Lekcja 1. Podstawy pomiarów specjalistycznych i interpretacji wyników

Wprowadzenie

W tej lekcji omówiono podstawowe zasady wykonywania pomiarów specjalistycznych oraz interpretacji wyników. Pomiary specjalistyczne są ważnym elementem eksploatacji instalacji, maszyn i urządzeń elektrycznych, ponieważ pozwalają ocenić stan techniczny obiektu, warunki jego pracy oraz bezpieczeństwo użytkowania.

W praktyce samo odczytanie wartości z przyrządu pomiarowego nie wystarcza. Każdy pomiar powinien być poprzedzony ustaleniem celu, doborem właściwej metody, wyborem odpowiedniego przyrządu, przygotowaniem stanowiska oraz sprawdzeniem warunków bezpieczeństwa.

Cele lekcji

Osoba ucząca się:

• wyjaśnia, czym są pomiary specjalistyczne,
• wskazuje cel wykonywania pomiarów specjalistycznych,
• rozróżnia wybrane rodzaje pomiarów stosowanych w eksploatacji instalacji, maszyn i urządzeń elektrycznych,
• dobiera przykładowe przyrządy pomiarowe do rodzaju wykonywanego pomiaru,
• rozróżnia pojęcia: wielkość mierzona, wynik pomiaru, jednostka i wartość odniesienia,
• opisuje znaczenie warunków pomiaru dla wiarygodności wyniku,
• wyjaśnia różnicę między odczytem wyniku a interpretacją wyniku,
• wskazuje znaczenie dokładności, błędu i niepewności pomiaru,
• opisuje cel wzorcowania i sprawdzania przyrządów pomiarowych,
• przygotowuje prosty zapis wyniku i wniosek techniczny.

1. Czym są pomiary specjalistyczne?

Pomiar specjalistyczny to pomiar wymagający zastosowania odpowiedniego przyrządu, określonej metodyki, właściwych warunków wykonania oraz interpretacji wyniku. W odróżnieniu od prostego odczytu wartości, pomiar specjalistyczny wymaga uwzględnienia wielu czynników wpływających na wiarygodność wyniku.

Pomiary specjalistyczne mogą dotyczyć zarówno wielkości elektrycznych, jak i nieelektrycznych. W praktyce technika elektryka są one wykorzystywane między innymi do oceny:

• warunków pracy na stanowisku,
• stanu technicznego instalacji,
• stanu połączeń elektrycznych,
• poprawności działania torów pomiarowych,
• bezpieczeństwa użytkowania urządzeń,
• wiarygodności wskazań przyrządów pomiarowych.

Do pomiarów, badań i sprawdzeń omawianych w tym kursie należą między innymi:

• pomiary natężenia oświetlenia,
• pomiary termowizyjne,
• sprawdzanie przekładników pomiarowych,
• sprawdzanie torów pomiarowych,
• badanie bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych,
• wzorcowanie i sprawdzanie przyrządów pomiarowych.

W pomiarach specjalistycznych szczególnie ważne jest zrozumienie, że wynik zależy nie tylko od badanego obiektu, ale także od przyrządu, warunków otoczenia, ustawień pomiarowych oraz sposobu wykonania pomiaru.

Przykład:

Podczas pomiaru natężenia oświetlenia ważne jest nie tylko wskazanie luksomierza, ale także miejsce ustawienia czujnika, wysokość płaszczyzny pomiarowej, liczba punktów pomiarowych oraz warunki oświetleniowe w czasie badania.

2. Po co wykonuje się pomiary specjalistyczne?

Pomiary specjalistyczne wykonuje się po to, aby uzyskać informacje, których nie można ocenić wyłącznie na podstawie oględzin. Wyniki pomiarów pomagają określić, czy instalacja, urządzenie, tor pomiarowy albo stanowisko pracy spełnia przyjęte wymagania techniczne, eksploatacyjne lub bezpieczeństwa.

Pomiary specjalistyczne mogą być wykonywane między innymi:

• podczas odbioru technicznego,
• podczas okresowej kontroli,
• po naprawie lub modernizacji,
• po wystąpieniu awarii,
• w czasie diagnostyki urządzeń,
• podczas sprawdzania przyrządów pomiarowych,
• w ramach ćwiczeń laboratoryjnych i szkoleniowych.

Wyniki wybranych pomiarów specjalistycznych pozwalają odpowiedzieć na pytania:

• czy stanowisko pracy jest prawidłowo oświetlone,
• czy w rozdzielnicy lub urządzeniu nie występują lokalne przegrzania,
• czy przekładnik pomiarowy działa zgodnie z przeznaczeniem,
• czy tor pomiarowy jest poprawnie połączony,
• czy urządzenie elektryczne może być bezpiecznie użytkowane,
• czy przyrząd pomiarowy wskazuje wartości z odpowiednią wiarygodnością.

Pomiary są więc podstawą do podjęcia decyzji technicznej. Na podstawie wyniku można uznać stan obiektu za prawidłowy, wskazać konieczność dalszej diagnostyki albo zalecić naprawę.

3. Rodzaje pomiarów specjalistycznych omawianych w kursie

W tym kursie omówiono wybrane pomiary specjalistyczne przydatne w praktyce technika elektryka. Każda grupa pomiarów dotyczy innego zagadnienia i wymaga zastosowania innych przyrządów.

Każdy z tych pomiarów wymaga innego przygotowania. Przykładowo podczas pomiarów oświetlenia trzeba prawidłowo rozmieścić punkty pomiarowe, podczas termowizji ustawić parametry kamery i ocenić warunki obserwacji, a podczas wzorcowania porównać wskazania przyrządu z wartością odniesienia.

4. Dobór przyrządu pomiarowego

Przyrząd pomiarowy powinien być dobrany do rodzaju mierzonej wielkości, zakresu pomiarowego, wymaganej dokładności oraz warunków pracy. Nieprawidłowo dobrany przyrząd może prowadzić do błędnego wyniku, niewłaściwej oceny badanego obiektu albo zagrożenia dla osoby wykonującej pomiar.

Dobierając przyrząd, należy zwrócić uwagę na:

• rodzaj mierzonej wielkości,
• zakres pomiarowy,
• rozdzielczość wskazania,
• dokładność przyrządu,
• kategorię bezpieczeństwa,
• sposób podłączenia,
• warunki środowiskowe pracy,
• możliwość zapisu wyników,
• stan techniczny przyrządu,
• aktualność sprawdzenia lub wzorcowania, jeżeli jest wymagane.

Zawsze przed rozpoczęciem pomiaru należy upewnić się, że przyrząd jest sprawny, ma odpowiedni zakres pomiarowy i jest przeznaczony do danego zastosowania.

5. Wielkość mierzona, jednostka i warunki pomiaru

Wielkość mierzona to wielkość fizyczna, której wartość jest wyznaczana podczas pomiaru. Może to być na przykład napięcie, prąd, rezystancja, temperatura albo natężenie oświetlenia.

Każdy wynik pomiaru powinien być zapisany razem z jednostką. Zapis samej liczby bez jednostki jest niepełny i może prowadzić do błędnej interpretacji.

Przykłady wielkości i jednostek wykorzystywane w kursie:

Oprócz wyniku i jednostki ważne są również warunki pomiaru. W zależności od rodzaju pomiaru mogą to być:

• miejsce pomiaru,
• data i godzina pomiaru,
• temperatura otoczenia,
• wilgotność,
• ustawienia przyrządu,
• odległość od badanego obiektu,
• stan badanego urządzenia,
• liczba punktów pomiarowych,
• obecność zakłóceń lub odbić,
• zastosowana metoda pomiarowa.

Przykład:

W pomiarach termowizyjnych sama wartość temperatury odczytana z kamery nie wystarcza do pełnej oceny. Trzeba również wiedzieć, jaka była emisyjność powierzchni, odległość od obiektu, kąt obserwacji i warunki otoczenia.

6. Odczyt wyniku a interpretacja wyniku

Odczyt wyniku polega na zapisaniu wskazania przyrządu. Interpretacja wyniku pomiaru polega natomiast na ocenie, co ten wynik oznacza dla badanego obiektu.

Przykład 1:

Odczyt:

E = 420 lx

Interpretacja:

Wynik należy porównać z wymaganym poziomem natężenia oświetlenia dla danego pomieszczenia lub stanowiska pracy. Dopiero po takim porównaniu można stwierdzić, czy oświetlenie jest wystarczające.

Przykład 2:

Odczyt:

T = 68°C na zacisku L1

Interpretacja:

Należy sprawdzić, czy temperatura zacisku L1 jest wyższa od temperatury pozostałych zacisków oraz czy różnica temperatur może świadczyć o luźnym połączeniu, przeciążeniu albo uszkodzeniu.

Przykład 3:

Odczyt:

I₂ = 5 A po stronie wtórnej przekładnika

Interpretacja:

Należy porównać ten wynik z prądem po stronie pierwotnej oraz przekładnią przekładnika. Dopiero wtedy można ocenić, czy tor pomiarowy działa prawidłowo.

Wniosek z pomiaru nie powinien ograniczać się do stwierdzenia „dobry” albo „zły”. Powinien wskazywać, jaki warunek został spełniony albo niespełniony oraz na jakiej podstawie dokonano oceny.

7. Dokładność, błąd i niepewność pomiaru

Każdy pomiar jest obarczony pewnym odchyleniem od wartości rzeczywistej. Wynika to z ograniczeń przyrządu, warunków pomiaru, metody oraz sposobu wykonania pomiaru.

Dokładność przyrządu określa, jak blisko wartości rzeczywistej lub wartości odniesienia znajdują się wskazania przyrządu.

Błąd pomiaru jest różnicą między wskazaniem przyrządu a wartością odniesienia.

Niepewność pomiaru opisuje zakres, w którym z określonym prawdopodobieństwem może znajdować się wartość mierzona. W praktyce laboratoryjnej, szczególnie podczas wzorcowania, niepewność pomiaru jest jednym z podstawowych elementów opisu wyniku. W prostych ćwiczeniach dydaktycznych nie zawsze oblicza się ją szczegółowo, ale należy pamiętać, że każdy wynik pomiaru ma ograniczoną dokładność.

Na wynik pomiaru mogą wpływać między innymi:

• dokładność przyrządu,
• rozdzielczość wskazania,
• stan techniczny przyrządu,
• sposób podłączenia,
• ustawienia przyrządu,
• stabilność mierzonej wielkości,
• warunki otoczenia,
• doświadczenie osoby wykonującej pomiar.

W prostych ćwiczeniach dydaktycznych nie zawsze oblicza się pełną niepewność pomiaru. Należy jednak pamiętać, że wynik pomiaru nie jest wartością idealną. Trzeba go interpretować z uwzględnieniem dokładności przyrządu i warunków wykonania pomiaru.

Przykład:

Jeżeli dwa przyrządy pokazują nieco różne wartości tej samej wielkości, nie musi to oznaczać uszkodzenia jednego z nich. Różnica może wynikać z klasy przyrządu, rozdzielczości, sposobu pomiaru albo warunków otoczenia.

8. Wzorcowanie i sprawdzanie przyrządów pomiarowych

Przyrząd pomiarowy powinien wskazywać wartości w sposób wiarygodny. Aby to potwierdzić, wykonuje się wzorcowanie albo sprawdzenie przyrządu.

Wzorcowanie polega na porównaniu wskazań przyrządu z wartościami dostarczonymi przez wzorzec albo kalibrator. Celem wzorcowania jest określenie błędów wskazań przyrządu, niepewności pomiaru oraz zapewnienie odniesienia wyniku do odpowiedniego wzorca przez zachowanie spójności pomiarowej.

Samo wzorcowanie nie zawsze oznacza automatyczne dopuszczenie przyrządu do użytkowania. O tym decyduje porównanie wyników wzorcowania z wymaganiami przyjętymi dla danego zastosowania.

Sprawdzenie przyrządu może mieć prostszy charakter. Może polegać na porównaniu wskazania przyrządu z innym przyrządem odniesienia albo z wartością zadaną przez kalibrator. Celem sprawdzenia jest ocena, czy przyrząd nadaje się do dalszego użytkowania w określonym zakresie.

Wynikiem wzorcowania jest zwykle świadectwo wzorcowania. W praktyce szkolnej ważne jest, aby rozumieć, że wiarygodność pomiaru zależy nie tylko od osoby wykonującej pomiar, ale także od stanu przyrządu, jego sprawdzenia oraz właściwego zastosowania.

Przykład:

Jeżeli multimetr ma być używany do sprawdzenia napięcia w torze pomiarowym, powinien być sprawny, mieć odpowiedni zakres pomiarowy, właściwą kategorię bezpieczeństwa oraz przewody pomiarowe w dobrym stanie technicznym.

9. Dokumentowanie wyników pomiarów

Dokumentacja pomiarowa jest zbiorem informacji potwierdzających wykonanie pomiarów oraz przedstawiających ich wyniki. W prostych zadaniach dydaktycznych dokumentacja może mieć formę tabeli lub karty pomiarowej. W praktyce zawodowej wyniki zapisuje się najczęściej w protokole.

Tabela pomiarowa może zawierać:

• numer punktu pomiarowego,
• miejsce pomiaru,
• mierzoną wielkość,
• wynik,
• jednostkę,
• warunki pomiaru,
• użyty przyrząd pomiarowy lub jego oznaczenie,
• wartość odniesienia lub wymaganie,
• ocenę wyniku,
• uwagi.

Protokół pomiarowy powinien zawierać między innymi:

• nazwę badanego obiektu,
• datę pomiaru,
• osobę wykonującą pomiar,
• zastosowaną metodę,
• użyty przyrząd,
• warunki wykonania pomiaru,
• wyniki,
• kryteria oceny,
• wnioski i zalecenia.

Przykładowy zapis w tabeli:

Wniosek powinien wynikać z uzyskanych danych. Nie powinien być przypadkowy ani zbyt ogólny. Powinien wskazywać, czy wynik jest prawidłowy, czy wymaga dalszej analizy, naprawy, regulacji albo powtórzenia pomiaru.

11. Bezpieczeństwo podczas pomiarów specjalistycznych

Wiele pomiarów specjalistycznych wykonuje się przy urządzeniach elektrycznych, rozdzielnicach, stanowiskach laboratoryjnych albo układach zasilanych. Dlatego przed rozpoczęciem pracy należy zapoznać się z instrukcją stanowiskową i zasadami bezpieczeństwa.

Podczas pomiarów należy:

• używać przyrządów zgodnie z ich przeznaczeniem,
• sprawdzić stan techniczny przyrządu,
• sprawdzić stan przewodów pomiarowych,
• dobrać właściwy zakres pomiarowy,
• stosować przyrządy o odpowiedniej kategorii bezpieczeństwa,
• nie dotykać części znajdujących się pod napięciem,
• nie zmieniać połączeń bez zgody prowadzącego,
• zachować porządek na stanowisku,
• przerwać pomiar w przypadku zauważenia nieprawidłowości.

Szczególną ostrożność należy zachować podczas pracy z kalibratorami, wymuszalnikami prądowymi, przekładnikami, rozdzielnicami oraz urządzeniami zasilanymi z sieci. Niektóre stanowiska mogą umożliwiać generowanie wysokich napięć lub dużych prądów, dlatego obsługa powinna odbywać się zgodnie z instrukcją urządzenia.

Przy pracy z przekładnikami prądowymi należy pamiętać, że obwód wtórny przekładnika nie powinien pozostawać otwarty podczas przepływu prądu po stronie pierwotnej.

12. Jak przygotować się do wykonania pomiaru?

Przed rozpoczęciem pomiaru warto odpowiedzieć na kilka pytań:

1. Co jest mierzone?
2. Dlaczego wykonuje się pomiar?
3. Jaką jednostkę ma wynik?
4. Jakiego przyrządu należy użyć?
5. Jaki zakres pomiarowy będzie właściwy?
6. Gdzie należy wykonać pomiar?
7. Jakie warunki mogą wpływać na wynik?
8. Czy pomiar jest bezpieczny do wykonania?
9. Jak zapisać wynik?
10. Z czym porównać wynik?
11. Jaki wniosek można sformułować?

Takie przygotowanie ogranicza ryzyko błędów i ułatwia późniejsze opracowanie wyników. Ten schemat będzie wykorzystywany w kolejnych lekcjach podczas omawiania konkretnych pomiarów specjalistycznych.

Podsumowanie lekcji

W tej lekcji przedstawiono podstawowe zasady wykonywania pomiarów specjalistycznych i interpretacji wyników. Pokazano, że pomiar nie polega wyłącznie na odczytaniu wartości z przyrządu, lecz obejmuje przygotowanie stanowiska, dobór metody, dobór przyrządu, wykonanie pomiaru, zapis wyniku oraz jego interpretację.

Wyjaśniono, że różne pomiary wymagają różnych przyrządów. Do pomiaru natężenia oświetlenia stosuje się luksomierz, do pomiarów termowizyjnych kamerę termowizyjną, do sprawdzania torów pomiarowych multimetr lub kalibrator, a do wzorcowania przyrządów odpowiedni wzorzec lub kalibrator.

Omówiono znaczenie jednostki, warunków pomiaru, dokładności przyrządu, błędu i niepewności pomiaru. Podkreślono, że wynik powinien być zapisany w sposób uporządkowany i porównany z wymaganiem, wartością odniesienia albo dokumentacją techniczną.

W dalszej części lekcji opisano znaczenie wzorcowania i sprawdzania przyrządów pomiarowych. Wyjaśniono, że wiarygodność pomiaru zależy nie tylko od osoby wykonującej pomiar, ale również od stanu technicznego i sprawdzenia zastosowanego przyrządu.

Lekcja przygotowuje do kolejnych części kursu, w których zostaną omówione konkretne pomiary specjalistyczne: pomiary natężenia oświetlenia, pomiary termowizyjne, przekładniki i tory pomiarowe, badanie bezpieczeństwa użytkowania urządzeń elektrycznych oraz wzorcowanie przyrządów pomiarowych.