Zeit-/Frequenzkalibrierung

Die Zeit- und Frequenzkalibrierung vergleicht frequenz- oder zeitmessende Geräte mit einem Referenzoszillator mit dokumentierter Rückführbarkeit. Die Rückführbarkeitskette stützt sich meist auf GPS-disziplinierte oder atomare Referenzen und ist der Bereich der Metrologie, in dem die höchste Genauigkeit erreichbar ist.

Ziel ist es, die Genauigkeit bei Anwendungen sicherzustellen, die auf Frequenz- und Zeitmessung beruhen. Telekommunikation, HF-Prüfungen, Zeitstempel bei der Datenerfassung und dauerbasierte Prozesskontrollen hängen von dieser Messung ab.

• Frequenzzähler
• Referenz- und Quarzoszillatoren (OCXO, TCXO)
• GPS-disziplinierte Oszillatoren
• Stoppuhren und Zeitmesser
• Die Zeitbasis von Signalgeneratoren
• Aufzeichnungssysteme, die Zeitstempel erzeugen

• Frequenzabweichung (relativ, in ppm oder ppb)
• Zeitintervallgenauigkeit
• Kurzzeitstabilität (Allan-Abweichung)
• Langzeitdrift (Alterung)
• Einschwingverhalten nach dem Aufwärmen

Das Kalibrierintervall ist durch keine Norm festgelegt; eine allgemeine Regel wie "jährlich" gibt es nicht. Es ergibt sich aus der Gesamtschau von Herstellerempfehlung, Nutzungshäufigkeit und -bedingungen, Kritikalität der Messung, Driftverhalten in früheren Kalibrierergebnissen und etwaigen Rechtsvorschriften. ILAC-G24 / OIML D10 beschreiben die Verfahren dazu. Sinnvoll ist, mit einem plausiblen Erstintervall zu beginnen und es anhand der Folgeergebnisse zu verlängern oder zu verkürzen: bei stabilem Gerät verlängern, bei driftendem verkürzen.

• ISO/IEC 17025
• IEEE 1139 (Definitionen der Frequenzstabilität)
• ITU-T G.811 (primäre Referenzuhr)
• JCGM 100 (GUM — Unsicherheit)

• ISO/IEC 17025
• IEEE 1139 (Definitionen der Frequenzstabilität)
• ITU-T G.811 (primäre Referenzuhr)
• JCGM 100 (GUM — Unsicherheit)

1. 1Geräteannahme und EingangsprüfungFunktionsfähigkeit sowie Zustand von Steckverbindern und Tastköpfen werden geprüft. Firmware-Version und gegebenenfalls der Status der internen Kalibrierung werden festgehalten.
2. 2AufwärmzeitDas Gerät wird für die vom Hersteller vorgesehene Dauer betrieben, bis es thermisch stabil ist. Eine Messung ohne Aufwärmphase zeigt nicht die tatsächliche Geräteleistung.
3. 3Vorbereitung der ReferenzquelleEin rückführbar kalibrierter Multifunktionskalibrator oder ein Bezugsnormal wird in Betrieb genommen und dessen Stabilität bestätigt.
4. 4Auswahl von Funktion und MessbereichFür jede Funktion des Geräts (DC-/AC-Spannung, Strom, Widerstand, Frequenz) und die genutzten Messbereiche werden Messpunkte festgelegt.
5. 5Durchführung der MessungenAn jedem Punkt wird der Referenzwert angelegt und die Anzeige erfasst; Leitungs-, Thermospannungs- und Belastungseffekte werden berücksichtigt.
6. 6Berechnung der AbweichungDie Differenz zwischen Anzeige und Referenz wird absolut und als Prozentsatz der Anzeige berechnet.
7. 7UnsicherheitsbudgetUnsicherheit und Drift des Referenzkalibrators, Auflösung, Rauschen und Wiederholpräzision werden kombiniert. Im elektrischen Bereich ist die Drift des Normals meist der größte Beitrag.
8. 8Ausstellung des KalibrierscheinsDie Ergebnisse werden je Funktion und Messpunkt berichtet; auf Wunsch wird eine Konformitätsaussage mit Entscheidungsregel ergänzt.

Jedes Kalibrierergebnis wird mit einer Messunsicherheit angegeben; ein Ergebnis ohne Unsicherheitsangabe ist unvollständig. Die Unsicherheit wird nach dem GUM-Ansatz (JCGM 100) budgetiert: Unsicherheit des Normals, Wiederholpräzision, Auflösung, Umgebungseinflüsse und Gerätestabilität werden kombiniert. Im Kalibrierschein wird die erweiterte Unsicherheit mit Erweiterungsfaktor (meist k = 2) und näherungsweisem Vertrauensniveau angegeben. Die kleinste angebbare Unsicherheit ist durch die akkreditierte Kalibrier- und Messfähigkeit (CMC) begrenzt; eine bessere Unsicherheit darf nicht ausgewiesen werden.

• Die Unsicherheit und Alterungsrate des Referenzoszillators
• Die Messzeit (Torzeit) und die daraus resultierende Auflösung
• Temperaturstabilität
• Die Abweichung, die entsteht, wenn die Aufwärmzeit nicht ausreicht
• Kabelverzögerung (bei Zeitmessungen)
• Trigger- und Rauscheffekte

• Angaben zum Laboratorium und Kalibrierscheinnummer
• Kunde und Identifikation des kalibrierten Geräts: Marke, Typ, Seriennummer
• Kalibrierdatum und Ausstellungsdatum des Kalibrierscheins
• Angewandtes Kalibrierverfahren bzw. Verweis auf die Verfahrensanweisung
• Verwendete Bezugsnormale und Angaben zur Rückführbarkeit
• Umgebungsbedingungen während der Kalibrierung (Temperatur, Feuchte, ggf. Druck)
• Messpunkte, Referenzwerte und Geräteanzeigen
• Berechnete Abweichungen
• Erweiterte Messunsicherheit und Erweiterungsfaktor
• Ausführendes und freigebendes Personal der Kalibrierung
• Die Messzeit (Torzeit) und die Messbedingungen
• Die relative Frequenzabweichung
• Aufwärmzeit
• Die Rückführbarkeitsquelle der Referenz

Ein Kalibrierschein ist KEINE KONFORMITÄTSBESCHEINIGUNG. Die Kalibrierung misst und dokumentiert die Abweichung des Geräts; sie korrigiert sie nicht und sagt nicht, das Gerät sei "richtig". Für die Entscheidung über die Gebrauchstauglichkeit muss eine Toleranz (Akzeptanzkriterium) festgelegt werden — und diese legt der Anwender fest, nicht das Labor. Wird eine Konformitätsaussage gewünscht, verlangt ISO/IEC 17025 Abschnitt 7.8.6 eine vorab vereinbarte ENTSCHEIDUNGSREGEL, die festlegt, wie die Messunsicherheit in die Entscheidung eingeht; eine Konformitätsaussage ohne Berücksichtigung der Unsicherheit ist irreführend. Der Kalibrierschein zeigt zudem den Zustand ZUM ZEITPUNKT der Kalibrierung: spätere Nutzung, Transport oder Stöße können den Zustand verändern, was der Schein nicht abdeckt. Steht ein nächster Kalibriertermin darauf, ist dies keine Entscheidung des Labors, sondern ein Hinweis gemäß dem vom Kunden genannten Intervall.

Die Kalibrierung erfolgt nach ISO/IEC 17025; die Norm fordert technische Kompetenz, Unparteilichkeit und messtechnische Rückführbarkeit des Laboratoriums. Die Akkreditierung gilt je VERFAHREN und MESSBEREICH: Eine Größe oder ein Bereich, der nicht in der Anlage zum Akkreditierungsumfang steht, ist nicht akkreditiert, und für diese Messung darf kein Kalibrierschein mit Akkreditierungssymbol ausgestellt werden. Im Umfang ist zudem die kleinste angebbare Messunsicherheit (CMC) festgelegt; eine bessere darf nicht ausgewiesen werden. EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung nach ISO/IEC 17025 von Unterzeichnerstellen der ILAC-Vereinbarung; ob Ihr Gerät im akkreditierten Umfang kalibriert werden kann, wird im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

• Elektrische Kalibrierung
• HF-Kalibrierung