Műszertechnika ELEKTRONIKAI TESZTELÉS Követelmények Az előadáson a részvétel kötelező a TVSZ aktuális pontja alapján. A félévközi jegy megszerzésének feltétele a TVSZ aktuális pontja szerint a hiányzások mértékének betartása ill. a hiányzások igazolása. A félév során írt témánként egy zárthelyi legalább 50 %-os eredménye a félévet elismerő jegyért megkövetelt. Amennyiben a ZH nem éri el az 50 %-os szintet, a hallgató az oktató által megadott időpontban egyszer pótolhat. A pót ZH-nak témánként az 50%-os szintet el kell érnie. Laboratóriumi órák látogatása kötelező. A laboratóriumi hiányzások mértéke az éppen érvényes tanulmányi és vizsgaszabályzatban megadottak szerinti, a mérésenkénti 60%-os teljesítés elvárt. 1
Záróvizsga témakörök 1. A joghatással járó mérés fogalma, a mérőeszközeinek ellenőrzési lehetőségei 2. Etalonok visszavezethetősége, leszármaztatása 3. A mérőeszközök kalibrálása 4. A kalibrálási időköz meghatározása 5. A mérőeszközök hitelesítési eljárása, a hitelesség érvényességi ideje 6. Az elektronikai egységek sorozatgyártásának kiinduló anyagai, minőségbiztosítási szempontok szerint csoportosítva 7. Az elektronikai egységek sorozatgyártásának főbb technológiai és tesztelési lépései 8. Tesztelő eszközök, tesztelés mérőeszközei 9. Hagyományos és virtuális műszerek, a számítógép szerepe a tesztelésben Az előadás tartalma Metrológia Joghatással járó mérés Etalonok Kalibrálás Hitelesítés Tesztelés Elektronikai egységek sorozatgyártása Tesztelő eszközök és mérőeszközök Virtuális műszerezés 2
METROLÓGIA Metrológia A méréstudomány vagy méréstan (metrológia) a mérés tudományos ismeretköre. Az ide tartozó elvek, módszerek ismerete és normák tudatos és következetes alkalmazása biztosítja a mérési eredmények széles körű felhasználhatóságát és kölcsönös elfogadhatóságát. A méréstudomány tárgykörébe minden beletartozik, ami a méréssel kapcsolatos, legyen az a mérési eljárás megtervezése, lefolytatása vagy az eredmények elemzése. 3
Metrológia Tudományos metrológia Foglalkozik: mennyiségek, egységek, mérések, mérőeszközök, etalonok Törvényes metrológia (mérésügy) Foglalkozik: mérésügyi háttér, mérésügyi tevékenységek, dokumentálás, hitelesítést tanúsító jelek, törvényes egységek, mérőeszközök hitelesítése, mérésügyi intézmények Ipari metrológia Foglalkozik: akkreditálás, kalibrálás, megfelelőség-értékelés, nemzetközi kijelölési (notifikálási) rendszer Tudományos metrológia 4
A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) A 7 alapmennyiségen: a hosszúságon a tömegen az időn az elektromos áramerősségen a termodinamikai hőmérsékleten az anyagmennyiségen és a fényerősségen alapuló mennyiségrendszer. A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Hosszúság: mértékegysége a méter; jele: m. A méter annak az útnak a hosszúsága, amelyet a fény vákuumban 1/299 792 458 másodperc időtartam alatt megtesz. Tömeg: mértékegysége a kilogramm; jele: kg. A kilogramm az 1889. évben, Párizsban megtartott 1. Általános Súly- és Mértékügyi Értekezlet által a tömeg nemzetközi etalonjának elfogadott, a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban, Sévres-ben őrzött platina-irídium henger tömege. 5
A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Idő: mértékegysége a másodperc; jele: s. A másodperc az alapállapotú cézium-133 atom két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9 192 631 770 periódusának időtartama. Villamos áramerősség: mértékegysége az amper; jele: A. Az amper olyan állandó villamos áram erőssége, amely két egyenes, párhuzamos, végtelen hosszúságú, elhanyagolhatóan kicsiny körkeresztmetszetű és egymástól 1 méter távolságban, vákuumban elhelyezkedő vezetőben fenntartva, e két vezető között 2 10ˉ7 N/m erőt hozna létre. A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Termodinamikai hőmérséklet: mértékegysége a kelvin; jele: K. A kelvin a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének 1/273,16- szorosa. Anyagmennyiség: mértékegysége a mól; jele: mol. A mól annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely annyi elemi egységet tartalmaz, mint ahány atom van 0,012 kilogramm szén-12-ben. (A mól alkalmazásakor meg kell határozni az elemi egység fajtáját; ez atom, molekula, ion, elektron, más részecske vagy ilyen részecskék meghatározott csoportja). 6
A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Fényerősség: mértékegysége a kandela; jele: cd. a kandela az olyan fényforrás fényerőssége adott irányban, amely 540 10¹² hertz frekvenciájú monokromatikus fényt bocsát ki és sugárerőssége ebben az irányban 1/683-ad watt/szteradián. A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Speciális származtatott mennyiségek: Síkszög: mértékegysége a radián; jele: rad. A radián a kör két sugara által bezárt szög, amelyek a kör kerületéből a kör sugarával egyenlő hosszúságú ívet metszenek ki. Térszög: mértékegysége a szteradián; jele: sr. A szteradián annak a kúpnak a térszöge, amelynek a csúcspontja a gömb középpontjában helyezkedik el, és amely a gömb felületéből a gömb sugarával egyenlő oldalhosszúságú négyzet területével egyenlő gömbfelületet metsz ki. 7
A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Külön nevű származtatott mennyiségek (példák): A frekvencia egysége a hertz, jele: Hz. 1 Hz = 1 s -1 Az erő mértékegysége a newton; jele: N. 1 N =1 m kg s -2 Az energia mértékegysége a joule; jele: J. 1 J = 1 N m A teljesítmény mértékegysége a watt; jele: W. 1 W = 1 J s -1 A villamos töltés mértékegysége a coulomb; jele: C. 1 C = 1 A s A villamos feszültség mértékegysége a volt; jele: V. 1 V = 1 W A -1 A villamos kapacitás mértékegysége a farad; jele: F. 1 F = 1 C V -1 A villamos ellenállás mértékegysége az ohm; jele: Ω. 1 Ω = 1 V A -1 A nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) Prefixumok Prefixum neve Prefixum jele A prefixummal jelképezett szorzó yotta Y 10 24 zetta Z 10 21 exa E 10 18 peta P 10 15 tera T 10 12 giga G 10 9 mega M 10 6 kilo k 10 3 hekto h 10 2 deka da 10 1 deci d 10-1 centi c 10-2 milli m 10-3 mikro μ 10-6 nano n 10-9 piko p 10-12 femto f 10-15 atto a 10-18 zepto z 10-21 yocto y 10-24 8
Tudományos metrológia A tudományos metrológia további témái: méréssel mérési eredménnyel mérőeszközökkel mérőeszközök jellemzőivel kapcsolatos fogalmak definiálása. http://www.muszeroldal.hu/metrology/scientific.php Törvényes metrológia 9
A mérésügyi törvény o 1991. évi XLV. törvény a mérésügyről o 1. E törvény hatálya a mérésügyi szervezet tevékenységére, a mértékegységek használatára és a joghatással járó mérésekre terjed ki. o 127/1991. (X.9.) végrehajtásról szóló kormányrendelet A mérésügyi törvény 6. (1) Joghatással jár a mérés, ha annak eredménye az állampolgárok és/vagy jogi személyek jogát vagy jogi érdekeit érinti, különösen, ha a mérési eredményt mennyiség és/vagy minőség tanúsítására - a szolgáltatás és ellenszolgáltatás mértékének megállapítására - vagy hatósági ellenőrzésre és bizonyításra használják fel; továbbá az élet- és egészségvédelem, a környezetvédelem és a vagyonvédelem területén. 10
Joghatással járó mérések Mennyiség illetve minőség meghatározása Mennyiség: pl. üzemanyag, gyümölcs, felvágott Minőség: pl. házimozi rendszer torzítása, érintésvédelem (megfelel/nem felel meg) Szolgáltatás és ellenszolgáltatás mértékének meghatározása pl. energiamérés fogyasztásmérő pl. telefon számlázás időmérés pl. ATM Joghatással járó mérések Hatósági ellenőrzés és bizonyítás pl. gépjármű sebességmérés (TRAFFIPAX) pl. vér alkoholszintjének meghatározása Élet- és egészségvédelmi mérések pl. munkavédelmi eszközök (sisak, stb.) pl. laboratóriumi vizsgálatok és szűrővizsgálatok (felvétel azonosítása, mérés a felvételen, elváltozás azonosítása, mindez szerződés nélkül 11
Joghatással járó mérések Környezetvédelmi mérések pl. hangteljesítmény mérése (akusztikus zajmérés, nappal/éjszaka) pl. vízminőség mérése Vagyonvédelmi vizsgálatok pl. rács minősége (lefeszítés, vágás) pl. infra mozgásérzékelők (dt/dt, szög) Joghatással nem járó mérések Oktatási célú mérések Otthoni mérések pl. konyhai mérések pl. üveges: szabócentivel mért méretet nem fogadok el 12
Mérőeszközök ellenőrzése A joghatással járó mérés eszközeit ellenőrizni kell! Hitelesítés hatósági tevékenység a végrehajtási rendeletben rögzített Kalibrálás bizalomnövelő Vállalkozói tevékenység Mérőeszközök ellenőrzése A kötelező hitelesítésű eszközök (20 kategória) a végrehajtási rendelet mellékletében találhatóak Példák: Kereskedelmi méterrudak (korlátlan) Kereskedelmi űrmértékek (korlátlan) Súlyok (2 év) Mérlegek (2 év) Kipufogógáz gázelemzők (2 év) 13
Mérőeszközök ellenőrzése Példák (folyt): Gépjármű menetírók (6 év) Vízmérő (bekötési) (4 év) Vízmérő (mellékvízmérő) (6 év) Szeszfokmérők (korlátlan) Gázmérők (6 m 3 /h alatt) (10 év) Egyfázisú elektromechanikus fogyasztásmérő (15 év) Szerencsejáték céljára szolgáló eszközök (2 év) Mérőeszközök ellenőrzése Sok olyan mennyiség van, amelynek mérőeszköze nem szerepel az előző listában (Pl.?) EZEKKEL MI A TEENDŐ? Kalibrálni kell őket! 14
Mérőeszközök ellenőrzése Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal (MKEH) végzi Nem MKEH végzi A mérőeszköz ellenőrzése a mérésügyi tv. vhr.-ben szerepel HITELESÍTÉS MINŐSÍTÉS (hitelesítést helyettesítő) A mérőeszköz ellenőrzése a mérésügyi tv. vhr.-ben nem szerepel KALIBRÁLÁS (vállalkozó) KALIBRÁLÁS (saját/külső) Mérőeszközök ellenőrzése Minősítés: Ha az MKEH-nak nincs infrastruktúrája a hitelesítés elvégzésére Ha az MKEH nem férhet hozzá az eszközhöz (honvédelem, atomerőmű) Ha nagy mennyiségű eszközt kell hitelesíteni DE(!) mindez az MKEH szakmai felügyelete alatt történik 15
Mérőeszközök ellenőrzése Saját kalibrálás: Mérőeszköz tulajdonosa azonos a kalibráló szervezet tulajdonosával Bizalomnövelő (cégen belül?) Külső kalibrálás III. fél is végezheti, ha az eladó-vevő nem bízik egymásban A III. fél lehet akkreditált/nem akkreditált Magasabb fokú lehet a bizalom Mérőeszközök ellenőrzése saját kalibrálás Gyártó Vizsgáló labor termék Vevő Technikai felkészültség Tudás Adatkezelés Eszközkezelés Stb. mérőeszköz Kalibráló szervezet Akkreditáló szervezet NAT Nemzeti Akkreditáló Testület 16
Kalibráló laboratórium akkreditálása o Személyzet képzettsége o Kalibráló eszközök és környezeti feltételek o Tápellátás, klimatizálás, használt programok o Kalibrálási eljárások o Előre rögzített folyamatok (kézi DMM, PXI DMM) o Előre nem látható peremfeltételek esetén követendő gyakorlat o Mérési eredmények dokumentálása, feldolgozása o A kalibrálásra váró és kalibrált eszközök kezelése Kalibráló laboratórium akkreditálása Akkreditálási okirat 3 évig érvényes Évente részleges vizsgálat www.nat.hu-ra felkerül Ha egy szervezet kalibrálást végez, nem biztos, hogy akkreditált! 17
Kalibrálás Etalon Ismert nagyságú Mérendő mennyiség Mérőeszköz (DUT) Összetartozó értékpárok gyűjtése, statisztikai feldolgozás KALIBRÁLÁS Értékjelzés Analóg Digitális Kód (szg.) Szintetizált szöveg Kalibrálás o Pillanatfelvétel a mérőeszköz metrológiai tulajdonságairól o Két kalibrálás között a mérőeszköz viselkedése ismeretlen o Passzív adatgyűjtés o A kalibrálás utáni mérőeszköz azonos viselkedésű a kalibrálás előtti mérőeszközzel o Nincs beavatkozás a pontosabb mérés érdekében! 18
Beállítás, beszabályozás, javítás o Beállítás KALIBRÁLÁS SORÁN MEGENGEDETT o Olyan beavatkozás, amely a mérőeszközt hozzáigazítja a mérési feladathoz o Visszafordítható o Beszabályozás KALIBRÁLÁS SORÁN NEM MEGENGEDETT o Javítja a mérőeszköz metrológiai tulajdonságait (pl. nullpont, érzékenység) o Nem visszafordítható Beállítás, beszabályozás, javítás o Javítás KALIBRÁLÁS SORÁN NEM MEGENGEDETT o Helyreállítja a mérőeszköz működőképességét o Alkatrész-csere történik o Kereskedelemben kapható alkatrész (ellenállás, IC, nyomógomb) o Szereléskor létrehozott alkatrész (forrasztás, vezeték-kötés) 19
Etalon o Olyan eszköz, amely egy mennyiség ismert nagyságát reprodukálja o Kötelező: h > h o = (Test Uncertainity Ratio) o Szükséges TUR meghatározása: költségek megbízhatóság o TUR = 3 5 10 Etalonok Méter etalon Ellenőrzés: összehasonlítás / interferométer 20
Etalonok Kilogramm etalon Etalonok Feszültség etalon Mikrohullámforrás T = 4,2 K Josephson kötés(ek) DC feszültség DC előfeszítő áram 21
Etalonok Ellenállás etalon Etalonok hierarchiája Megszakíthatatlan láncolat Dokumentált Rendszeres összehasonlítás Nemzetközi etalonok Nemzeti etalonok Munkahelyi etalonok Nagy precizitás Költséges Kisebb precizitás Nagyobb darabszám Nagy darabszám Kisebb precizitás Olcsó 22
Közvetlen kalibrálás Etalon X be Mérőeszköz (DUT) X ki h e h k o = 1 o Pl. h k = 1% h e = 0,2% Közvetlen kalibrálás Példa m A F Kalibrálandó nyomásmérő = = 23
Közvetett kalibrálás 1. lépés: transzfer etalon kalibrálása Etalon X be Transzfer etalon X ki h e h te = h h 1 Közvetett kalibrálás 2. lépés: DUT kalibrálása Jelforrás X be2 Transzfer etalon X ki2 = = h h 1 TUR 1 Mérőeszköz (DUT) h k X kal Összetartozó értékek feljegyzése 24
Közvetett kalibrálás Példa h = 0,02% h = 0,2% h = 1% = h h = 10 = h h = 5 = = 50 Kalibrált mérőeszköz minősítése A mérőeszköz alkalmas-e az adott feladat ellátására? Előírás és kalibrálási eredmények összevetése Minősítés Felhasználó feladata és döntése, felelősséggel jár (aláírás) 25
Kalibrált mérőeszköz minősítése hiba h max Öregedés hatása Felhasználói előírás Kalibrálás pillanata Kalibrálási időköz Újrakalibrálás idő Kérdés: kell-e beszabályozás? Kalibrált mérőeszköz minősítése Felhasználó feladata Előzetes információk figyelembe vétele Öregedés követése (history) Ha a következő kalibrálásig kilép a megengedett tartományból Hibás döntés Beszabályozás Értesítés, visszahívás - NYILVÁNOS (Mikor lépett ki???) 26
Kalibrálási időköz meghatározása Felhasználó feladata az előzetes információk figyelembe vételével Adatok nem manipulálható adatbázisból Korábbi kalibrálási eredmények ugyanazon mérőműszerről Jósolható a következő kalibrálás időpontja hiba trendvonal idő Milyen sűrűn kell kalibrálni Mikor kell beszabályozni? Kalibrálási időköz meghatározása Ha nincs history Új mérőeszköz Gyártói adatok alapján Pesszimista jóslatot kell felállítani Ha sok egyforma mérőeszköz van Mindegyik adatbázist összevetni Legrosszabbat kell alapul venni 27
Meddig érvényes a kalibrálás? 1. Lejár a kalibrálási időköz 2. A mérőeszköz burkolatát megbontották 3. A műszer használati, tárolási vagy szállítási környezeti feltételeit nem tartották be (rh, T, gyorsulás, stb.) 4. A mérőeszköz szoftvere akaratlanul megváltozik vírus Mikor kalibrálható egy mérőeszköz? Kalibrálhatatlan 28
Hitelesítés Annak közhitelű tanúsítása, hogy a mérőeszköz teljesíti a specifikációban rögzített követelményeket. 2 lépéses tevékenység: Típusvizsgálat Hitelesítés Típusvizsgálat Költségeket a forgalomba hozó viseli Folyamata: N darab készülék átadása az MKEH részére Teljes körű dokumentáció átadása Működési elv Villamos, mechanikai, szoftver (bizalmas információk is, pl. ipari titok) Ellenőrzik a dokumentációnak való megfelelést Teljes körű kalibrálás (minden lehetséges beállításban) 29
Típusvizsgálat Folyamata (folyt.): Minősítés: metrológiai tulajdonságok összevetése a specifikációval (mérési hiba, határfrekvencia, stb.) Élettartam vizsgálat Gyorsított öregítés Emelt hőmérséklet Emelt tápfeszültség, stb. (Arrhenius törvény) folyamat sebessége hőmérséklet Típusvizsgálat Folyamata (folyt.): Környezetállósági vizsgálat Hőmérséklet, páratartalom, por, rázás, sós pára, tápfeszültség, stb. Manipulálhatóság elleni vizsgálat Villamos, RF, mechanikai, kémiai, informatikai, stb. Lezárhatóság vizsgálata Hitelesítési engedély kiadása X gyártó Y típusú készüléke hitelesíthető Minden módosítás után meg kell ismételni! 30
Mindendarabos hitelesítés Folyamata: Hitelesítési engedélyben szereplő készülékkel való azonosság vizsgálata Teljes körű kalibrálás Összevetés a specifikációval (minősítés) Lezárás Hitelesítési bizonylat kiállítása Meddig érvényes a hitelesítés? 1. Lejár a Mérésügyi tv. Vhr-ében előírt hitelesítési idő 2. Megsemmisül/elveszik a Hitelesítési bizonylat 3. A készüléket megbontották 4. Megsérül a készülék 5. Alapos gyanú merül fel a téves mérésre 31
Kalibrálás - hitelesítés Kalibrálás Nem hatósági tevékenység Bárki végezheti Bármely eszközre, ha szükséges a visszavezethetőség Nincs előfeltétele A kalibrálások közötti időközt a felhasználó határozza meg Kalibrálási bizonyítvány készül Bizalomelvű, a minősítést a felhasználó végzi mkeh.gov.hu Lehet részleges Hitelesítés Hatósági (jogilag szabályozott) tevékenység Csak az MKEH végezheti A jogszabályban meghatározott eszközökre Előfeltétele a hitelesítési engedély megléte A hitelesítés érvényességének időtartamát a Mérésügyi tv. Vhr. rögzíti Tanúsító jel és/vagy hitelesítési bizonyítvány készül Közhitelű, a minősítést a hatóság végzi Csak teljes körű lehet Automatikus beszabályozás Mérőeszköz Mérendő mennyiség mérés kal. Mérő áramkör Érték v. jelzés Etalon Számítógép Korrekciós táblázat 32
Automatikus beszabályozás Gyakran autokalibrálásnak nevezik ezt a funkciót o Belső etalonnal végzett kalibrálás hatására új korrekciós táblázat készül o Az eszköz megváltozik o Elveszítette a kalibráltságát, mert a dokumentált állapot megszűnik ELEKTRONIKAI TESZTELÉS 33
Elektronikai cégek felosztása FEJLESZTÉST, GYÁRTÁST VÉGEZ Pl.: Nokia Siemens Bosch Rohde&Schwarz OEM (Original Equipment Manufacturer) TÖMEGGYÁRTÁST VÉGEZ Pl.: Flextronics Jabil Continental Alpine CM (Contract Manufacturer, Szerződéses gyártó) EMS (Electronic Manufacturing Services) Tesztelés jelentősége o Minél hamarabb derül ki a hiba, annál kisebb veszteséget jelent o Hiba könnyebben azonosítható o Könnyebben javítható o Ha nem megengedhető a javítás, kisebb a selejt értéke o Tömeggyártás: tesztelés a teljes költség 60 %-a 34
Elektronikai gyártás kiinduló anyagai 1. Elektronikai alkatrészek Sok darab/termék Darabár alacsony Katalógustermékek (kivéve ASIC) Nyilvántartás kötegelve Nem javítható Minden darab ellenőrizendő Pl.: ellenállás, kondenzátor, dióda, tranzisztor, integrált áramkör Elektronikai gyártás kiinduló anyagai 2. Nyomtatott áramköri lap (PCB) Műanyag hordozó Kevés darab/termék Darabár magas Egyedileg nyilvántartott Általában javítható (kivéve: űrtechnika, atomenergetika, egészségügy) Minden darab ellenőrizendő 35
Elektronikai gyártás kiinduló anyagai 3. Elektromechanikai alkatrészek Változó darab/termék Darabár magas Általában katalógustermékek Nyilvántartás kötegelve Nem javítható Típusvizsgálattal ellenőrizendő Pl.: kábel, csatlakozó, nyomógomb, potenciométer, transzformátor, forraszanyag Szabványos alkatrészek Hagyományos SMT 36
Szereletlen nyomtatott áramköri panel PCB, NYÁK Szerelt nyomtatott áramköri lap 37
Nem megfelelőség kezelése Javítás A helyes működés helyreállítása az eredeti technológiától eltérő módszerrel Utánmunkálás Helyreállítás az eredeti technológiával azonos módszerrel (pl. furat) Felhasználás más termékben Ha más termékben való felhasználásra alkalmas Nem megfelelőség kezelése Dokumentáció módosítása a megrendelő engedélyével Szerződésmódosítás, pl. nagyobb tűrésűvé minősítés Megsemmisítés (veszélyes hulladékként) Hibamegelőző tevékenység Tervezési Anyag hibák felfedése Technológiai további hibák megelőzése Emberi 38
Elektronikai panel életciklusa Szabványos alkatrészek Elektronikai alkatrészek Nyomtatott áramköri lap Alkatrész ellenőrzés Hibamegelőző tevékenység Szereletlen NY.Á.K. ell. Programozás, címkézés Beültetés Elektromech. anyagok Javítás Készülékváz szerelése Villamos huzalozás Elektronikai panel életciklusa Strukturális teszt Funkcionális teszt Beszabályozás AOI (látható/rtg), ICT Javítás Javíthatatlan, selejt Egyedi teszter Javítás Javítás Huzalozás ellenőrzés Javítás Készülék szerelés 39
Elektronikai panel életciklusa Készülék funkcionális teszt Javítás Készülék beszabályozás Javítás Átvételi mérések Melegedés Érintésvédelem EMC Konstrukció OK? Elektronikai panel életciklusa Kereskedelem Felhasználó Meghibásodás Szerviz Javítás 40
Tesztelés költségei Minél később derül ki egy hiba, annál drágább javítani Mérőeszköz drágább Szakértelem magasabb Idő = pénz 1 fázissal később derül ki a hiba: 10x költség Kész készülék vizsgálhatatlan, mert bonyolult DFT Design For Test 41