Klasifikacija mjernih instrumenta

Mjereći instrumenti: Definicija, klasifikacija i karakteristike

Mjereći instrument je uređaj koji se koristi za kvantifikaciju fizičkih i električnih veličina. Koncept mjerenja temelji se na usporedbi dvije veličine koje dijele istu jedinicu. Jedna od tih veličina ima nepoznatu magnitudu, koja se uspoređuje s predefiniranom standardnom vrijednošću. Kroz tu usporedbu dobiva se numerički rezultat, koji predstavlja izmjerenu vrijednost nepoznate veličine.

Mjereći instrumenti mogu se klasificirati u tri glavne vrste:

• Električki instrumenti

• Elektronički instrumenti

• Mehanički instrumenti

Mehanički instrumenti su uglavnom dizajnirani za mjerenje fizičkih veličina. Oni su dobro prilagođeni primjenama u kojima su uvjeti statični i stabilni. Međutim, njihova ograničenja leže u nesposobnosti da efektivno reaguju na dinamičke ili brzo mijenjajuće uvjete. Na primjer, možda ne precizno uhvataju tranzientne događaje ili fluktuacije fizičkih parametara.

Elektronički instrumenti, s druge strane, nude značajnu prednost svojim brzim vremenom odziva. U usporedbi s električkim i mehaničkim instrumentima, oni mogu brzo detektirati i reagirati na promjene u mjerenoj veličini. To ih čini idealnim za primjene koje zahtijevaju stvarno-vremensko praćenje i mjerenje brzo varijabilnih fenomena.

Električki instrumenti su specifično dizajnirani za mjerenje električnih veličina poput struje, napona i snage. Primjeri električkih mjerećih instrumenta uključuju ampermetar, voltmetar i vatmetar. Ampermetar se koristi za mjerenje električne struje u amperima, voltmeter se koristi za mjerenje napona, a vatmeter se koristi za određivanje električne snage. Klasifikacija električkih instrumenta često ovisi o metodama koje se koriste za prikaz ili predstavljanje izlaznog čitanja. Različiti instrumenti mogu koristiti analogni pokazatelje, digitalne displeje ili druge sredstva za prenošenje izmjerene vrijednosti, svaki s vlastitim skupom prednosti i primjena ovisno o specifičnim zahtjevima zadatka mjerenja.

Vrste električkih instrumenta

U ovom članku istražit ćemo različite vrste električkih instrumenta, svaki s vlastitim karakteristikama i primjenama.

Apsolutni instrumenti

Apsolutni instrument određuje vrijednost mjerene veličine temeljem fizičkih konstanti. Te fizičke konstante mogu uključivati parametre poput kuta defleksije, specifičnih stupnjeva ili metričkih konstanti. Da bi se dobila vrijednost mjerene veličine iz apsolutnog instrumenta, obično su potrebni matematički izračuni kako bi se tumačila veza između promatrane fizičke konstante i mjerene veličine.

Primjer apsolutnog instrumenta je tangens galvanometar. U ovom uređaju, magnituda struje koja prolazi kroz njegov zavojnik izračunava se koristeći tangens kuta defleksije zavojnika, uz faktore poput horizontalne komponente geomagnetskog polja, polumjer zavojnika i broj zavojnica. Zbog njihove ovisnosti o preciznim fizičkim odnosima i potrebe za detaljnim izračunima, apsolutni instrumenti često se koriste u laboratorijskim okruženjima gdje su točna i fundamentalna mjerenja nužna.

Sekundarni instrumenti

Sekundarni instrumenti prikazuju magnitudu mjerene veličine putem defleksije. Za točno mjerenje ključno je kalibriranje tih instrumenta u odnosu na standardni instrument. U suprotnosti sa apsolutnim instrumentima, sekundarni instrumenti daju direktni izlaz, eliminirajući potrebu za složenim matematičkim izračunima kako bi se utvrdila mjerena vrijednost. Ova jednostavnost čini ih visoko praktičnim za širok spektar svakodnevnih zadataka mjerenja.

Digitalni instrumenti

Digitalni instrumenti prikazuju svoj izlaz u numeričkom formatu, nudeći nekoliko prednosti u usporedbi s njihovim analognim prototipima. Jedna od ključnih prednosti je poboljšana točnost, jer digitalna čitanja eliminiraju mogućnost ljudskih grešaka vezanih uz čitanje analognih skalica. To čini digitalne instrumente posebno pogodnima za primjene u kojima je preciznost najviše važna, poput znanstvenog istraživanja, inženjerstva i industrijskog kontrole kvalitete.

Analogni instrumenti

Analogni instrumenti karakteriziraju se izlazom koji se neprekidno mijenja. Obično imaju pokazatelj koji se kreće duž kalibrirane skale kako bi ukazao na magnitudu mjerene veličine. Analogne instrumente može se dalje klasificirati u dvije podvrste:

Nul tip instrumenti

Nul tip instrumenti koriste nulu ili nul defleksiju za označavanje magnitude mjerene veličine. Ovi instrumenti su poznati po svojoj visoko točnosti i osjetljivosti. Funkcioniraju na principu usporedbi poznate veličine s nepoznatom veličinom. Kada su vrijednosti poznate i nepoznate veličine jednake, pokazatelj instrumenta pokazuje nul ili nul defleksiju. Nul tip instrumenti se često koriste u potenciometrima i galvanometrima za precizno identificiranje nul točaka, koje su bitne za točna mjerenja u različitim električnim i elektroničkim primjenama.

Defleksijski tip instrumenti

Defleksijski tip instrumenti određuju vrijednost mjerene veličine temeljem defleksije pokazatelja. Kada mjerena veličina djeluje na instrument, dovodi do defleksije pokazatelja pokretnog sustava (koji je montiran na kalibriranu skalu). Gledanjem položaja pokazatelja na skali, može se odrediti magnituda mjerene veličine.

Defleksijski tip instrumenti mogu se dalje podijeliti u tri kategorije:

• Pokazateljski instrumenti: Ovi instrumenti su dizajnirani za prikazivanje magnitude mjerene veličine direktno. Obično imaju pokazateljsku skalu s pokazateljem koji se kreće nad graduiranom skalom. Primjeri pokazateljskih instrumenta uključuju voltmetre, ampermetre i faktor snage metri, koji se široko koriste za praćenje i mjerenje električnih parametara u različitim krugovima i sustavima.

• Integracijski instrumenti: Integracijski instrumenti koriste se za mjerenje ukupne energije isporučene u određenom vremenskom periodu. Ukupna energija mjerena tim instrumentima računa se kao umnožak vremena i mjerene električne veličine. Pogodni primjeri integracijskih instrumenta su energetski metri, vat-satni metri, koji su bitni za točno naplatu potrošača za električnu energiju koju potroši.

• Zapisni instrumenti: Zapisni instrumenti koriste se za dokumentiranje stanja kruga u redovitim intervalima. Obično imaju pokretni sustav koji nosi penkali ili stilus, koji lagano dira papirnatu listicu ili drugu zapisnu mediju. Kako se mjerena električna veličina mijenja, pokret zavojnika se registira na zapisnoj mediji, stvarajući krivulju koja ilustrira varijaciju električne veličine tijekom vremena. Ova grafička reprezentacija je neocjenjiva za analizu trendova, dijagnozu problema i praćenje performansi električnih sustava.

U usporedbi s električkim i mehaničkim instrumentima, elektronički instrumenti općenito pokazuju znatno brže vremena odziva. Ova brza reakcija omogućuje im da brzo detektiraju i reaguju na promjene električnih veličina, čime postaju visoko prikladni za primjene koje zahtijevaju stvarno-vremensko praćenje i analizu, poput visokobrzih sustava prikupljanja podataka, kontrolnih sustava i modernih tehnologija komunikacije.