Metrologia. Miernictwo elektryczne

Spis treści

 

      1. Wstęp

      1.1. Metrologia (metron – miara, logos – słowo, nauka) jest działem nauki zajmującym się teoretycznymi podstawami pomiarów i ilościową oceną zjawisk fizycznych. W wymiarze technicznym metrologia opisuje metody i urządzenia pomiarowe w zakresie ich właściwego przygotowania, wykonywania pomiarów i zasadami interpretacji uzyskanych wyników.
      Według definicji podanej w Międzynarodowym słowniku terminów metrologii prawnej, metrologia prawna jest to dział metrologii odnoszący się do działań, które wynikają z wymagań ustawowych i dotyczą pomiarów, jednostek miar, przyrządów pomiarowych i metod pomiarowych, przeprowadzanych przez kompetentne organy. Zasadniczym zadaniem metrologii prawnej jest zapewnienie jednolitości pomiarów.
      Przyjmując za podstawę klasyfikacji naturę fizyczną wielkości mierzonej lub naturę fizyczną nośnika sygnału pomiarowego, metrologię można podzielić na: elektryczną, mechaniczną, radiacyjną, optyczną i akustyczną.
      Wraz z rozwojem mikroelektroniki, informatyki i techniki mikroprocesorowej nastąpił znaczny postęp w realizacji wielu nowych metod pomiarowych i technik mierzenia.
     Wśród czynników decydujących o skali przemian w metrologii do podstawowych należy bez wątpienia intensywny rozwój: przemysłu aparatury pomiarowej, metod i aparatury do pomiarów wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi oraz coraz większa powszechność systemów pomiarowych, opartych na układach elektrycznych (elektronicznych).
      Z tych właśnie względów współczesną metrologię daje się sprowadzić do metrologii elektrycznej.
     Działalność państwowej służby metrologii prawnej lub innych organów do tego upoważnionych, polega na stwierdzeniu i zaświadczeniu, że narzędzie pomiarowe całkowicie spełnia wymagania przepisów legalizacyjnych; obejmuje sprawdzenie i ocechowanie narzędzia pomiarowego lub wydanie świadectwa legalizacyjnego. W Polsce legalizacje narzędzi pomiarowych przeprowadza Główny Urząd Miar (GUM) lub podległe mu placówki, a także instytucje upoważnione przez GUM.
      Obecnie całokształt spraw związanych z metrologią i wymaganiami dotyczącymi przyrządów pomiarowych reguluje obowiązująca od 1 stycznia 2003 r. ustawa z dnia 11 maja 2001 Prawo o Miarach (Dz.U. Nr 63 z 2001 r., poz.636), która stanowi, że przyrządy pomiarowe podlegają kontroli metrologicznej GUM w formie: zatwierdzenia typu, legalizacji pierwotnej i legalizacji ponownej (dawne uwierzytelnienie).

      1.2. Miernictwo elektryczne
      Miernictwo elektryczne jest działem metrologii obejmującej zarówno pomiary wielkości elektrycznych (bezpośrednio: napięcie, prąd, rezystancję), jak i wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi (np. temperaturę, liczbę obrotów, i innych za pośrednictwem odpowiednich przetworników).
      Współczesne miernictwo elektroniczne obejmuje:
      - elektroniczne (analogowe i cyfrowe) przyrządy do pomiarów wielkości elektrycznych,
      - metody pomiarowe związane z zastosowaniem elektronicznych przyrządów pomiarowych,
      - pomiary parametrów elementów, podzespołów i przyrządów elektronicznych oraz
      - systemy pomiarowe.

      Pomiarem badanych wielkości nazywa się doświadczalne porównanie określonej wielkości mierzalnej z wzorcem tej wielkości, przyjętym umownie za jednostkę miary, którego wynikiem jest przyporządkowanie wartości liczbowej mówiącej ile razy wielkość mierzona jest większa lub mniejsza od wzorca. Według Międzynarodowego słownika podstawowych terminów w metrologii , pomiar jest to zbiór operacji mających na celu wyznaczenie wartości badanych wielkości.

      Pomiary wielkości elektrycznych: napięcia, natężenia prądu, mocy i pracy prądu itd. wykonuje się urządzeniami, w których wykorzystuje się zjawiska towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego: cieplne, chemiczne
i magnetyczne. Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenie dla pomiarów elektrycznych mają zjawiska magnetyczne i związane z tym siły działające w polu magnetycznym prądu.
      Wykonanie pomiaru powinno być poprzedzone wyborem właściwej metody pomiarowej i układu pomiarowego, dobraniem odpowiednich przyrządów pomiarowych oraz zastosowaniem niezbędnych środków zapewniających bezpieczne wykonanie pomiarów.
      Metoda pomiarowa określa sposób porównania wielkości mierzonej z wzorcem tej wielkości zastosowanych w pomiarach, celem wyznaczenia wyniku pomiaru. Stosuje się różne metody pomiarowe w zależności od: rodzaju wielkości mierzonej, wymaganej dokładności, sposobu opracowania wyników i warunków pomiaru (np. laboratoryjne, przemysłowe, terenowe) oraz różne zasady klasyfikacji metod pomiarowych.

      Wyróżnia się następujące metody pomiarowe:
      - bezpośrednia - wynik otrzymujemy bezpośrednio z odczytu jego wskazań bez wykonywania obliczeń (np. pomiar
        rezystancji),
      - pośrednia - wartość wielkości mierzonej otrzymuje się pośrednio na podstawie bezpośrednich pomiarów innych
        wielkości związanych z nią zależnością (np. pomiar metodą techniczną),
      - różnicowa - to metoda porównawcza, przy której w układzie pomiarowym występuje wzorzec wielkości o wartości
        zbliżonej do wielkości mierzonej.

      1.3. Prawna kontrola metrologiczna urządzeń pomiarowych
      Prawna kontrola metrologiczna to działanie zmierzające do wykazania, że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania określone we właściwych przepisach.

      Zgodnie z art. 8.1 pkt. 2. rozdz. 3 ustawy z dnia 11 maja 2001 r. - Prawo o miarach [Dz.U Nr 63, poz. 636, z późn, zm.] prawnej kontroli metrologicznej podlegają przyrządy pomiarowe, które mogą być stosowane:
      1) w ochronie zdrowia, życia i środowiska;
      2) w ochronie bezpieczeństwa i porządku publicznego, w tym przyrządy do sprawdzania;
      3) w ochronie praw konsumenta;
      4) przy pobieraniu opłat, podatków i innych należności budżetowych oraz ustalaniu opustów, kar umownych, wynagrodzeń
          i odszkodowań i podobnych należności i świadczeń;
      5) przy dokonywaniu kontroli celnej;
      6) w obrocie.

      Zakres prawnej kontroli metrologicznej w zależności od rodzaju przyrządu pomiarowego, może obejmować:
      1) zatwierdzenie typu i legalizację pierwotną albo legalizację jednostkową oraz legalizację ponowną,
      2) zatwierdzenie typu oraz legalizację pierwotną lub legalizację jednostkową,
      3) wyłącznie zatwierdzenie typu,
      4) legalizację pierwotną albo legalizację jednostkową i legalizację ponowną.

      Legalizacja - to zespół czynności obejmujących sprawdzenie, stwierdzenie i poświadczenie dowodem legalizacji,
        że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania.
        Legalizacja pierwotna albo legalizacja jednostkowa przyrządu pomiarowego jest dokonywana na wniosek:
        - producenta lub jego upoważnionego przedstawiciela,
        - importera.

      Zatwierdzenie typu - to potwierdzenie, w drodze decyzji, że typ przyrządu pomiarowego spełnia stawiane mu wymagania.

      Badanie typu to zespół czynności mających na celu wykazanie, czy przyrząd pomiarowy danego typu spełnia wymagania,
      stanowiące podstawę zatwierdzenia typu.

      Legalizacja jednostkowa jest legalizacją pierwotną przyrządu pomiarowego w wykonaniu jednostkowym, skonstruowanego
      dla określonego, szczególnego zastosowania. Okres ważności zatwierdzenia typu wynosi dziesięć lat, o ile przepisy odrębne
      nie stanowią inaczej.

      Legalizacja ponowna przyrządu pomiarowego jest dokonywana na wniosek:
      - użytkownika,
      - wykonawcy naprawy lub instalacji przyrządu pomiarowego.

      Świadectwo legalizacji, o ile jest wydane, powinno być dołączone do przyrządu pomiarowego
      wprowadzonego do obrotu lub użytkowania.

      Wzorcowanie to czynności ustalające relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd
      pomiarowy, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych, realizowanymi przez wzorzec jednostki miary.

      Obowiązkowi prawnej kontroli metrologicznej obejmującej zatwierdzenie typu i legalizację pierwotną oraz legalizację ponowną, podlegają rodzaje przyrządów pomiarowych do pomiaru wielkości elektrycznych produkowane w kraju lub sprowadzanych z zagranicy.

▲ do góry

      2. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar

      Międzynarodowy Układ Jednostek Miar w skrócie „Układ SI”  (Systeme International), został przyjęty na XI Generalnej Konferencji Miar w 1960 roku (w Polsce od 1966 r.).
      Jest to układ jednostek miar oparty na siedmiu jednostkach podstawowych.
      1) Metr (m) - jest długością równą 1 650 763,73 długości fali promieniowania w próżni odpowiadającego przejściu między
         poziomami 2p10 a 5d5 atomu kryptonu 86;
      2) Kilogram (kg) - jest masą międzynarodowego wzorca tej jednostki przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar
         w Sevres pod Paryżem;
      3) Sekunda (s) - jest czasem trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma
         nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133. (od roku 1968);
      4) Amper (A) - jest natężeniem prądu elektrycznego nie zmieniającego się, który płynąc w dwóch równoległych przewodach
         prostoliniowych nieskończenie długich o przekroju okrągłym, znikomo małym, umieszczonych w próżni - wywoływałby
         między tymi przewodami siłę równą 2∙10-7 N na każdy metr długości przewodu;
      5) Kelwin (K) - jest 1/273,16 częścią temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.
         (Temperatura 0 K jest równa temperaturze −273,15 °C);
      6) Kandela (cd) - jest światłością, którą ma w kierunku prostopadłym pole 1/600 000 m2 powierzchni ciała doskonale czarnego,
         promieniującego w temperaturze krzepnięcia platyny pod ciśnieniem 101325 N/m2 (czyli dawnej 1 atmosfery fizycznej);
      7) Mol - jest ilością substancji układu zawierającego liczbę cząsteczek lub cząstek równą liczbie atomów zawartych w masie
         0,012 kg (dokładnie) czystego nuklidu węgla. (od roku 1971).

      Jednostki pochodne:
       Na XX Generalnej Konferencji Miar w 1995 r. została podjęta rezolucja H włączająca radian i steradian do zbioru jednostek
       pochodnych.

      1) Radian - jest jednostką uzupełniającą układu SI oznaczającą miarę kąta płaskiego. Jest to kąt płaski równy kątowi między
         dwoma promieniami koła, wycinającymi z okręgu tego koła łuk o długości równej promieniowi;
      2) Steradian - jest jednostką uzupełniającą układu SI określającą wartość kąta bryłowego. Jest to kąt bryłowy o wierzchołku
         w środku kuli, wycinający z powierzchni tej kuli pole równe kwadratowi jej promienia.

▲ do góry

      3. System oceny zgodności wyrobów

      Przepływ towarów pomiędzy państwami członkowskimi Unii Europejskiej, w ramach wspólnego rynku europejskiego, wymagał ujednolicania (harmonizacji) przepisów tak, aby były one jednakowe na całym obszarze Unii Europejskiej. Odbywa się to poprzez dyrektywy, które nakładają na państwa członkowskie obowiązek wydania w określonym terminie własnych przepisów krajowych, wprowadzających w życie treść dyrektyw.
      Po 1985 roku wprowadzono w Unii Europejskiej tzw. Nowe Podejście do harmonizacji przepisów technicznych, które ułatwia i przyspiesza ujednolicanie różnorodnych krajowych uregulowań w dziedzinie bezpieczeństwa wyrobów przemysłowych. Dyrektywy Nowego Podejścia zawierają tylko zasadnicze wymagania związane z bezpieczeństwem, zdrowiem, ochroną konsumenta i ochroną środowiska. Pozostałe szczegóły techniczne zawarte są w odpowiednich, zharmonizowanych normach europejskich (EN). Każda z dyrektyw Nowego Podejścia nakłada obowiązek umieszczenia na podlegających jej wyrobach oznakowania „CE”.
      Dyrektywy Nowego Podejścia obowiązują wszystkie państwa członkowskie oraz, na mocy porozumienia o Europejskim Obszarze Gospodarczym, również Norwegię, Islandię i Księstwo Lichtenstein.
      Do chwili obecnej przyjęto ponad dwadzieścia dyrektyw Nowego Podejścia określających wymagania w odniesieniu do dużych grup wyrobów, w tym maszyn, zabawek, wyrobów medycznych, elektrycznych i elektronicznych, materiałów budowlanych.
      Obowiązek spełnienia wymagań wynikających z dyrektyw ciąży na producencie danego wyrobu. W szczególności musi on samodzielnie ocenić, czy jego wyrób podlega danej dyrektywie. Następnie producent musi wyprodukować wyrób zgodnie z odpowiednimi wymaganiami dyrektywy i normami zharmonizowanymi oraz poddać go odpowiedniej procedurze oceny zgodności. Jeśli konkretna dyrektywa dla danego typu wyrobu wymaga udziału jednostki certyfikującej (tzw. jednostki notyfikowanej), należy wybrać taką jednostkę i uzyskać od niej odpowiedni certyfikat. Po wypełnieniu wszystkich przewidzianych w danej dyrektywie procedur producent zawsze samodzielnie i na własną odpowiedzialność umieszcza na wyrobie oznakowanie „CE”.

      Wymagania dotyczące systemu oceny zgodności wyrobów (w tym elektrycznych), uregulowane w następujących aktach prawnych:
      1) Ustawa z dnia 30 sierpnia 2002 r. o systemie oceny zgodności [Dz.U.10.138.935];
      2) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 sierpnia 2007 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla sprzętu elektrycznego
         [Dz.U.07.155.1089];
      3) Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady;
      4) Wykaz Polskich Norm zharmonizowanych.

 

▲ do góry

Menu serwisu