Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Metrologie elektrických veličin v současnosti

doc. Ing. Jiří Horský, CSc.,
Dr. Ing. Pavel Horský

Během minulých dvaceti let byl v České republice vytvořen národní metrologický systém  shodný se systémy jiných zemí západní Evropy, a to jak na úrovni národních metrologických  institutů, tak na úrovní akreditovaných kalibračních laboratoří. Česká republika se  stala plnohodnotným členem všech s tím souvisejících regionálních i globálních organizací.  Metrologie elektrických veličin je součástí tohoto systému.

Historie

Státní metrologie v oblasti elektrických  veličin měla v Československu dříve omezený  rozsah. Před vznikem Československého  metrologického ústavu Bratislava (ČSMÚ)  se státní metrologie zaměřovala především  na stejnosměrný odpor a stejnosměrné napětí.  Na rozdíl od sovětského modelu, který měl  pro všechny veličiny etalony a metodiky i návaznosti,  byl v Československu rozsah kalibrací  zajišťovaný státem podstatně užší. Československý  metrologický ústav Bratislava,  založený v roce 1968, postupně zajišťoval základní  stejnosměrné a nízkofrekvenční etalony,  vysokofrekvenční veličiny jen nejzákladnějšího  typu. Výhodou, ale i nevýhodou byla  dostupnost kalibrací, protože se za ně platil  pouze nepatrný správní poplatek. Mnoho organizací  si nechalo etalony kalibrovat pouze  proto, aby splnily zákon, ale bez technické  potřeby, a výsledky nebyly využívány. Velkým  nedostatkem byla nemožnost získat kalibrace  v jiné organizaci.

Elektronická měření v širokém rozsahu,  včetně vývoje, byla vykonávána v Tesle Brno.  Stejnosměrné a nízkofrekvenční veličiny kvalitně  měřila Metra Blansko. Speciální veličiny,  včetně modulací, byly měřeny v Mesitu  Uherské Hradiště a Testcomu Praha. V oblasti  měření elektrických veličin a výroby měřicích  přístrojů pracovalo v té době více než  15 000 pracovníků koncernu Tesla měřicí  a laboratorní přístroje.

V podnicích byly zavedeny a byly obvyklé  řády metrologie zpracované na různé úrovni.  Sovětský metrologický systém ovlivnil armádu,  ale na civilní sektor měl minimální vliv.  Na jaře 1968 byly do češtiny přeloženy tři základní  materiály Britského kalibračního sdružení  a nejméně Tesla Brno a Mesit Uherské  hradiště uvažovaly o akreditaci. Tyto úvahy  rychle ukončil srpen 1968.

Po roce 1989 byl u nás zájem o práci  WECC (Western European Calibration Cooperation),  ale ze strany WECC byl přístup  odmítavý. Zlom nastal až v roce 1993 přidružením  k Evropské akreditaci (EAL). Spolupráce  začala účastí na práci pracovních skupin,  a především na mezinárodních porovnáních,  kde aktivita EAL v té době vrcholila.  Tehdy vznikaly nejdůležitější akreditované  laboratoře, které využívaly zázemí nebo alespoň  zkušenosti z dřívějších metrologických  útvarů podniků.

Direktivní metrologické systémy

Snahou direktivních metrologických systémů  bylo normalizovat i oblast metrologie.

V dřívějším SSSR to byl obsáhlý systém  norem GOST, u nás vznikla snaha zavést novou  skupinu norem zabývající se oblastí metrologie.  Byla zavedena třída norem 99 (poslední  v číslování ČSN). V této skupině dosud  zůstalo asi sedmnáct norem, ale žádná z nich  není z oblasti elektrických veličin.  Elektrické veličiny účinně odolávaly snahám  o metrologickou normalizaci, protože  rychlý vývoj přesnosti měření a etalonů obvykle  znemožňoval konzervaci stavu zatříděním  do požadavků stanovených v rámci  normalizace.

Vojenská norma USA MIL STD 45662A a její význam

Ve světě západně od nás měla velký význam  vojenská norma MIL STD 45662A.  Technickým základem této normy byl požadavek  na návaznost a na poměr mezi přesností  kalibrovaného zařízení a etalonu 4 : 1.  Norma MIL-STD-45662A Kalibrace, systémové  požadavky byla zrušena v roce 1995,  ale v mnoha zemích byla velmi vžitá a dosud  její zásady přetrvávají. Měly ji nahradit  normy ISO 10012-1 a ANSI/NCSLZ540-1,  nyní spíše ISO/IEC 17025:2005.

Elektrické veličiny v ČR

Národní metrologický systém v oblasti  elektrických veličin tvoří asi dvacet pět  akreditovaných laboratoří a Český metrologický  institut (ČMI). Ten po rozdělení republiky  budoval celou referenční metrologii  elektrických veličin nově, protože historické  československé etalony zůstaly na Slovensku.  Akreditované kalibrační laboratoře jsou u nás  novým jevem posledních dvaceti let. Zajišťují  metrologické služby (kalibrace) jako placenou  službu. V každé zemi EU je jen jeden  národní akreditační orgán a jednotné hledisko  posuzování na základě stejné normy  (ISO IEC 17025). Služby akreditovaných laboratoří  v různých zemích jsou ekvivalentní  (multilaterální dohoda Evropské akreditace  – EA). Průměrná akreditovaná laboratoř  elektro v ČR má čtyři pracovníky. Převážná  část kalibrací je provedena v rozsahu přesností,  které mají referenční etalony laboratoře.  Referenční etalony v oblasti elektrických  veličin jsou v současné době na celém světě  srovnatelných typů a přesnosti.

Akreditace je potvrzení nezávislosti, objektivity  a odborné způsobilosti laboratoře  pro vykonávání kalibrací třetí stranou. To je  akreditačním orgánem, který je třetí stranou  mezi laboratoří a zákazníkem. Zvítězila nad  direktivními metrologickými systémy v neregulované  sféře měření v celosvětovém měřítku.  Akreditace nezaručuje správnou funkci  laboratoře, pouze potvrzuje schopnost laboratoře  plnit stanovená kritéria. Dozor třetí  stranou (akreditace) je při ekonomických  podmínkách tržního hospodářství vytvářejícího  tlaky na zvyšování produktivity nezbytným  prostředkem zajišťování jakosti kalibrací.  Jde ale o to, aby dozor směroval ke kontrole  a ke zlepšování vlastní technické vyspělosti  laboratoře a nepreferoval formální požadavky,  které kvalitu měření neovlivní. Proto  je úloha dozoru nezastupitelná, není však  všelékem. Problémem dozoru může být jeho  formálnost z hlediska technické problematiky  měření. Základní slabinou akreditace je  zajištění úrovně posuzování technických požadavků.  Ty jsou obvykle založeny na práci,  znalostech a zkušenostech externího technického  posuzovatele. Úloha technického posuzovatele  při akreditaci (kterého si s sebou  bere akreditační orgán pro posouzení speciálních  technických problémů) má určující vliv  na úroveň posuzovaných laboratoří. Externí  posuzovatel by měl zajišťovat v první řadě  odbornost, ale současně i nezávislost a nemít  žádné zájmy na výsledku posouzení. Kvalita  akreditace proto závisí především na kvalitě  odborných posuzovatelů. Jejich výběr je tím  těžší, čím je země menší, čím menší má technickou  základnu hospodářství a čím je obor  měření speciálnější. Omezujícími jsou i hlediska  konkurence a možnosti přenosu informace  mezi laboratořemi. Posuzovatel posuzuje  vždy s určitou subjektivitou.

Historie akreditace

Akreditované laboratoře byly zakládány  z potřeby udržet kvalitu měření, a to zejména  v době druhé světové války v Austrálii  (Approved Wartime Test House Scheme) [3]. Autorům systému se po válce podařilo zkušenosti  převést i do civilního sektoru. Po  Austrálii (akreditační orgán NATA – The  National Association of Testing Authorities  – Australia, akredituje od roku 1947) následoval  Nový Zéland (akreditační orgán TELARC  akredituje od roku 1973), Dánsko,  Velká Británie a po roce 1970 nastalo masové  rozšíření tohoto systému v mnoha zemích  světa.

Současný stav a problémy

Akreditované kalibrační laboratoře:

  • zajišťují metrologické služby (kalibrace)  jako placenou službu,
  • v každé členské zemi Evropské akreditace  je pouze jeden národní akreditační orgán,
  • mají jednotné hledisko posuzování na základě  stejné normy (ISO/IEC 17025).

Služby akreditovaných laboratoří v různých  zemích jsou ekvivalentní (multilaterální  dohoda EA a dohody mezi EA a jinými akreditačními  subjekty).

Současné pojetí akreditace podle normy  ČSN EN ISO/IEC 17025 [2] má dvě zřetelně  oddělené části, technickou a netechnickou.  Technická část se týká vědeckých, technických  a matematických otázek souvisejících  s vlastním produktem činnosti laboratoře, kterým  je kalibrace nebo zkoušení ve vymezené  oblasti. Netechnická část souvisí se strukturou  managementu laboratoře, strukturou dokumentace  její činnosti.

Systém kvality laboratoře podle normy  ČSN EN ISO/IEC 17025:2005 

Akreditace je založena na dvou základních  myšlenkách:

  • řekni a zapiš, co děláš,
  • dělej to, co jsi řekl.

Vše se dělá v rozsahu požadavků akreditační  normy ČSN EN ISO/IEC 17025:2005.  Výhodou akreditace pro zákazníka by mělo  být mj. i průhledné a předvídatelné chování  akreditované laboratoře, dané požadavky kapitoly  normy EN ISO/IEC 17025:2005. Pěkně  toto zobecnění přístupu ukazuje [5].  Technické problémy, kapitola 5 normy  ČSN EN ISO/IEC 17025:2005  Společným požadavkem na kalibrační i na  zkušební laboratoře je potřeba, aby měření  bylo vykonáno se specifikovanou a správně  určenou nejistotou. Nejistota měření laboratoře  je omezena jenom zdola, tj. nemůže  být menší, než je dáno zařízením, návazností  a zkušeností personálu. Toto omezení je  v současné době specifikováno jako nejlepší  schopnost měření, CMC, uvedená v příloze  osvědčení k akreditaci. Naproti tomu není  nejistota měření omezena. Laboratoř může  udávat velkou nejistotu, záleží pouze na splnění  požadavků zákazníka. Z hlediska posuzování  tedy laboratoř nesmí v rámci akreditace  uvést nejistoty menší, než jsou u její uznané  nejlepší měřicí schopnosti (CMC, dříve  označované jako BMC). Uvede-li laboratoř  nejistotu větší, než je skutečně dosažená, nedopustí  se přestupku proti akreditaci, protože  správný výsledek je splněn i v rámci větší nejistoty,  pouze s větší rezervou. Stanovení nejistoty  měření záleží na použitých etalonech,  kvalitě jejich návaznosti a rovněž na kvalitě  a znalostech personálu.

Technická variabilita akreditace

V oblasti elektrických měření je v podstatě  vybavení kalibračních laboratoří v celém  světě unifikováno. Například pro měření  stejnosměrného napětí 10 V má převážná  většina laboratoří jako referenční etalon  multimetr Agilent 3458A a pro generování  10 V jako referenční etalon kalibrátor Fluke  5700. V literatuře [4] byl veden pokus porovnání  náhodně vybraných akreditovaných  laboratoří, který poskytl zajímavé výsledky,  podobné, s jakými se lze setkat i u nás a jinde  v Evropě.

Uvedené etalony (kalibrátor Fluke 5700  a multimetr Agilent 3458A) jsou velmi málo  citlivé na vliv prostředí a nemají speciální  požadavky na kvalifikaci personálu. Jestliže  bude nejistota navázání zanedbatelná (poměr  nejistot při kalibraci ≥ 3/1), nejlepší schopnosti  měření všech laboratoří by měly být  stejné nebo velmi podobné. Nabízí se i myšlenka,  že by takové nejlepší schopnosti mohly  být jednotné pro všechny laboratoře, popř.  i stanoveny určitým doporučením. Skutečnost  je však jiná, a to nejen u nás, ale i jinde  ve světě. Pro měření napětí 10 V s multimetrem  Agilent 3458A Opt 2 je katalogová jednoroční  specifikace bez vlivu navázání pro  rozsah do 11 V (4 μV/V + 0,5 μV) a CMC  pro 10 V u náhodně vybraných akreditovaných  laboratoří se podle [4] pohybovalo mezi  26,5 a 102 μV. Pro generování s přístrojem  Fluke 5700 je katalogová jednoroční specifikace  bez vlivu navázání (3,5 μV/V + 2,5 μV)  a CMC pro 10 V u náhodně vybraných akreditovaných  laboratoří se podle [4] pohybovalo  mezi 27,5 a 143,5 μV.

Tento příklad ukazuje, že i na poměrně  jednoduché veličině a optimální měřené hodnotě  kolísají nejlepší schopnosti měření v poměru  až 1 : 4 pro stejně vybavené laboratoře.  To je rozptyl až zarážející, který nemůže odpovídat  ani rozdílům v úrovni navázání, ani  rozdílům v úrovni kvalifikace personálu. Prostředí  v tomto případě málo ovlivňuje nejistotu  a zařízení bylo u všech laboratoří uvažováno  shodné.

Mezilaboratorní porovnání a jeho  význam

Mezilaboratorní porovnání je důležitou  a objektivní metodou kontroly práce laboratoře.  Při porovnávacích zkouškách není  apriori určen poměr nejistot měření účastníků  tak jako při kalibraci. Podmínkou je, aby  laboratoře vstoupily do porovnání s udanou  vlastní nejistotou měření (např. navázání na  národní metrologický institut v souladu se  schopnostmi měření tohoto institutu, uvedenými  v databázi schopností měření KCDB na  http://www.BIPM.org). Mohou být vzájemně  porovnávány laboratoře s nejrůznějším poměrem  nejistot měření. Pokud jsou tyto nejistoty  souměřitelné, používá se výsledek měření po  analýze k potvrzení schopnosti měření všech  zúčastněných laboratoří.

Porovnání se u kalibračních laboratoří hodnotí pomocí činitele En.

Při porovnávacích zkouškách akreditovaných  laboratoří je zpravidla jedna laboratoř  vedoucí, tzn. referenční s podstatně nižší nejistotou.  Ta určuje referenční hodnotu, ke které  je vztažen výsledek ostatních laboratoří. Ty však nejsou hodnoceny podle velikosti nejistoty,  ale podle vztahu mezi výsledkem měření  a nejistotou stanovenou při akreditaci. Odchylka  En je normalizována vzhledem k uváděné  nejistotě a je určena vztahem:


kde