أجهزة قياس شدة التيار والجهد

************

مقدمة

أجهزة قياس شدة التيار الكهربائي يقال لها الأميترات و هي كلمة مركبة من أمبير و هي وحدة قياس شدة التيار الكهربائي و ميتر وهو جهاز قياس ,و ركبت الكلمتان مع بعضهما كي تعطيان معنى جهاز قياس التيار " الأميتر " । توصل الأميترات في الدارات الكهربائية على التوالي مع الموصلات المراد قياس التيار فيها , و حيث أن إدخال أي جهاز قياس في الدارة المقاسة يجب ألا يؤثر في الدارة التي تحت القياس , عليه يجب أن تكون مقاومة الأميتر الداخلية أصغر ما يمكن ।أجهزة قياس الجهد الكهربائي يقال لها الفولتميترات و هي كلمة مركبة من فولت و هي وحدة قياس الجهد الكهربائي و ميتر وهو جهاز قياس ,و ركبت الكلمتان مع بعضهما كي تعطيان معنى جهاز قياس الجهد " الفولتميتر " । يوصل الفولتميترعلى التوازي في الدارة المراد قياس الجهد عليها , و لكي لا يؤثر جهاز القياسفي الدارة المقاسة يجب أن تكون مقاومة الفولتميتر الداخلية أكبر ما يمكن ।تعتبر أجهزة قياس التيار و الجهد قريبة في التصميم و الأداء باستثناء الأجهزة الكهروستاتيكية , فإن جهاز قياس الجهد يمر به تيار يتناسب مع الجهد المراد قياسه , و ينتج هذا التيار العزم المطلوب لتشغيله , في حالة جهاز قياس التيار فإن العزم المطلوب ينتج عن مرور التيار المراد قياسه , أو عن مرور نسبة محددة منه , وعليه فإن الفرق الوحيد بين النوعين من الأجهزة يكمن في مقدار التيار اللازم لإيجاد العزم المطلوب ।*************** أنواع أجهزة قياس التيار و الجهد *************** يمكن استخدام معظم أنواع أجهزة القياس في قياس التيار و الجهد إلا أنها تختلف عن بعضها من حيث الدقة و مقدار القيمة المقاسة أونوع التيار , فبعض أجهزة القياس تستخدم لقياس التيار المستمر فقط وبعضها لقياس التيار المتردد فقط و البعض الآخر يقيس التيارين , و في الجانب الآخر فقد لا تستطيع بعض من اجهزة القياس من قياس التيارات المنخفضة , و عادة ما تستخدم أي من الأجهزة التالية لقياس التيار أو الجهد :1।أجهزة القياس ذات الملف المتحرك " نوع المغناطيس الدائم , نوع الكهروديناميكي * الدينامومتر * "2।أجهزة القياس ذات الحديد المتحرك 3।أجهزة القياس الحثية4.أجهزة القياس من النوع الكهروستاتيكي " فقط لأجهزة قياس الجهد "5.أجهزة القياس من النوع الحراريمن هذه الأنواع جهاز القياس ذو الملف المتحرك و المغناطيس الدائم يصلح لقياس التيار المستمر فقط , بينما أجهزة القياس الحثية تصلح لقياس التيار المتردد فقط , و تصلح الأنواع الأخرى بشكل عام في قياس نوعي التيارين في الدارات الكهربائية .يعتمد آداء كل من أجهزة القياس ذات الحديد المتحرك و ذات الملف المتحرك على التأثير المغناطيسي للتيار المار بها , و يغلب استخدام النوع الأول منها في أجهزة القياس التجارية و الأرخص , و يمكن استخدامها في القياس بدارات التيار المستمر أو التيار المتردد على حد سواء , و بفرض أن تصميمها جيد تكون لها درجة عالية من الدقة , أما الجهاز ذو الملف المتحرك من نوع المغناطيس الدائم هو الجهاز الأكثر دقة في قياس التيار المستمر و عادة ما يتم تصميم تلك الأجهزة لتكون لها دقة عالية .*********** مصادر الأخطاء في أجهزة قياس التيار و الجهد ******** هناك أخطاء محددة تحدث في معظم أجهزة القياس , بينماهناك أنواع أخرى من الأخطاء تحدث فقط في أجهزة معينة .من تلك الأنواع من الأخطاء التي تحدث لمعظم أجهزة القياس يعتبر الإحتكاك و تأثير درجة الحرارة من أهمها ,فلتخفيض تأثير عزم الإحتكاك وبالتالي للخطأ الناتج عنه , فإن وزن الجزء المتحرك منه يجب أن يكون صغيرا ما أمكن قياسا إلى القوة المؤثرة عليه " أي أن نسبة عزم الإنحراف إلى وزن الجزء المتحرك تكون كبيرة , حوالي واحد إلى عشرة عند إنحراف المؤشر الأقصى " , لذا يفضل عادة استخدام عمود الدوران ليكون رأسيا " بدلا من ذلك التصميم الذي يتضمن العمود الأفقي " بهدف خفض مقدار عزم الإحتكاك عند نقاط التثبيت .الخطأ الأكبر الناتج عن الحرارة المتولدة في جهاز القياس , أو ذلك الناتج عن تغير درجة حرارة الوسط المحيط , هو نتيجة تغير مقاومة الملف الرئيسي , إن هذا التغير في المقاومة ليس له تلك الأهمية في حالة أجهزة قياس التيار " نظرا لأن مقاومة الجهاز بالطبيعة صغيرة جدا لمقاومة الدارة و بالتالي لن يؤثر ذلك كثيرا في التيار المار بالدائرة " , بينما في حالة أجهزة قياس فرق الجهد , و التي فيها يكون التيار المستخدم متناسبا مع الجهد المطبق حول الطرفين , يجب العمل على الحصول على قيمة ثابتة تقريبا لمقاومة الملف , بمعنى آخر فإن النتيجة المباشرة لتغير درجة حرارة الملف هو هبوط التيار المار بالملف و بالتالي الحصول على خطأ في القياس " .و عليه فإنه من الضروري العمل على خفض مقدار الطاقة المفقودة في الملف بالإضافة إلى العمل على وضع تلك الملفات التي ترتفع درجة حرارتها لدى مرور التيار بها بحيث تكون التهوية حولها جيدة للحد من رفع درجة حرارتها .لتلافي الخطأ الناتج عن تغير درجة الحرارة تستخدم مادة النحاس في صنع الملفات لضمان صغر مقاومتها , كذلك قد يوصل مع الملف على التوالي مقاومة كبيرة لها معامل حراري صغير جدا بحيث أن المقاومة الكلية لهما معا تكون تقريبا ثابتة بالرغم من تغير مقاومة الملف .الأخطاء الأخرى الناتجة عن تغير درجة الحرارة هي تلك الناتجة عن تمدد النابض المستخدم في التحكم في حركة المؤشر أو التمدد الذي قد يحدث لبعض مكونات الجهاز , و عادة ما تكون تلك الأخطاء بسيطة و يمكن التغاضي عنها .****** أداء أجهزة قياس التيار و الجهد في دارات التيار المتردد ****** إذا استخدم جهاز لقياس التيار أو فرق الجهد , و كان عزم انحراف مؤشر الجهاز يتناسب مع التيار المار به , فإن عزم انحراف المؤشر عند قياس التيار المتردد سوف يكون هو الآخر مترددا , و هذا يعني أن الأجزاء المتحركة بالجهاز سوف تحاول التأرجح حول موضع قراءة الصفر للجهاز , أما إذا كان تردد التيار المار بالجهاز عاليا فإن عزم القصور الذاتي للأجزاء المتحركة في الجهاز سوف لن يسمح بحدوث أي حركة نظرا لسرعة التردد .لذا فمن الضروري لتلك الأجهزة التي سوف تستخدم في قياس التيار أو الجهد في دارات التيار المتردد أن يكون عزم الإنحراف لها دالة في مربع التيار المار بها . و عليه فإن انحراف مؤشر الجهاز سوف يكون دالة للقيمة المتوسطة لمربع التيار المار به " بفرض وجود نابض التحكم به " و بالتالي يكون الجهاز معدا لقياس جذر متوسط مربع التيار أو الجهد .