Električna mjerenja - old.etfbl.netold.etfbl.net/~aleksej/em/07.pdf · 1 Električna mjerenja 05 UpotrebaIT, SW u metrologiji Međunarodnainfrastruktura kvaliteta / ocjenjivanjeusaglašenosti

1

Električna mjerenja

05 Upotreba IT, SW u metrologiji

Međunarodna infrastruktura kvaliteta / ocjenjivanje usaglašenosti

Dr. Tanasko Tasić

Univerzitet u Banjoj Luci, Elektrotehnički fakultet

2

Sadržaj: 05 Međunarodna infrastruktura kvaliteta, Upotreba IT, SW u metrologiji

Uticaj SW i IT na metrologiju& povezane aktivnosti (zaštita i validacija)

Međunarodna infrastruktura kvaliteta

Neki elementi tehničke dokumentacije

3

Razvoj mjerne tehnike (tehnološki)

The “Iron” age

Electromechanical Equipment

Attended Fuel Stations

No other services but Refuelling

Cash payment

No remote Connections

Metrological RelevanceA yesterday fuel station

4


The “Iron” age

Electromechanical Equipment

Attended Fuel Stations

No other services but Refuelling

Cash payment

No remote Connections

Metrological RelevanceA yesterday fuel station

Kalibracija, mjerenja, cijena, indikacija i sve druge metrološkefunkcije realizovane mehaničkim alatima;

Za zloupotrebu nisu bila potreba specijalna znanja;

Ništa se nije moglo promijeniti bez prethodnog uklanjanja fizičkih/mehaničkih žigova;

Zloupotrebe je bilo moguće otkriti prilikom inspekcije iliovjeravanja;

5


The Communication age

Customer Display

Advertisement

e-pay Site Controller

EPS

Remote AccessRemote Accesscontrollercontroller

*

PrintersCash Register

Bar Code reader

F

Client TerminalPOS or BackOffice

Fm - payment

0,8520,9311,046

Bancomat Car WashInfo Screen

Oil Companies Headquarters

TLG

Inside a today Fuel Service Station….

Price Pole

6


The Communication age

Customer Display

Advertisement

e-pay Site Controller

EPS

Remote AccessRemote Accesscontrollercontroller

*

PrintersCash Register

Bar Code reader

F

Client TerminalPOS or BackOffice

Fm - payment

0,8520,9311,046

Bancomat Car WashInfo Screen

Oil Companies Headquarters

TLG

Inside a today Fuel Service Station….

Price Pole

Kalibracija, mjerenja, cijena, indikacija i sve druge metrološkefunkcije realizovane u hardveru i softveru; Za zloupotrebe potrebna visoka specijalna znanja; Fizički/mehanički žigovi nisu prikladni za zaštitu pred mijenjanjemkarakteristika; Dostup do metroloških parametara je moguć i sa udaljenjelokacije,ali može biti kontrolisan i praćen uređajima elektronske zaštite (kriptografije, potpisa, …); Hardver i softver omogućavaju odvajanje mjernog dijela od “ostatka svijeta”; Na raspolaganju su sredstva za praćenje djelovanja servisne stanice u cjelini (uključujući mjerni dio).

7

ŠTAMPAČ

MREŽA(DATABASE)

VANJSKI UREĐAJI(KALIBRACIJA)

POKAZIVAČ

ŠTAMPAČ

SOFTVER U VAGI

m [kg] = G [N] / g [m/s2]

SENZOR DETEKTUJE SILUG !

“g”

Specifike softvera u zakonskoj metrologiji

8

ŠTAMPAČ

MREŽA(DATABASE)

VANJSKI UREĐAJI(KALIBRACIJA)

POKAZIVAČ

ŠTAMPAČ

SOFTVER U VAGI

m [kg] = G [N] / g [m/s2]

SENZOR DETEKTUJE SILUG !

“g”

Specifike softvera u zakonskoj metrologiji

U našim krajevima cca 0,1 %

U EU do 0,2 %

Na svijetu do 0,7 %

9 ,792

9 ,794

9 ,796

9 ,7 98

9 ,800

9 ,802

9 ,804

9 ,806

9 ,8 08

g [m/s2]

Nadmorska visina h [m]

45,5

01000

20003000

47

Geo. širina φ [°]

g = 9,78032·(1+0,005302sin2φ –6·10-6sin22φ – 3,08·10-6h)

9

Funkcionalnosti koje omogućava Internet

Distribuirani mjerni sistemi

Daljinsko upravljanje mjernih instrumenata

Potpuno daljinske kalibracije

Kalibracije podržane internetom

Dostupnost aplikacija za validaciju metrološkog softvera

Dostupnost opštih metroloških informacija

Specifike primjene i uticaj softvera i IT na (zakonsku) metrologiju

10

A BInternet

GPS

Kalibracije (etaloniranje) & Internet

The lowestuncertaintiescurrentlyachieved usingthe GPS MeasurementTechniques forCarrier-PhaseCommon-vieware less than500 ps for time andless than 5x10-15

for frequency.

11

Daljinske kalibracije (etaloniranje)

12

Daljinske kalibracije (etaloniranje)

Nedostaci klasičnog pristupa:- Instrument je dugo izvan matične laboratorije (van upotrebe)

- Troškovi prevoza,- Kalibracija instrumenta u uslovima koji se razlikuju of uslova redovne upotrebe (npr. drugo osoblje, instrumentacijsko okruženje, klimatski uslovi),- Rizik oštecenja tokom transporta

Prednosti daljinske kalibracije:- Smanjenje troškova,- Nema potrebe za transportovanjem etalona,- Etaloni se kalibrišu u normalnim uslovima korišćenja (u domaćim laboratorijama), - Znatno smanjenje vremena neoperativnosti, - “on-line” računanje i mogućnost pregleda nesigurnosti i kontrola međurezultata,

- Uputstva i postupci rada mogu se prenositi internetom,- Uslovi (npr. okoline, drugi upotrebljeni instrumenti, postupci operatera) kalibracije mogu se snimiti video kamerom,- Može se izvoditi 24 sata dnevno.

13

Measurement automation software

Bath 1TR 1

Bath 2TR 2

Bath 3TR 3

Inst. 3

Inst.1

Inst. 2

Inst. N

Bath nTR n

Inst. 3 driver

Inst. 1driver

Inst. 2 driver

Inst. N driver

Bath 1driver

Bath 2driver

Bath 3driver

Bath ndriver

Standard thermometer

Unit under test

Administrative and database workstation

Internet

TR i: i-th bath temperature range Measurement automation workstation

Validation of calibration laboratory automation software

14

Rt (UUT)

Rt (standard)

3o20t C 1001 ttCtBtARR

ASL thermometry bridge

How much Rt(UUT) deviates from the standard value of resistance forspecific temperature:Calculate polynomial coefficients of the polynomial describing difference

15

The Mars Climate Orbiter crash

(NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA )

“lack of complete end-to-end verification of navigation software”

ftp://ftp.hq.nasa.gov/pub/pao/reports/1999/MCO_report.pdf

1 lbf (“pound force”) = 4,45 N

Angular Momentum Desaturation (AMD)

SM_FORCES

[N]

[lbf]

Mishap Investigation Board:

Validation. Why it is so important?

This is also an example of consequence ofnon-consistent use of units of

measurement !!!

16

An example from the NPL program SSfM

WRONG:

This result is for sure 100% OK - it comes from EXCEL

17

“Unlimited trust” in SW is not good

http://support.microsoft.com/kb/158071

Article ID: 158071 - Last Review: June 12, 2007 - Revision: 2.5Problems vith Statistical Functions and Large Numbers in ExcelThis article was previously published under Q158071

This behavior may occur when the formula refers to very largenumbers that, when summed, multiplied, or squared, exceed15 digits in length.

18


An Analysis of the Excel 2007 “65535” BugChris Lomont, www.lomont.org, Nov 2007, Version 1.21

19



20



I do not want to say “do not use Excel”, on thecontrary, it is a very good tool, but:

BE SURE THAT YOU KNOW WHAT YOUR SOFTWARE SHOULD DO!

This issue was fixed in later updates and versions

21

The most important thing is that you understand the measuring

process (including details) and therefore have “feeling” for

expected result


WRONG:

This result is for sure 100% OK - it comes from my computer

(to say this before validation)

Accreditation and other means of certification (confirmation) of

competence comes later.

Important is that you are confident in your work before that !!

22


Software (computer) always does what you tell it to do (what

you have REALLY programmed)

In SW engineering it often happens that programmer thinks that

he does one thing, but in fact, he/she did something else !!

X = a X = “a” X = (a) X = |a| X ≠ a

If (a<b) if (a≤b)

23

ISO/IEC 17025: SW related requirements

24

ISO/IEC 17025: requirements

25


26


27

How to convince yourselves (and accreditation) thatyour SW is OK for intended use?

Validation

Intermediate check

28

Electrical energy distribution today & tomorrow

Metering data provider

IT networkoperator

Meter manufacturer Notified body

Energy market co-ordinator

Electrical energy distributor

Electrical energy supplier

Customer

Inspection body

Electrical energy meter

Legal verificationauthority

Owner of the distribution network

29

Legal metrology....Electrical energy distribution today & tomorrow … attackers and actions

Metering data provider

IT networkoperator

Meter manufacturer Notified body

Energy market co-ordinator

Electrical energy distributor

Electrical energy supplier

Customer

Inspection body

Electrical energy meter

Legal verificationauthority

Owner of the distribution network

Prekid komunikacijske linijeGenerisanje lažnog prometaPresretanje podatakaMijenjanje podatakaGenerisanje podataka

“hekeri”

Vlasnici mjerila

Konkurencija

30

Type approvals: example

Data protection (long-term storage and transmission)

31

Offencerecord Header= + * DOS

HEX editor

Road vehicle velocity measuring devices

32

Metrological SW validation guides

WELMEC 2.3: Guide for Examining Software (Non-automatic Weighing Instruments), 1995.

WELMEC 2.5: Guide for modular approach and testing of PCs and other digital peripheral devices (Non-automatic Weighing Instruments), 2000.

WELMEC 7.2:2009 - Software Guide (Measuring Instruments Directive 2004/22/EC).

NORDTEST TR 535: Method of Software Validation, 2003.

OIML D-31:2008 General Requirements for Software Controlled Measuring Instruments.

FDA (U.S. Department Of Health and Human Services, Food and Drug Administration): General Principles of Software Validation; Final Guidance for Industry and FDA Staff, January 11, 2002.

FDA: Guidance for Industry Part 11, Electronic Records; Electronic Signatures — Scope and Application, 2003.

Terms and Conditions for the Approval of Metrological Software, Measurement Canada, 2009.

EN 61508, Functional safety of electrical / electronic / programmable electronic safety-related systemsPart 3: Software requirements , 2002-2003.

EUROLAB TR 2/2006: Guideline for the use of computers and software in laboratories with reference to ISO 17025 (EEEE), October 2006.

33

Legal metrology....Electrical energy distribution today & tomorrow … smart grid ... Load profile

34

35

36

Evaluation Assurance Level

EAL1: Functionally TestedEAL2: Structurally TestedEAL3: Methodically Tested and CheckedEAL4: Methodically Designed, Tested, and ReviewedEAL5: Semiformally Designed and TestedEAL6: Semiformally Verified Design and TestedEAL7: Formally Verified Design and Tested

37

Zašto mjerimo?

Da nešto kupimo/prodamo

Da se zaštitimo

…

05 Međunarodna infrastruktura kvaliteta, Upotreba IT, SW u metrologiji

Proizvodimo uređaj:Za vrijeme razvoja uređajaZa vrijeme sertifikacije uređaja

Voda koju pijemoVazduh koji dišemo

Hrana koju jedemo / prodajemo

Svakodnevne potrebe:Električna energijaBenzin...

38

Zašto mjerimo?

Da nešto kupimo/prodamo


Proizvodimo uređaj:Za vrijeme razvoja uređajaZa vrijeme sertifikacije uređaja

Proizveli smo uređaj. Analizator izduvnih gasova za benzinske motore.

Namjeravamo ga prodavati u Danskoj.

Šta nam je potrebno?

Međunarodno prihvatljivi dokazi o certifikaciji.

KAKO ?

39

Aktivnosti, kojima se neposredno ili posredno pokazuje, da postupak, proizvod, proces, sistem, osoba ili tijelo ispunjava specificirane (standardom ili na drugi način definisane) zahtjeve zajedničkim imenom se nazivaju“ocjenjivanje usaglašenosti“:

• Ispitivanje (Testing), • Nadzor (Surveillance), • Inspekcija (Inspection), • Revizija (Auditing), • Sertifikacija (Certification), • Registracija (Registration), • Akreditacija (Accreditation).

Ispitivanje (testing) ISO/IEC 17025

Utvrđivanje jedne ili više karakteristika objekta ocenjivanja usaglašenosti, u skladu sa procedurom, metodologijom ili zahtjevom.

Ocjenjivanje usaglašenosti (Conformity assessment)

40

Kvalitet proizvoda (primjer mjernog instrumenta)

Državne institucije (inspekcije)

Laboratorija proizvođača, laboratorija trećestrane, tijelo za ocjenuusaglašenosti

Korisnik toga nijesvjestan jer se podrazumijeva, osim u slučaju otkaza saozbiljnim posljedicama

Osnovni zahtjevi, kojiproizilaze iz propisa(bezbjednost, zaštitaokoline, bitne metrološkeosobine)

Zakoni tržištaLaboratorija proizvođača, laboratorija trećestrane

Podrazumijeva seIspunjavanje tehničkespecifikacije


VelikDodatna funkcionalnost, prikladnost za upotrebu, mogućnost održavanja

NadzorOcjenjivanjeusaglašenostiizvodi

Direktan značaj za korisnika

Zahtjevi kvaliteta

EMC

LVD RoHS

MID

(inspekcijskiorgani)

41

Kvalitet proizvoda (primjer mjernog instrumenta)

Državne institucije (inspekcije)

Laboratorija proizvođača, laboratorija trećestrane, tijelo za ocjenuusaglašenosti

Korisnik toga nijesvjestan jer se podrazumijeva, osim u slučaju otkaza saozbiljnim posljedicama

Osnovni zahtjevi, kojiproizilaze iz propisa(bezbjednost, zaštitaokoline, bitne metrološkeosobine)


Podrazumijeva seIspunjavanje tehničkespecifikacije


VelikDodatna funkcionalnost, prikladnost za upotrebu, mogućnost održavanja

NadzorOcjenjivanjeusaglašenostiizvodi

Direktan značaj za korisnika

Zahtjevi kvaliteta

LVD

(inspekcijskiorgani)

Risk analysis:

1. Dangerous voltage2. Temperaure on accessible parts

42

Mjerne jedinice – zapis

Kako obezbijedtiti da 1 kg u laboratoriji A u Sloveniji bude jednakkilogramu u laboratoriji B u Njemačkoj?

43

Međunarodna metrološka infrastruktura

The task of the BIPM is to ensure world-wide uniformity of measurements and their traceability to the International System of Units (SI).

International Bureau of Weights and Measures (BIPM),

European Association of National Metrology Institutes (EURAMET)

Coordinates the cooperation of National Metrology Institutes (NMI) of Europe…research in metrology, traceability of measurements to the SI units, international recognition of national measurement standards and of the Calibration and Measurement Capabilities (CMC) of its members

44

Međunarodna metrološka infrastruktura (zakonska metrologija)

The task of the OIMLM is to ensure global harmonization of legal metrology procedures

International Organization of Legal Metrology (OIML)

European Legal Metrology Cooperation (WELMEC)

The principal aim of WELMEC is to establish a harmonised and consistent approach to European legal metrology

45

Međunarodna metrološka infrastruktura

International Bureau of Weights and Measures (BIPM)

46


Međunarodna infrastruktura tehničkog kvaliteta

47

BIPM

Regionalna ključna poređenja

CIPM ključna međulaboratorijska poređenja

Nacionalni metrološki instituti, koji učestvuju u

= CIPM “ključnim poređenjima”

= regionalnim “ključnim poređenjima”

= CIPM i regionalnim “ključnim poređenjima”

= BIPM “ključnim poređenjima”

= Bilateralnim “ključnim poređenjima”

Međunarodne organizacije potpisnice MRA




Ključna poređenja – provjera kvaliteta mjerenja na najvišem svjetskom nivou

48



MetrologijaMetrologija

StandardizacijaStandardizacija

AkreditacijaAkreditacija

Mjerenja se izvode (uglavnom) po standardiziranim metodama

Akreditaciono tijelo provjerava kako laboratorije izvode (standardizovana) mjerenja

Država A

Država BDržava C

Država XDržava Z

49


Međunalaboratorijska poređenja

50


51


52


53


54


55


56



Metrologija:

Institut za mjeriteljstvo Bosne i HercegovineZavod za standardizaciju i metrologiju RS

Direkcija za mere i dragocene metale R. Srbije

Standardizacija:

Institut za standardizaciju BiH

Institut za standardizaciju Srbije

Akreditacija:

Institut za akreditiranje Bosne i Hercegovine

Akreditaciono telo Srbije

57



Metrologija:

Institut za mjeriteljstvo Bosne i HercegovineZavod za standardizaciju i metrologiju RS

Direkcija za mere i dragocene metale R. Srbije

Standardizacija:

Institut za standardizaciju BiH

Institut za standardizaciju Srbije

Akreditacija:

Institut za akreditiranje Bosne i Hercegovine

Akreditaciono telo Srbije

58

e1

k1

e3

e2

k3

k2

Realizacije jedinice(primarni etalon)

Kalibracija (referentni etalon)

kalibracija (radni etalon)

kalibracija (proizvodni proces, kontrola)

02 Električni mjerni uređaji: Kalibracija – ovjeravanje. kalibracije na različitim nivoima

A

B

C

D

Mi smo proizvođač mjernih instrumenata

Želimo imati ispitnu laboratoriju čiji će rezultati biti međunarodno prihvaćeni

Želimo imati kalibracijsku laboratoriju čiji će rezultati biti međunarodno prihvaćeni

Akreditiramo se po standardu ISO/IEC 17025:2005

Opšti zahtevi za kompetentnost laboratorija za ispitivanje i laboratorija za etaloniranje

Da smo sposobni za ispitivanje po tehničkim standardima:

• EN 61010-1:2010 Zahtevi za bezbednost električnih uređaja i opreme za merenje, upravljanje i laboratorijsko korišćenje — Deo 1: Opšti zahtevi

• 61326-1:2008 Električni uređaji i oprema za merenje, upravljanje i laboratorijsku primenu - Zahtevi za elektromagnetsku kompatibilnost -Deo 1: Opšti zahtevi

59

e1

k1

e3

e2

k3

k2

Realizacije jedinice(primarni etalon)

Kalibracija (referentni etalon)

kalibracija (radni etalon)

kalibracija (proizvodni proces, kontrola)

02 Električni mjerni uređaji: Kalibracija – ovjeravanje. kalibracije na različitim nivoima

A

B

C

D

Mi smo proizvođač mjernih instrumenata

Želimo imati ispitnu laboratoriju čiji će rezultati biti međunarodno prihvaćeni

Želimo imati kalibracijsku laboratoriju čiji će rezultati biti međunarodno prihvaćeni

Akreditiramo se po standardu ISO/IEC 17025:2005

Opšti zahtevi za kompetentnost laboratorija za ispitivanje i laboratorija za etaloniranje

Da smo sposobni za etaloniranje u određenom opsegu

60

Conditio sine qua non - Propisi:

▪ LVD directiva

▪ EMC directiva

▪ MID directiva

▪ RoHS directiva

▪ …

Fukcionalni zahtjevi:

▪ Mjerna funkcionalnost – standardi (npr. IEC 61557-x, VDE 404-x)

▪ Generiški “state-of-the art” tehnički standardi i najbolja praksa

▪ Dodatni zahtjevi kupca (npr. žuto kućište)

Dokazi o ispunjavanju zahtjeva standarda:

• Bezbjednost (safety): IEC 61010-1, -031, -032; IEC 61557-1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -11, 12;

• EMC: EN 61326, -1, -2; IEC 61000-4-1, -2, -3, -4, -5, -6, -8, -11;

• Funkcionalnost: IEC 61557-1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -11, 12; VDE 404-1, 2; VDE 0701, 0702, …

• SW: IEC 9126, IEC 12119

Zahtjevi zakonske metrologije:

• Odobrenje tipa

• Prvo ovjeravanje

• Redovna, vanredna ovjeravanjaOsposobljenost laboratorija / kontrolnih organa:

Standardi:

• ISO/IEC 17025: Opšti zahtjevi za kompetentnost laboratorija za ispitivanje i laboratorija za etaloniranje ,

• IEC 17020: Opšti kriterijumi za rad različitih vrsta tijela kojaobavljaju kontrolisanje

• ispitivanje: akreditacija, CB-shema: nadzirano ispitivanje

Aktivnosti zahtijevane sistemom kvaliteta (ISO 9001:2008)

Aktivnosti proizvođača za ispunjavanje zahtjeva

61

Prvo ovjeravanje(F)

Odobrenje tipa (B)

Životni ciklus mjernog instrumenta – dokumenti

Proizvodnja

Redovna & vanredna

ovjeravanja

održavanje

Ispitivanje tipa

Tehnička mapa

Razvoj, konstrukcija

NAWI, MID Nacionalni propisi

Upotreba instrumenta

Aktivnosti do plasiranja na tržište

vrijeme

H1

nadzor

Proizvođač

Organi zakonske metrologije

Tehnički standardiDirektive, nacionali propisi

Type testing report

Declaration on conformity

Type approval/examination certificate Verification report/mark

62

02 Električni mjerni uređaji: Kalibracija – ovjeravanje. rezultat (proizvod)

kalibracija: kalibracijski certifikat ovjeravanje: oznaka / certifikat

svinčeni žig

zaščitna nalepkazaštitna naljepnica

olovna plomba

Greška mjerenja u mjernom opsegu je unutargreške dozvoljene pravilnikom (NDG):

Pri brzinama ≤ 100 km/h: e ≤ 3 km/hPri brzinama nad 100 km/h: e ≤ 3 %

Mjerilo je skladno sa zahtjevima pravilnika o metrološkim zahtjevima

63

Mjerenja su osnova za odluke

PTB Technical cooperation

64

Hvala na pažnji!

Documents

Električna mjerenja - old.etfbl.netold.etfbl.net/~aleksej/em/07.pdf · 1 Električna mjerenja 05 UpotrebaIT, SW u metrologiji Međunarodnainfrastruktura kvaliteta / ocjenjivanjeusaglašenosti