آشنایی با تجهیزات اندازه گیری و ابزار دقیق

علم فیزیک:

علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می‌کند. مفاهیم بنیادی پدیده‌های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می‌شوند. این قوانین توسط علوم ریاضی فرمول بندی می‌شوند، بطوری که قوانین فیزیک و روابط ریاضی باهم در توافق بوده و مکمل هم هستند و هردو قادرند کلیه پدیده‌های فیزیکی را توصیف نمایند.

فیزیک و سایر علوم:

فیزیک، دینامیک و ساختار درونی اتمها را توصیف می‌کند و از آنجا که همه مواد شامل اتم هستند، پس هر علمی که در ارتباط با ماده باشد، با فیزیک نیز مرتبط خواهد بود. علومی نظیر: شیمی، زیست شناسی، زمین شناسی، پزشکی، دندانپزشکی، داروسازی، دامپزشکی، فیزیولوژی، رادیولوژی، مهندسی، مکانیک، برق، الکترونیک، مهندسی معدن، معماری، کشاورزی همچنین فیزیک در صنعت، معدن، دریانوردی، هوانوردی و … نیز کاربرد فراوان دارد. اینکه ابزار کار هر شغلی و هر علمی مبتنی براستفاده از قوانین و مواد فیزیکی است، نقش اساسی فیزیک در سایر علوم و رشته‌ها را نمایان می‌کند.

قبل از اینکه وارد دنیای الکتریسیته و الکترونیک شویم باید به مجموعه‌ای از مباحث مهم و اساسی نظیر ولتاژ، جریان و مقاومت بپردازیم تا درک درستی از مفاهیم فوق داشته باشیم.

در دنیای امروزی علم به جایگاهی رسیده است که با استفاده از تجهیزات اندازه‌گیری مانند مولتی‌متر (Multimeter)، اُسیلوسکوپ (Oscilloscope) تقریبا می‌توان تمام کمیت‌های فیزیکی را اندازه گرفت.

روابط حاکم بر ولتاژ و جریان:

الکتریسیته چیزی نیست جز حرکت الکترون‌ها در جسم رسانا. اگر این حرکت را به طور هدفمند کنترل کنیم می‌توانیم از آن برای رسیدن به مقاصد خود استفاده کنیم. گوشی تلفن همراه، کامپیوتر، چراغ مطالعه و تعداد بی‌شماری از تجهیزات الکتریکی فقط با مفهوم کنترل حرکت الکترون‌ها –البته با نظم و قوانین پیچیده‌تری– می توانند نیازهای شما را برطرف کنند.

هر بارالکتریکی سبب به وجود آمدن میدانی در اطراف خود می‌شود که به آن «میدان الکتریکی» گفته می‌شود. حال ممکن است در نقطه‌ای میدان قوی‌تر یا ضعیف‌تر باشد. قوی‌تر یا ضعیف‌تر بودن میدان به عامل ایجادکننده‌ی آن که «بار الکتریکی» است بستگی دارد.

به اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه «ولتاژ» می گویند.

واحد اندازه گیری ولت (v) است و آن را با نماد V نشان می دهند.

جریان الکتریکی رابطه مستقیمی با بار الکتریکی دارد.

با افزایش ارتفاع،جریان به علت فشار بیشتر افزایش می یابد.

یعنی جریان الکتریکی با ولتاژ الکتریکی رابطه مستقیمی دارد.

واحد اندازه گیری جریان الکتریکی آمپر است (A) و آن را با I نشان می‌دهند.

کیوریتسو

مفهوم مقاومت:

بررسی های انجام شده نشان می‌دهد مسیری که مقاومت بیشتری دارد جریان الکتریکی کمتر و مسیری که مقاومت کمتری دارد جریان الکتریکی بیشتری عبور می‌دهد.

نکات بالا به شرطی درست هستند که هر دو مسیر دارای ولتاژ یکسانی باشند.

واحد اندازه گیری مقاومت اُهم (Ohm) است که آن را با نماد Ω اهم نشان می‌دهند. نماد مقاومت نیز R است.

در واقع تمام توضیحات و توصیف‌های فیزیکی بالا در رابطه ریاضی زیر خلاصه شده است:

اندازه گیری در کلیه صنایع از اهمیت تعیین کننده ای برخوردار است. فقط با اندازه گیری کمیت های مختلف می توان هر علم و عملی را مورد بررسی دقیق قرار داده و از آن نتیجه مطلوب را حاصل نمود. همان طور که می دانیم امروزه بیشتر صنایع در مسیر اتوماسیون قرار گرفته و بیشتر کارهای انجام شده به صورت اتوماتیک صورت می گیرد. و این چرخه اتوماتیک صنعت بدون استفاده از دستگاههای اندازه گیری عملاً توانایی انجام وظیفه به طور مطلوب را از دست خواهند داد.

در بین دستگاههای مختلف اندازه گیری که امروزه در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند اندازه گیریها یا همان دستگاههای اندازه گیری الکتریکی نقش مهمتر و وسیعتری را دارا می باشند. دلیل این امر آن است که دستگاههای اندازه گیری الکتریکی قادرند کمیت های فیزیکی را که قابل رؤیت نیستند از روی اثرات ناشی از آنها مشخص نمایند. به همین جهت در اینجا ابتدا در مورد دستگاههای اندازه گیری الکتریکی و طریقه کاربرد و نحوه کارکرد و ساختار داخلی آنها در اندازه گیری کمیتهای مختلف الکتریکی بحث می کنیم. اما قبل از وارد شدن به مباحث، لازم است که با بعضی از مفاهیم مورد استفاده در دستگاههای اندازه گیری آشنا شویم.

تعاریفی در اندازه گیری:

اندازه گیری عبارت است از مقایسه یک کمیت مجهول با مقداری معلوم از همان کمیت که اصطلاحاً واحد نامیده می شود. واحدهای استاندارد که برای هر کمیت از اندازه گیری ها تعیین می گردد بر طبق قراردادهای بین المللی تعیین شده و مقداری را که ما از هر اندازه گیری به دست می آوریم نشان می دهد که مقدار اندازه گیری شده در واقع چند برابر مقدار واحد آن کمیت است.

تعریف دستگاه اندازه گیری:

به یک وسیله اندازه گیری به همراه کلیه وسایل و متعلقاتی که همراه آن است به طور کلی دستگاه اندازه گیری می گویند.

روشهای اندازه گیری:

کمیت های مختلف الکتریکی را می توان به طور کلی به طریق مستقیم و غیر مستقیم اندازه گیری کرد. منظور از روش اندازه گیری به روش مستقیم آن است که برای اندازه گیری یک مقدار از کمیت مورد نظر از دستگاه اندازه گیری مخصوص آن که کمیت مورد نظر از دستگاه اندازه گیری مخصوص آن است که کمیت مورد نظر را اندازه گیری می کند استفاده کنیم و مستقیماً پس از وصل دستگاه اندازه گیری به کمیت مورد نظر مقدار آن کمیت را بخوانیم. به عنوان مثال برای اندازه گیری مقدار ولتاژ در یک مدار می توانیم مستقیماً از یک دستگاه اندازه گیری ولت متر استفاده کرده و پس از وصل آن مقدار ولتاژ را به دست آوریم؛ که به این روش اندازه گیری اصطلاحاً روش اندازه گیری مستقیم می گویند. در مواردی که دستگاه اندازه گیری مخصوص جهت اندازه گیری یک کمیت مورد نظر در اختیار نباشد می توان با استفاده از دستگاههای اندازه گیری دیگر که در دسترس است کمیت های دیگر مدار را مورد اندازه گیری قرار داد و سپس با استفاده از روابطی که بین کمیت مجهول و دیگر کمیتهای مورد اندازه گیری وجود دارد و با استفاده از فرمول و رایطه مخصوص به آن کمیت مورد نظر را مورد اندازه گیری قرار داد که به این روش، روش غیر مستقیم در اندازه گیری گفته می شود.

تعریف خطا و عوامل ایجاد کننده آن:

بشر همواره درصدد آن بوده است که به اندازه گیری دقیق و عاری از خطا دست یابد اما تا کنون نتوانسته است به این مهم دست یابد. زیرا به دلیل کامل نبودن عوامل سنجش هر اندازه گیری دارای خطا است. منابع ایجاد و اتفاق افتادن خطا به طور کلی عبارتند از :

– خطاهای ناشی از کیفیت دستگاه اندازه گیری

– خطای ناشی از شخص اندازه گیر

به همین جهت اگر از یک دیدگاه کلی به موضوع نگاه کنیم می توانیم خطاها را به دو دسته کلی تقسیم نماییم:

خطاهای اتفاقی
خطاهای سیستماتیک

خطاهای اتفاقی: این نوع خطاها از هیچ قانون خاصی تبعیت نمی کنند و به صورت کاملاً نامشخص روی می دهد که موجب ناکارآمدی و عدم اطمینان کافی در نتیجه اندازه گیری می گردد. این خطا به دلایلی روی می دهد که عبارتند از استفاده غلط شخص از یک دستگاه اندازه گیری، بی دقتی شخص اندازه گیر در خواندن کمیت مورد اندازه گیری ناشی می شود که علت آن هم بکارگیری افراد آموزش ندیده از یک دستگاه اندازه گیری مشخص و معین است.

خطاهای سیستماتیک: این خطاها نیز از عوامل متعددی ناشی می شود که یکی از این عوامل ناشی از کیفیت و سیستم بکار گرفته شده در هر دستگاه اندازه گیری الکتریکی است. برای بهتر روشن شدن این موضوع می توان از خطاهای جریان فوکو و خطاهای فرکانسی و خطاهای ناشی از حوزه های الکترومغناطیسی و الکتریکی و خطاهای حرارتی و … نام برد. همان طورکه از نام خطاهای فوق مشخص می شود این نوع از خطاها برخواسته از وسایل و تجهیزات داخلی به کار رفته در یک دستگاه اندازه گیری است و شخص اپراتور، یا کاربر از دستگاه اندازه گیری نقشی در ایجاد و یا کاهش آن ندارد. فقط با بکارگیری روشهای مناسب در ساخت دستگاههای اندازه گیری و بکار بردن کیفیت بالاتری از قطعات توسط سازندگان معتبر این نوع از وسایل می توان سبب کاهش ایجاد خطا گردید. اما همواره باید این نکته را مدنظر قرار داد که هر چه دستگاه اندازه گیری ساخته شده دارای کیفیت و مشخصات بالاتر و دقیق تری باشد باز هم نمی توان خطای آن را از بین برد و به صفر رساند.

مکانیزم دستگاههای اندازه گیری:

در دستگاههای اندازه گیری مختلف جهت بوجود آوردن حرکت به منظور نمایش مقدار اندازه گیری شده از روشهای مختلفی استفاده می گردد که به آن روشهای متفاوت که جهت ایجاد حرکت استفاده می گردد مکانیزم دستگاه اندازه گیری گفته می شود. به طور کلی می توان گفت که مکانیزم عبارت است از قسمتهایی از یک دستگاه اندازه گیری که در بوجود آمدن حرکت مستقیماً دخالت دارد. دستگاههای مختلف اندازه گیری بسته به موارد کمیت مورد سنجششان دارای مکانیزم های مختلفی نیز هستند ولی در همه آنها می توان گفت که بر اساس تاثیر میدان های مغناطیسی مختلف بر روی هم کار می کنند که میتواند این میدانها ناشی از یک آهنربای دائم و یا آهنربای الکتریکی باشد. البته در موارد نادری هم از اثر میدانهای الکتریکی و یا اثرات ناشی از حرارت جهت ایجاد حرکت در عضو متحرک دستگاه اندازه گیری استفاده می شود. نامگذاری دستگاههای اندازه گیری مختلف بسته به مکانیزم داخلی آنها می باشد.

قدرت مصرفی دستگاههای اندازه گیری:

همان طور که می دانید هر وسیله ای جهت انجام کار نیاز به انرژی دارد. دستگاههای اندازه گیری نیز از این مسئله مستثنی نیستند. هر دستگاه اندازه گیری جهت نشان دادن مقادیر نیاز به مصرف مقداری انرژی دارد. هر چه مصرف داخلی دستگاه جهت انجام اندازه گیری بیشتر باشد بالطبع حرارت ناشی از آن نیز بیشتر بوده و این حرارت بر کار اجزاء دستگاه اثر می گذارد و در نتیجه دستگاه اندازه گیری را دچار خطا می کند. شایان ذکر است که قسمت اعظم تلفات داخلی دستگاههای اندازه گیری ناشی از حرارت سیم پیچهای آن می باشد و فقط مقدار ناچیزی از این تلفات ناشی از تلفات در هسته های آهنی می باشد. که می توان در مقابل تلفات ناشی از سیم پیچها از آن صرف نظر نمود .

آزمایش ولتاژعایقی در دستگاههای اندازه گیری:

در دستگاههای اندازه گیری هر یک از قسمتهای الکتریکی دستگاه را به طور مجزا نسبت به زمین با توجه به ولتاژ نامی آن دستگاه اندازه گیری، نسبت به زمین مورد آزمایش قرار می گیرد قابل توجه است که منظور از ولتاژ نامی هر دستگاه ولتاژ شبکه ای است که دستگاه اندازه گیری مجاز به اتصال به آن می باشد.

علائم شناسی در دستگاههای اندازه گیری:

بر روی صفحه مدرج دستگاههای اندازه گیری علائم و مشخصات دیگری نیز ثبت می شود که بسته به نوع این علامتها میتواند نشان دهنده ی نوع و یا طریقه کاربرد این دستگاهها باشد. به طور معمول این علائم نشان دهنده مکانیزم دستگاه اندازه گیری، آزمایش ولتاژعایقی آن و یا نوع جریانی که دستگاه فوق الذکر می تواند با آن کار کند، کلاس دستگاه اندازه گیری و موارد دیگری از قبیل احتیاط و حفاظت در دستگاههای اندازه گیری می باشد.

انواع دستگاههای اندازه گیری کیوریتسو ژاپن (Kyoritsu):

کیوریتسو

دستگاههای اندازه گیری که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند از تنوع و گوناگونی بسیار بالایی برخوردارند. ولی می توان تمامی آنها را به طور کلی به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی نمود. تفاوت دو دستگاه اندازه گیری فوق در مشخصه نشان دهنده آنهاست. در دستگاههای اندازه گیری آنالوگ تغییرات نشان دهنده به صورت پیوسته و پشت سر هم است. یعنی در این دستگاهها برای نمایش یک مقدار مشخص قسمت نشان دهنده دستگاه اندازه گیری یا در بعضی موارد همان عقربه نشان دهنده از مقدار صفر شروع به حرکت کرده و پس از گذشتن از روی مقادیر مختلف مثلاً به مقدار مورد نظر 5 می رسد. اما در دستگاههای اندازه گیری دیجیتال تغییرات نشان دهنده به صورت پله ای میباشند. در بیشتر موارد می توان چنین استنباط کرد که نشان دهنده دستگاههای آنالوگ غالباً به صورت عقربه یا شعاع نورانی می باشد. ولی نشان دهنده دستگاههای دیجیتال غالباً از یک شمارنده دیجیتالی تشکیل می گردد. شایان ذکر است که امروزه با وجود پله ای بودن تغییرات در دستگاههای دیجیتال نسبت به دستگاههای اندازه گیری آنالوگ، با ساخت دستگاههای دیجیتال با اجزا الکترونیکی بسیار دقیق، این دستگاهها دارای دقت بسیار بالایی هستند که در بیشتر موارد دستگاههای آنالوگ قادر به مقایسه با آنها از نظر دقت نیستند. اما این بدان معنی نیست که دستگاههای دیجیتال همواره دقیقتر از دستگاههای آنالوگ هستند. دستگاههای اندازه گیری آنالوگی نیز وجود دارند که در آنها از اجزاء الکترونیکی کمک گرفته شده است و به همین جهت نیز دارای دقت بالاتری هستند. اما به خاطر پیچیدگی و طریقه کارکرد آنها کمتر در اندازه گیری های معمولی از آنها استفاده می شود و در مقابل به دلیل ارزانی نسبی و دقت مناسب استفاده از دستگاههای دیجیتال رشد روزافزونی یافته است و چه بسا به دلایل فوق روزی برسد که جای دستگاههای آنالوگ را کاملاً بگیرند.

مولتی متر :

مفهوم کلمه مولتی متر به معنی چند اندازه گیر یا اندازه گیر مختلط است. یعنی وسیله اندازه گیری که قادر است چند کمیت مختلف مورد اندازه گیری را مورد سنجش و اندازه گیری قرار دهد.

مولتی متر دیجیتال کیوریتسو (Kyouritsu):

مولتی متر دیجیتالی دستگاهی است که کمیتهای مورد سنجش را به صورت رقم یا ارقام عددی بر روی صفحه نمایش خود مشخص می کند. دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی دیگر نیز مانند ولت متر، آمپرمتر، کسینوس فی متر، حرارت سنج و مولتی متر نیز وجود دارد. دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی نسبت به دستگاههای اندازه گیری آنالوگ دارای طول عمر بسیار بالاتری هستند. زیرا در آنها برخلاف دستگاههای اندازه گیری آنها از قطعات متحرک استفاده نشده است. همچنین دستگاههای دیجیتالی به عوامل فیزیکی مانند تمیزی هوا و رطوبت و لزرش نیز حساسیت ندارند. امروزه با پیشرفت تکنولوژی در ساخت قطعات الکترونیکی دستگاههایی ساخته شده اند که بسیار دقیق بوده و در برخی از موارد می توان آنها را به کامپیوتر متصل کرد و در صورت نیاز می توان آن را ثبت نمود. مولتی متر 1009

آمپر متر کیوریتسو (kyoritsu):

آمپرمتر مقدار شدت جريانی که ازیک مدار می گذرد را اندازه می گیرد و بوسيله حرکت يك عقربه بر روی صفحه آمپر متر آنالوگ یا توسط صفحه نمایش دیجیتالی آمپر متر آن را نشان می دهد. ميزان انحراف عقربه آمپرمتر آنالوگ یا تغییر اعداد صفحه نمایش دیجیتال آمپر متر شما با تعداد الكترونهايی که ازمدار می گذرد و وارد این دستگاه می شود، نسبت مستقيم دارد. بدین وسیله به شما اعلام می کند كه چه مقدار بار الكتريكي در ثانيه از آن عبور مي‌كند.

انواع آمپر متر: این تجهیز به دو نوع آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شود. شکل و نحوه نخواندن مقادیر اندازه گیری شده توسط هر دو نوع آنالوگ و دیجیتال نیز مشابه مولتیمترهای آنالوگ و دیجیتال می باشد. 2002PA کیوریتسو

دستگاه تستر مقاومت عایقی کیوریتسو (Kyoritsu):

دستگاه تستر مقاومت عایقی (میگر) دستگاهی برای اندازه گیری مقاومت عایقی با اعمال ولتاژ بالا بطور مثال V1000 یا 1KV میباشد. تستر عایق یا مگا اهم متر قادر به اندازه گیری مقادیر بالای مقاومت عایقی در حد گیگا و یا حتی ترا اهم میباشد. اندازه گیری این کمیت در تست عایقی کابلها، تست کلیدها و سوئیچ ها، موتورهای التریکی، ترانسفورماتورها و… بسیار حائز اهمیت است.

امروزه میگرهای موجود بصورت دیجیتالی میباشند در برخی مدل ها دارای حافظه داخلی یا دیتالاگر هستند که مناسب برای ذخیره اطلاعات تست شده میباشد. بطور مثال در تابلوسازی های برق، میگر دیتالاگر دار برای ثبت مقادیر عایقی تابلو مورد نیاز است. از دیگر ویژگی مگا اهم متر ها اندازه گیری ولتاژ و مقاومت الکتریکی همانند یک مولتی متر برای تست برق دار بودن کابل یا تست اتصال کوتاه میباشد.

دستگاه ارت تسترکیوریتسو (Kyoritsu):

یکی از مهمترین مواردی می باشد که برای حفظ ایمنی مکانی از آن استفاده می شود. سیستم ارتینگ و چاه ارت، سیستم هایی حفاظتی می باشند که برای جلوگیری از خطرات احتمالی و پیشگیری از حوادث ناگوار ناشی از صاعقه ایجاد می شود. برای تست چگونگی اجرای چاه ارت و اطمینان از سلامت عملکرد چاه ارت بایستی تست چاه ارت انجام شود.

به کار بردن سیستم ارت برای هدایت رعد و برق، اضافه ولتاژ و جریان به زمین است و این ارتباط توسط الکترود زمین ایجاد می شود. برای اطمینان از این سیستم، استاندارهایی برای اندازه گیری وجود دارد. ارت سنج به منظور اندازه گیری مقاومت الکترود و خاک استفاده می شود.

تفاوت بین ارت سنج و میگر:

ارت سنج مقدار مقاومت زمین، که مقداری حدود چند اهم است را اندازه گیری می کند، در صورتی که میگر برای اندازه گیری مقاومت عایق کابل و همچنین مقاومت های در حدود مگا اهم استفاده می شود. به عبارتی دیگر، میگر جهت اندازه گیری مقاومت عایقی است در حالی که ارت سنج جهت اندازه گیری مقاومت الکترود و خاک در سیستم اتصال زمین بکار برده می شود.

پاورمتر کیوریتسو (Kyoritsu):

پاورمترها دستگاه هائی هستند که برای اندازه گیری و محاسبه توان، انرژی، توان اکتیو، راکتیو، پاورفاکتور یا کسینوس فی و اندازه ‏گیری ولتاژ و جریان طراحی گردیده ‏اند این نوع دستگاه ها از ویژه گی های زیادی برخوردار بوده و توانایی اندازه گیری پارامتر های بسیاری را دارا می باشند.