Aparatura pomiarowa - najważniejsze zmysły inżyniera

Mierniki energetyczne

Złożoność instalacji elektrycznych rośnie też na skutek dołączania do sieci źródeł OZE, które wprowadzają do dystrybucji trudną w zarządzaniu nieprzewidywalność i zmuszają operatorów do kontroli takich źródeł pod kątem zapewnienia jakości energii i źródeł prądu dla elektrycznej motoryzacji.

Zagadnienia związane z bezpieczeństwem użytkowania instalacji elektrycznych i kontrolą prawidłowego wykonania inwestycji są coraz istotniejsze. Wynika to z wymagań prawnych, które narzucają okresowe kontrole, jak też potrzeby minimalizacji ryzyka odpowiedzialności. Wymagania bezpieczeństwa wymuszają odpowiednią jakość wykonania sieci, instalacji i stopień ich zabezpieczenia oraz precyzują konieczność regularnych badań stanu technicznego. Do takich badań trzeba mieć mierniki. Liczy się też ogólnie rozumiana jakość, czyli dążenie do tego, aby produkty i usługi nabywane od kontrahentów i oferowane klientom były jak najdoskonalsze.

Energia elektryczna jest coraz droższa, bo ciągle przybywa w jej cenie podatków i opłat, przez co potrzeba rynkowa w zakresie minimalizacji strat jest znacznie wyraźniej zarysowana niż kiedyś. Mierniki energetyczne pozwalają na ocenę staniu instalacji i urządzeń pod tym kątem, a także na ciągłe monitorowanie zużycia. W tym drugim obszarze przyrządy te stają się źródłem danych do analiz, a w dalszej kolejności do decyzji o modernizacji, inwestycji lub też do zarządzania odbiornikami.

Zapotrzebowanie na aparaturę pomiarową w obszarze energetyki ciągnie też w górę znaczenie jakości energii, a więc to, aby miała ona oczekiwane parametry. Napięcie, częstotliwość są oczywiście tutaj podstawą, niemniej kryterium jakości definiuje znacznie więcej parametrów będących podstawą oczekiwań konsumenckich.

W kolejce na debiut czeka elektryczna motoryzacja, czyli w omawianym zakresie są to stacje ładowania pojazdów. Muszą zostać podłączone do sieci, a ich działanie okresowo kontrolowane i serwisowane, dlatego dla energetyki i przyrządów pomiarowych dziedzina ta wydaje się kolejnym perspektywicznym obszarem zastosowań. To samo dotyczy źródeł OZE, zwłaszcza tych małych przydomowych, które są coraz popularniejsze.

Najważniejsze cechy aparatury od strony technicznej

 

Ocena, jakie oczekiwania techniczne w zakresie możliwości pomiarowych mają nabywcy mierników energetycznych w Polsce. Pierwsze dwa miejsca przypadły na wiele funkcji pomiarowych w jednym mierniku oraz na komunikacji z komputerem. Wyraźnie wskazuje to, że chodzi o to, aby mieć jeden miernik do wszystkiego, który po dokonaniu pomiarów w terenie można podłączyć do peceta po to, aby przygotować dokumenty. Podobne znaczenie ma automatyka pomiarów i obróbki wyników, pozwalająca operatorowi dokonać badań za pomocą naciśnięcia pojedynczego klawisza, który wywołuje wykonanie całe procedury i zapisanie wyników w pamięci. Taka wygoda podczas pracy w terenie jest bardzo pożądana.

JAKOŚĆ ENERGII – TEMAT CAŁY CZAS AKTUALNY

Problemy z jakością energii w dużej mierze wynikają z jej coraz większego znaczenia w gospodarce. To, że odbiorników jest coraz więcej, nikogo nie zaskakuje, niemniej faktem jest, że wiele odbiorników energii ma dzisiaj charakter nieliniowy. Prostowniki diodowe z pojemnościowym układem filtrującym, jakie są częścią większości aplikacji małej i średniej mocy, regulatory fazowe, napędy silników, inwerterowe systemy spawalnicze i grzewcze to tylko kilka wybranych przykładów popularnych aplikacji, które pobierają prąd z sieci nieliniowo, generują duże zaburzenia i w efekcie psują jakość energii, bo wprowadzają harmoniczne, generują moc bierną i utrudniają zarządzanie mocą.

Falowniki dla silników, zasilacze stabilizowane i regulatory fazowe zapewniają wielu urządzeniom stabilne zasilanie, niemniej z punktu widzenia energetyki ich działanie jest nierzadko źródłem kłopotów, bo przy wahaniach napięcia wymuszają one zmianę prądu, która kompensuje spadek napięcia. Aby utrzymać stałą moc wyjściową, na spadek napięcia w sieci takie urządzenia reagują wzrostem poboru prądu i odwrotnie co utrudnia stabilizację i zwiększa wahania obciążenia. Takie zjawiska także psują jakość energii w sieci, bo nasilają wahania parametrów.

Główne trendy w aparaturze dla energetyki

 

Zestawienie głównych trendów zmieniających rynek aparatury dla energetyki otwiera kategoria "prostota obsługi i ergonomia", ale kolejne dwie pozycje, a więc "przyrządy wszystko w jednym (kombajny)" oraz "komunikacja bezprzewodowa", mają minimalnie mniej wskazań. Wykres dobrze opisuje kierunek zmian, który innymi słowy sprowadza się do tego, aby mieć jeden miernik zapewniający proste korzystanie na miejscu i możliwość wygodnego przetwarzania danych po pracy na obiekcie.

Odnotowania wymaga to, że także w miernikach energetycznych wiele konstrukcji umożliwia na definiowanie funkcjonalności przez oprogramowanie, co pozwala utrzymać przydatność miernika w dłuższym czasie, dzięki aktualizacjom lub możliwości dokupienia licencji na jakiś dodatek funkcjonalny.

PRODUKTY Z OBSZARU MIERNIKÓW ENERGETYCZNYCH

Mierniki energetyczne służą głównie wszystkim do kontroli instalacji elektrycznych pod kątem bezpieczeństwa. Zagadnienie te obejmuje pomiary rezystancji izolacji za pomocą wysokiego napięcia pomiarowego, sprawdzanie działania, pomiar czasu i prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych (RCD). W dalszej kolejności są to pomiary rezystancji uziemienia metodą dwu-, trzy- lub czterobiegunową za pomocą prądu zmiennego o różnych częstotliwościach oraz wyznaczanie rezystywności gruntu. Podstawowym pomiarem ochronnym jest również sprawdzenie impedancji i rezystancji pętli zwarcia. Na podstawie otrzymanego wyniku obliczany jest prąd zwarciowy, a pomiar może odbywać się bez wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych. Aparatura do pomiaru parametrów pętli podaje również składowe impedancji, czyli reaktancję, rezystancję i kąt fazowy pętli zwarcia. Mierniki tej grupy sprawdzają także ciągłość przewodu PE przed pomiarem oraz mierzą spodziewaną wartość napięcia dotykowego. Mniej popularne funkcje obejmują sprawdzenie kolejności faz, pomiar małych rezystancji prądem stałym, pomiar prądów upływu oraz monitoring pobieranej z sieci energii, a nawet bezdotykowe wskaźniki napięcia. Do tego wszystkiego dochodzą mierniki wielofunkcyjne oraz rozwiązania specjalizowane, np. rejestratory.

Oddzielną kategorię stanowią analizatory jakości energii pozwalający, badać długoterminową stabilność wartości napięcia, wahania, zniekształcenia, zmiany częstotliwości lub przerwy w dostawach. Analizatory rejestrują i analizują parametry dla 3-fazowych systemów zasilania i mierzą napięcia, prądy, moce, współczynnik mocy, energię, analizują harmoniczne, dokonują analizy statystycznej, migotania i innych anomalii.

Jak widać, pojęcie mierniki energetyczne kryje całkiem spory asortyment aparatury, który na dodatek poszerza się o nowe konstrukcje dopasowane do zmieniających się wymagań metrologicznych, norm lub wymagań użytkowników.

Laboratoryjna aparatura pomiarowa

Zainteresowanie aparaturą laboratoryjną to pochodna rozwoju elektroniki, prowadzonych prac badawczo-rozwojowych i inwestycji przedsiębiorstw w takich kierunkach. To także skutek dostępności funduszy rozwojowych Unii Europejskiej, które przeznaczone są na poprawę potencjału technologicznego. Własne laboratorium, dział kontroli jakości, biuro projektowe wpisują się w tak nakreślony obszar i stanowią z pewnością miejsca, gdzie trafiają kupowane nowoczesne przyrządy.

Zaawansowane urządzenia pomiarowe pomagają także w zapewnieniu wysokiej jakości, bo proces ten polega w dużej mierze na lepszej (dokładniejszej) kontroli urządzeń na etapie produkcji i w usługach oraz bardziej kompleksowych badaniach na etapie projektu. Podnoszenie wymogów jakości i bezpieczeństwa badanych produktów jest od kilku lat stałym trendem, przez co firmy muszą inwestować w nowoczesny sprzęt pomiarowy pozwalający na badania i poprawę jakości wykonywanych elementów elektronicznych. Konieczne jest też sprawdzanie urządzeń na instalacjach, okresowa weryfikacja działania, kontrola bezpieczeństwa i zgodności z normami i standardami. Wysoka jakość dotyczy też usług telekomunikacyjnych, gdzie wymagana jest bardzo zaawansowana aparatura.

Rozwój rynku aparatury pomiarowej wspierają ponadto zmiany prawne. Coraz więcej przepisów dotyczy instalacji, urządzeń, ich bezpieczeństwa działania, wpływu na środowisko i na inny sprzęt w otoczeniu, na możliwość współpracy z urządzeniami innych producentów, nakłada konieczność oznakowania produktu, przeprowadzenia badań itp. Obszary te są definiowane przez coraz liczniejsze wymagania prawne, stąd pojawia się konieczność przygotowywania protokołów i tworzenia dokumentacji na zgodność z normami, rozporządzeniami i przepisami. Dokumenty takie muszą być tworzone za pomocą właściwych przyrządów. Zmiany te w coraz większym stopniu oddziałują na rynek aparatury.

Nowinki techniczne w aparaturze laboratoryjnej i ocena ich znaczenia dla klientów

 

W zestawieniu funkcjonalności aparatury laboratoryjnej, które zdaniem specjalistów w największym stopniu zmieniają rynek od strony technicznej, za najsilniejszy trend uznano tym razem zagadnienia związane z wizualizacją i prezentacją danych pomiarowych. Duży kolorowy wyświetlacz graficzny z opcją dotykową dla wielu klientów okazuje się wystarczająco silnym magnesem, aby wybrać właśnie taki przyrząd. Na drugim miejscu uplasowały się możliwości komunikacyjne, czyli możliwość podłączenia miernika do komputera, sieci lokalnej oraz Internetu. Dzisiaj, gdy każdy profesjonalny miernik w pewnym stopniu jest też komputerem, z pamięcią i oprogramowaniem, podłączonym do Internetu, naturalnie możliwości komunikacyjne stają się istotne. Na kolejnych miejscach znalazła się konwergencja funkcji, czyli łączenie w ramach jednego miernika wielu zadań pomiarowych (np. oscyloskop + analizator + multimetr), na dalszym miejscu pojawiły się automatyczne procedury pomiarowe, które nie tylko ułatwiają pomiary, ale także znacznie ograniczają możliwości pomyłki. Warto zauważyć, że parametry wydajnościowe związane z szerokim pasmem lub dużą częstotliwością próbkowania wcale nie były zdaniem ankietowanych najważniejsze. Zapewne to, co zapewniają w tym zakresie producenci, jest po prostu wystarczające.

ZAWSZE SĄ JAKIEŚ PROBLEMY

Rynek dystrybucji aparatury laboratoryjnej cierpi na skutek polityki marketingowej wielu producentów, którzy w coraz większym stopniu korzystają ze sprzedaży za pośrednictwem katalogowych dostawców podzespołów elektronicznych. Od paru lat ich oferty w zakresie sprzętu pomiarowego rozbudowują się. Początkowo proces ten dotyczył popularnych mierników standardowych, niemniej szybko się okazało, że granice między aparaturą popularną a tą laboratoryjną są dość płynne, a sprzęt pomiarowy jest atrakcyjny z punktu widzenia takiego handlu. Efekt to widoczny wzrost specjalizacji dystrybutorów aparatury laboratoryjnej oraz ucieczka w produkty o dużej złożoności i zaawansowaniu technologicznym, których dostawcy katalogowi nie mają.

Proces ten pogłębia to, że na rynku jest coraz więcej sprzętu pomiarowego wytwarzanego przez firmy azjatyckie. Poza tanimi miernikami popularnymi, które stanową trzon ofert, tamtejsi producenci coraz częściej mają też sprzęt klasy laboratoryjnej. Niekoniecznie jest on bardzo zaawansowany, ale do tych podstawowych zastosowań wystarczający. W zakresie sprzętu laboratoryjnego mieszczą się także zasilacze, multimetry, proste kalibratory, które nie wymagają posiadania aż tak bardzo zaawansowanej technologii, jak dla sprzętu radiokomunikacyjnego, stąd są przez tamtejsze firmy produkowane i sprzedawane. Po raz kolejny proces ten napędza wzrost specjalizacji oraz ucieczkę do przodu krajowych dystrybutorów.

Czynniki oferty handlowej, które są w największym stopniu brane pod uwagę przez klientów przy wyborze dostawcy

 

Klienci są w największym stopniu zainteresowani tanim, dobrym i niezawodnym sprzętem pomiarowym. Paradoks łączący w jednym produkcie dobrą jakość i niską cenę wydaje się niemożliwy do spełnienia, niemniej jest on osią wyboru i maksymalizacja tego współczynnika przy zakupach to najważniejszy cel kupujących. Kolejne ważne kryteria wyboru wskazane przez specjalistów to marka i renoma producenta i co bardzo rzadko pojawia się w takich rankingach – długotrwała współpraca ze sprzedawcą. Na rynku aparatury jest dzisiaj dużo produktów różnej klasy, jakości i przeznaczenia. Taki wynik może być sygnałem, że klienci zaczynają tracić rozeznanie w tym, co jest warte uwagi i w naturalny sposób skłaniają się w decyzjach do inwestycji w renomowane marki i współpracę z dostawcami znanymi i wypróbowanymi na przestrzeni wielu lat. Można taki proces określać jako dojrzałość rynku.

TRENDY TECHNICZNE

Rozwój potencjału technicznego aparatury laboratoryjnej można próbować omówić, dzieląc te urządzenia na część sprzętową i programową. W zakresie platformy sprzętowej trwa nieustanna ewolucja związana z większą dokładnością i rozdzielczością, szybszą akwizycją sygnału, większą ilością pamięci itp. Rozwój platformy sprzętowej to także zdolność do współpracy z komputerem jako elementem systemu pomiarowego, coraz częściej dostępna komunikacja bezprzewodowa, a także skuteczne zabezpieczenia elektryczne, niewielkie wymiary pozwalające na określanie terminem mobilny lub możliwość pracy w terenie przy zasilaniu z akumulatora. Platforma sprzętowa to też duży wyświetlacz graficzny o coraz większej rozdzielczości z opcją sterowania dotykowego.

Dużo ciekawego dzieje się w zakresie oprogramowania, które wraz z komputerem sterującym całością procesu pomiarów staje się bardzo istotną częścią mierników. Jest ono odpowiedzialne za realizację nowoczesnego interfejsu użytkownika o przyjaznej funkcjonalności i dużych możliwościach wizualizacji danych. Oprogramowanie realizuje też komunikację z komputerem, zapewnia dostęp do wyników pomiarowych przez Internet i daje możliwość sterowania przyrządem przez sieć.

Wizualizacja danych to obecnie nie tylko eleganckie wyświetlanie, ale także wiążąca się z nim obróbka cyfrowa: zaznaczanie anomalii, wyliczanie parametrów sygnału (czasów, napięć, wartości charakterystycznych), dekodowanie protokołów i modulacji, testowanie poprzez nałożenie masek, sprawdzanie na zgodność ze standardem lub normami oraz pomiary automatyczne, gdzie nastawy są regulowane samoczynnie. To także możliwości pełnej automatyzacji procedury pomiarowej realizowanej po naciśnięciu jednego przycisku łącznie z przygotowaniem eleganckiego raportu w pliku PDF gotowego do podpisu. Już na pierwszy rzut oka widać, że od oprogramowania zależy coraz więcej i należy oczekiwać, że w kolejnych latach trend ten będzie się pogłębiał.