การจำแนกเครื่องมือวัด

เครื่องมือวัด: คำนิยาม การจำแนกประเภท และลักษณะ

เครื่องมือวัดคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการกำหนดปริมาณทางกายภาพและไฟฟ้า แนวคิดของการวัดโดยพื้นฐานแล้วเกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบปริมาณสองปริมาณที่มีหน่วยเดียวกัน หนึ่งในปริมาณเหล่านี้มีขนาดที่ไม่ทราบ ซึ่งจะถูกเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐานที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ผ่านการเปรียบเทียบนี้ จะได้ผลลัพธ์เป็นตัวเลข ซึ่งแสดงถึงค่าที่วัดได้ของปริมาณที่ไม่ทราบ

เครื่องมือวัดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:

• เครื่องมือไฟฟ้า

• เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์

• เครื่องมือกลไก

เครื่องมือกลไกออกแบบมาเพื่อวัดปริมาณทางกายภาพเป็นหลัก เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีสภาพคงที่และเสถียร อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของเครื่องมือกลไกคือไม่สามารถตอบสนองได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อสภาพที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหรือแบบพลิกผัน ตัวอย่างเช่น อาจไม่สามารถจับภาพเหตุการณ์ชั่วขณะหรือความผันผวนของพารามิเตอร์ทางกายภาพได้อย่างถูกต้อง

เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ในทางตรงกันข้าม มีข้อดีอย่างมากในการตอบสนองอย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับเครื่องมือไฟฟ้าและเครื่องมือกลไก เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์สามารถตรวจจับและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของปริมาณที่วัดได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตรวจสอบและวัดแบบเรียลไทม์ เช่น การวัดปรากฏการณ์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

เครื่องมือไฟฟ้าออกแบบมาเพื่อวัดปริมาณไฟฟ้า เช่น กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้า ตัวอย่างของเครื่องมือวัดไฟฟ้า ได้แก่ แอมมิเตอร์ โวลท์มิเตอร์ และวัตต์มิเตอร์ แอมมิเตอร์ใช้วัดกระแสไฟฟ้าในหน่วยแอมแปร์ โวลท์มิเตอร์ใช้วัดแรงดันไฟฟ้า และวัตต์มิเตอร์ใช้วัดกำลังไฟฟ้า การจำแนกประเภทของเครื่องมือไฟฟ้ามักขึ้นอยู่กับวิธีการแสดงผลหรือแทนค่าผลลัพธ์ บางเครื่องมืออาจใช้เข็มอนาล็อก จอแสดงผลดิจิตอล หรือวิธีอื่น ๆ เพื่อแสดงค่าที่วัดได้ แต่ละวิธีมีข้อดีและแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของงานวัด

ประเภทของเครื่องมือไฟฟ้า

ในบทความนี้ เราจะสำรวจประเภทต่าง ๆ ของเครื่องมือไฟฟ้า แต่ละประเภทมีลักษณะและแอปพลิเคชันที่เป็นเอกลักษณ์

เครื่องมือชนิดสมบูรณ์

เครื่องมือชนิดสมบูรณ์กำหนดค่าของปริมาณที่วัดได้จากค่าคงที่ทางกายภาพ ค่าคงที่ทางกายภาพเหล่านี้อาจรวมถึงพารามิเตอร์ เช่น มุมเบี่ยงเบน องศาเฉพาะ หรือค่าคงที่ของมิเตอร์ เพื่อหาค่าของปริมาณที่วัดได้จากเครื่องมือชนิดสมบูรณ์ มักต้องใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์เพื่อแปลความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ทางกายภาพที่สังเกตได้กับปริมาณที่วัด

ตัวอย่างสำคัญของเครื่องมือชนิดสมบูรณ์คือกาลวาโนมิเตอร์แทนเจนต์ ในอุปกรณ์นี้ ขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านวงจรคอยล์ถูกคำนวณโดยใช้แทนเจนต์ของมุมเบี่ยงเบนของวงจรคอยล์ พร้อมกับปัจจัยอื่น ๆ เช่น ส่วนประกอบแนวนอนของสนามแม่เหล็กโลก รัศมีของวงจรคอยล์ และจำนวนรอบของสาย ด้วยความพึ่งพาค่าความสัมพันธ์ทางกายภาพที่แม่นยำและความต้องการในการคำนวณอย่างละเอียด เครื่องมือชนิดสมบูรณ์มักใช้ในห้องทดลองที่ต้องการการวัดที่แม่นยำและพื้นฐาน

เครื่องมือรอง

เครื่องมือรองแสดงขนาดของปริมาณที่วัดได้ผ่านการเบี่ยงเบน การสอบเทียบเครื่องมือเหล่านี้กับเครื่องมือมาตรฐานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดที่แม่นยำ ต่างจากเครื่องมือชนิดสมบูรณ์ เครื่องมือรองให้ผลลัพธ์โดยตรง ไม่ต้องการการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อกำหนดค่าที่วัดได้ ความง่ายในการใช้งานทำให้เครื่องมือรองมีประโยชน์อย่างมากสำหรับงานวัดประจำวันหลากหลาย

เครื่องมือดิจิตอล

เครื่องมือดิจิตอลแสดงผลลัพธ์ในรูปแบบตัวเลข โดยมีข้อดีหลายประการเหนือเครื่องมืออนาล็อก หนึ่งในข้อดีหลักคือความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากผลลัพธ์ดิจิตอลลดโอกาสในการผิดพลาดจากการอ่านสเกลอนาล็อก ทำให้เครื่องมือดิจิตอลเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การวิศวกรรม และการควบคุมคุณภาพในอุตสาหกรรม

เครื่องมืออนาล็อก

เครื่องมืออนาล็อกมีลักษณะโดยมีผลลัพธ์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง มักมีเข็มที่เคลื่อนที่ตามสเกลที่สอบเทียบเพื่อแสดงขนาดของปริมาณที่วัด เครื่องมืออนาล็อกสามารถจำแนกออกเป็นสองประเภทย่อย:

เครื่องมือชนิดศูนย์

เครื่องมือชนิดศูนย์ใช้การเบี่ยงเบนศูนย์หรือศูนย์เพื่อแสดงขนาดของปริมาณที่วัด เครื่องมือเหล่านี้มีชื่อเสียงในความแม่นยำและความไวสูง ทำงานตามหลักการเปรียบเทียบปริมาณที่ทราบกับปริมาณที่ไม่ทราบ เมื่อค่าของปริมาณที่ทราบและปริมาณที่ไม่ทราบเท่ากัน เข็มของเครื่องมือจะแสดงการเบี่ยงเบนศูนย์หรือศูนย์ เครื่องมือชนิดศูนย์มักใช้ในโพเทนเทียมมิเตอร์และกาลวาโนมิเตอร์เพื่อระบุจุดศูนย์ ซึ่งจำเป็นสำหรับการวัดที่แม่นยำในแอปพลิเคชันทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ

เครื่องมือชนิดเบี่ยงเบน

เครื่องมือชนิดเบี่ยงเบนกำหนดค่าของปริมาณที่วัดได้จากการเบี่ยงเบนของเข็ม เมื่อปริมาณที่วัดกระทำต่อเครื่องมือ จะทำให้เข็มของระบบเคลื่อนที่ (ซึ่งติดตั้งบนสเกลที่สอบเทียบ) เบี่ยงเบน โดยการสังเกตตำแหน่งของเข็มบนสเกล สามารถกำหนดขนาดของปริมาณที่วัดได้

เครื่องมือชนิดเบี่ยงเบนสามารถจำแนกออกเป็นสามหมวด:

• เครื่องมือแสดงผล: เครื่องมือเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อแสดงขนาดของปริมาณที่วัดได้โดยตรง มักมีเข็มที่เคลื่อนที่บนสเกลที่มีการแบ่งระดับ ตัวอย่างของเครื่องมือแสดงผล ได้แก่ โวลท์มิเตอร์ แอมมิเตอร์ และมิเตอร์แฟคเตอร์กำลัง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบและวัดพารามิเตอร์ไฟฟ้าในวงจรและระบบต่าง ๆ

• เครื่องมือรวม: เครื่องมือรวมใช้ในการวัดพลังงานรวมที่จ่ายในช่วงเวลาเฉพาะ พลังงานรวมที่วัดได้โดยเครื่องมือเหล่านี้คำนวณเป็นผลคูณของเวลาและปริมาณไฟฟ้าที่วัด ตัวอย่างเครื่องมือรวมที่พบบ่อยคือมิเตอร์พลังงาน วัตต์ชั่วโมงมิเตอร์ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการเรียกเก็บเงินผู้บริโภคสำหรับพลังงานไฟฟ้าที่ใช้

• เครื่องมือบันทึก: เครื่องมือบันทึกใช้เพื่อบันทึกสภาพวงจรในช่วงเวลาที่กำหนด มักมีระบบเคลื่อนที่ที่บรรจุปากกาหรือสไตลัส ซึ่งสัมผัสเบา ๆ กับแผ่นกระดาษหรือสื่อบันทึกอื่น ๆ เมื่อปริมาณไฟฟ้าที่วัดเปลี่ยนแปลง การเคลื่อนที่ของวงจรโค일จะถูกวาดลงบนสื่อบันทึก สร้างเส้นโค้งที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไฟฟ้าตลอดเวลา การแสดงผลกราฟนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการวิเคราะห์แนวโน้ม การวินิจฉัยปัญหา และการตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า

เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องมือไฟฟ้าและเครื่องมือกลไก เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์มักมีเวลาตอบสนองที่เร็วขึ้นอย่างมาก ความสามารถในการตอบสนองอย่างรวดเร็วนี้ทำให้สามารถตรวจจับและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตรวจสอบและวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ เช่น ในระบบการจัดเก็บข้อมูลความเร็วสูง ระบบควบคุม และเทคโนโลยีการสื่อสารสมัยใหม่