Mittarien luokittelu

Mittarit: Määritelmä, luokittelu ja ominaisuudet

Mittausten tarkoituksena on fysikaalisten ja sähköisten määritysten kvantifioiminen. Mittaamisen peruskäsite perustuu kahden saman yksikön määrän vertailuun. Toinen näistä määrästä on tuntematon, jota verrataan etukäteen määriteltyyn standardiarvoon. Tämän vertailun avulla saadaan numeerinen tulos, joka edustaa tuntemattoman määrän mittuarvoa.

Mittarit voidaan jakaa kolmeen pääasialaiseen ryhmään:

• Sähköiset mittarit

• Elektroniset mittarit

• Mekaaniset mittarit

Mekaanisia mittareita on suunniteltu pääasiassa fysikaalisten määritysten mittaamiseen. Ne sopivat hyvin sovelluksiin, jotka koskevat staattisia ja vakaita olosuhteita. Niillä on kuitenkin rajoitus niiden kyvyn puuttumisessa reagoida dynaamisiin tai nopeasti muuttuviin olosuhteisiin. Esimerkiksi ne eivät välttämättä kuvasta tarkasti tilapäisiä tapahtumia tai fysikaalisten parametrien vaihteluja.

Elektroniset mittarit tarjoavat huomattavan etun nopeilla vasta-aikoillaan. Vertailun sähköisiin ja mekaanisiin mittareihin tehtyyn, ne voivat nopeasti havaita ja reagoida mittaamiseen liittyvien määritysten muutoksiin. Tämä tekee niistä ideaalisiin sovelluksiin, joissa vaaditaan reaaliaikainen seuranta ja mittaaminen nopeasti muuttuvia ilmiöitä.

Sähköiset mittarit on erityisesti suunniteltu sähköisten määritysten, kuten sähkövirta, jännite ja teho, mittaamiseen. Sähköisten mittareiden esimerkkejä ovat amperemittari, voltmetri ja wattmetri. Amperemittaria käytetään sähkövirran mittaamiseen ampeeriä, voltmetriä käytetään jännitteen mittaamiseen ja wattmetriä käytetään sähkötehon määritykseen. Sähköisten mittareiden luokittelu usein perustuu menetelmiin, joita käytetään tuloksen näyttämiseen tai esittämiseen. Eri mittareiden voi käyttää analogisia viitereppejä, digitaalisia näyttöjä tai muita keinoja mittaustulosten välittämiseen, jokaisella omilla etuillaan ja sovelluksillaan mittaustehtävän erityisten vaatimusten mukaan.

Sähköisten mittareiden tyypit

Tässä artikkelissa tutustumme erilaisiin sähköisiin mittareihin, joilla on omat yksilölliset ominaisuutensa ja sovelluksensa.

Itsestään selviävät mittarit

Itsestään selviävä mittari määrittää mittaaman määrän arvon fyysisiä vakioita perustuen. Nämä fyysiset vakiot voivat sisältää parametreja, kuten poikkeamiskulma, tietyt asteet tai mittarin vakio. Mittauksen arvon saamiseksi itsestään selviävän mittarin avulla tarvitaan yleensä matemaattisia laskutoimituksia, jotta voidaan tulkita havaitun fyysisen vakioksi ja mittaaman määrän välisen suhteen.

Yksi itsestään selviävän mittarin esimerkki on tangenttigalvanometri. Tässä laitteessa kytkentävirta kulkee sen kierroksen läpi, jossa virtan suuruus lasketaan käyttäen kierroksen poikkeamiskulman tangentin lisäksi tekijöitä, kuten maan magneettikentän horisontaalinen komponentti, kierroksen säde ja juostojen määrä. Koska niissä on tarkkojen fyysisten suhteiden ja yksityiskohtaisten laskutoimitusten tarve, itsestään selviäviä mittareita käytetään yleensä laboratorioissa, jossa tarkkoja ja perustavanlaatuisia mittauksia tarvitaan.

Toissijaiset mittarit

Toissijaiset mittarit näyttävät mittaaman määrän suuruutta poikkeamisen avulla. Tarkka mittaaminen edellyttää näiden mittareiden kalibrointia vakiomittarin avulla. Toissijaiset mittarit tarjoavat suoraan tuloksen, mikä poistaa monimutkaisten matemaattisten laskutoimitusten tarpeen mittaaman määrän määrittämiseksi. Tämä yksinkertaisuus tekee niistä hyvin käytännöllisiä laajalle kirjoille päivittäisiä mittaustehtäviä varten.

Digitaaliset mittarit

Digitaaliset mittarit esittävät tuloksensa numerisessa muodossa, tarjoten useita etuja analoogisiin vastineisiinsa nähden. Yksi keskeisistä etuista on parannettu tarkkuus, koska digitaaliset lukemat poistavat ihmisen virheen mahdollisuuden, joka liittyy analoogisten skaaloiden lukemiseen. Tämä tekee digitaalisista mittareista erityisen sopivia sovelluksiin, joissa tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää, kuten tieteellisessä tutkimuksessa, insinöörityössä ja teollisessa laatujärjestelmässä.

Analogiset mittarit

Analogiset mittarit on tunnistettavissa siitä, että niiden ulostulo vaihtelee jatkuvasti. Ne sisältävät yleensä viitteen, joka liikkuu kalibroitetun skaalan pitkin osoittamaan mittaaman määrän suuruutta. Analogisia mittareita voidaan edelleen luokitella kahteen alaluokkaan:

Nollatyypin mittarit

Nollatyypin mittarit käyttävät nollaa tai nollapoikkeamaa mittaaman määrän suuruuden ilmaisemiseen. Näitä mittareita tunnetaan korkeasta tarkkuudesta ja herkkyydestä. Ne toimivat tunnettujen ja tuntemattomien määritysten vertailun periaatteella. Kun tunnettu ja tuntematon määrä ovat yhtä suuret, mittarin viite näyttää nollan tai nollapoikkeaman. Nollatyypin mittareita käytetään yleisesti potentiometreissa ja galvanometreissa, jotta voidaan tarkasti tunnistaa nollakohdat, jotka ovat olennaisia tarkoille mittauksille erilaisissa sähkö- ja elektroniikkasovelluksissa.

Poikkeamistyypin mittarit

Poikkeamistyypin mittarit määrittävät mittaaman määrän arvon mittarin viitteen poikkeamisen perusteella. Kun mittaaman määrä vaikuttaa mittariin, se aiheuttaa viitteen liikkuvan järjestelmän (joka on asennettu kalibroitetulle skaalalle) poikkeamisen. Viitteen sijaintia skaalalla tarkkailemalla voidaan määrittää mittaaman määrän suuruus.

Poikkeamistyypin mittarit voidaan edelleen jakaa kolmeen kategoriaan:

• Näyttömittarit: Nämä mittarit on suunniteltu näyttämään mittaaman määrän suuruutta suoraan. Ne sisältävät yleensä viitteen, joka liikkuu graduoidun skaalan yli. Näyttömittareiden esimerkkejä ovat voltmetrit, amperemittarit ja tehokastemittarit, jotka ovat yleisesti käytettyjä erilaisten piirien ja järjestelmien sähköisten parametrien valvontaan ja mittaamiseen.

• Integroivat mittarit: Integroivat mittarit käytetään mittaamaan kokonaistehoa tietylle ajanjakson aikana. Nämä mittarit lasketaan ajan ja mittaaman sähköisen määrän tulona. Yleisiä integroivien mittareiden esimerkkejä ovat energiamittarit, watti-tuntimittarit, jotka ovat olennaisia kuluttajien sähköenergian kulutuksen tarkkaa laskutusta varten.

• Tallennusmittarit: Tallennusmittarit käytetään dokumentoimaan piirin olosuhteita säännöllisin väliajoin. Ne sisältävät yleensä liikkuvan järjestelmän, joka kuljettaa kynää tai stilusta, joka pehmeästi koskettaa paperilehteä tai muuta tallennusvälinettä. Kun mittaaman sähköinen määrä muuttuu, kierroksen liike jäljitetään tallennusvälineeseen, luoden käyrän, joka kuvaa sähköisen määrän vaihtelua ajan myötä. Tämä graafinen esitys on arvokas analysointiin, ongelman diagnostiikkaan ja sähköisten järjestelmien suorituskyvyn valvontaan.

Verrattuna sähköisiin ja mekaanisiin mittareihin, elektroniset mittarit yleensä reagoivat huomattavasti nopeammin. Tämä nopea reaktio mahdollistaa niiden nopean havainnon ja reaktion sähköisiin määrityksiin, mikä tekee niistä erittäin sopivia sovelluksiin, joissa vaaditaan reaaliaikainen seuranta ja analyysi, kuten nopeissa datan keräämisjärjestelmissä, ohjausjärjestelmissä ja nykyaikaisissa tiedonsiirtoteknologioissa.