Oszilloskope sind außerordentlich komplexe Instrumente. Sie erlauben die einfache und direkte Anzeige von Signalformen und ermöglichen dann die qualitative und quantitative Analyse dieser Informationen. Jedes Oszilloskop gibt dem Anwender jedoch auch die nötige Flexibilität, um mit einem einzigen Messgerät eine Vielzahl von Funktionen, Frequenzen und Spannungen zu bearbeiten. Das macht die Kalibrierung komplizierter, aber auch wichtiger.
Die Kalibrierung eines Oszilloskops ist unerlässlich für die Zuverlässigkeit der Messung und eine geringe Messunsicherheit. Im Lauf der Zeit kann ein Oszilloskop in einigen Funktionen eine Drift aufweisen, was zu höherer Unsicherheit bei den Messungen führt. Dieser Drift entsteht durch Faktoren wie Umgebungsbedingungen, Alterung sowie Verschleiß.
Ein kalibriertes Oszilloskop sorgt für Messungen mit geringer Unsicherheit und erlaubt fundierte Entscheidungen anhand zuverlässiger Daten. In vielen Branchen, z. B. in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizin, gibt es strenge Vorschriften, die verlangen, dass Geräte in regelmäßigen Abständen kalibriert werden, damit die Forderungen von Industrienormen erfüllt werden. Wenn ein Oszilloskop nicht kalibriert wird, kann dies zu fehlerhaften Messergebnissen führen. Diese können kostspielige Fehler verursachen und sogar Sicherheitsrisiken mit sich bringen.
Kalibrieranforderungen
Oszilloskope sind zwar komplexe Messgeräte, kalibriert werden müssen jedoch zum Glück nur einige wesentliche Funktionen:
- Vertikale Amplitudenkoeffizienten
- Horizontale Zeitkoeffizienten
- Frequenzgang
- Anstiegszeit
Die zur Kalibrierung verwendeten Techniken und Prozeduren müssen diese Parameter messen und dabei die Umgebungsbedingungen berücksichtigen. Mithilfe geeigneter metrologischer Methoden muss sichergestellt werden, dass die Betriebseigenschaften des Oszilloskops zum Zeitpunkt der Nutzung mit denen bei der Kalibrierung erfassten Messdaten vergleichbar sind. So werden mit dem Oszilloskop zuverlässige Daten und Ergebnisse erfasst.
Zu kalibrierende Parameter
An dieser Stelle wird eine Liste der Parameter bereitgestellt, die geprüft bzw. kalibriert werden müssen, um die Rückführbarkeit bei den meisten Oszilloskopen zu gewährleisten. Manche dieser Parameter sind für den jeweiligen Eingangskanal spezifisch, sodass jeder Eingang überprüft werden muss. Manche der Parameter sind für den Bereich spezifisch und werden nicht an jedem Kanaleingang überprüft.
- Unsicherheit der Amplitude (vertikal)
- Variabler vertikaler Einstellung
- Abschwächer
- Unsicherheit der Zeitbasis (horizontal)
- Ggf. Unsicherheit eines internen Normals
- Impulsflankenverhalten
- Vertikale Kanalbandbreite
- Bandbreite der X-Achse
- Bandbreite der Z-Achse
- Horizontales Timing
- Unsicherheit der Verzögerung der Zeitbasis
- Zeitliche Vergrößerung
- Jitter der Verzögerungszeit
- Standard-Triggerfunktionen
- Verhältnis zwischen X- und Y-Phase
Weitere Parameter
Geometrie der Oszilloskopdarstellung
Die Einrichtung der Anzeigegeometrie ist streng genommen kein zu kalibrierender Parameter. Bei den meisten modernen digitalen Oszilloskopen braucht diese nicht überprüft zu werden. Bei analogen Oszilloskopen erfolgt die Ablesung der Messwerte über den Bildschirm. Die Geometrie des Bildschirms sollte eingestellt oder zumindest untersucht werden, bevor mit der Kalibrierung fortgefahren wird, damit keine falschen Messwerte abgelesen werden. Sie sollten sich Folgendes anschauen:
- Ausrichtung des Bildschirms
- Abschirmung oder Kompensation des Erd-Magnetfelds
- Fokussierung und Einstellbereich der Helligkeit des Signals
- Tonnenverzerrung
- Kissenverzerrung
- Einstellbereich der Position auf der X- und Y-Achse
Bei (analogen) Echtzeit-Oszilloskopen ist das Raster oder Gitter eine von den Bildschirmbildern getrennte Einheit. Wenn das Raster zur Ablesung der Messwerte verwendet wird, muss die Ausrichtung daran bei Kalibrierung berücksichtigt werden.
Bei digitalen Speicheroszilloskopen (DSO) ist es durch die digitale Anzeige der Messwerte weniger notwendig, geometrische Korrelationen zwischen den Bildschirmdaten und den Rastern von Hand festzulegen. Die digitale Anzeige der Messwerte und Cursor reduzieren und verbessern sichere Ablesung und Unsicherheit der Messungen.
Wenn ein elektronischer Cursor verwendet wird, ist dieser intern mit Signaldaten und eingestellten Parametern der Kanäle verknüpft, deren Werte an ein internes Gleichspannungsnormal gebunden sind. In solchen Fällen besteht die Hauptanforderung darin, dieses Spannungsnormal zu kalibrieren.
Kalibrierung fortsetzen
Die nächsten Schritte beim Kalibrieren des Oszilloskops werden in diesen Artikeln fortgesetzt: