يعد قياس القيم الكهربية المختلفة مثل الجهد والتيار والمقاومة والقدرة و معامل القدرة مهم جدًا، حيث يحتاج الكهربائي إلى أجهزة قياس كهربائية للتحقق من وجود الكهرباء ومعرفة قيمة الجهد أو التيار أو أي قيمة كهربائية أخرى.
ما هي أجهزة القياس الكهربائية
جهاز القياس هو الجهاز الذي يمكننا من خلاله تحديد مقدار أو قيمة الكمية المراد قياسها. يمكن أن تكون كمية القياس هي الجهد، التيار، القدرة، معامل القدرة وغيرها.
تصنيف أجهزة القياس الكهربية
ويتم تصنيف أجهزة القياس الكهربائية حسب الكمية الكهربائية أو الخصائص المقاسة. كما يتم تصنيفها وفقًا لنوع وظيفة القياس، أو نوع جهاز القياس المستخدم. وكل الأنواع التي سنقوم بشرحها تنطبق على الأجهزة التي تقيس التيار المستمر والمتردد وتنطبق أيضًا على النوعين الرقمية والتناظرية فلا فرق بينهما من حيث الوظيفة.
أجهزة القياس التناظرية Analog
في العقود الماضية، كانت أجهزة القياس الأكثر استخدامًا هي التناظرية. وإذا احتجت إلى قياس كمية كهربائية على سبيل المثال التيار الكهربائي، فهناك جهاز يحتوي على ملف متحرك يحتوي على مؤشر يتحرك في مقياس متدرج. كلما زاد مدى المؤشر في المقياس، زاد تدفق التيار في الدائرة. وبالمثل، عملت جميع أنواع أجهزة القياس التناظرية الأخرى بطريقة مماثلة. حاليًا ماتزال تستخدم ولكن بشكل أقل.
أجهزة القياس الرقمية Digital
في الوقت الحاضر، تستخدم جميع أنواع التقنيات أو الشركات أدوات القياس الرقمية لأنها تتمتع بمزايا أكثر مقارنة بالأنظمة الأخرى. في نظام القياس هذا مهما كانت كمية الإدخال، فإنه ببساطة يحول المخرجات بصورة أرقام. وبهذا نحصل على قراءات دقيقة.
أنواع أجهزة القياس الكهربائية
1- الأميتر Ammeter
مقياس التيار أو الأميتر هو جهاز كهربائي يستخدم لقياس شدة التيار المار في حمل أو في دائرة، ويتم توصيل الأميتر على التوالي مع الحمل الذي يراد حساب شدة لتيار المار فيه ويوجد إما بشكل رقمي Digital أو تماثلي (تناظري) Analouge
نظرية عمل الأميتر تعتمد على مبدأ تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة ميكانيكية حيث إن الملف الكائن في مجال مغناطيسي دائم يعمل يقوم بالدوران عند مرور التيار الكهربي في ملفاته.
وحتى لايتأثر أو يقل التيار المار في الدائرة بعد توصيل الأميتر على التوالي في هذه الدائرة عما كان قبل وضع الأميتر، ولتوفير دقة قياس أكبر يجب أن تكون مقاومة الأميتر صغيرة جدًا بالنسبة للمقاومة التي سيوضع الأميتر على التوالي معها لقياس شدة التيار. ويرمز للأميتر بالحرف A مكتوبًا داخل دائرة
2 – الفولتميتر Voltmeter
مقياس الجهد أو الفولتميتر يُستخدم لقياس فرق الجهد بين نقطتين، وذلك بتوصيل الجهاز على التوازي مع الحمل أو المقاومة التي يراد قياس فرق الجهد عبرها، وهو جهاز شائع الاستخدام في الأجهزة الكهربائية لقياس الجهد.
ويجب أن تكون مقاومة الفولتميتر كبيرة جدًا بالنسبة لمقاومة الحمل الذي سيوصل الجهاز بين طرفيه وذلك حتى لا يمر تيار كبير في الفولتميتر ويتسبب بخطأ في القياس. وعند القياس يتم توصيل الطرف الموجب للفولتميتر بالقطبية الموجبة للمصدر والجهد السالب متصل بالقطبية السالبة.
3 – الاوميتر Ohmmeter
الأوميتر أو مقياس المقاومة هو أداة تستخدم لقياس المقاومة الكهربائية ويمكنه قياس قيمتها بدقة. و يتم تصنيف هذا الجهاز إلى نوعين توالي وتوازي. حيث يتم استخدام الأوميتر من نوع التوالي لقياس قيم المقاومة العالية، بينما يتم استخدام نوع التوازي لقياس قيم المقاومة المنخفضة.
4 – الواطميتر Wattmeter
يستخدم مقياس القدرة الكهربائية الواطميتر لقياس قدرة مصدر التيار المتردد أو المستمر، ولقياس القدرة المفقودة في مقاومة كهربائية. ويحتوي الواط ميتر على ملفين هما ملف تيار وملف جهد.
5 – الملتيمتر Multimeter
الملتيمتر هو جهاز قياس كهربائي متعدد القياس، حيث يمكن استخدامه لقياس جهد التيار المتردد والمستمر، ولقياس التيار المتردد والمستمر، والمقاومة. ويُعرف باسم Multimeter لأنه يمكنه القيام بوظائف أجهزة قياس مختلفة مثل الفولتميتر، والأميتر، والاوميتر. ويوجد الملتيمتر إما كجهاز تناظري أو رقمي،
الملتيمتر التناظري له مؤشر يتحرك في مقياس متدرج وهو أقل دقة، في حين أن الملتيمتر الرقمي يظهر القيم بشكل أرقام وهو أكثر دقة. وفي الصورة أعلاه جهاز ملتيمتر رقمي
6- جهاز قياس الطاقة الكهربائية
يستخدم جهاز قياس الطاقة (Energy Meter) لقياس كمية الطاقة الكهربية المستهلكة خلال فترة زمنية معينة، وهي أجهزة ذات أهمية كبيرة يعتمد عليها لمحاسبة المستهلكين على كمية الطاقة المستهلكة في فترة زمنية محددة، ولذا يجب أن تكون ذات دقة عالية.
وتعطي قيمة الطاقة غالبًا بالكيلو واط ساعة (kWh) حيث إن kWh هي الطاقة التي يستهلكها حمل قدرته واحد kW خلال ساعة من الزمن. وهناك أنواع مختلفة من العدادات، وأكثر هذه الأنواع شيوعًا واستعمالًا هي العدادات الحثية.
7- جهاز قياس معامل القدرة
تقيس أجهزة قياس معامل القدرة النسبة بين القدرة الفعالة والقدرة الظاهرية، ولأنها لا تقيس كمية معينة فإن درجة دقتها ليست عالية، ومن بين هذه الأجهزة الجهاز الكهروديناميكي.
ويتكون من ملفين متحركين متماثلين للجهد (PC1 و PC2) ومن ملفين ثابتين متماثلين للتيار (CC1 و CC2). ويثبت الملفان PCI و PC2 بحيث يكونان متعامدين ويركبان على عمود دوران مشترك، ويثبت مؤشر بعمود الدوران. ويتم ضبط تدريج المقياس بحيث تكون قراءة معامل القدرة واحد في منتصف المقياس، بينما ينحرف المؤشر إلى اليمين في حالة حمل ذي ممانعة حثية، وينحرف إلى اليسار في حالة حمل ذي ممانعة سعوية. وتوصل مقاومة R على التوالي مع الملف PC1 بينما يوصل ملف نقي ذو حثية L على التوالي مع الملف PC2.
8- جهاز قياس التردد
يوجد نوعان من أجهزة قياس التردد (frequency meter) الأول يعمل على نظرية التعادل الميكانيكي (الرنين)، حيث يتكون من شرائط معدنية رفيعة يتوقف عددها على سعة الجهاز. تتأثر كل منها بذبذبة خاصة. وفي حالة مرور تيار كهربي في الملف المثبت فوق هذه الشرائط بذبذبة معينة. فإن المجال المغناطيسي الناشئ من هذا التيار يؤثر فقط على إحدى هذه الشرائط التي يتوافق رنينها مع ذبذبة التيار فتهتز بسرعة تلك الذبذبة مشيرة بذلك إلى مقدار التردد للتيار المار في الملف.
أما النوع الثاني فيعمل على نظرية التعادل الكهربي (الرنين)، ويتكون من ملف ملفوف حول قلب حديدي ذي شكل خاص، ويتصل الملف إلى الدائرة الكهربية المراد قياس ترددها، ويوضع ملف حث يرتكز متحرك غير مثبت معه، بل ينزلق عليه، على محور الدوران الذي يتصل مع مؤشر الجهاز. ويتصل مع الملف المتحرك دائرة رنين تتكون من ملف ومكثف، وعند مرور تيار كهربي في الملف الثابت، يتكون في القلب الحديدي مجال مغناطيسي متردد ينتقل إلى الملف الثاني مكونا فيه قوة دافعة.
توصيف أجهزة القياس
1- دقة القياس Accuracy: وهي مقـدرة الجهاز على إعطاء قراءة أقرب إلى القراءة الحقيقية العيارية، وكلما أعطى الجهاز قراءة قريبة من المقدار الحقيقي العياري للكمية التي يتم قياسها كلما كان الجهاز دقيقًا.
2- ضبط القياس Precision: وهي مقدرة الجهاز على إعطاء نفس القراءة عند تكرار عملية القياس بنفس الجهـاز. وكلما كـان الجهـاز مضبوطًا كلمـا كانت القراءات التي يعطيـها لنفس الكمية عند تكرار عملية القياس متقاربة جدًا مع بعضها.
3- حساسية القياس Sensitivity: وهي نسبة الإشارة الخارجـة إلى التغير في الإشارة الداخلة. ويختلف تعريف الحساسية حسب نوع الجهاز.
4-سرعة استجـابة جهاز القياس: السرعة التي تستجيب بها أداة القياس للتغيرات في الكمية المقاسة.
5-خطأ القياس Error: وهو الفرق بين مقدار الكمية المقاسة والمقدار الحقيقي أو العيارى للكـمية. ومـن المهم معرفة مصادر الخطأ وكيفية التقليل من آثارها. وقد تتطلب القياسات الدقيقة اختيار الأجهـزة المناسبة وإجراء العديد من القـياسـات للتوصل إلى نتائج دقيقة.
المراجع
د. ناهد أبو حجي، أجهزة القياس
المؤسسة العامة للتدريب المهني والتقني
