Ein Ausgleichsblock erhöht die Präzision

Hintergrund
Viele Kalibrierungen für die Industrie werden direkt in einem Kalibriermedium durchgeführt. Temperaturfühler können zum Beispiel direkt in einem Flüssigkeitsbad kalibriert werden. Das hat diverse Vorteile. Zum einen führt der direkte Kontakt mit einem Kalibriermedium dazu, dass eine hervorragende Wärmeanbindung besteht. Zum anderen können auch Fühler mit ausgefallenen Fühlergeometrien kalibriert werden, beispielsweise abgewinkelte. Der direkte Kontakt mit dem Kalibriermedium kann jedoch auch Nachteile mit sich bringen. Temperaturfühler könnten kontaminiert werden. Ein weiterer kritischer Punkt ist die räumliche und zeitliche Stabilität des Kalibriermediums. Flüssigkeitsthermostate besitzen oftmals ein relativ großes Kalibriervolumen. Durch dieses große Kalibriervolumen kann die Temperierung und die Umwälzung des Bades nur bedingt gesteuert werden. Das Ergebnis zeigt dann zwar eine hervorragende, aber nur schwer veränderbare räumliche und zeitliche Stabilität.

Ausgleichsblock
Obwohl die Öfen bauartbedingt nicht verändert werden können, kann die Homogenität des Kalibrierbades dennoch erhöht werden. Um das zu erreichen, wird gerne auf ein altbewährten Trick zurückgegriffen: Es wird ein Ausgleichsblock eingesetzt.

Ein Ausgleichsblock hat grundsätzlich zwei Aufgaben:
1. er soll die räumliche Stabilität des Kalibriervolumens verbessern
2. er soll die zeitliche Stabilität des Kalibriervolumens verbessern

Doch genau diese zwei Aspekte scheinen in sich widersprüchlich zu sein, da es schwer ist ein Material zu finden, die beide Aufgaben gleichzeitig erfüllen. Die Temperaturhomogenität, und damit die räumliche Verteilung des Kalibriermediums, kann durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Ausgleichsblocks verbessert werden. Die Verringerung von Temperaturschwankungen und damit eine Verbesserung der zeitlichen Stabilität des Kalibriermediums wird wiederum mit einer hohen Wärmekapazität des Ausgleichsblocks erreicht. Das Problem, das sich hierbei ergibt, ist, dass handelsübliche Materialien entweder eine hohe Wärmeleitfähigkeit oder eine spezifische Wärmekapazität besitzen. Es gibt eben keinen Sack mit sieben Zipfeln, der auf einen Schlag alle Probleme löst. Die verwendeten Materialien für Ausgleichsblöcke müssen deswegen sehr sorgsam nach den jeweiligen Bedürfnissen ausgewählt werden. Im Folgenden finden Sie ein PDF mit einer Tabelle, die ich aus gängigen Nachschlagewerken zusammengestellt habe, in der die üblicherweise verwendeten Materialien für einen Ausgleichsblock zusammengetragen sind.

Tabelle: Materialien für Ausgleichsblöcke

Soweit, so gut. Trotz der eben beschriebenen kleineren Probleme wird also, mit Hilfe eines Ausgleichsblocks, die Homogenität des Kalibrierbades erhöht werden.

Wirtschaftlichkeit
Stellt sich nun noch die Frage nach der Wirtschaftlichkeit. Und leider gibt es da tatsächlich ein ganz großes Problem: Ein Ausgleichsblock verbessert zwar merklich die Stabilität und die Homogenität des Kalibriervolumens. Jedoch verlängern sich die Kalibrierzeiten, aufgrund der erhöhten Masse die temperiert werden muss. Das führt dazu, dass die Verbesserung der Kalibrierung auf Kosten der Wirtschaftlichkeit geht.

Ausblick
Trotz dieser Probleme werden Ausgleichsblöcke heute bei fast allen Kalibrierungen verwendet. In meinem nächsten Blogeintrag beschreibe ich, wie mit einer geschickten Kombination von verschiedenen Materialien hervorragend ein optimierter Ausgleichsblock hergestellt werden kann.