4.1. Metrologia. Miernictwo elektryczne

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.     

      Czynności wykonywane przez organy państwowej służby metrologii prawnej lub przez inne organy do tego upoważnione, polegające 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 r. 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).

      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 większą powszechność systemów pomiarowych, opartych na układach elektrycznych (elektronicznych). Z tych właśnie względów współczesną metrologię daje się sprowadzić do metrologii elektrycznej.   

1.2 Miernictwo elektryczne

1.2.1 Podstawowe definicje

1) Pomiar - 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.
 

2) Metoda pomiarowa określa sposób porównania wielkości mierzonej z wzorcem tej wielkości zastosowanym w pomiarach, celem wyznaczenia wyniku pomiaru.      Stosuje się różne metody w zależności od: rodzaju wielkości mierzonej, wymaganej dokładności, sposobu opracowania wyników i warunków pomiaru (np. laboratoryjne, przemysłowe, terenowe). Tę samą wielkość (np. rezystancję) można mierzyć różnymi metodami. Stosuje się 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.     

      Wykonanie pomiaru powinno być poprzedzone wyborem właściwej metody pomiarowej i układu pomiarowego, dobraniem odpowiednich przyrządów pomiarowych oraz zastosowaniem niezbędnych środków zapewniających bezpieczne wykonanie pomiarów.     

      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.      

      Większość obecnie produkowanych przyrządów pomiarowych zawiera elementy elektroniczne, takie jak np. diody półprzewodnikowe, tyrystory, tranzystory, układy scalone i mikroprocesory.     

      Zasadnicze zmiany w budowie i utrzymaniu urządzeń, instalacji i sieci elektrycznych w obiektach: przemysłowych, budownictwa ogólnego i rolnictwie, wprowadzone po 1990 roku na podstawie wymagań norm i przepisów prawnych, wymagają stosowania nowoczesnych i bezpiecznych metod pomiarowych.     

      Wymagania określone w normie HD 60364 obejmują w szczególności zasady ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym, ochrony przeciwprzepięciowej i piorunochronnej, w tym także wymagania dotyczące sprawdzania instalacji elektrycznych.

1.2.2 Prawna kontrola metrologiczna urządzeń pomiarowych

      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.] 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 skuteczności

          ochrony przeciwporażeniowej), podlegają prawnej kontroli metrologicznej.

      Szczegółowe wymagania dotyczące prawnej kontroli metrologicznej zawarte są w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z 14 stycznia 2008 r. w sprawie prawnej kontroli metrologicznej przyrządów pomiarowych [Dz.U. Nr. 5 z 2008 r., poz. 29].      

      W tej sprawie można również korzystać z nieobowiązujących zarządzeń Prezesa Głównego Urzędu Miar, jako zasad wiedzy technicznej, np.:     

      -   Zarządzenie Prezesa Głównego Urzędu Miar nr 12 z dnia 30.03.1999 r., w sprawie wprowadzenia przepisów

         metrologicznych o miernikach oporu pętli zawarcia .      

      - Zarządzenie Prezesa Głównego Urzędu Miar nr 18 z dnia 11.07.2000 r., w sprawie wprowadzenia przepisów metrologicznych

        o miernikach oporu izolacji .   

1.3 Układ jednostek miar.

      Układ SI. Układ SI (Systeme International,przyjęty na XI Generalnej Konferencji Miar w 1960 roku (w Polsce od 1966 r.),

oparty na siedmiu podstawowych wielkościach:     

      1. Długość,jednostka: metr m - jest to długość drogi przebytej w próżni przez światło w czasie 1/299 792 458 sekundy.

      2. Masa, jednostka: kilogram kg - jest to masa międzynarodowego wzorca jednostki masy przechowywanego

      3. Czas, jednostka: sekunda s - jest to czas równy 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu

     4. Prąd elektryczny, jednostka: amper A - jest to prąd elektryczny nie zmieniający się, który - płynąc w dwu równoległych

        prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o przekroju kołowym znikomo   małym, umieszczonych w próżni,

         w odległości 1 m jeden od drugiego - wywołałby między tymi przewodami siłę 2*10-7 N na 1 metr długości     

     5. Temperatura, jednostka: kelwin K - jest to 1/273,16 część temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.

     6. Światłość, jednostka: kandela cd - jest to światłość jaką ma w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie

     7. Liczność materii, jednostka: mol - jest to liczność materii wyrażona liczbą cząsteczek materii, równą liczbie atomów zawartych

        w masie 0,012 kg węgla 12

         Jednostki pomocnicze:

        - Kąt płaski- jednostka: radian - zawarty między promieniami koła, wycinający z jego okręgu łuk o długości równej

       - Kąt bryłowy - jednostka: steradian - kąt bryłowy o wierzchołku w środku kuli wycinający z jej powierzchni część -

1.4 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 są w następujących krajowych aktach prawnych:      

       1) Ustawa z dnia 30 sierpnia 2002 r. o systemie oceny zgodności [Dz.U.04.204.2087].

       2) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 sierpnia 2007 r. w sprawie zasadniczych

          wymagań dla sprzętu elektrycznego [Dz.U.07.155.1089].      

      3) Dyrektywy nowego podejścia wymagające oznakowania CE.

      4) Wykaz Polskich Norm zharmonizowanych – Dyrektywa 2006/95/WE. Na podstawie publikacji w Dzienniku Urzędowym

          Unii Europejskiej (2011/C 87/01) z 31.08.2011 Dane zaktualizowane 09.09.2011