أجهزة القياس الكهربائية

مقياس التيار الكهربائي – Ammeter:

مقياس التيار الكهربائي: هو جهاز يقيس التيار الكهربائي داخل الدائرة الكهربائية، وهو الأساس للعديد من أدوات القياس الكهربائية الأخرى. سواء كنت تقيس الفولت أو الأوم فأنت تقيس التيار داخل الجهاز بشكل أساسي. يعد قياس التيار في أي دائرة كربائية صعباً نوعاً ما لأنّ كل الطاقة الكهربائية المراد قياسها يجب أن تمر عبر آلة القياس، لذلك هناك مشكلة في فتح الدائرة ثمّ إعادة إغلاق الدائرة لاحقًا. و مشكلة أخرى هي أنّ أجهزة القياس التقليدية تمّ دمجها في جهاز قياس واحد معاً لا يمكنها تبديد الحرارة التي تزيد عن بضعة أمبير فقط.

مقياس التيار الكهربائي المشبك هو الحل البديل لهذه المشكلة. إنّه يحل كلا المشكلتين عن طريق قياس المجال المغناطيسي الذي يحيط بأيّ موصل يحمل تيارًا، أولاً يتم معايرة الجهاز لقراءة الأمبيرات ثمّ يغلق المستخدم الفكين حول موصل معزول للتيار الكهربائي. لا يهم ما إذا كان الموصل متمركزًا داخل الفكين، وقد يمر بزاوية.

بالنسبة لقياسات الأمبير المنخفض يمكن لف الموصل، وتمر عدة دورات عبر الفكين في نفس الاتجاه، ثم القراءة الإجمالية مقسومة على عدد الدورات. يمكن تصنيف مقياس التيار الكهربائي المحمول باليد (الاسم التجاري Amprobe) على ارتفاع يصل إلى (600 A)، ممّا يجعله مفيدًا لعمل المحرك ثلاثي الأطوار الكبير. يمكن للأدوات المتخصصة قراءة التيّار المستمر.

مقياس الجهد الكهربائي – Voltmeter:

على عكس مقياس التيار، مقياس الجهد الكهربائي عبارة عن جهاز متوازي، يتم وضع مقياس الفولتميتر بالتوازي عبر عنصر أو موصل أو دائرة أو مصدر طاقة. لا يمر التيّار الكامل من خلال الجهاز، فقط جزء صغير منه يمر خلاله. تعتمد كمية التيار التي تمر من خلاله على الجهد الذي يتم قياسه ومقاومة الفولتميتر. تعتبر المقاومة الموجودة في الدائرة الكهربائية بالغة الأهمية وتحدد مدى دقة قياس التيار والجهد في دائرة معينة. تضع المقاومة القليلة حمولة ثقيلة على الدائرة الموجودة لدينا، أو مع دائرة عالية المقاومة، يمكن أن يؤدي انخفاض الجهد الكبير إلى إتلاف الدائرة.

مقياس الفولتميتر عالي المقاومة (نسبيًا) غير مرئي للدائرة الموجودة لدينا. ومع ذلك، لا ينبغي استخدامه عند الفولتية التي تتجاوز حدها الأعلى. يجب مراعاة تصنيفات (CAT) والتي تختلف باختلاف البيئات الكهربائية المحددة. تتم طباعة هذه التصنيفات بشكل عام بجوار المدخلات.

في حالة الأجهزة ذات المقاومة المنخفضة، مثل الفولتميتر اللولبي (الاسم التجاري Wiggy) من الجيد التحقق من وجود أو عدم وجود الجهد والمستوى التقريبي له (120 أو 240) في الإستخدامات السكنية والتجارية والصناعية ومراكز التحميل. يعد مقياس المقاومة المنخفضة هذا مفيدًا لفحص حماية (GFCI) قطع الدائرة بسبب العطل الأرضي من الجهاز. سيؤدي وضع مجس واحد على السلك المحايد (الأبيض) والآخر على أرضية الجهاز (الأخضر أو المكشوف) أو على هيكل الجهاز إلى تعطل الجهاز إذا كان يتلقى الطاقة ويعمل. لا يجب ترك الجهاز متصلاً بمصدر طاقة لفترة طويلة وإلّا سوف يسخن.

جهاز قياس المقاومة – Ohmmeter:

تم دمج النوع الأكثر شيوعًا من الأوميتر في جهاز القياس الرقمي المتعدد (digital multimeter). تتوفر أيضًا العدادات التناظرية (Analog meters) التي تعمل باستخدام الإبر المتحركة بدلاً من القراءات الرقمية، ويفضل إستخدامها في بعض أجهزة ضبط الوقت القديمة. لديها ميزة كونها أكثر دقة في الهواء الطلق في الطقس البارد. يساعد السطح العاكس خلف الإبرة في القضاء على الخطأ من خلال تسهيل المحاذاة المستقيمة. أما الآن يتم استخدام أجهزة القياس الرقمية المتعددة على نطاق واسع.

تتضمن أجهزة القياس المتعددة (Bench-type multimeters) خيار دمج الأسلاك الأربعة (Kelvin)، وهو أمر ضروري للقياسات الدقيقة للمقاومة المنخفضة. أربعة مجسات منفصلة مربوطة مع بعضها البعض، يتم توصيلها بأربعة منافذ مخصصة وهي متصلة بالمقاومة الموجودة في الجهاز. يقلل الإعداد المكوَّن من أربعة أسلاك بشكل كبير من تأثير المقاومة التراكمية بسبب القياس واحتكاك المقاومات والمسارات الكهربائية داخل العداد. يحمل زوج واحد من الأسلاك تيار الاختبار من العداد ويقيس الزوج الآخر انخفاض الجهد عبر المقاومة الموجودة لدينا. هذا الترتيب يستثني المقاومة التراكمية غير المرغوب فيها.

راسم الذبذبات – Oscilloscope:

يعد راسم الذبذبات إلى حد بعيد الأكثر تنوعًا واستخدامًا باستثناء (multimeter) من أدوات القياس الكهربائية العديدة. إنه أساساً فولتميتر ولكنه مزود بمجس لقراءة التيار بوحدة الأمبير، وأيضاً بالاقتران مع مجس آخر يمكن قراءة الجهد بوحدة الفولت، وأيضاً يمكن تهيئته ليرسم رسم بياني للطاقة. في الوضع الأكثر استخدامًا، وهو الرسم بالنسبة للزمن، يعرض راسم الذبذبات رسمًا بيانيًا للسعة بالفولت على طول محور Y العمودي، مرسومًا مقابل الوقت بالثواني على طول المحور X الأفقي.

تظهر الوحدات الكسرية مثل الملي والميكرو الفولت والثواني تلقائيًا بمكانها المناسب. من خلال الجهاز، يمكن عرض إشارة دورية سريعة التأرجح على شكل موجة واحدة ثابتة. وأيضاً يمكن عرض إشارتين خارجيتين أو إشارتين تمّ إنشاؤهما داخليًا في قنوات منفصلة، رياضياً يمكن إضافتهما وطرحهما ومضاعفتهما وتقسيمهما. وتطبيقاتها الأخرى التي تنطبق على أشكال الموجة الفردية، وهي الجذر التربيعي والتكامل والتفاضل وعرض اللوغاريتم الخاص بالموجة.

إلى جانب مشاهدة الموجات في المجال الزمني، يمكن للمستخدم بالضغط على زر أن يرى على الفور التحويل السريع لنفس الإشارة المعروضة في مجال التردد، حيث يتم رسم المدى مثل الطاقة على المحور Y (المقياس الخطي أو اللوغاريتمي) والتردد على المحور السيني. يستخدم هذا لعرض التوافقيات وحساب التشويه التوافقي الكلي. بالإضافة إلى ذلك في وضع XY، يتم عرض أرقام (Lissajous) لإشارة واحدة يتم تشغيلها بواسطة إشارة ثانية مطبقة على قناة ثانية. تتغير هذه الأرقام اعتمادًا على علاقات الاتساع والتردد وزوايا الطور. يعرض راسم الذبذبات المختلط (MDO) نفس الإشارة بتقسيم الشاشة لنفس الوقت والتردد. يقوم راسم الذبذبات المختلط بالإشارة بنفس الوقت لإشارتين منفصلتين.

محلل الطيف – Spectrum Analyzer:

يشبه محلل الطيف بشكل كبير راسم الذبذبات، ولكن الاختلافات الرئيسية هي:

• بالنسبة للنموذج، محلل الطيف أغلى بكثير من راسم الذبذبات.
  
• يعرض محلل الطيف بشكل عام على أشكال الموجة في مجال التردد فقط، بينما يعرض راسم الذبذبات أشكال الموجة في المجال الزمني ومجال التردد.
  
• يحتوي محلل الطيف على ميزات أكثر وقدرات تحليلية أكبر ونطاق ترددي أعلى ومواصفات متقدمة أكثر مقارنة مع راسم الذبذبات.
  
• غالبًا ما يجد الفنيون والمهندسون ذوو الخبرة أنفسهم يبتعدون عن راسم الذبذبات لصالح محلل الطيف للعمل الأكثر تقدمًا.
  
• تحتوي اللوحة الأمامية لمحلل الطيف على العديد من عناصر التحكم التي تكون أقل حدسية وبديهية من تلك الموجودة في راسم الذبذبات، ولكن يتم حل الكثير من الصعوبات من خلال دليل المستخدم، والمتاحة للتنزيل المجاني على مواقع الشركات المصنعة.
  كما هو الحال مع راسم الذبذبات، فإنّ التحدي المباشر هو الحصول على عرض ذي معنى. بالنسبة إلى راسم الذبذبات، فإنّ الإجابة هي الضغط على الإعداد الإفتراضي والتعيين التلقائي. بالنسبة لمحلل الطيف، لعرض إشارة غير جيبية في مجال التردد ورؤية النطاق الكامل أو التوافقيات لها، من الضروري أولاً عرض القائمة التي تحتوي على التردد أو النطاق. عناصر القائمة النموذجية هي التردد المركزي والإمتداد وتردد البداية ونهاية التردد.
  تنقسم أجهزة تحليل الطيف إلى ثلاث أقسام أساسية: محلّل الطّيف المضبوط (swept-tuned spectrum analyzer)، محلّل الإشارة المتجهة (vector signal analyzer) ومحلل الطّيف في الوقت الحقيقي (real-time spectrum analyzer).