طبقه بندی دستگاه های اندازه گیری
وسایل اندازه‌گیری: تعریف، طبقه‌بندی و ویژگی‌ها
وسیله اندازه‌گیری یک دستگاه است که برای کمی کردن مقادیر فیزیکی و برقی استفاده می‌شود. مفهوم اندازه‌گیری اساساً شامل مقایسه دو مقداری است که همان واحد را دارند. یکی از این مقادیر دارای مقدار ناشناخته‌ای 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 نشان می‌دهد.
وسایل اندازه‌گیری می‌توانند به سه نوع اصلی تقسیم‌بندی شوند:
دستگاه‌های برقی
دستگاه‌های الکترونیکی
دستگاه‌های مکانیکی
دستگاه‌های مکانیکی عمدتاً 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 واکنش مؤثر به شرایط پویا یا تغییرات سریع قرار دارد. به عنوان مثال، آنها ممکن است رویدادهای موقت یا نوسانات در پارامترهای فیزیکی را به صورت دقیق ضبط نکنند.
از طرف دیگر، دستگاه‌های الکترونیکی با زمان‌های پاسخ سریع مزیت قابل توجهی دارند. در مقایسه با دستگاه‌های برقی و مکانیکی، آنها می‌توانند به سرعت تغییرات در مقدار اندازه‌گیری شده را تشخیص داده و واکنش نشان دهند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که نیاز به نظارت و اندازه‌گیری در زمان حقیقی پدیده‌های متغیر سریع دارند، مطلوب می‌کند.
دستگاه‌های برقی به طور خاص برای اندازه‌گیری مقادیر برقی مانند جریان، ولتاژ و توان طراحی شده‌اند. نمونه‌هایی از دستگاه‌های اندازه‌گیری برقی شامل آمپرمتر، ولتمتر و واتمتر هستند. آمپرمتر برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی در آمپر استفاده می‌شود، ولتمتر برای اندازه‌گیری ولتاژ و واتمتر برای تعیین توان الکتریکی استفاده می‌شود. طبقه‌بندی دستگاه‌های برقی غالباً بر اساس روش‌های استفاده شده برای نمایش یا نشان دادن خروجی خواندنی است. دستگاه‌های مختلف ممکن است از دایال‌های آنالوگ، نمایشگرهای دیجیتال یا روش‌های دیگر برای انتقال مقادیر اندازه‌گیری شده استفاده کنند، هر یک با مجموعه‌ای از مزایا و کاربردهای خود در ارتباط با نیازهای خاص وظیفه اندازه‌گیری.
نوع‌های دستگاه‌های برقی
در این مقاله، ما به بررسی انواع مختلف دستگاه‌های برقی خواهیم پرداخت، هر یک با ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود.
دستگاه‌های مطلق
یک دستگاه مطلق مقدار یک کمیت 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 کمیت اندازه‌گیری شده از یک دستگاه مطلق، معمولاً محاسبات ریاضی لازم است تا رابطه بین ثابت فیزیکی مشاهده شده و کمیت اندازه‌گیری شده تفسیر شود.
یک مثال برجسته از یک دستگاه مطلق گالوانومتر تانژانتی است. در این دستگاه، مقدار جریان عبوری از سیم پیچ آن با استفاده از تانژانت زاویه انحراف سیم پیچ، همراه با عواملی مانند مؤلفه افقی میدان مغناطیسی زمین، شعاع سیم پیچ و تعداد دورهای سیم محاسبه می‌شود. به دلیل وابستگی آنها به روابط فیزیکی دقیق و نیاز به محاسبات دقیق، دستگاه‌های مطلق معمولاً در محیط‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شوند که اندازه‌گیری‌های دقیق و بنیادی ضروری هستند.
دستگاه‌های ثانویه
دستگاه‌های ثانویه مقدار کمیت 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 مجموعه وسیعی از وظایف اندازه‌گیری روزمره بسیار عملی می‌کند.
دستگاه‌های دیجیتال
دستگاه‌های دیجیتال خروجی خود را به صورت عددی ارائه می‌دهند و چند مزیت بر دستگاه‌های آنالوگ خود دارند. یکی از مزایای کلیدی دقت بالاتر است، زیرا خواندن‌های دیجیتال احتمال خطای انسانی مرتبط با خواندن مقیاس‌های آنالوگ را حذف می‌کنند. این ویژگی دستگاه‌های دیجیتال را برای کاربردهایی که دقت بسیار مهم است، مانند تحقیقات علمی، مهندسی و کنترل کیفیت صنعتی، بسیار مناسب می‌کند.
دستگاه‌های آنالوگ
دستگاه‌های آنالوگ با خروجی‌ای که به صورت پیوسته تغییر می‌کند مشخص می‌شوند. آنها معمولاً دارای یک اشاره‌گر هستند که در طول یک مقیاس کالیبره شده حرکت می‌کند تا مقدار کمیت قابل اندازه‌گیری را نشان دهد. دستگاه‌های آنالوگ می‌توانند به دو زیرگروه تقسیم‌بندی شوند:
دستگاه‌های نوع صفر (Null Type)
دستگاه‌های نوع صفر از انحراف صفر یا صفر برای نشان دادن مقدار کمیت اندازه‌گیری شده استفاده می‌کنند. این دستگاه‌ها به دلیل دقت و حساسیت بالا معروف هستند. آنها بر اساس اصول مقایسه یک کمیت شناخته شده با یک کمیت ناشناخته عمل می‌کنند. وقتی مقادیر کمیت شناخته شده و ناشناخته برابر هستند، اشاره‌گر دستگاه یک انحراف صفر یا صفر نشان می‌دهد. دستگاه‌های نوع صفر معمولاً در پوتانسیومترها و گالوانومترها برای شناسایی دقیق نقاط صفر، که برای اندازه‌گیری‌های دقیق در کاربردهای مختلف برقی و الکترونیکی ضروری هستند، استفاده می‌شوند.
دستگاه‌های نوع انحراف (Deflection Type)
دستگاه‌های نوع انحراف مقدار کمیت اندازه‌گیری شده را بر اساس انحراف یک اشاره‌گر تعیین می‌کنند. وقتی کمیت اندازه‌گیری شده بر دستگاه اثر می‌گذارد، اشاره‌گر سیستم متحرک (که بر یک مقیاس کالیبره شده نصب شده است) انحراف می‌کند. با مشاهده موقعیت اشاره‌گر روی مقیاس، می‌توان مقدار کمیت اندازه‌گیری شده را تعیین کرد.
دستگاه‌های نوع انحراف می‌توانند به سه دسته تقسیم‌بندی شوند:
در مقایسه با دستگاه‌های برقی و مکانیکی، دستگاه‌های الکترونیکی معمولاً زمان‌های پاسخ سریع‌تری دارند. این پاسخ سریع اجازه می‌دهد تا آنها به سرعت تغییرات در کمیت‌های برقی را تشخیص داده و واکنش نشان دهند، که آنها را برای کاربردهایی که نیاز به نظارت و تحلیل در زمان حقیقی دارند، مانند سیستم‌های جمع‌آوری داده‌های با سرعت بالا، سیستم‌های کنترل و فناوری‌های ارتباطی مدرن، بسیار مناسب می‌کند.
