سیستم های اندازه گیری

ارسال توسط: متروتیک 1396/05/30

1.1 اندازه گیری هر کمیت مفروض ، اصولا عبارت است از عمل یا حاصل مقایسه آن کمیت ( که اندازه اش نامعلوم است ) با یک استاندارد از پیش تعریف شده.از آنجا که دو کمیت مقایسه می شوند ؛ نتیجه به صورت مقدار عددی بیان می شود.برای اینکه نتایج اندازه گیری ، معنی داشته باشد اساسا دو چیز لازم است: 1-استاندارد به کار رفته برای مقایسه باید دقیقا تعریف شده باشد و پذیرش عام یافته باشد. 2-دستگاه به کار رفته و وروش پذیرفته شده باید موجه باشد.

2.1 اهمیت اندازه گیری

پیشرفت علم و تکنولوژی مستلزم پیشرفت همزمان روش های اندازه گیری است.با اطمینان می توان گفت که سریعترین راه ارزیابی پیشرفت هر ملت در علم و تکنولوژی ، بررسی نوع اندازه گیری هایی است که انجام می دهد و روشی که با آن داده ها را از اندازه گیری به دست می آورد و پردازش می کند.

این امر دلایل روشنی دارد.همراه پیشرفت علوم و تکنولوژی ، پدیده ها و معاملات جدیدی کشف می شود و این پیشرفت ها اندازه گیری های نوع جدیدی را ضروری می سازد.کشفیات جدید اگر با اندازه گیری هایی عملی پشتیبانی نشوند ، ارزش عملی نخواهند داشت.

اندازه گیری ، بی شک نه تنها اعتبار یک فرضیه را تایید می کند ، بلکه به فهم آن نیز یاری می رساند.حاصل ، زنجیر بی انتهایی است که به کشفیات جدیدی می انجامد که خود ، روش های اندازه گیری نو و پیچیده تری می طلبد.بنابراین علم و تکنولوژی جدید با روش های پیچیده اندازه گیری همراه است.در حالی که علم و تکنولوژی قدیمی تنها به روش های معمولی اندازه گیری نیاز دارد.

هر رشته مهندسی دو وظیفه مهم به عهده دارد: 1-طراحی لوازم و فرآینده ها 2-عملکرد و نگهداری درست لوازم و فرآیند ها

هر دوی ین وظایف به اندازه گیری نیاز دارند.زیرا طراحی ، کار با دستگاه و نگهداری درست و با صرفه ، نیازمند برگشت اطلاعات است و این اطلاعات از اندازه گیری مناسب بدست می آید.

3.1 روش های اندازه گیری

روش های اندازه گیری به طور کلی بر دو نوع اند

3.1.1 روش های مستقیم

در این روش ها کمیت نامعلوم ( یا کمیت اندازه گیری شونده ) مستقیما با یک استاندارد مقایسه و حاصل با یک عدد و یک یکا بیان می شود.استاندارد در حقیقت،تجسم فیزیکی یکای کمیت است.روش مستقیم اندازه گیری برای کمیت های فیزیکی مانند طول و جرم و زمان ، روش کاملا معمول است.

فرض کنید می خواهیم طول میله ای را اندازه گیری بگیریم و یکای طول متر است.در این صورت "میله فلان مقدار طول دارد" به این معنی است که همان مقدار یکای استاندارد با میله هم طول است.انسان می تواند مقایسه مستقیم طول را با دقتی حدود 0.25 میلی متر انجام دهد.یعنی به علت عوامل انسانی ، اندازه گیری بسیار دقیق ممکن نیست.برای اندازه گیری طول با دقت زیاد می توان روش مستقیم را به کار برد ولی برای اندازه گیری جرم مسئله پیچیده تر می شود.چون انسان نمی تواند تفاوت های زیاد جرم را ازهم باز شناسد.

3.1.2 روش های غیر مستقیم

اندازه گیری به روش مستقیم همیشه نه ممکن ، نه قابل اجرا و نه عملی است . این روش در بسیاری از موارد به واسطه دخالت عوامل انسانی نه دقیق است و نه زیاد حساس.ازین رو روش های مستقیم ، مزیتی ندارند و به ندرت به کار می روند.

در کاربرد های مهندسی از سیستم های اندازه گیری استفاده می شود.این سیستم ها برای اندازه گیری از روش های غیر مستقیم سود می جویند.

سیستم اندازه گیری در واقع شامل یک عنصر تراگردان است که کمیت اندازه گیری شونده را به صورت قیاسی تبدیل می کند.سپس یک وسیله میانجی ، این سیگنال قیاسی را پردازش می کند و به قسمت نهایی که نتیجه اندازه گیری را ارائه می دهد ، می رساند.

4.1 اسباب

در اندازه گیری معمولا برای مشخص کردن یک کمیت یا متغیر از یک اسباب استفاده می شود.این اسباب ، توانایی های انسان را توسعه می دهد و او را قادر به تعیین مقدار نامعلوم کمیتی می کند که اندازه گیریش در توان انسان بدون وسیله نیست.هر اسباب را می توان به صورت وسیله ای برای تعیین مقدار یا اندازه گیری یک کمیت یا متغیر تعریف کرد.

5.1 اسباب های مکانیکی ، الکتریکی و الکترونیکی

نخستین اسباب ها ، ماهیت مکانیکی داشتند و اصولی که بر مبنای آن کار می کردند هنوز هم متداول است.اولین اسباب های عملی نیز مانند اسباب های امروزی دارای این سه عنصر بودند: 1- آشکارساز 2-عنصر میانجی انتقال 3-باز نمودن ، ثبات یا حافظه

در تاریخ توسعه اسباب ها به سه گونه اسباب بر می خوریم: 1-اسب باب های مکانیکی، 2-اسباب های الکتریکی ، 3-اسباب های الکترونیکی

5.1.1 اسباب های مکانیکی

این اسباب ها در حالت های ایستا و مانا بسیار اطمینان بخش اند، ولی عیب بسیار عمده ای دارند که نمی توانند در اندازه گیری حالت های پویا و گذرا سریع پاسخ دهند ، علت آن است که قسمت های متحرک این اسباب ها صلب ، سنگین و پر حجم اند و در نتیجه جرم زیادی دارند.از آنجا که جرم در اندازه گیری پویا را دنبال کنند.برای مثال نمی توان یک ولتاژ 50 هرتزی را با روش مکانیکی اندازه گرفت، ولی اندازه گیری فشار های با تغییرات آرام ، نسبتا ساده است.عیب دیگر اسباب های مکانیکی این است که بیشتر آن ها استعداد تولید صدا دارند و سکوت را به هم می زنند.

5.1.2 روش های الکتریکی

دارای باز نمود خروجی آشکارساز سریعتری نسبت به روش های مکانیکی را دارا می باشند.متاسفانه سیستم های الکتریکی ، معمولا برای باز نمود ، از جزء متحرک مکانیکی استفاده می کنند.

5.1.3 اسباب های الکترونیکی

امروزه در بسیاری از اندازه گیری های علمی و صنعتی به پاسخ های بسیار سریع احتیاج دارند.اسباب ها و سیستم های مکانیکی و الکتریکی نمی توانند از عهده این کار بر آیند.احتیاج به بهبود زمان پاسخ و همچنین تشخیص تغییرات پویای بعضی پارامتر ها ، که نیازمند زمان نظارت حدود میلی ثانیه و در بسیاری اوقات میکرو ثانیه است ، منجر به طراحی اسباب های اکترونیکی امروزی و مدارهای وابسته بدان ها شده است.در این اسباب ها عناصر لامپی یا نیم رسانا به کار می رود.اخیرا استفاده از عناصر نیمرسانا به علت مزایای فراوانی که بر معادل لامپی خود دارند ، رواج یافته است.از آنجا که در عناصر الکترونیکی تنها حرکت ، حرکت الکترون هاست ، به سبب لختی بسیار کم الکترون ها ، زمان پاسخ بسیار کوتاه است.برای مثال نوسان نمای پرتو کاتدی ( CRO ) قادر است تغییرات پویا و گذرایی از مرتبه چند نانو ثانیه را دنبال کند.

برای تهیه ولتاژ های پایدار ، برای مطالعه در زمینه واکنش های شیمیایی و ابزار دقیق هسته ای از منابع تغذیه با کنترل الکترونیکی استفاده می شود.به علت پیشرفت های فرآیندهای ساخت و طراحی لوازم نیمرسانا ، اسباب های الکترونیکی ، اطمینان بخشی روز افزونی یافته اند.مزیت دیگر به کار گیری لوازم الکترونیکی این است که با استفاده از پیش تقویت کننده ها تشخیص سیگنال های بسیار ضعیف امکانپذیر می شود.اهمیت عمده اسباب های الکترونیکی در تقویت توانی است که تقویت کننده های الکترونیکی فراهم می کنند.برای تامین توان های خروجی بیشتر از توان ورودی ، ممکن است توان اضافی به سیستم وارد کرد.این کار ، تنها با استفاده از تقویت کننده های الکترونیکی میسر شده است که مشابه مکانیکی مهمی ندارند.وقتی که در لوازم ارائه دهنده داده ها ثبات های شوزنی ، گالوانومتر ، نوسان نمای پرتو کاتدی و ثبات های با نوار مغناطیسی به کار می رود ، این امر اهمیت خاصی می یابد.

در حقیقت برای تقویت توان سیگنالها می توان از سیستم های هیدرولیکی و بادی استفاده کرد.ولی استفاده از آن ها منحصر به کاربردهای با کنترل آرام مثل سرو مکانیزم، فرآیندهای شیمیایی و سیستم های قدرت است.اسباب های الکترونیکی در تشخیص سیگنال های الکترومغناطیسی برای مثال در رادیو، ویدئو میکروموج،کاربرد وسیعی می یابند.اسباب های الکتریکی و الکترونیکی به خصوص در طبقه تغییر دهنده سیگنال میانجی مفیدند.اسباب های الکترونیکی،کم حجم اند و اطمینان بخشی زیادی دارند.مصرف توانشان نیز بسیار کم اند.

مخابرات ، زمینه ای است که کاملا به اسباب های الکترونیکی و دستگاه های مربوط به آن متکی است.خصوصا در مخابرات فضایی ، که فرستنده ها و گیرنده ها متحرک اند، کار تعبیر سیگنال ها منحصرا به اسباب های الکترونیکی سپرده می شود.

اسباب های الکترونیکی، ساخت کامپیوتر های قیاسی و رقمی را که پیشرفت جدید علم و تکنولوژی بدون آن ها عملا غیر ممکن بوده میسر ساخته است.کامپیوتر ها به پاسخ زمانی بسیار سریعی نیاز دارند که تنها با استفاده از اسباب های الکترونیکی میسر است.

6.1 طبقه بندی اسباب ها

اسباب ها را می توان به طرق گوناگون طبقه بندی کرد.به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند.1-اسباب های مطلق ، 2-اسباب های ثانوی

1.اسباب های مطلق.این اسباب ها اندازه کمیت اندازه گیری شونده را بر حسب ثابت های فیزیکی اسباب پیدا می کنند.گالوانومتر تانژانتی و پل جریان ریلی نمونه های اسباب های مطلق اند.

2.اسباب های ثانوی.این اسباب ها چنان ساخته شده اند که کمیت اندازه گیری شونده را تنها با مشاهده خروجی باز نموده اسباب می توان اندازه گییری گرفت.کالیبره کردن این اسباب ها از راه مقایسه با یک اسباب مطلق و یا یک اسباب ثانوی دیگری که با اسباب مطلقی کالیبره شده ، صورت میگرد.

کار با اسباب های مطلق برای کاربرد های روزمره وقت گیر است،زیرا پس از هر اندازه گیری برای محاسبه اندازه گیری کمیت اندازه گیری شونده مقدار زیادیوقت لازم است، ازین رو اسباب های ثانوی کاربرد عامتری دارند.اسباب های مطلق ، گذشته از موسسه های استاندارد به ندرت به کار می روند، در حالی که اسباب های ثانوی ، تقریبا در همه زمینه های اندازه گیری کاربرد دارند.ولت سنج ، دماسنج شیشه ای و فشار سنج ، ارت سنج ، رنگ سنج ، دیتالاگر دما و رطوبت نمونه های اسباب های ثانوی اند.