Aparatura do badań własnych

Zgromadzenie w obrębie jednej firmy kompletu przyrządów do oceny urządzeń pod kątem wymagań głównych dyrektyw jest zapewne mało realne z uwagi na duże koszty. I pewnie niecelowe, gdyż zwykle najwięcej problemów jest z określoną klasą zagadnień, na której trzeba się skupić. Rozsądne jest zbudowanie potencjału firmy w tym najważniejszym obszarze, resztę można badać rzadziej, np. zlecając testy do laboratoriów zewnętrznych.

Budowa parku pomiarowego zwykle jest procesem ewolucyjnym, który zaczyna się od nabycia jednego lub kilku urządzeń, generatorów lub testerów, potem te minimum jest rozbudowywane w miarę dostępności funduszy na inwestycje. Budowa kompetencji pomiarowych zwykle przebiega tak, że najpierw kupuje się przyrządy tańsze i prostsze funkcjonalnie, by zacząć i uczyć metrologii z ich pomocą, a potem w miarę wzrostu kompetencji i wraz z doświadczeniem sięga się po bardziej skomplikowany sprzęt pomiarowy.

Jak można ocenić warunki biznesowe panujące na rynku w pierwszej połowie 2024 roku?

 

Powyższy wykres ilustruje wyniki badania ankietowego na temat warunków panujących w biznesie w obszarze aparatury pomiarowej w pierwszych dwu kwartałach 2024 roku. Większa część wykresu przynależy do warunków dobrych lub przynajmniej zadowalających, co należy uznać za niezłe wskazanie. Co dziesiąty dostawca zaznaczył nawet opcję, że warunki są bardzo dobre. Liczba wskazań na warunki kiepskie (20% czyli co piąta firma) odpowiada mniej więcej temu, co działo się w tym okresie w gospodarce. Ogólnie wykres nie rozstrzyga jednoznacznie o panujących warunkach, raczej pozwala powiedzieć, że były one zmienne.

LVD

Zakres realizowanych badań precompliance wynika w dużej części z tego, co mówią normy zharmonizowane, które definiują proces zgodności. W przypadku urządzeń elektronicznych pod kątem LVD są to głównie EN 62368-1 oraz EN 61347. Obie dotyczą bezpieczeństwa użytkowania przez ludzi, a to zagadnienia związane z ochroną przed porażeniem prądem elektrycznym, ale także ryzyko uszczerbku na zdrowiu od wysokiej temperatury, zapłonu, substancji szkodliwych, w tym wydzielanych podczas palenia się, a także ryzyka wynikającego z zasilania z baterii (np. eksplozji).

Dla urządzeń zasilanych z sieci EN62368- 1 definiuje wymagania co do jakości izolacji, odstępów po powierzchni, napięcia dotykowego. Precyzuje, co mierzyć, w jakim układzie testowym i podaje graniczne wartości dla prawidłowego działania oraz warunków nienormalnych, a więc takich, gdy urządzenie ulegnie awarii. W takiej sytuacji, a więc gdy na przykład zasilacz ulegnie uszkodzeniu podczas burzy, norma wymaga, aby nie stał się zagrożeniem dla człowieka w chwili awarii i po niej.

Każda z tych norm w wielu miejscach powołuje się na kilkadziesiąt innych regulacji, w których opisano procedury badań, wymagania szczególne związane z jakimiś parametrami, normy definiujące ocenę powiązanych subkomponentów. W ten sposób ocena bezpieczeństwa przykładowej ładowarki prowadzona wg EN 62368 odwołuje się do innych norm nt. wymagań jakościowych dla wtyczki sieciowej, przewodu AC, w celu określenia stopnia IP, oceny optoizolatora, odporności na przebicie izolacji drutu nawojowego w transformatorze, odporności termicznej tworzywa obudowy, skuteczności działania warystora i wielu innych.

Dobrą wiadomością jest to, że w dokumentach są opisane procedury pomiarowe, graniczne wartości parametrów, są rysunki, jak powinno wyglądać stanowisko pomiarowe. Na bazie tych informacji można w firmie badać swoje urządzenia w oparciu o aparaturę kupioną lub nawet zbudowaną we własnym zakresie.

Badania bezpieczeństwa zaliczają się do tych łatwiejszych w realizacji, gdyż sprzęt pomiarowy jest tańszy, zjawiska fizyczne podlegające weryfikacji są relatywnie proste do objęcia umysłem. Na dodatek podczas prac projektowych można zapewnić duże marginesy konstrukcyjne, aby ryzyko niespełnienia wymagań stało się pomijalnie małe.

Zresztą wiele urządzeń zasilanych z sieci dostępnych na rynku z dużym zapasem spełnia wymagania przywołanych norm, np. w zakresie prądu upływu lub wytrzymałości izolacji. Być może jest to efekt dużego marginesu konstrukcyjnego.

Najważniejsze czynniki o charakterze negatywnym dla rynku

 

Najważniejszym czynnikiem negatywnie oddziałującym na rynek laboratoryjnej aparatury pomiarowej, w tym oczywiście także tej do badań precompliance, jest tania aparatura azjatycka. Podstawowe przyrządy pomiarowe, takie jak oscyloskopy, analizatory widma, testery i generatory zaburzeń, są produkowane przez wiele firm azjatyckich i sprzedawane po bardzo konkurencyjnych cenach. To samo dotyczy sztucznych sieci, namiotów ekranujących, sond i akcesoriów, które stały się ich specjalnością. Do badań w dolnych zakresach pasm (tj. do 1 GHz, zaburzeń przewodzonych) oferta ta dyktuje warunki w dystrybucji. Drugim istotnym czynnikiem negatywnym jest cały czas mała świadomość rynku w zakresie potrzeby badań urządzeń i pomiarów cząstkowych. Pośrodku zestawienia uplasowało się kryterium związane z kosztem zakupu przyrządów pomiarowych.

EMC

Dyrektywa EMC określa wymagania formalne związane z kompatybilnością elektromagnetyczną. Dzieli się ona na dwie części. Pierwsza jest związana z emisją, a więc zaburzeniami wytwarzanymi przez urządzenie elektroniczne, na które narzucane są limity po to, aby nie stało się ono źródłem zakłóceń działania innego sprzętu. Wymagania w tym zakresie opisano w normach EN55032 i EN55015.

Własne badania w zakresie EMC są już niewątpliwie trudniejsze od LVD. Procedura badań polega w przybliżeniu na tym, aby badane urządzenie umieścić w ekranowanej komorze pomiarowej, a następnie za pomocą anteny kierunkowej połączonej z analizatorem widma z każdej strony zbadać poziom emitowanych zaburzeń z odległości 3 m.

Druga część badań emisji dotyczy zaburzeń elektromagnetycznych przewodzonych. Pod tą nazwą kryją się sygnały emitowane do sieci energetycznej przez kabel zasilający (wprowadzane do sieci). Ta część jest prostsza w realizacji, bo nie są potrzebne komora i antena. Pomiary przewodzone wykonuje się w paśmie do 30 MHz, zaś emisję do minimum 1 GHz, stąd też koszt analizatora (w branży nazywa się go "odbiornikiem") jest bardziej przystępny.

Po przebadaniu emisji, czas na testowanie odporności, gdzie mamy normę EN61000. Tutaj chodzi o sprawdzenie, czy urządzenie będzie działać poprawnie w warunkach nieidealnych, a więc przy ekspozycji na różne zaburzenia. Celem jest doprowadzenie do takiej sytuacji, aby środowisko elektromagnetyczne, w którym mamy wiele źródeł promieniowania, nie doprowadziło do zakłócenia i nieprawidłowego działania badanego sprzętu.

W przypadku badań odporności także nie realizuje się jednego testu, ale cały zestaw wyrafinowanych pomiarów. Badana jest wrażliwość na promieniowanie radiowe o dużym natężeniu płynące z anteny, na wyładowania elektrostatyczne ze specjalnego pistoletu przypominającego zapalniczkę piezo do gazu, na przepięcia w sieci, zarówno jednorazowe, jak i całe serie (bursty), na silne pola magnetyczne itd.

Badania (oczywiście mówiąc w dużym przybliżeniu) polegają na odtworzeniu jednakowych warunków testu podanych w normie w kontekście budowy stanowiska pomiarowego, obwodów separująco- testowych pozwalających na wstrzyknięcie zaburzenia do działającego sprzętu oraz generatora tworzącego źródło zaburzenia. Konkretne badane zagadnienia opisują liczby wymienione po członie "61000", np. w 61000-2 chodzi o odporność na ESD.

Najważniejsze trendy techniczne w aparaturze to

 

Najważniejsze trendy techniczne są trzy: funkcje pomiarowe definiowane przez oprogramowanie, automatyczne procedury pomiarowe, które pozwalają przeprowadzić cały pomiar i wygenerować raport jednym kliknięciem oraz elastyczność i możliwość rozbudowy, po to, aby przyrząd starczył na długie lata. Bezsprzecznie punkt 1 łączy się z 3, bo rozbudowa funkcjonalności odbywa się poprzez wykupienie licencji i odblokowanie kodem możliwości. To bardzo częsta opcja, np. w analizatorach widma dostęp do detektora QP, który jest niezbędny w pomiarach EMC, wymaga wpisania kodu.

Najtańsze do realizacji jest badanie zaburzeń przewodzonych. Wystarczy analizator widma i sztuczna sieć. Do badań odporności trzeba kupić generator zaburzeń lub kilka generatorów stosownie do potrzeb. Z kolei badania emisji wymagają posiadania komory bezechowej, np. GTEM, która kosztuje mniej więcej tyle, co przeciętny samochód osobowy. Do większości testów wymagane jest jeszcze oprogramowanie, za pomocą którego wywołuje się scenariusze pomiarowe, zbiera wyniki i tworzy raporty. Takie oprogramowanie kupuje się razem z aparaturą jako zestaw lub w postaci dodatkowej licencji.

RED, Ekoprojekt i inne

Na koniec trzeba wspomnieć o dyrektywie radiowej RED, która dotyczy urządzeń wykorzystujących komunikację radiową. Bezsprzecznie od strony skomplikowania i kosztów aparatury jest to najdroższa część pod względem infrastruktury, stąd zapewne też najrzadziej pojawiająca się w zakresie możliwości przedsiębiorstw.

Z kolei wymagania związane z Ekoprojektem, a więc m.in. minimalna sprawność zasilaczy, moc pobierana bez obciążenia, migotanie światła, raczej nie wiążą się z badaniami compliance. Uzyskanie zgodności w dużej części opiera się w tych obszarach na poprawnym projekcie, użytych komponentach takich jak kontroler PWM i nie ma potrzeby kontroli parametrów w czasie projektowania. Inna rzecz, że w porównaniu do większości sprzętu wymaganego do oceny pod kątem bezpieczeństwa, a zwłaszcza EMC, koszt watomierza jest pomijalny.

Jakie znaczenie dla biznesu firmy ma aparatura do badań urządzeń?

 

Ocena stopnia specjalizacji dostawców laboratoryjnej aparatury pomiarowej pokazana na wykresie dowodzi, że co trzecia firma specjalizuje się w takiej tematyce, a dla co piątej jest to przynajmniej ważna część biznesu. Niezmiennie od lat dystrybucja przyrządów może stanowić rdzeń biznesu firmy, ale faktem jest, że dużą część rynku w zakresie typowych i popularnych mierników przejęły firmy katalogowe. Dla nich konkurencją są z kolei źródła azjatyckie (głównie chińskie platformy handlowe).