تحقیق مقاله روش های اندازه گیری الکتریکی

اهمیت اندازه گیری الکتریکی بیشتر به خاطر این است که:

اولاً کمیات الکتریکی می‌توان بسادگی از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل نمود.

ثانیاً این کمیات را می‌توان به وسیله دستگاه‌های ساده‌ای تقویت نمود: در نتیجه چنانچه مقدار کمیت مورد سنجش کم باشد با تقویت نمودن قادر خواهیم بود آن کمیت را بسنجیم.

ثالثاً : دستگاه‌های اندازه گیری الکتریکی از نظر حجم و وزن کوچک و بسادگی قابل محل است/

تراسندیوسر :

معمولاً برای اندازه گیری کمیات غیر الکتریکی باید ابتدا این نوع کمیات را به سیگنال های الکتریکی (جریان، ولتاژ) تبدیل نمود تا بتوان مقدار این نوع کمیات غیر الکتریکی را به وسیله دستگاه‌های اندازه گیری الکتریکی اندازه گیری نمود. چنین دستگاه‌هایی که کمیت غیر الکتریکی (مانند مکانیکی، شیمیایی، حرارتی، نوری، به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می‌نمایند ترانسد یوسر نامیده می‌شوند که به معنی مبدل است. به عنوان مثال ترموکوپل

تعریف اندازه گیری :

عبارتست از مقایسه آن کمیت با یک کمیت هم جنس که به عنوان واحد انتخاب شده است. نتیجه اندازه گیری با یک عدد که نشاندهنده نسبت کمیت مجهول به واحد کمیت مورد اندازه گیری است نشان داده شده است. به عبارت دیگر اندازه گیری یعنی : مقایسه کمی یک استاندارد مشخص (شاخص) تعریف شده با یک اندازه نامعلوم.

- طبقه بندی دستگاههای اندازه گیری

دستگاه‌های اندازه گیری را می‌توان به صورتهای مختلف طبقه بندی نمود.

از نظر اصول کار دستگاه : به عنوان مثال، دستگاه‌های اندازه گیری می‌تواند آنالوگ باشد یا دیجیتال (عقربه سرعت نما آنالوگ است و کیلومتر شمار دیجیتال).

از نظر روش اندازه گیری : به عنوان مثال، دستگاه ممکن است مستقیماً کمیت مورد سنجش را اندازه گیری نماید و یا این که اندازه گیری روش غیر مستقیم انجام شود.

از نظر کلاس دقت دستگاه : که به طور کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند.

الف ) دستگاه‌های بسیاردقیق که در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی به کار می‌روند.

ب ) دستگاه‌هایی که در صنعت به کار می‌روند.

ج ) دستگاه‌های خیلی معمولی.

روشهای اندازه گیری الکتریکی

الف) روش مستقیم : در این روش، کمیت مورد سنجش مستقیماً موجب انحراف عقربه دستگاه اندازه گیری مورد نظر شده و در نتیجه مقدار کمیت مجهول مستقیماً خوانده می‌شود. اندازه گیری جریان توسط آمپرمتر و ولتاژ توسط ولت مترو.

ب ) روش غیر مستقیم : در این روش کمیت مجهول مستقیماً اندازه گیری نود سازند اندازه گیری توان با استفاده از خواندن مقادیر ولتاژ و جریان و ضرب این در کمیت در هم (البته چنانچه کمیات، dc باشند)

هر یک ازروشهای فوق ممکن است به دو صورت به کارگیری شوند.

الف) روش انحرافی : در این روش، کمیت مجهول باعث انحراف عقربه دستگاه می‌شوند.

ب ) روش مقایسه‌ای : در این روش کمیت مجهول با کمیات هم جنس معلومی مقایسه شده و توسط روابط معینی که بین کمیت مجهول و کمیات معلوم وجود دارد. مقدار مورد نظر محاسبه می‌شود. مانند پلهای اندازه گیری (پل و تسئون)

خطای اندازه گیری :

معمولاً هیچ اندازه گیری را نمی‌توان بدون خطا انجام داد و به طور کلی مقداری که دستگاه اندازه گیری نشان می‌دهد با مقدار واقعی کمیت یکسان نیست به همین دلیل تعاریف مختلفی برای خطاهای اندازه گیری موجود است :

1) خطای مطلق : خطای مطلق عبادتست از اختلاف بین مقدار اندازه گیری شد. (A) و مقدار واقعی کمیت (W) و این خطا با F نمایش داده می‌شود. F=A-W

این خطا ممکن است مثبت یا منفی باشد.

خطای نسبی

واضح است که تعریف خطای مطلق، تعریف کاملی نبود. و نیاز به تعاریف دقیقتر‌ی از خطا خواهیم داشت چنانچه در اندازه گیری 200 ولت 10 ولت خطا داشته باشیم و در اندازه گیری 50 ولت نیز 10 ولت خطا داشته باشیم. با آن که خطای مطلق این اندازه گیری یکسان است (10 ولت) اما واضح است که اندازه گیری اول به مراتب از اندازه گیری دوم دقیقتر است به همین دلیل از خطای نسبی استفاده می‌کنیم. خطای نسبی عبارت است از نسبت خطای مطلق به مقدار واقعی کمیت مجهول که به صورت درصد بیان می‌شود که با حروف  نمایش داده می‌شود.

در مورد مثال قبلی :

واضح است که اندازه گیری اول به مراتب از اندازه گیری دوم دقیقتر است.

مثال : اگر ولتاژ مقداری 380 باشد و ولت متر 385 ولت را نشان دهد و حساب کنید خطای مطلق و درصد خطای نسبی را

A = 385                W=380

F = A – W => F = 385 – 380 = 5V

تقسیم بندی خطاها

اندازه گیری با صحت کامل ممکن نیست ولی پی بردن به مقدار واقعی و چگونگی وارد شد خطاهای مختلف در اندازه گیری مهم است خطاها منابع گوناگونی دارند ولی معمولا به این صورت طبقه بندی می‌شوند.

1) خطای شخص 2- خطاهای سیستمی 3) خطاهای تصادفی

1) خطاهای شخصی : این طبقه عمدتاً شامل خطاهای انسانی مانند خطا در خواندن وسایل اندازه گیری ثبت و محاسبه که مسئولیت تمام این خطاها به عهده آزمایشگر است.

ب ) خطای دستگاه : عواملی که باعث این نوع خطا می‌شوند عبارتند از تأثیر دمای محیط بر دستگاه قرار گرفتن دستگاه در محیط مغناطیسی و رعایت نکردن شرایط نصب و قرار گرفتن دستگاه و ...

2) خطای تصادفی : دیده شده است که نتایج تجربی از یک خوانده به خوانده دیگر، قسمت پس از در نظر گرفتن همه خطاهای سیستمی تغییر می‌کنند. این خطاها ناشی از عوامل جزئی و متعددی هستند که ازیک آزمایش به آزمایش دیگر تغییر می‌کند و مطمئناً تصادفی‌اند.

چند تعریف :

دقت اندازه گیری : عبارت است از درجه نزدیکی مقدار خوانده شده از دستگاه به مقدار واقعی کمیت

صحت اندازه گیری : عبارت است از درجه تطبیق نتایج اندازه گیری مکرر یک کمیت مورد اندازه گیری

حساسیت : عبارت است که نسبت پاسخ دستگاه تغییرات سیگنال ورودی یا کمیت مورد اندازه گیری یا به عبارت دیگر مقدار انحراف عقربه به ازای یک واحد از کمیت مورد اندازه گیری را حساسیت دستگاه می‌گویند.

کلاس : کلاس یک دستگاه اندازه گیری بیانگر دقت آن دستگاه می‌باشد که بادرصد خطای نیمی رابطه مستقیم دارد که هر چقدر مقدار آن کمتر باشد دستگاه دقیقتر است.

- چگونگی خواندن دستگاه‌های اندازه گیری آنالوگ ضریب خواندن عقربه روی صفحه مدرج.

معمولا دستگاه‌های اندازه گیری داری وسنج‌های مختلفی می‌باشند ولی روی صفحه مدرج آن دارای یک یا دو نوع درجه بندی باشد. بدین منظور برای خواندن مقدار اندازه گیری شده عددی را که عقربه نشان می‌دهد را در ضریب ثابت دستگاه که از رابطه زیر به دست می‌آید ضرب می‌کنیم.

یک ولت متر روی سنج 500V قرار گرفته اگر ماکزیمم عدد روی صفحه مدرج 50V باشد و عقربه روی عدد 25 ایستاده باشد. مقدار ولتاژ اندازه گیری شده توسط ولت مقدار حساب کنید.

  50V = ماکزیمم عدد روی صفحه

25= عددی که عقربه نشان می‌دهد

V250= 25×10= عددی که عقربه نشان می‌دهد ×C : مقدار واقعی

آشنایی با انواع  دستگاه‌های اندازه گیری آنالوگ

1: دستگاه‌های با قاب گردان و آهنربای

این دستگاه‌ها از نظر کثرت استعمال، بعد از کنتورهای برق در درجه اول اهمیت قرار دارند و تقریبا بیشتر از کلیه دستگاه‌های اندازه گیری ساخته شده‌اند. گالوانومترهای دی آرسونوال بر همین اساس ساخته می‌شوند. این دستگاه‌ها فقط می‌توانند کمیات مستقیم را مستقیماً بسنجند و برای سنجش کمیات متناوب باید ابتدا کمیات متناوب را یکسو و سپس به دستگاه وصل کرد. علامت مشخصه این دستگاه طبق شکل است.

این دستگاه از یک آهنربای ؟ ساکن و یک قاب گردان تشکیل شده‌اند. با عبور جریان مورد سنجش یا کسری از این جریان از قاب مسیر آن نیرویی وارد شده و باعث انحراف عقربه دستگاه می‌شود. دستگاه‌های با قاب گردان و آهنربای دائم از دقیق ترین انواع دستگاه‌های اندازه گیری هستند.