Każdy przestój linii produkcyjnej powoduje olbrzymie straty. Specjaliści z działów utrzymania ruchu niejednokrotnie postawieni są zatem przed koniecznością prowadzenia prac diagnostyczno-serwisowych w czasie normalnej eksploatacji maszyn i urządzeń przemysłowych. W takich sytuacjach warto zastanowić się nad miernikami cęgowymi.
Dostępne na rynku mierniki cęgowe to nie tylko możliwość pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych – często są to wielofunkcyjne przyrządy pomiarowe wyposażone np. w funkcję analizowania harmonicznych. Nie mniej istotne pozostają również przesłanki o charakterze ekonomicznym, bowiem mierniki cęgowe są znacznie tańsze od innych, kompleksowych przyrządów kontrolno-pomiarowych. Jednak warto zastanowić się nad tym, czy pomimo niższej ceny mierników cęgowych nadają się one do szerokiego zastosowania w warunkach przemysłowych. Jak podkreśla Adam Dresler z Ośrodka Pomiarów i Automatyki Przemysłu Węglowego: mierniki cęgowe stanowią najpopularniejsze przyrządy pomiarowe, które znajdują zastosowanie w procesach związanych z pomiarami elektrycznymi. Podstawowa zaleta tych urządzeń to przede wszystkim możliwość pomiaru, który odbywa się bez ingerencji w obwód elektryczny. Tym sposobem zyskuje się bezpieczeństwo użytkownika, a pomiar może być przeprowadzony podczas normalnej pracy urządzenia czy maszyny.
Należy dodać, że niektóre modele łączą funkcje miernika wielkości elektrycznych, rejestratora jakości energii oraz analizatora mocy. Tym sposobem zyskuje się kompleksowy, a zarazem wielofunkcyjny przyrząd pomiarowy.
Co możemy zmierzyć
Mierniki cęgowe to przede wszystkim pomiar podstawowych wielkości elektrycznych, takich jak prąd stały i przemienny, rezystancja, pojemność, częstotliwość, temperatura, czy też ciągłość obwodu elektrycznego. Niektóre modele stanowią dobre wsparcie przy rozwiązywaniu problemów z jakością energii obciążeń zmiennych. Funkcjonalność w tym zakresie uzyskuje się dzięki możliwości analizowania widm harmonicznych oraz filtrowi dolnoprzepustowemu, usuwającemu szumy o wysokich częstotliwościach. Z pewnością przydatna okaże się możliwość rejestrowania przebiegów w określonym zakresie czasowym celem oceny trendów lub problemów z jakością energii, które mogą powstać w efekcie działania krótkotrwałych zakłóceń.
Warto zwrócić uwagę na fakt, że niektóre modele mierników cęgowych pozwalają na pomiar wartości skutecznej TrueRMS prądu przemiennego oraz mocy czynnej, biernej oraz pozornej w zakresie do 600 kW/kVA/kVAR (nawet do 51. harmonicznej). Przez długi czas dominował pogląd, że mierniki cęgowe znajdują zastosowanie przede wszystkim przy pomiarach prądu o wartości przekraczającej 1 A. Jednak na rynku dostępne są modele, które pozwalają na pomiar bardzo małych wartości prądu rzędu od kilku do kilkunastu mA. Stąd też przyrządy tego typu doskonale nadają się do pomiarów sygnałów analogowych w systemach sterujących. Przy pracach serwisowych przyda się nie tylko możliwość pomiarów pętli prądowej i napięciowej, ale również funkcja generowania sygnału prądowego 4–20 mA i napięciowego 0–10 V.
… i gdzie możemy zmierzyć
Mierników cęgowych używa się także przy badaniach obciążenia prądowego poprzez weryfikację przepustowości obwodów elektrycznych. Przyrządy tego typu stanowią dobre narzędzie pomiarowe do wykrywania problemów związanych z harmonicznymi, które mogą być przyczyną niewłaściwej pracy urządzeń. Zastosowanie obejmuje również pomiary prądów rozruchowych, a w szczególności ich kontrolowanie w przypadku wystąpienia błędów w uruchamianiu lub częstego wyzwalania zabezpieczeń. Mierniki cęgowe używane są przy pracach związanych z parametryzowaniem oraz diagnozowaniem napędów o zmiennej częstotliwości.
Funkcje
Interesujące rozwiązanie stanowi funkcja logowania wartości maksymalnej i minimalnej. Tym sposobem użytkownik zyskuje oszczędność kosztów związanych z monitorowaniem mierzonych wartości. Mierzony sygnał jest próbkowany, a wartość maksymalna pomiaru „Hi” oraz wartość minimalna pomiaru „Lo” z każdej minuty jest zapisywana do wewnętrznej pamięci miernika. Funkcja INRUSH pozwala na pomiar maksymalnej wartości prądów rozruchowych. W kontekście analizy jakości zasilania z pewnością przyda się funkcja natychmiastowej oceny zawartości harmonicznych w mierzonych przebiegach napięciowych i prądowych (THD%-F). Parametr ten definiuje się jako stosunek sumarycznej rzeczywistej wartości skutecznej wszystkich harmonicznych do rzeczywistej wartości skutecznej odpowiadającej częstotliwości podstawowej. Bardziej zaawansowane modele wyposażone są w złącze komunikacyjne RS-232.
Wiarygodność pomiarów
Nabywając miernik należy zwrócić uwagę na dołączone do niego odpowiednie świadectwo wzorcowania. Stanowi ono dokument, który potwierdza zgodność parametrów deklarowanych przez producenta w odniesieniu do wzorca państwowego. W świadectwie wzorcowania oblicza się także niepewność pomiaru. Jest to różnica pomiędzy wartością pomiaru a rzeczywistą wartością tej wielkości. Definicja ta jest zawiła, natomiast w praktyce oznacza, że pomiar nie może być wyznaczony dokładnie. Tym samym żaden pomiar nie jest idealny, a niepewność pomiarów możemy obliczyć. Metrolodzy są zgodni co do tego, że na niepewność pomiarów składa się wiele czynników, a każdy z nich w jakimś stopniu wpływa na wynik pomiaru. Do kluczowych czynników determinujących dokładność pomiaru zalicza się cechy przyrządów, czy też zmysły osoby przeprowadzającej pomiary. W zależności od producenta podaje się różne okresy ważności tzw. kontroli metrologicznej. Pamiętać należy także, że miernik cęgowy stanowi przyrząd pomiarowy w myśl normy ISO 9001:2009. Dlatego też, nabywając miernik, należy zadbać o jego włączenie do procedury obejmującej okresowe sprawdzanie przyrządów pomiarowych. Świadectwa wzorcowania dotyczą takich przyrządów pomiarowych, jak mierniki do pomiarów napięcia i natężenia prądu, rezystancji izolacji, rezystancji uziemień, parametrów wyłączników różnicowoprądowych, pętli zwarcia, a także małych rezystancji. Świadectwa wzorcowania wydane są także dla mierników wielofunkcyjnych.
Wzorcowanie przeprowadzane jest w laboratorium wzorcującym. Chcąc zlecić wzorcowanie przyrządu pomiarowego, można zwrócić się do jego producenta lub dystrybutora (pod warunkiem, że dysponuje on niezbędnymi narzędziami kontrolno-pomiarowymi). Na przykład Laboratorium Badawczo-Wzorcujące firmy SONEL przeprowadza wzorcowanie w ciągu siedmiu dni roboczych, które liczone są od chwili dostarczenia przyrządu. Jednak istnieje możliwość indywidualnego ustalenia czasu realizacji usługi.
… i kilka przykładów
Oferowane na rynku mierniki cęgowe dzieli się na mierniki prądu przemiennego oraz przemiennego i stałego. Decydując się na zakup miernika cęgowego, w pierwszej kolejności należy określić, do pomiarów jakich wielkości i parametrów będzie on używany. Pamiętać należy także o średnicy przewodu mierzonego obwodu, bowiem czynnik ten determinuje maksymalne rozwarcie cęgów. Pod tym kątem oferta jest obszerna i obejmuje cęgi w wykonaniu miniaturowym oraz cęgi o zwiększonym rozwarciu osiągającym do 60 mm.
Nabyć można zarówno mierniki cęgowe przeznaczone do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych, jak i zaawansowane przyrządy pozwalające na ocenę jakości energii elektrycznej.
Na rynku oferowane są mierniki cęgowe (np. FLUKE serii 320), które zostały zaprojektowane z myślą o elektrykach i specjalistach utrzymania ruchu. Podstawowe cechy to niewielkie rozmiary. Z pewnością w warunkach przemysłowych przyda się zwiększona odporność na czynniki mechaniczne. Możliwość obsługi przy użyciu jednej dłoni oraz odpowiedni kształt pozwala na szerokie zastosowanie w trudno dostępnych miejscach.
Miernik cęgowy DC/AC TRMS CM 07 z oferty firmy INTROL przeznaczony jest do pomiaru wartości skutecznej TRMS. Cechuje się on wysoką rozdzielczością wyniku pomiaru prądu stałego (10 mA) oraz przemiennego (1 mA). O realizowanych funkcjach oraz o wynikach pomiarów użytkownik jest informowany za pomocą wyświetlacza LCD 3 1/2 cyfry. Interesujące rozwiązania stanowią mierniki produkowane z myślą o motoryzacji. Dzięki nim można w prosty sposób przeprowadzić pomiary w trudno dostępnych miejscach. Do ciekawych przyrządów zalicza się również przystawki cęgowe do tradycyjnych przyrządów pomiarowych. Na rynku dostępne są także mierniki cęgowe miniaturowe. Nabyć można również mierniki, które wyposażone są w funkcje przydatne przy diagnozowaniu i serwisowaniu systemów HVAC.
Bardziej zaawansowane modele, z jednej strony pozwalają na pomiar mocy czynnej, biernej i pozornej oraz analizę harmonicznych, zaś z drugiej mogą pracować w trybie oscyloskopu. Podczas używania tej funkcji podstawa czasu kształtuje się w zakresie od 2,5 do 50 ms/dz.
Wojciech Fuszara, specjalista ds. aparatury pomiarowej, BIALL
Mierniki cęgowe to urządzenia pomiarowe umożliwiające pomiar prądów bez potrzeby rozwierania mierzonego obwodu. Klasyczny pomiar prądu wymaga rozwarcia badanego obwodu, w celu szeregowego podłączenia amperomierza (lub multimetru z zakresami prądowymi), co bywa kłopotliwe, czasochłonne, niebezpieczne, a czasem wręcz niemożliwe do wykonania. Metoda cęgowa umożliwia pomiar zarówno prądów o dużych wartościach, co jest cenne w zastosowaniu w energetyce i przemyśle podczas normalnej eksploatacji urządzeń i maszyn, jak i tych o znikomym amperażu, czyli np. prądów upływowych AC. Duże zainteresowanie wśród automatyków budzą mierniki cęgowe do testowania pętli sterowania 4~20 mA DC, znacznie ułatwiające analizowanie pracy układów sterowania.
Mierniki cęgowe muszą spełnić określone warunki, aby odpowiadały wymogom sektora elektroenergetycznego, m.in.: wiarygodny pomiar prądów z zawartością harmonicznych (pomiar rzeczywistej wartości skutecznej – TrueRMS), szybki i jednoznaczny odczyt w różnorodnych warunkach (podświetlany wyświetlacz, funkcja Hold, bargraf, szybkie próbkowanie, stosowanie układów z dużymi wartościami zliczania), pomiar wartości szczytowych i prądów rozruchowych, zapewnienie możliwie wysokiego bezpieczeństwa pomiaru (zalecana KAT IV 600 V), wygodna obsługa zarówno w rękawicy ochronnej, jak i bez niej.
Większość oferowanych na rynku mierników cęgowych oprócz pomiaru prądu wyposażona jest w funkcje charakterystyczne dla mierników uniwersalnych, natomiast najbardziej zaawansowane pozwalają mierzyć także moc czynną, bierną i pozorną, całkowity współczynnik mocy PF, współczynnik zawartości harmonicznych THD, a także energię.
Paweł Polus, Atel Electronics
Mierniki cęgowe coraz częściej przejmują funkcje klasycznych multimetrów. Dzięki temu inżynier nie musi nosić przy sobie kilku urządzeń. Jeden kompaktowy miernik umożliwia mu szybki pomiar prądu AC i DC na cęgach, a oprócz tego dokładny pomiar napięcia, rezystancji, pojemności, ciągłości obwodu, napięcia na diodzie, częstotliwości, a czasem jeszcze więcej.
Wybierając miernik, warto zwrócić uwagę nie tylko na jego funkcje pomiarowe, ale też na liczbę i wartości zakresów pomiarowych. W przypadku większości przetworników najdokładniejszy pomiar uzyskamy przy pomiarach w 2/3 zakresu pomiarowego. Jeśli więc prądy, które mamy zamiar mierzyć, znajdują się w przedziale 200–300 A, nie wybierajmy miernika, który oferuje bardzo popularne zakresy 200 A/1000 A. Miernik oferujący zakres 400 A da najdokładniejsze wyniki pomiarów bez ryzyka przekroczenia zakresu.
Kolejną ważną funkcją jest pomiar wartości skutecznych True-RMS. Miernik umożliwiający taki pomiar będzie wskazywał prawdziwą wartość skuteczną przebiegów zmiennych, innych niż sinusoidalne. W przypadku miernika pozbawionego tej funkcji możemy być pewni, że pomiar np. prądu piłokształtnego czy przebiegu impulsowego będzie obarczony dużym błędem.
Wybór mierników na rynku jest bardzo duży. Producenci oferują mierniki cęgowe nie tylko różniące się funkcjami pomiarowymi, ale o różnych wymiarach, kolorystyce i jakości wykończenia. Te cechy, wbrew pozorom, też mają znaczenie choćby dlatego, że „cęgówki” potrafią osiągać czasem wymiary kilkunastu centymetrów, co już pozwala nazwać miernik „kieszonkowym”.
Autor: Sławomir Pietras
