د اوزانې د پیژندونو ډولنگ

وسایل اندازه‌گیری: تعریف، طبقه‌بندی و ویژگی‌ها

وسیله اندازه‌گیری یک دستگاه است که برای کمی کردن مقادیر فیزیکی و الکتریکی استفاده می‌شود. مفهوم اندازه‌گیری اساساً شامل مقایسه دو مقداری است که همان واحد را دارند. یکی از این مقادیر دارای مقدار ناشناخته است که سپس با یک مقدار استاندارد پیش‌تعیین شده مقایسه می‌شود. از طریق این مقایسه، یک نتیجه عددی به دست می‌آید که مقدار اندازه‌گیری شده مقدار ناشناخته را نمایان می‌کند.

وسایل اندازه‌گیری می‌توانند به سه نوع اصلی تقسیم‌بندی شوند:

• دستگاه‌های الکتریکی

• دستگاه‌های الکترونیکی

• دستگاه‌های مکانیکی

دستگاه‌های مکانیکی عموماً برای اندازه‌گیری مقادیر فیزیکی طراحی شده‌اند. آنها برای کاربردهایی که شامل شرایط ثابت و پایدار هستند مناسب هستند. با این حال، محدودیت آنها در عدم توانایی آنها برای واکنش مؤثر به شرایط پویا یا تغییرات سریع قابل مشاهده است. برای مثال، آنها ممکن است رویدادهای موقت یا نوسان‌های فیزیکی را به صورت دقیق ضبط نکنند.

از طرف دیگر، دستگاه‌های الکترونیکی با زمان‌های پاسخ سریع مزیت قابل توجهی دارند. در مقایسه با دستگاه‌های الکتریکی و مکانیکی، آنها می‌توانند به سرعت تغییرات در مقدار اندازه‌گیری شده را تشخیص داده و واکنش نشان دهند. این موضوع آنها را برای کاربردهایی که نیاز به نظارت و اندازه‌گیری زنده و سریع دارند، مثلاً در سیستم‌های جمع‌آوری داده‌های سریع، سیستم‌های کنترل و فناوری‌های ارتباطی مدرن، مناسب می‌کند.

دستگاه‌های الکتریکی خاصاً برای اندازه‌گیری مقادیر الکتریکی مانند جریان، ولتاژ و توان طراحی شده‌اند. نمونه‌هایی از دستگاه‌های اندازه‌گیری الکتریکی شامل آمتر، ولتمتر و واتمتر می‌باشد. آمتر برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی در آمپر، ولتمتر برای اندازه‌گیری ولتاژ و واتمتر برای تعیین توان الکتریکی استفاده می‌شود. طبقه‌بندی دستگاه‌های الکتریکی غالباً بستگی به روش‌های استفاده شده برای نمایش یا نمایاندن خروجی خواندنی دارد. دستگاه‌های مختلف ممکن است از دایره‌های آنالوگ، نمایشگرهای دیجیتال یا روش‌های دیگر برای انتقال مقادیر اندازه‌گیری شده استفاده کنند، هر کدام با مجموعه خاصی از مزایا و کاربردها بسته به نیازهای خاص کار اندازه‌گیری.

نوع‌های دستگاه‌های الکتریکی

در این مقاله، ما به بررسی انواع مختلف دستگاه‌های الکتریکی، هر کدام با ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود می‌پردازیم.

دستگاه‌های مطلق

یک دستگاه مطلق مقدار یک مقدار اندازه‌گیری شده را بر اساس ثوابت فیزیکی تعیین می‌کند. این ثوابت فیزیکی می‌توانند شامل پارامترهایی مانند زاویه انحراف، درجات خاص یا ثوابت متر باشند. برای به دست آوردن مقدار یک مقدار اندازه‌گیری شده از یک دستگاه مطلق، معمولاً محاسبات ریاضی لازم است تا رابطه بین ثابت فیزیکی مشاهده شده و مقدار اندازه‌گیری شده تفسیر شود.

یک مثال برجسته از یک دستگاه مطلق، گالوانومتر مماسی است. در این دستگاه، مقدار جریان عبوری از سیم‌پیچ آن با استفاده از تانژانت زاویه انحراف سیم‌پیچ، به همراه عواملی مانند مؤلفه افقی میدان مغناطیسی زمین، شعاع سیم‌پیچ و تعداد دورهای سیم محاسبه می‌شود. به دلیل وابستگی آنها به روابط فیزیکی دقیق و نیاز به محاسبات مفصل، دستگاه‌های مطلق معمولاً در محیط‌های آزمایشگاهی که اندازه‌گیری‌های دقیق و بنیادی ضروری هستند، استفاده می‌شوند.

دستگاه‌های ثانویه

دستگاه‌های ثانویه مقدار یک مقدار قابل اندازه‌گیری را از طریق انحراف نمایش می‌دهند. برای اندازه‌گیری دقیق، کالیبراسیون این دستگاه‌ها نسبت به یک دستگاه استاندارد حیاتی است. در مقابل دستگاه‌های مطلق، دستگاه‌های ثانویه خروجی مستقیمی ارائه می‌دهند، که نیاز به محاسبات ریاضی پیچیده برای تعیین مقدار اندازه‌گیری شده را حذف می‌کند. این سادگی آنها را برای محدوده وسیعی از وظایف اندازه‌گیری روزمره بسیار عملی می‌کند.

دستگاه‌های دیجیتال

دستگاه‌های دیجیتال خروجی خود را به صورت عددی ارائه می‌دهند، که چندین مزیت نسبت به همتایان آنالوگ خود دارند. یکی از مزایای اصلی افزایش دقت است، زیرا خواندن‌های دیجیتال احتمال خطای انسانی مربوط به خواندن مقیاس‌های آنالوگ را حذف می‌کند. این موضوع دستگاه‌های دیجیتال را برای کاربردهایی که دقت بالا ضروری است، مانند تحقیقات علمی، مهندسی و کنترل کیفیت صنعتی، بسیار مناسب می‌کند.

دستگاه‌های آنالوگ

دستگاه‌های آنالوگ با خروجی‌ای مشخص می‌شوند که به صورت مداوم متغیر است. آنها معمولاً شامل یک اشاره‌گر هستند که بر روی یک مقیاس کالیبره شده حرکت می‌کند تا مقدار یک مقدار قابل اندازه‌گیری را نشان دهد. دستگاه‌های آنالوگ می‌توانند به دو زیرگروه تقسیم‌بندی شوند:

دستگاه‌های نوع صفر

دستگاه‌های نوع صفر از انحراف صفر یا صفر برای نشان دادن مقدار یک مقدار اندازه‌گیری شده استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها به دلیل دقت و حساسیت بالا معروف هستند. آنها بر اصول مقایسه یک مقدار شناخته شده با یک مقدار ناشناخته عمل می‌کنند. وقتی مقادیر معلوم و ناشناخته برابر هستند، اشاره‌گر دستگاه نشان‌دهنده صفر یا انحراف صفر است. دستگاه‌های نوع صفر معمولاً در پتانسیومترها و گالوانومترها برای شناسایی دقیق نقاط صفر که برای اندازه‌گیری‌های دقیق در کاربردهای مختلف الکتریکی و الکترونیکی ضروری هستند، استفاده می‌شوند.

دستگاه‌های نوع انحراف

دستگاه‌های نوع انحراف مقدار یک مقدار اندازه‌گیری شده را بر اساس انحراف یک اشاره‌گر تعیین می‌کنند. وقتی کمیت اندازه‌گیری شده بر دستگاه تأثیر می‌گذارد، اشاره‌گر سیستم متحرک (که بر روی یک مقیاس کالیبره شده نصب شده است) انحراف می‌کند. با مشاهده موقعیت اشاره‌گر روی مقیاس، می‌توان مقدار یک مقدار اندازه‌گیری شده را تعیین کرد.

دستگاه‌های نوع انحراف می‌توانند به سه دسته تقسیم‌بندی شوند:

• دستگاه‌های نشان‌دهنده: این دستگاه‌ها برای نمایش مستقیم مقدار یک مقدار اندازه‌گیری شده طراحی شده‌اند. آنها معمولاً شامل یک دایره با یک اشاره‌گر هستند که روی یک مقیاس تقسیم‌بندی شده حرکت می‌کند. نمونه‌هایی از دستگاه‌های نشان‌دهنده شامل ولتمترها، آمترها و مترهای عامل توان، که به طور گسترده برای نظارت و اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی در مدارها و سیستم‌های مختلف استفاده می‌شوند.

• دستگاه‌های ادغامی: دستگاه‌های ادغامی برای اندازه‌گیری کل انرژی تحویل داده شده در یک بازه زمانی خاص استفاده می‌شوند. کل انرژی اندازه‌گیری شده توسط این دستگاه‌ها به عنوان حاصل ضرب زمان و کمیت الکتریکی اندازه‌گیری شده محاسبه می‌شود. نمونه‌های رایج دستگاه‌های ادغامی شامل مترهای انرژی و وات-ساعت مترها هستند که برای صحت فاکتورهای مصرف الکتریکی مصرف‌کنندگان ضروری هستند.

• دستگاه‌های ضبط‌کننده: دستگاه‌های ضبط‌کننده برای ثبت شرایط مدار در فواصل منظم استفاده می‌شوند. آنها معمولاً شامل یک سیستم متحرک هستند که یک قلم یا سبیل را حمل می‌کند که به صورت نرم با یک برگ کاغذ یا مedium ضبط دیگر تماس دارد. وقتی کمیت الکتریکی اندازه‌گیری شده تغییر می‌کند، حرکت سیم‌پیچ روی medium ضبط دنبال می‌شود و یک منحنی ایجاد می‌کند که تغییرات کمیت الکتریکی در طول زمان را نشان می‌دهد. این نمایش گرافیکی برای تحلیل روندها، تشخیص مشکلات و نظارت بر عملکرد سیستم‌های الکتریکی بسیار ارزشمند است.

در مقایسه با دستگاه‌های الکتریکی و مکانیکی، دستگاه‌های الکترونیکی معمولاً زمان‌های پاسخ سریع‌تری دارند. این پاسخ سریع به آنها اجازه می‌دهد تا به سرعت تغییرات در کمیت‌های الکتریکی را تشخیص داده و واکنش نشان دهند، که آنها را برای کاربردهایی که نیاز به نظارت و تحلیل زنده دارند، مانند سیستم‌های جمع‌آوری داده‌های سریع، سیستم‌های کنترل و فناوری‌های ارتباطی مدرن، بسیار مناسب می‌کند.