Zainwestowaliśmy. Zakupiliśmy nowoczesne narzędzia diagnostyczne, z zapałem zabieramy się do realizacji pomiarów. Jednak czy jesteśmy już do tego przygotowani? Jak ustrzec się błędów i właściwie zinterpretować otrzymane wyniki?
Eksperci od diagnostyki jednoznacznie wskazują – posiadanie odpowiedniego sprzętu – narzędzi i możliwości przeprowadzenia diagnostyki według konkretnych metod, to dopiero połowa sukcesu. Znacznie trudniejszym zadaniem jest przeprowadzenie samych pomiarów, a następnie prawidłowa interpretacja ich wyników. Źle przeprowadzony pomiar lub nieprawidłowa interpretacja danych niweczą zaangażowanie włożone w rozwijanie diagnostyki. Jak zatem przy precyzyjnych i skomplikowanych narzędziach otrzymywać wiarygodne wyniki? I w jaki sposób można uniknąć błędów na tych etapach realizacji zadań diagnostycznych?
Wszelkiego rodzaju pomiary z założenia służą ocenie analizowanych przedmiotów, procesów czy zjawisk. Podstawą diagnostyki staje się analiza określonych parametrów, w szczególności w zakresie zmian zachodzących w czasie. Warto mieć na uwadze, że dużą zmiennością charakteryzuje się samo środowisko, w którym odbywają się pomiary diagnostyczne. Zmieniają się w nim między innymi warunki otoczenia – środowisko pracy, temperatura, wilgotność, hałas, drgania czy zanieczyszczenia. Zmieniają się także urządzenia pomiarowe – wraz z upływem czasu te same pomiary mogą być prowadzone różnymi egzemplarzami tego samego urządzenia czy różnymi urządzeniami. Zmieniać się może także sposób kalibracji pojedynczego urządzenia – zwłaszcza w zakresie tych urządzeń, które wymagają określonych sposobów dopasowania do konkretnych warunków pracy czy przeprowadzanego pomiaru. Ważnym i często niedocenianym obszarem zmian są pracownicy, wraz ze zmianą pracownika wykonującego pomiar zmieniać się może sposób wykonania tego pomiaru – na bazie własnych doświadczeń, wiedzy i umiejętności to samo zadanie będzie bowiem wykonywane przez różne osoby w inny sposób.
Mierzone procesy się zmieniają – aby jednak móc w sposób rzetelny ocenić zachodzenie zmian, konieczne staje się zapewnienie takich samych warunków pracy przy wszystkich kolejnych pomiarach tego samego parametru czy zjawiska. Rzetelność pomiarów wymaga, aby dochować zasady niezmienności czynników otoczenia – zapewnić stałość tych czynników lub odpowiednie mechanizmy kompensacji wyników pomiarów, które pozwoliłyby na skorygowanie tych wyników w odniesieniu do zmian zachodzących w otoczeniu czy sposobie przeprowadzania pomiaru. Przy tym ostatnim problemie pomocna może być statystyka. Narzędzia matematyczne i statystyczne pozwalają dziś na dokonanie wielu korekt, urzeczywistniając wyniki realizowanych pomiarów. W momencie zebrania określonej grupy wyników i wartości pomiarów, statystyka pozwala nam na przykład na pozbycie się wyników skrajnych – zaburzających wyniki i odstających od nich w wyraźny sposób. Sama liniowość wyników może jednak być także „ciszą przed burzą”, gwałtowny, skokowy wzrost wartości konkretnego parametru może być zapowiedzią awarii lub też wyraźnym jej sygnałem. Najważniejsze, by do oceny nie wykorzystywać pojedynczych pomiarów, ale większą ich grupę, co pozwala na eliminację wyników skrajnych i niewpisujących się w trend. Pomiary o charakterze diagnostycznym mają na celu identyfikację określonych parametrów. Przy określonych wartościach parametry te uznawane są za niewłaściwe – aby jednak było to możliwe, wartości te muszą być dla nas wiarygodne. Taka matematyczna ocena danych okazuje się być przydatna między innymi wtedy, gdy dane zbierane są w sposób zdalny i zautomatyzowany – liczba wyników jest duża, a statystyka daje wówczas możliwość oceny każdej z zebranych wartości.
Wiedza i doświadczenie
Aby prawidłowo przeprowadzić pomiar, konieczne jest odpowiednie przygotowanie – zarówno przyrządu pomiarowego, jak i przedmiotu pomiaru. Porównywanie wyników ma bowiem sens tylko wówczas, gdy możliwe jest zapewnienie wiarygodności zebranych danych. Aby dane mogły być podstawą do porównań, wyciągania wniosków i podejmowania sensownych działań, konieczne jest zapewnienie obiektywności pomiaru. Obiektywność ta może być osiągana przez wykorzystanie tych samych narzędzi, tak samo kalibrowanych, pracujących w tych samych warunkach. To także wspomniana niezmienność warunków otoczenia. Zmienność „czynnika ludzkiego” można eliminować, tworząc procedury określonych rodzajów pomiarów, by niezależnie od osoby realizującej pomiar przeprowadzany był zawsze według tych samych zasad i takich samych kryteriów.
Rzetelność pomiarów wynika także z doświadczenia obsługi. Wiele dać może odpowiednia znajomość obsługiwanego sprzętu. Historia zna bardzo wiele przypadków pomiarów przeprowadzonych na dobrze przygotowanym sprzęcie, w odpowiednich warunkach, ale przez niewykwalifikowanego pracownika. Obsługa nowoczesnych narzędzi diagnostycznych wymaga nie tylko dobrych chęci, ale przede wszystkim odpowiedniej wiedzy i przeszkolenia. Nic zatem dziwnego, że dobry diagnosta tak wiele uwagi poświęca swoim kwalifikacjom, także w zakresie umiejętności wykorzystania nowoczesnych narzędzi, bogactwa ich funkcji i mechanizmów decydujących o pracy urządzenia.
Gdzie mogą powstawać błędy? Doświadczenia i wiedzy operatora wymagają m.in. badania termograficzne. Dostawcy kamer zwracają często uwagę na konieczność zapewnienia odpowiednich warunków pracy. Pomiary termowizyjne związane są z koniecznością ustawienia odpowiedniego poziomu emisyjności. Emisyjność to zdolność konkretnego ciała do emisji promieniowania podczerwonego. Zależy ona od wielu czynników – rodzaju i stanu powierzchni czy nawet aktualnej temperatury danego ciała. Nieodpowiednie ustawienie poziomu emisyjności może prowadzić do znacznych zaburzeń pomiarów termograficznych. Samą emisyjność można określić za pomocą tabel emisyjności, pomiarów referencyjnych czy specjalnych do tego celu taśm. Drugim popularnym błędem jest nieprawidłowe ustawianie parametru RTC (Reflected Temperature Compensation), czyli kompensacji temperatury odbitej. Materiały odbijające temperaturę mogą przekłamywać wyniki pomiarów – kamera termowizyjna „złapie” bowiem zarówno promieniowanie emitowane, jak i odbijane przez badaną powierzchnię. Aby skorygować ryzyko wystąpienia błędu, dokonuje się pomiaru temperatury odbitej za pomocą radiatora Lamberta, odbijającego incydentalne promieniowanie przy optymalnym rozproszeniu. W przypadku pomiarów prowadzonych na świeżym powietrzu wpływ na ich jakość mogą mieć warunki atmosferyczne: występowanie opadów czy pora dnia (dlatego zaleca się prowadzenie badań budynków w określonych warunkach pogodowych czy temperaturowych). Wspomniane przykłady błędów przy badaniach termograficznych doskonale ilustrują skalę problemu – aby sprawnie realizować pomiary nie wystarczy dziś mieć kamery. Konieczne jest posiadanie odpowiedniej wiedzy w zakresie obsługi urządzenia, jego funkcji, parametrów pracy ustawianych przed dokonaniem pomiarów. Konieczne jest posiadanie także odpowiedniej wiedzy merytorycznej i związanej z samą metodologią pomiarów, by wiedzieć, co i w jaki sposób powinno być przed pomiarem przygotowane, a także jak pomiar przystosować.
O wyniku decyduje metoda
Zdarza się, że za zły wynik pomiaru odpowiada nieprawidłowy dobór metod pomiarowych. Takie zagrożenia związane są chociażby z pomiarami przepływów – obecnymi w realizacji wielu różnych procesów technologicznych. Dobór metody pomiarowej zależy tu m.in. od odpowiedzi na kilka podstawowych pytań – jakiej substancji dotyczy przepływ, czy pomiar ma wartość technologiczną czy rozliczeniową i jak powinien być dokładny. Różne rodzaje przepływomierzy pozwalają mierzyć ilość energii w parze wodnej czy dozować przepływającą masę. Odpowiedni dobór narzędzia pomiarowego będzie decydować o rzetelności przeprowadzenia pomiarów, a zatem bezpośrednio o wiarygodności uzyskanych za ich pomocą wyników i sensowności ich dalszego przetwarzania. Niezmiernie ważna jest także odpowiednia kalibracja przyrządów.
Czasem bywa tak, że błędy mogą powstawać przez zupełny przypadek. Nieodpowiedni dobór miernika, błędna kalibracja narzędzia pomiarowego, omyłkowe jego przestawienie, realizacja pomiarów niedokładnie – to wszystko może zaburzyć wartości pomiarów. Pomiary realizowane przez człowieka są obciążone marginesem jego błędu. „Nie myli się ten, kto nic nie robi” – nawet najsolidniejszemu pracownikowi zdarzyć się może pomyłka. W takich sytuacjach kluczowe okazuje jest doświadczenie. Często pozwala na wyłapanie błędu już na etapie realizacji pomiarów.
Dlaczego prawidłowość pomiarów jest tak ważna? Diagnostyce maszyn, urządzeń i procesów poświęca się dziś coraz więcej uwagi. Podejmowane decyzje są zwykle efektem wyników otrzymanych z działań pomiarowych. Nieprawidłowe prowadzenie pomiarów lub zła interpretacja wyników mogą sprawić, że diagnoza okaże się zupełnie nietrafiona. Z kolei nieprawidłowo prowadzony pomiar ilościowy (np. wycieków) może w fałszywy sposób zaniżać lub zawyżać skalę badanego zjawiska, powodując za mało zdecydowane lub zbyt intensywne reagowanie na zachodzące zmiany i pojawiający się problem.
Mgr inż. Jerzy Halkiewicz, Regional Manager – UE Systems Polska
Minimalizacja ilości błędów pomiarowych, a Technologia Ultradźwiękowa
Błędy pomiarowe są wpisane w pomiar techniczny i są rzeczą naturalną. Należy je możliwie minimalizować. W artykule autor wskazuje, że zakup odpowiedniego urządzenia pomiarowego to połowa sukcesu w kierunku prawidłowych pomiarów. W pełni się zgadzam z tym twierdzeniem i myślę, że powinno się iść o krok dalej i uznać zakup samego urządzenia za jedną trzecią sukcesu. Dlaczego tylko jedną trzecią?
W pełni funkcjonujący program pomiarowy (predykcyjnego utrzymania ruchu, pomiaru wycieków sprężonego powietrza, odwadniaczy parowych itd.) aby działał w sposób odpowiedni i możliwie wolny od błędów pomiarowych powinien zostać tworzony w oparciu o trzy filary. Pierwszym jest oczywiście zakup odpowiedniego urządzenia pomiarowego.
Drugim jest szkolenie dla osób kierujących programem oraz osób realizujących cykliczne pomiary. Jest to filar najbardziej powiązany z eliminacją błędów pomiarowych. Odpowiednio przygotowana kadra będzie wiedzieć jakich błędów organizacyjnych i techniczno-pomiarowych unikać podczas tworzenia i realizacji programu. Warto pytać o pakiety urządzenie + szkolenie, najlepiej o szkolenie na własnym zakładzie, gdzie instruktor przyjedzie, przeszkoli osoby w wybranym zakresie i przede wszystkim przeprowadzi pierwsze pomiary dając wytyczne jak przeprowadzić je w sposób najwłaściwszy.
Trzecim filarem jest wsparcie techniczne ze strony producenta/dystrybutora urządzeń. Czasem stając twarzą w twarz z pomiarem, nie jesteśmy pewni jego znaczenia. Jasnym jest, że należy określić naturę tego co zmierzyliśmy, ponieważ w związku z tym pomiarem trzeba będzie dokonać kolejnych akcji. I tutaj warto zasięgnąć opinii osoby lub kilku osób, które rozumieją urządzenia i spodziewane rezultaty pomiarów najlepiej. Po nakreśleniu problemu i uzyskaniu niezależnej opinii na temat pomiaru można podjąć kolejne działania ze świadomością, że postępujemy w sposób prawidłowy.
W technologii ultradźwiękowej, zależnie od zastosowania, błąd można popełnić na wiele sposobów z racji na zjawiska fizyczne, które tworzą ultradźwięki – tarcie i turbulencję. Pomiary mogą być zakłócane, jednak od wiedzy i doświadczenia osoby przeprowadzającej pomiar zależy minimalizacja tych błędów. Gdy technologia jest implementowana, ważna jest wiedza i praktyka wynikająca ze szkolenia. Z czasem dochodzi do tych cech doświadczenie i obycie z urządzeniem, które wraz ze wsparciem technicznym pozwala rozwiązywać problemy i funkcjonować w ramach godnego zaufania programu pomiarowego.
Marcin Strączkiewicz, Specjalista ds. Diagnostyki EC Systems
Niestety, mimo dostępu do coraz to nowszych narzędzi pomiarów drgań wibroakustycznych trudno jest uniknąć popełniania prostych błędów w przeprowadzaniu pomiarów lub w interpretacji ich wyników. Warto więc w tej sytuacji, przypomnieć kroki, które należy przedsięwziąć, aby otrzymać wiarygodny, informatywny pomiar drgań.
Pierwszym etapem jest odpowiednie podejście do przeprowadzenia pomiaru, co w praktyce oznacza wybór i przygotowanie czujnika pomiarowego. Ważnymi aspektami, o których musimy pamiętać przy wyborze czujników, są ich zakres pomiarowy, czułość oraz sposób montażu. Ponadto, dobrze jest odpowiednio wcześniej poznać obiekt, który chcemy „zmierzyć”, tak aby wiedzieć, jakich częstotliwości oraz amplitud drgań możemy się spodziewać oraz jak dokładny pomiar potrzebujemy wykonać.
Nie można oczywiście zapominać o właściwym rozmieszczeniu czujników drgań. Zależy nam przecież na jak najlepszym oddaniu stanu maszyny. Czujniki powinny być rozłożone, w miarę możliwości, w strefie największego obciążenia badanego elementu kinematycznego.
Jeżeli chodzi o samo przeprowadzenia pomiaru, to nie należy zapominać o rejestracji warunków pracy (takich jak np. prędkość maszyny czy obciążenie) maszyny oraz ich stabilności (stacjonarności). Przy przeprowadzaniu analizy porównawczej dopuszczalne jest porównywanie sygnałów zarejestrowanych wyłącznie przy takich samych parametrach pracy.
W przypadku systemów ciągłego monitorowania walidacja, czyli dopuszczanie zarejestrowanych danych do dalszej analizy, nie rzadko odbywa się automatycznie. Często jednak nie dysponując takim systemem inżynier utrzymania ruchu, dokonujący pomiaru, musi decydować o przydatności sygnału samodzielnie. W razie wątpliwości co do jakości danych warto powtórzyć pomiar. Czynność ta nie jest czasochłonna, a może pomóc uniknąć pomyłki przy ocenie stanu maszyny.
Poprawnie zarejestrowany sygnał wraz z informacją o parametrach procesowych jest gotowy do przeprowadzenia dalszej analizy, ale jest to temat na osobny komentarz.
Wojciech Fuszara Kierownik działu zaopatrzenia BIALL
W praktyce często spotykamy się z problemami dotyczącymi błędnych wyników pomiarów. Przyczyny bywają różne. Przede wszystkim mamy do czynienia z tzw. czynnikiem ludzkim, czyli niewystarczającym przygotowaniem osoby prowadzącej pomiar lub co gorsza – wręcz brakiem jakiegokolwiek przygotowania merytorycznego, co niejednokrotnie oprócz błędnego wyniku może być przyczyną wypadku lub uszkodzenia przyrządu pomiarowego (np. podczas mierzenia wielkości elektrycznych).
Problem pojawia się przy nieznajomości podstaw miernictwa, sposobu działania urządzeń pomiarowych czy wręcz braku świadomości dotyczącej różnic między jednostkami miary.
Niestety coraz większa liczba użytkowników, zabiera się za pomiary bez zapoznania się z instrukcją obsługi miernika, a co za tym idzie, bez znajomości jego specyfikacji, indywidualnych funkcji czy wymagań. Wiadomo, że każdy przyrząd należy obsługiwać w sposób prawidłowy, w pełni zgodny z jego przeznaczeniem.
I tak np. użytkownicy nieprawidłowo podłączają mierniki do obwodów elektrycznych, wybierają niewłaściwe zakresy lub funkcje pomiarowe w odniesieniu do mierzonych wielkości. Prowadzą pomiary w nieodpowiednich warunkach środowiskowych (np. przy zbyt niskiej temperaturze otoczenia), używają nieodpowiednich akcesoriów pomiarowych (np. przewody pomiarowe, sondy, przystawki do mierników) przy jednoczesnym nieuwzględnieniu ich parametrów, np. rezystancji, spadku napięcia na przewodach itp lub przystępują do pomiaru nie sprawdziwszy uprzednio stanu baterii zasilających przyrząd.
Przypadkiem nieodpowiedniego doboru urządzenia pomiarowego może być pomiar napięcia przemiennego „zwykłym” miernikiem wartości średniej podczas gdy w badanym układzie występuje napięcie o przebiegu odkształconym (niesinusoidalnym) – w takiej sytuacji należałoby użyć miernika wartości TrueRMS.
Pojawia się także brak świadomości tego, że wskazana przez miernik wartość może być wielkością uśrednioną. Tu przykładem może być pomiar temperatury pirometrem, który wskazuje uśrednioną wartość temperatury określonej powierzchni. Użytkownicy przekonani są, że wskazana wartość to temperatura punktu podświetlonego promieniem lasera, który w tym przypadku ma pełnić jedynie funkcję pomocniczą określając z grubsza środek mierzonej powierzchni.
Inną sprawą jest interpretacja wyników – w dużej mierze przypadków parametr taki jak dokładność przyrządu nie jest brany pod uwagę. Wielu użytkowników bierze za pewnik, iż wynik odczytany z wyświetlacza urządzenia pomiarowego, to wartość bezwzględna i miernik wskazuje „w punkt”, a niestety nigdy tak nie jest. Np. amperomierz o zakresie 400,0 A i dokładności określonej jako ±(1,0% wartości wskazania + 6 cyfr najmniej znaczących) przy pomiarze prądu o wartości 0,3 A wskazać może wynik z zakresu -0,3 A÷0,9 A.
Autor: Grzegorz Pietrykowski
