und so Vertrauen in Messergebnisse schaffen.

Metrologie

Metrologie ist die Wissenschaft des Messens. Sie gewährleistet Genauigkeit, Konsistenz und Zuverlässigkeit von Messungen in allen wissenschaftlichen, industriellen und kommerziellen Bereichen. Die Metrologie umfasst:

• Wissenschaftliche (fundamentale) Metrologie: Entwicklung und Realisierung von Messstandards und SI-Einheiten.
• Industrielle Metrologie: Anwendung von Standards in Produktion und Fertigung.
• Rechtliche Metrologie: Regulierung von Messungen im Handel, in der Sicherheit und im Umweltschutz.

International koordiniert das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) das SI-System, während nationale Metrologieinstitute (z. B. NIST, PTB, NPL) Standards realisieren und verbreiten. Metrologie bildet die Grundlage der Rückführbarkeit und ermöglicht weltweite Vergleichbarkeit und gegenseitige Anerkennung von Messungen. In der Luftfahrt stellt die Metrologie sicher, dass Instrumente wie Höhenmesser und Druckmessgeräte verlässliche Ergebnisse liefern – entscheidend für Sicherheit und Konformität.

Kalibrierung

Kalibrierung ist der systematische, dokumentierte Vergleich eines zu prüfenden Geräts (DUT) mit einem Kalibrierstandard, um Abweichungen zu bestimmen und ggf. zu korrigieren. Der Prozess umfasst:

• Auswahl eines geeigneten Standards,
• Durchführung von Messungen unter kontrollierten Bedingungen,
• Dokumentation von Ergebnissen und Unsicherheiten,
• ggf. Justierung des DUT.

Die Kalibrierung wird in einem Zertifikat dokumentiert, in dem Werte, Unsicherheiten, Rückführbarkeit und Umgebungsbedingungen angegeben sind. Standards wie ISO/IEC 17025 und ANSI/NCSL Z540 regeln die Kompetenz von Kalibrierlaboren. In der Luftfahrt und anderen sicherheitskritischen Bereichen gewährleistet regelmäßige Kalibrierung die Zuverlässigkeit von Instrumenten und die Einhaltung von Vorschriften.

Primärstandard

Ein Primärstandard weist die höchste metrologische Qualität auf und realisiert oder definiert eine Einheit ohne Bezug auf andere Standards. Er wird von NMIs gepflegt und nutzt physikalische Konstanten oder reproduzierbare Phänomene (z. B. Josephson-Spannungsstandard für das Volt, Kibble-Waage für das Kilogramm, Cäsium-Atomuhr für die Sekunde).

Primärstandards sind entscheidend für die weltweite Gleichwertigkeit von Messungen und werden regelmäßig international verglichen, um Konsistenz sicherzustellen. Sie bilden die Grundlage für die Kalibrierung von Sekundär- und Gebrauchsstandards und sichern Rückführbarkeit sowie Messintegrität in allen Sektoren.

Sekundärstandard

Ein Sekundärstandard wird durch direkten Vergleich mit einem Primärstandard kalibriert. Er dient als hochgenaue Referenz für die Kalibrierung von Gebrauchsstandards und Messgeräten. Sekundärstandards sind zwar weniger genau als Primärstandards, aber wesentlich für die praxisnahe Weitergabe der Rückführbarkeit.

Beispiele sind hochpräzise Endmaße, Widerstandskästen oder Referenzgewichte, die gegen Primärstandards zertifiziert sind. In regulierten Branchen unterstützen Sekundärstandards Qualität, Konformität und die effektive Verbreitung der Rückführbarkeit.

Gebrauchsstandard

Ein Gebrauchsstandard wird regelmäßig zur Kalibrierung oder Überprüfung von Messgeräten in Laboren, Fertigung oder vor Ort eingesetzt. Er wird gegen Sekundär- (oder in manchen Fällen Primär-)Standards kalibriert und ist für Robustheit und häufigen Gebrauch ausgelegt.

Gebrauchsstandards schlagen die Brücke zwischen hochrangigen Standards und alltäglichen Messanforderungen. Für anhaltende Zuverlässigkeit werden Gebrauchsstandards regelmäßig rekalibriert und sorgfältig dokumentiert. Ihre Genauigkeit sollte die der zu kalibrierenden Geräte deutlich übertreffen, in der Regel im Verhältnis 4:1.

Referenzmaterial (Zertifiziertes Referenzmaterial, CRM)

Ein Referenzmaterial (RM) ist eine Substanz mit gut charakterisierten Eigenschaften zur Kalibrierung von Geräten, Validierung von Methoden oder Wertzuweisung für Materialien. Ist es zertifiziert und rückführbar auf SI-Einheiten, spricht man von zertifiziertem Referenzmaterial (CRM).

CRMs werden umfassend in chemischen, physikalischen und biologischen Messungen eingesetzt – etwa zur Kalibrierung von Spektrometern oder zur Sicherung der Kraftstoffqualität in der Luftfahrt. Sie werden von spezialisierten Organisationen hergestellt und mit Zertifikaten geliefert, die Eigenschaften, Unsicherheiten und Rückführbarkeit beschreiben.

Rückführbarkeit

Rückführbarkeit stellt sicher, dass ein Messergebnis über eine lückenlose Kette von Kalibrierungen mit angegebenen Unsicherheiten auf nationale oder internationale Standards bezogen werden kann. Dies garantiert, dass Messergebnisse konsistent, vergleichbar und weltweit anerkannt sind.

Rückführbarkeit wird in Kalibrierzertifikaten dokumentiert und bildet die Grundlage für regulatorische Konformität und gegenseitige Anerkennung. In der Luftfahrt ist rückführbare Kalibrierung für Flugsicherheit und rechtliche Akzeptanz unerlässlich.

Messunsicherheit

Messunsicherheit quantifiziert die mit einem Messergebnis verbundene Unsicherheit und berücksichtigt alle Fehlerquellen. Sie wird typischerweise als ± Wert bei einem angegebenen Vertrauensniveau angegeben.

Die Unsicherheit wird durch Identifizierung und statistische Zusammenführung aller Fehlerquellen gemäß Richtlinien wie dem GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) berechnet. Die Unsicherheit des Standards sollte bei der Kalibrierung deutlich geringer sein als die des DUT, meist im Verhältnis 4:1 oder 5:1.

Zu prüfendes Gerät (DUT)

Das zu prüfende Gerät (DUT) ist das Instrument oder der Sensor, das/die bei der Kalibrierung bewertet oder justiert wird. Seine Leistung wird mit einem Standard verglichen und die Ergebnisse in einem Kalibrierzertifikat dokumentiert. DUTs in der Luftfahrt sind beispielsweise Höhenmesser, Transponder und Tankanzeigen. Die genaue Kalibrierung von DUTs ist entscheidend für die Betriebssicherheit und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Kalibrierzertifikat

Ein Kalibrierzertifikat ist der offizielle Nachweis einer Kalibrierung. Es enthält:

• Identifikation des kalibrierten Geräts,
• Gemessene Werte und Unsicherheiten,
• Angaben zu verwendeten Standards und deren Rückführbarkeit,
• Umgebungsbedingungen,
• Kalibrierverfahren,
• Daten und empfohlene Rekalibrierintervalle,
• Akkreditierungsstatus des Labors.

In der Luftfahrt sind akkreditierte Kalibrierzertifikate für regulatorische Konformität und Qualitätssicherung erforderlich.

Rekalibrierintervall

Das Rekalibrierintervall ist der festgelegte Zeitraum zwischen zwei Kalibrierungen, um fortwährende Messgenauigkeit und Konformität sicherzustellen. Es wird durch Nutzung, Kritikalität des Geräts, Herstellerangaben und historische Daten bestimmt. Regelmäßige Rekalibrierung minimiert Drift und Risiken und unterstützt Auditbereitschaft sowie Messzuverlässigkeit.

Akkreditierung (ISO/IEC 17025, ANSI/NCSL Z540)

Akkreditierung bestätigt die technische Kompetenz, Unparteilichkeit und Rückführbarkeit eines Labors. Die führenden Standards sind ISO/IEC 17025 (international) und ANSI/NCSL Z540 (USA). Akkreditierte Labore werden auf ihre Fachkenntnisse geprüft und müssen strenge Qualitäts- und Dokumentationssysteme einhalten. Die Akkreditierung sorgt dafür, dass Kalibrierergebnisse weltweit anerkannt und vertrauenswürdig sind.

Internationales Einheitensystem (SI-Einheiten)

Das Internationale Einheitensystem (SI) ist die Grundlage aller wissenschaftlichen und industriellen Messungen. Es definiert sieben Basiseinheiten: Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere, Kelvin, Mol und Candela. Diese Einheiten werden durch fundamentale Konstanten oder reproduzierbare Phänomene realisiert und gewährleisten weltweite Konsistenz bei Kalibrierung und Messung.

Rechtliche Metrologie

Rechtliche Metrologie umfasst Gesetze und Vorschriften, die die Genauigkeit von Messungen im Handel, in der Sicherheit und im öffentlichen Interesse sicherstellen. Sie schreibt regelmäßige Überprüfung und Kalibrierung von Geräten wie Zapfsäulen, Waagen und Zählern mit Rückführbarkeit auf anerkannte Standards vor. Die Einhaltung wird durch Inspektionen und Audits durchgesetzt.

ISO/IEC 17025

ISO/IEC 17025 legt die Anforderungen an die technische Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboren fest. Die Akkreditierung nach diesem Standard gewährleistet verlässliche, rückführbare und weltweit anerkannte Messergebnisse. Sie ist für viele Anwendungen in der Luftfahrt, Fertigung und Regulierung eine Voraussetzung.

ANSI/NCSL Z540

ANSI/NCSL Z540 ist ein US-amerikanischer Standard für die Kompetenz und Rückführbarkeit von Kalibrierlaboren und wird in Industrie und Verteidigung breit eingesetzt. Er ergänzt ISO/IEC 17025 und stellt sicher, dass Kalibrierergebnisse strenge nationale Anforderungen erfüllen.

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Letzte Aktualisierung: 2024-06