تصنيف الأجهزة القياسية

أجهزة القياس: التعريف والتصنيف والخصائص

تعتبر جهاز القياس أداة تستخدم لتقدير الكميات الفيزيائية والكهربائية. مفهوم القياس يشمل أساساً مقارنة كميتين تشتركان في نفس الوحدة. إحدى هاتين الكميتنين لها قيمة غير معروفة، وتتم مقارنتها مع قيمة قياسية محددة سلفاً. من خلال هذه المقارنة، يتم الحصول على نتيجة رقمية تمثل القيمة المقاسة للكمية غير المعروفة.

يمكن تقسيم أجهزة القياس إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

• أجهزة كهربائية

• أجهزة إلكترونية

• أجهزة ميكانيكية

تم تصميم الأجهزة الميكانيكية بشكل أساسي لقياس الكميات الفيزيائية. وهي مناسبة جيداً للتطبيقات التي تتضمن ظروفًا ثابتة ومستقرة. ومع ذلك، فإن قاصرتها تكمن في عدم قدرتها على الاستجابة بفعالية للظروف الديناميكية أو المتغيرة بسرعة. على سبيل المثال، قد لا تتمكن من التقاط الأحداث العابرة أو التقلبات في المعلمات الفيزيائية بدقة.

على الجانب الآخر، توفر الأجهزة الإلكترونية ميزة كبيرة بفضل أوقات استجابتها السريعة. بالمقارنة مع الأجهزة الكهربائية والميكانيكية، يمكنها اكتشاف والاستجابة بسرعة للتغيرات في الكمية المقاسة. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب مراقبة وقياس فوري للظواهر المتغيرة بسرعة.

تم تصميم الأجهزة الكهربائية خصيصاً لقياس الكميات الكهربائية مثل التيار والجهد والقدرة. أمثلة على أجهزة القياس الكهربائي تشمل الأميتر والفولتمتر والواتمتر. يستخدم الأميتر لقياس التيار الكهربائي بالأمبير، ويستخدم الفولتمتر لقياس الجهد، ويستخدم الواتمتر لتحديد القدرة الكهربائية. غالباً ما تعتمد تصنيف الأجهزة الكهربائية على الأساليب المستخدمة لعرض أو تمثيل القراءة الناتجة. قد تستخدم الأجهزة المختلفة مقاييس آنالوجية أو عرض رقمي أو وسائل أخرى لنقل القيم المقاسة، كل منها له مزاياه الخاصة وتطبيقاته اعتماداً على متطلبات مهمة القياس المحددة.

أنواع الأجهزة الكهربائية

في هذا المقال، سنستكشف أنواع الأجهزة الكهربائية المختلفة، وكل نوع له خصائصه الفريدة وتطبيقاته.

الأجهزة المطلقة

تحدد الأجهزة المطلقة قيمة الكمية المقاسة بناءً على الثوابت الفيزيائية. يمكن أن تشمل هذه الثوابت الفيزيائية معايير مثل زاوية الانحراف، الدرجات المحددة، أو الثوابت المترية. عادةً ما يتطلب الحصول على قيمة الكمية المقاسة من الجهاز المطلق حسابات رياضية لتفسير العلاقة بين الثابت الفيزيائي المرصود والكمية المقاسة.

أحد الأمثلة الرئيسية للأجهزة المطلقة هو الجالفانومتر المماس. في هذا الجهاز، يتم حساب قيمة التيار المار عبر ملفه باستخدام ظل الزاوية للملف، بالإضافة إلى عوامل مثل المكون الأفقي لمجال الأرض المغناطيسي، نصف قطر الملف، وعدد دورات الأسلاك. بسبب اعتمادها على العلاقات الفيزيائية الدقيقة والحاجة إلى حسابات دقيقة، تستخدم الأجهزة المطلقة بشكل شائع في البيئات المختبرية حيث تكون القياسات الدقيقة الأساسية ضرورية.

الأجهزة الثانوية

تعكس الأجهزة الثانوية مقدار الكمية القابلة للقياس من خلال الانحراف. من الضروري جداً تعيير هذه الأجهزة ضد جهاز قياسي للقياس الدقيق. على عكس الأجهزة المطلقة، توفر الأجهزة الثانوية إخراجاً مباشرًا، مما يلغي الحاجة إلى حسابات رياضية معقدة لتحديد القيمة المقاسة. هذه البساطة تجعلها عملية للغاية لمجموعة واسعة من مهام القياس اليومية.

الأجهزة الرقمية

تقدم الأجهزة الرقمية إخراجها في صورة رقمية، مما يقدم العديد من المزايا مقارنة بأجهزتها التناظرية. أحد الفوائد الرئيسية هو زيادة الدقة، حيث تلغي القراءات الرقمية إمكانية الخطأ البشري المرتبطة بقراءة المقاييس التناظرية. هذا يجعل الأجهزة الرقمية مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية، مثل البحث العلمي وهندسة ومراقبة الجودة الصناعية.

الأجهزة التناظرية

تتميز الأجهزة التناظرية بإخراج متغير بشكل مستمر. عادةً ما تحتوي على مؤشر يتحرك على طول مقياس معتدل ليشير إلى مقدار الكمية القابلة للقياس. يمكن تقسيم الأجهزة التناظرية إلى نوعين فرعيين:

أجهزة النوع الصفري

تستخدم أجهزة النوع الصفري الانحراف الصفر أو الصفري لتحديد مقدار الكمية المقاسة. تشتهر هذه الأجهزة بدقتها العالية وحساسيتها. تعمل على مبدأ مقارنة كمية معروفة بكمية غير معروفة. عندما تكون قيم الكميات المعروفة وغير المعروفة متساوية، يظهر المؤشر للجهاز انحرافاً صفرياً أو صفري. تستخدم أجهزة النوع الصفري بشكل شائع في الأبوتيومترات والجالفانومترات لتحديد النقاط الصفري بدقة، والتي تعتبر ضرورية لقياسات دقيقة في التطبيقات الكهربائية والإلكترونية المختلفة.

أجهزة النوع الانحرافي

تحدد أجهزة النوع الانحرافي قيمة الكمية المقاسة بناءً على انحراف المؤشر. عند تأثير الكمية المقاسة على الجهاز، يسبب ذلك انحراف المؤشر لنظام الحركة (المثبت على مقياس معتدل). عن طريق ملاحظة موقع المؤشر على المقياس، يمكن تحديد مقدار الكمية المقاسة.

يمكن تقسيم أجهزة النوع الانحرافي إلى ثلاث فئات:

• أجهزة الإشارة: تم تصميم هذه الأجهزة لعرض مقدار الكمية المقاسة مباشرة. عادةً ما تحتوي على لوحة ذات مؤشر يتحرك فوق مقياس مدرج. أمثلة على أجهزة الإشارة تشمل الفولتمترات والأميترات وأجهزة قياس عامل الطاقة، والتي تُستخدم على نطاق واسع لمراقبة وقياس المعلمات الكهربائية في الدوائر والأنظمة المختلفة.

• أجهزة التكامل: تستخدم أجهزة التكامل لقياس الطاقة الكلية الموردة خلال فترة زمنية محددة. يتم حساب الطاقة الكلية المقاسة بواسطة هذه الأجهزة كناتج للزمن والكمية الكهربائية المقاسة. أمثلة شائعة لأجهزة التكامل هي عدادات الطاقة وعدادات الساعة - الواط، والتي تعد ضرورية للفوترة الدقيقة للمستهلكين للطاقة الكهربائية التي يستهلكونها.

• أجهزة التسجيل: تستخدم أجهزة التسجيل لتوثيق حالات الدائرة في فترات زمنية منتظمة. عادةً ما تحتوي على نظام متحرك يحمل قلمًا أو محددًا، والذي يلامس برفق ورقة أو وسيط تسجيل آخر. مع تغير الكمية الكهربائية المقاسة، يتم رسم حركة الملف على الوسط التسجيلي، مما يخلق منحنى يوضح التغير في الكمية الكهربائية بمرور الوقت. يعتبر هذا التمثيل الرسومي قيمة كبيرة لتحليل الاتجاهات وتشخيص المشكلات ومراقبة أداء الأنظمة الكهربائية.

مقارنة بالأجهزة الكهربائية والميكانيكية، تتميز الأجهزة الإلكترونية عموماً بسرعات استجابة أسرع بكثير. تتيح هذه الاستجابة السريعة اكتشاف واستجابة سريعة للتغيرات في الكميات الكهربائية، مما يجعلها مناسبة للغاية للتطبيقات التي تتطلب مراقبة وتحليل فوري، مثل أنظمة استحواذ البيانات عالية السرعة وأنظمة التحكم والتكنولوجيات الحديثة للاتصالات.