ما هي الأجهزة التناظرية وتصنيفها ومبادئ عملها

تعريف الأجهزة التناظرية

يُعرف الجهاز التناظري بأنه جهاز تكون فيه الإخراج دالة مستمرة للزمن، مع الحفاظ على علاقة ثابتة مع الإدخال. يتم قياس الكميات الفيزيائية مثل الجهد الكهربائي والتيار والقوة والطاقة باستخدام الأجهزة التناظرية. تستخدم معظم الأجهزة التناظرية مؤشراً أو مقياساً لتحديد حجم الكمية المقاسة.

تصنيف الأجهزة التناظرية

يتم تصنيف الأجهزة التناظرية بناءً على نوع الكمية الفيزيائية التي تقوم بقياسها. فمثلاً، يُطلق على الجهاز المستخدم لقياس التيار اسم أمبير متر، بينما يُستخدم الفولتمتر لقياس الجهد. أما الواط متر ومتر التردد فيستخدمان لقياس القوة والتردد على التوالي.

تصنيف الأجهزة التناظرية

يمكن تصنيف الأجهزة التناظرية بناءً على نوع التيار الذي تقوم بقياسه، مما يؤدي إلى ثلاثة أصناف رئيسية:

• أجهزة التيار المباشر (DC) التناظرية

• أجهزة التيار المتردد (AC) التناظرية

• أجهزة لكل من التيار المباشر والمتردد

يمكن أيضاً تصنيفها حسب كيفية تقديم الكمية المقاسة، بما في ذلك:

1. الأجهزة المؤشرة

تقوم هذه الأجهزة بعرض حجم الكمية المقاسة باستخدام مقياس ومؤشر. ومن الأمثلة عليها الأمبير متر والفولتمتر. يمكن تقسيمها إلى:

• الأجهزة الكهروميكانيكية

• الأجهزة الإلكترونية

2. الأجهزة السجلة

تقدم هذه الأجهزة قراءات مستمرة خلال فترة زمنية محددة، مع تسجيل تغيرات الكمية على الورق.

3. الأجهزة المتكاملة

تقوم هذه الأجهزة بقياس مجموع الكمية الكهربائية خلال فترة زمنية معينة.

يتم التصنيف الآخر بناءً على الطريقة المستخدمة للمقارنة بين الكمية المقاسة:

• أجهزة القياس المباشرة
  تقوم هذه الأجهزة بتحويل الكمية المقاسة مباشرة إلى طاقة لتنشيط الجهاز، مما يسمح بقياس الكميات غير المعروفة مباشرة. ومن الأمثلة عليها الأمبير متر والفولتمتر والواط متر وأجهزة قياس الطاقة.

• أجهزة المقارنة
  تحدد هذه الأجهزة الكميات غير المعروفة عن طريق مقارنتها بالقيم القياسية. تعتبر الجسور الكهربائية للتيار المباشر والمتردد أمثلة نموذجية.

يمكن أيضًا تصنيف الأجهزة التناظرية بناءً على مستويات الدقة.

مبادئ العمل

يمكن تصنيف الأجهزة التناظرية حسب مبادئ عملها، حيث تعتمد العديد منها على الآثار التالية:

التأثير المغناطيسي

عندما يتدفق التيار عبر موصل، فإنه يولد مجالاً مغناطيسياً حول الموصل. فمثلاً، إذا كان الموصل ملفوفاً، فإن المجالات المغناطيسية المشتركة لمجمل لفات الملف تعمل كمغناطيس خيالي.

التأثير الحراري

عندما يمر التيار المقاس عبر عناصر التسخين، فإنه يرفع درجة حرارتها. يقوم الثنائي الحراري المرتبط بهذه العناصر بتحويل هذا التغيير في درجة الحرارة إلى قوة كهربائية محركة (emf). يعتبر تحويل التيار إلى emf عبر درجة الحرارة هو التأثير الحراري.

التأثير الكهروستاتيكي

يعمل القوة الكهروستاتيكية بين لوحتين مشحونتين، مما يتسبب في إزاحة إحدى اللوحتين. تُسمى الأجهزة التي تعمل على هذا المبدأ بأجهزة كهروستاتيكية.

تأثير الاستقراء

عند وضع قرص موصل غير مغناطيسي في مجال مغناطيسي (مُحَدَّث بواسطة كهرومغناطيس مُثَرَّج بواسطة تيار متناوب)، فإنه يولد قوة كهربائية محركة (emf). يُحدث هذا emf تياراً في القرص، وتتسبب التفاعل بين التيار المستحث والحقل المغناطيسي في تحريك القرص. يستخدم هذا التأثير بشكل أساسي في الأجهزة من نوع الاستقراء.

تأثير هول

عندما يحمل مادة تيار كهربائي في وجود مجال مغناطيسي عرضي، فإنه يولد فرق جهد بين حافتي الموصل. تعتمد قيمة هذا الفرق الجهد على التيار وكثافة التدفق المغناطيسي وخواص المادة للموصل.