Kalibrierung

Kalibrierung allgemein

Kalibrierung des Digital -  Recorders nach IEC 1083 - 1

Kalibrierung von Impulsmeßmeßsystemn nach IEC 60 - 2

D/A - Wandler - Karte DAC16

 

Kalibrierung allgemein

Die hier beschriebenen Programme TRAS-KAL und TRAS-TEIL gehören im Allgemeinen nicht zum normalen Lieferumfang, bei Bedarf oder Interesse wenden Sie sich bitte an den Hersteller oder an die zuständige Vertretung.
Für die Prüfungen und Kalibrierungen nach IEC 1083-1 und IEC-60-2 werden hochpräzise Kalibriergeneratoren benötigt, die von ihrer Funktionalität her möglichst auf das zu kalibrierende digitale Stoßspannungs-Meßsystem abgestimmt sein sollten. Für diese Aufgabe wurde eine Familie neuer Kalibriergeneratoren einschließlich der notwendigen Software für eine schnelle und kostensparende Kalibrierung im Prüffeld entwickelt, welche die Durchführung aller in IEC 1083-1 und IEC 60-2 geforderten Kalibrierungen und Prüfungen ermöglicht.
Das Impuls-Kalibrator-System KAL 1000 ist ein modulares System zur Kalibrierung von Impulsmeßsystemen für die Hochspannungs-Prüftechnik. Der modulare Aufbau des Systems ermöglicht es, für eine definierte Aufgabenstellung eine optimal zugeschnittene KAL-Konfiguration zusammenzustellen.
Diese Modularität erlaubt es ferner, ein bestehendes KAL-System bei wachsenden oder sich ändernden Anforderungen zu erweitern oder umzukonfigurieren.
Die technische Auslegung des Impuls-Kalibrator-Systems KAL 1000 berücksichtigt die internationale Norm IEC 1083-1, Digitalrecorder zur Messung bei Stoßspannungs- und Stoßstromprüfungen und die zu erwartenden Bestimmungen der in Revision befindlichen Norm IEC 60-2.

 

Kalibrierung des Digital -  Recorders nach IEC 1083 - 1

Die Kalibrierung der Messbereiche der digitalen Stoßspannungs-Meßsysteme TR-AS 25-8/10/12 oder TR-AS 100/200-8/10/12 nach IEC 1083-1 als "Performance Check" kann entweder als Impuls-Kalibrierung oder alternativ mittels einer separaten Kalibrierung von Spannung und Zeit als Kalibrierung mit Sprungspannung und als Zeitkalibrierung durchgeführt werden.

 

Kalibriersoftware TRAS - KAL

Die automatische Steuerung des Impuls-Kalibrator -Systems erfolgt über eine koaxiale Verbindungsleitung mit Hilfe eines im digitalen Stoßspannungs-Meßsystem TR-AS eingebauten oder nachrüstbaren Relais.
Die zu kalibrierenden Kanäle werden einzeln oder parallel mit koaxialen Messleitungen an den Ausgang des Kalibrators angeschlossen.
Achtung: Steckverbindungen nur spannungslos stecken!
Die Kalibrierung erfolgt nach Einstellung der Kalibrierspannung in allen Kanälen gleichzeitig für den gewählten Messbereich. Es werden automatisch mit Hilfe des Steuerrelais im Meßsystem die vorgewählte Anzahl von z.B. 20 Messungen durchgeführt und nach IEC 1083-1 ausgewertet.
Die größte Abweichung und der gemeinsame Mittelwert der gewählten (20) Aufnahmen werden in einer Protokoll-Datei für die nachträgliche Erstellung des Kalibrier-Zertifikates gespeichert.
Das Grundgerät beinhaltet für die Aufladung der Kalibriergeneratoren ein elektronisch geregeltes Hochspannungsladegerät mit genau einstellbarer Ausgangsspannung, die an einer koaxialen Ausgangsbuchse anliegt und zusätzlich an zwei Messbuchsen mit Hilfe eines geeichten Gleichspannungs-Multimeters gemessen werden kann.
Hierdurch ist die Rückführung auf eine Kalibrierstelle oder die PTB möglich.
Zu Beginn des automatischen Kalibrierablaufes ist der eingestellte Wert dieser Ladegleichspannung als Bezugswert für die Berechnungen mit Hilfe der Tastatur in das Meßsystem einzugeben.

 

Kalibrierung Digitalrecorder

Applikation „Recorder Kalibrierung“ wählen. Es wird ein Formular zur Eingabe von Daten geöffnet.

Hier ist zunächst ein Projekt zu selektieren oder neu anzulegen.
Es muss kein Test – Setup, keine Darstellung und kein Einstellmenü selektiert werden. Daten, die den Prüfling beschreiben wie Seriennummer, Datum usw. in Formular eintragen.

 Kalibrator - Typ und Kalibrator - Profil

Es ist der verwendete Kalibrator-Typ KAL 1000 und als Profilname die Serien-Nr. des verwendeten Kalibrators zu selektieren. Die Eingabe KAL 1000 ohne SerienNr. definiert einen Kalibrator mit Nennpara­metern nach IEC 1082-1. In dem Formular Kalibrator-Profil können die Kalibrierergebnisse einer Kalibrierung des Kalibrators eingegeben werden und hier abhängig von der Serien-Nr. z.B. KAL1000#190 selektiert werden.

Erstellen eines Kalibratorprofils
Zu jedem Kalibrator sollte ein eigenes Profil erstellt werden. Zur Eingabe der Daten muss als erstes der Profilname eingegeben werden. Wir empfehlen, das DKD – Protokoll zur Erstellung des Profils zu verwenden und als Profilname KAL1000SerNr oder DKDKalNr zu verwenden.
Es ist für jede Impulsform die Eingabe der Ladespannung und der zugeordneten Nennwerte aus dem Kalibrierprotokoll vorzunehmen, wobei die Daten zeilenweise mit + eingeben werden.
Die Profiltabelle arbeitet mit linearer Interpolation im Bereich <= der eingegebenen Ladespannungs-Eckwerte, als unterster Eckwert wird automatisch Null Volt zugrundegelegt.

Impulsformund Messeingang
Die zu kalibrierende Impulsform und der Messeingang ist hier zu selektieren.

Start der Kalibrierung / Messbereich

Nach starten der Kalibrierung sind die entsprechenden Eingaben vorzunehmen. Der Recorder kann in den gewünschten Messbereichen unter Einhal­tung der im Kalibrierzertifikat des KAL 1000 dokumentierten Spannungsgrenzen kalibriert werden. Die zu kalibrierenden Messbereiche werden nach dem Prüfstart in einem Formular selektiert.

Bei Einbau des KAL 1000 in den Messschrank MIRA ist optional eine automatische Spannungssteuerung mit der Steuerkarte KAL-DAC16 möglich. KAL-DAC16 stellt die Ladespannung des KAL 1000 automatisch für alle selektierten Messbereiche für die gewählte Impulsform und Polarität ein. Vor Start die am KAL 1000 angezeigte Ladespannung für 1 V Ausgabespannung eingeben. Die gespeicherten Messergebnisse können in einem Protokoll ausgegeben werden.

Impuls - Kalibrierung
Die Impuls-Kalibrierung erfolgt mit dem Kalibrier-Impuls-Generator KAL-LI 0.84/60 (optional KAL-LI 1.56/60) für vollen oder abgeschnittenen Blitzstoß oder mit dem Kalibrier-Impuls-Generator KAL-SI 20/4000 (optional KAL-SI 250/2500) für vollen oder abgeschnittenen Schaltstoß. Die entsprechende Impulsform ist zu selektieren.

Anschluss KAL1000-LI und -SI:
Für positive Stoßspannung wird der negative BNC-Ausgang LI bzw. SI mittels des BNC-Kurzschlusssteckers kurzgeschlossen. Der positive BNC-Ausgang LI bzw. SI wird mit einer koaxialen Messleitung mit den Eingängen der zu kalibrierenden Kanäle des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Achtung: Steckverbindungen nur spannungslos stecken!

Die Ladespannung wird geräteintern zugeführt.
Der Auslöse-Eingang am Grundgerät (firing input) wird über ein Koaxkabel mit dem Relaisausgang (control out) des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Betrag der Ladespannung: (es wird Vorgabewert errechnet)

Die Ladespannung ist entsprechend dem Vorgabewert am Kal1000 einzustellen oder der Wert der verwendeten Ladespannung ist einzugeben.
Es wird automatisch die Aufnahme mit OK gestartet, der Kalibrator ausgelöst, und die Messkurve ausgewertet, bis die Kalibrierung des gewählten Messbereiches fertig ist.

Kalibrierung mit Sprungmarke
Der Kalibrierung mit Sprungspannung erfolgt mit dem Sprungspannungs-Generator KAL-STEP. Die Impulsform STEP ist zu selektieren.

Anschluss KAL1000-STEP:
Für negative Sprungspannung wird der BNC-Ausgang STEP mit einer koaxialen Messleitung mit den Eingängen der zu kalibrierenden Kanäle des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Achtung: Steckverbindungen nur spannungslos stecken!

Der Auslöse-Eingang am Grundgerät (firing input) wird über ein Koaxkabel mit dem Relaisausgang (control out) des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden Weiter siehe bei Impulskalibrierung oben.

Zeitkalibrierung
Die Zeitkalibrierung erfolgt mit dem eingebauten quarzstabilen Zeitmarken-Generator. Die Impulsform ZEIT ist zu selektieren.

Anschluss KAL 1000 - Zeit
Für die Zeitkalibrierung wird der BNC-Ausgang ZEIT mit einer koaxialen Messleitung mit den Eingängen der zu kalibrierenden Kanäle des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Der Auslöse-Eingang am Grundgerät (firing input) wird über ein Koaxkabel mit dem Relaisausgang (control out) des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Weiter siehe bei Impulskalibrierung oben.

Kalibrierergebnisse

Die Kalibrierergebnisse werden in der Datenbank gespeichert und können als Ergebnisliste dargestellt werden. Der automatische Check IEC 1083-1-limits zeigt die max. Abweichungen für die einzelnen Parameter wahlweise gefiltert nach der aktuellen Impulsform.

Kalibrier - Protokoll
Die Ausgabe des Kalibrierprotokolls erfolgt nach Wahl verschiedener Optionen.

Es sind zunächst die gewünschten Impulsformen zu selektieren, die auszudrucken sind.

Wenn bei der Kalibrierung Kurven gespeichert wurden, kann deren Ausgabe als Grafik sowie weitere Optionen selektiert werden.
Die Ausgabe der Kalibrierergebnisse erfolgt in tabellarischer Form beginnend mit den Prüflingsdaten und den einzelnen Impulsformen, wie neben­stehend aus­zugsweise für die Impulsform LI084/60 dargestellt.

 

Kalibrierung von Impulsmesssystemen nach IEC 60 - 2

zur Bestimmung des dynamischen Maßstabsfaktors und der Response Parameter des gesamten Meßsystems nach der Einheitssprung-Methode nach IEC-60-2.

 

Kalibrierung Stoßspannungsteiler

Die Kalibrierung von Impulsmeßsystemen bestehend aus Hochspannungsteiler mit Zuleitung, Messleitung und digitalem Stoßspannungs-Meßsystem TR-AS erfolgt nach der Parameter-Methode mit dem Rechteck-Impuls-Generator KAL 1000-RIG und der Kalibriersoftware TRAS-TEIL.

Der Generator wird am Boden oder an der Wand im Prüffeld platziert und mit dem Stoßspannung­steiler und dem Meßsystem nach IEC 60-2 verbunden.
Achtung: Steckverbindungen nur spannungslos stecken!

Für positive Sprungspannung wird der negative BNC-Ausgang mittels des BNC-Kurzschlusssteckers kurzgeschlossen. Der positive BNC-Ausgang wird mit dem Hochspannungsanschluss des Teilers verbunden (rot). Der Masseanschluss wird mit der Stoßerde am Teiler verbunden (schwarz).
Der Eingang Ladespannung wird bei RIG ohne eingebaute Ladespannung über ein Koaxkabel mit speziellen Hochspannungssteckern mit dem KAL1000 Grundgerät verbunden (nicht dargestellt).
Der Auslöse-Eingang wird über ein Koaxkabel (grün) mit dem Relaisausgang des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Die Messleitung vom Teiler (blau) wird mit Kanal 1, Eingang 10 V des digitalen Stoßspannungs-Meßsystems verbunden.
Treten im gemessenen Sprungspannungsverlauf schwankende Nulllinienpegel auf, die durch Brummeinstreuungen in den Messkreis hervorgerufen werden, so sollten Meßsystem und Kalibratorgrundgerät über einen Trenntransformator vom Netz versorgt werden.

 

Performance Check

Bei der als "performance check" angewendeten Parameter-Methode nach IEC 60-2 werden durch Messung und Auswertung der Sprungantwort der dynamische Maßstabsfaktor und die Zeitparameter des Meßsystems direkt ermittelt und können mit den Herstellerangaben oder mit früher als "performance test" durchgeführten Messungen verglichen werden.

 

Kalibriersoftware TRAS - TEIL

Für die teilautomatisierte Kalibrierung und der automatischen Erstellung eines Kalibrier-Zertifikates steht die leistungsfähige Kalibriersoftware TRAS-TEIL mit bedienerfreundlicher Menüführung zur Verfügung.
Die Bestimmung des dynamischen Maßstabsfaktors und der Response Parameter des Gesamtsystems erfolgt nach IEC 60-2 mit dem Rechteck-Impuls-Generator KAL-RIG unter Anwendung eines repetitiven Samplingverfahrens, welches eine Abtastrate von 1 - 5 GHz mit unseren Digitalrecordern TRAS 100/200-8/10/12 ermöglicht und in der Software TRAS-TEIL enthalten ist.
Die automatische Steuerung des Impuls-Kalibrator -Systems erfolgt mit Hilfe eines im digitalen Stoßspannungs-Meßsystem TR-AS eingebauten oder nachrüstbaren Relais.
Es wird zunächst die Sprungantwort g(t) des Impulsmeßsystems ermittelt, wobei ein Samplefaktor von 10 bei 200 MS/s bzw. 20 bei 100 MS/s einer Abtastrate von 2 GHz entsprechend 500 ps Zeitauflösung entspricht und eine gute Genauigkeit bei kurzer Prüfzeit ergibt.

 

Einstellung

Applikation Teiler kalibrieren wählen, Projekt wählen oder neu anlegen und Formular mit Prüflingsdaten ausfüllen. Als Setup wird automatisch REP aktiviert.

 

 

- Mess- und Triggerkanal 1 wählen
- Zielkanal 7 wählen
- Eingang 10 V oder 1600 V  oder 2000V oder 2500V wählen je nach Höhe der zu
   erwartenden Sprungantwort aufgrund des Teiler­verhältnisses
- Triggerpegel soll mittig in linearem Anstieg des zu messenden Impulses liegen
- Teilerverhältnis des verwendeten Vorteilers eingeben
- Messbereich: einen Bereich etwa 1,5-fach der Ladespannung verwenden,
   abhängig von Überschwingen des jeweiligen Teilers.
- Nulllinie: ca. 10% für positiven Impuls und ca. 90% für negativen Impuls

- Wellenform selektieren
- KAL 1000 liefert positive Spannung kurzgeschlossen = STEP
- RIG 1000 liefert positiver Sprung oder negativer Sprung als Impuls (IMP)

Mit Start wird die automatische Ermittlung der Sprungantwort gestartet.

 

Auswertung

Berechnung der "response parameter" aus der Sprungantwort g(t).

Im Formular Auswertungen wird unter Kanal 5 Response eingetragen. Die Berechnung der "response parameter" aus der Sprungantwort g(t) sowie des zeitlichen Verlaufes der Antwortzeit T(t) durch Integration der Funktion 1-g(t) erfolgt automatisch durch den integrierten Rechner im Meßsystem. Die Auswertung der Antwortzeit T(t) erfolgt innerhalb eines wählbaren Zeitinterwalles tmin bis tmax.

Die berechneten Ergebnisse sind:
ß Überschwingen
F ermittelter Maßstabsfaktor
Fe  ermittelter Maßstabsfaktor, t --> Messende
O1 Nennbeginn, auf t=0 gesetzt
To     Anfangsstörungszeit
Ta 1. Teilantwortzeit
TN experimentelle Antwortzeit in t=tmax
Te  experimentelle Antwortzeit, t --> Messende
ts Einschwingzeit
tmin  Auswerteanfang
tmax Auswertende

Es ist zu beachten, dass die Berechnung der Einschwingzeit tS insbesonders von der gewählten
Grenze tmin abhängig ist. Wird tmin zu klein gewählt, erhält man möglicherweise eine zu große Einschwingzeit tS.
Teilerergebnisse als Referenz verwenden: diese Parameter werden für spätere "performance checks" als Vergleichswerte verwendet. Beim Anzeigen der Responsparameter können die Grenzwerte verändert werden.

 

D/A - Wandler - Karte DAC16

Die DAC16-Karte wird in einen Slot des Steuerrechners im TRAS-Meßsystem eingesetzt. Sie arbeitet mit einer Auflösung von 16 Bit und wird zur Ausgabe präziser Gleichspannungen verwendet. Es stehen zwei Ausgangsspannungsbereiche zur Verfügung:-2 V..+2 V und -10 V..+10 V.

Diese zusätzliche Hardware ist in der TRAS-Konfiguration über Recorder-Einstellungen wie dargestellt zu konfigurieren.
Die Ausgangs­spannung steht an der BNC-Buchse mit der Bezeichnung "DAC OUT" zur Verfügung. Die zweite BNC-Buchse "REL" ist mit einem Relais-Kontakt verbunden, der bei Ansteuerung nach Masse schaltet (wird hierbei nicht verwendet).
Die Karte kann zur Steuerung der Ladespannung des Kalibrators KAL1000 verwendet werden. Zu diesem Zweck verbindet man die BNC-Buchse "DAC OUT" bzw. „U-Out“ über das mitgelieferte Adapterkabel mit dem DB9-Steckanschluß "Steuerung" an der Rückseite des Kalibrators.
Die BNC-Buchse "REL Out" am Meßsystem wird über ein BNC-Kabel mit der Buchse "Auslösung extern" an der Frontplatte KAL 1000 verbunden, wenn das Auslösen des Kalibrators durch die Steuersoftware erfolgen soll.

Die Steuerung der Ladespannung des Kalibrators KAL1000 erfolgt bei der Kalibrierung vollautomatisch mit Hilfe der Kalibriersoftware TRAS-KAL.
Nach Start der Kalibrierung ist in dem Formular der am KAL 1000 gemessene Wert der Ladespannung bei einer Ausgabespannung von 1 Volt einzugeben, um die geringe Offsetdrift der DAC 16 zu kompensieren.

Die Ladespannung des Kalibrators kann zusätzlich manuell durch ein Hilfsprogramm über die Ausgangsspannung der DAC16-Karte eingestellt werden.
Dabei gilt folgender Zusammenhang:
  - Ladespannung KAL1000 = Ua(DAC16)*100
 - Obige Ausgabe entspricht einer Ladespannung von 387,5 V.

Achtung:
In Verbindung mit dem KAL1000 sollte nur mit positiver DAC16-Ausgabespannungen gearbeitet werden.
Der Präzisions-Spannungsausgang der DAC16-Karte und der Steuereingang des
Hochspannungs-Ladegenerators im KAL 1000 sind nur bedingt gegen Überspannungen geschützt.
Ein Einsatz kommt deshalb nur bei eingebautem KAL 1000 innerhalb des geschirmten Messschrankes MIRA 25 in Frage.
Bei Einsatz in Tischgehäusen DERA 6 und getrenntem KAL 1000 sind bei Stoßprüfungen diese Steuerleitung sowie alle anderen elektrischen Verbindungen (Drucker, ...) beidseitig zu entfernen, um elektrische Beeinflussung oder Zerstörung von Meßsystem oder Kalibrator zu verhindern.

 Für derartige Fehler können wir keine Garantie übernehmen!