أجهزة القياس الكهربائية

فهم أجهزة القياس الكهربائية

تُعدّ أجهزة القياس الكهربائية من الأدوات الأساسية في مجال الهندسة الكهربائية، فهي تسمح بتحديد القيم الدقيقة للتيار والجهد والمقاومة وغيرها من المعاملات الكهربائية. تُستخدم هذه الأجهزة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من تصنيع الأجهزة الإلكترونية إلى مراقبة أنظمة الطاقة الكهربائية.

قياس شدة التيار الكهربائي

تعتمد أجهزة قياس التيار الكهربائي على مبدأ قياس فرق الجهد الناتج عن مرور التيار في الدائرة الكهربائية. يتم توصيل جهاز القياس بشكل متسلسل مع الدائرة، مما يسمح بقياس فرق الجهد عبر المقاومة الداخلية للجهاز. باستخدام قانون أوم (V=IR)، يمكن حساب شدة التيار الكهربائي من قيمة فرق الجهد والمقاومة.

من أبرز أجهزة قياس التيار، جهاز الأميتر (بالإنجليزية: ammeter)، والذي يُمكنه قياس شدة التيار الكهربائي بغض النظر عن قيمته. تُستخدم أجهزة الأميتر على نطاق واسع في مختلف التطبيقات الكهربائية والإلكترونية، ومن أهم أنواعها:

جهاز دارسونفال أميتر (بالإنجليزية: D’Arsonval-movement ammeter): يُستخدم لقياس شدة التيار الكهربائي المستمر بدقة تتراوح بين 0.1% و 2%.
جهاز التيار الديناميكي (بالإنجليزية: electrodynamic ammeter): يُستخدم لقياس شدة التيار الكهربائي، سواء كان مستمرًا أو مترددًا، بدقة تتراوح بين 0.1% و 0.25%.
جهاز قياس التيار الحراري (بالإنجليزية: thermal ammeter): يُستخدم لقياس شدة التيار الكهربائي المتردد بدقة تتراوح بين 0.5% و 3%.
أجهزة القياس الرقمية (بالإنجليزية: Digital ammeters): تستخدم لقياس شدة التيار الكهربائي المستمر بدقة تتجاوز 0.1%.

قياس فرق الجهد الكهربائي

تقوم أجهزة قياس الجهد الكهربائي بقياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدائرة الكهربائية. يتم توصيل جهاز قياس الجهد بشكل موازٍ مع المكون أو العنصر الذي يتم قياس الجهد عليه، مما يُمكنه من قياس فرق الجهد مباشرة.

تُصمم أجهزة قياس الجهد لتناسب مجموعة متنوعة من التطبيقات، وتتميز بأدقيات مختلفة، وتُستخدم لقياس الجهد بالفولت أو المليفولت أو الكيلوفولت. أهم أنواع أجهزة قياس الجهد الكهربائي هي:

جهاز الفولتميتر الرقمي (بالإنجليزية: Digital voltmeters): يُستخدم لقياس فرق الجهد الكهربائي بدقة تتجاوز الدقة التي تعمل بها أجهزة قياس الجهد التناظرية، حيث تعرض القراءات على شاشة الجهاز بشكل مباشر.
جهاز الفولتميتر التماثلي (بالإنجليزية: analogue voltmeter): يُقيس الجهد الكهربائي عن طريق تحويل التيار المار عبر الأسلاك إلى قراءة الجهد بآلية تسمى الآلية الكهروميكانيكية.
جهاز الفولتميتر الكهروستاتيكي (بالإنجليزية: electrostatic voltmeter): يعتمد هذا الجهاز على توليد قوى كهروستاتيكية لقياس الجهد مباشرة دون الحاجة لقياس شدة التيار، مما يجعله مختلفًا عن باقي أجهزة قياس الجهد.
جهاز الجهد الانزلاقي (بالإنجليزية: potentiometer): يُستخدم لقياس الجهد الكهربائي المنخفض جدًا، والذي يصعب قراءته بالأجهزة الأخرى.
جهاز الفولتميتر الإلكتروني (بالإنجليزية: electronic voltmeter): يُستخدم لقياس الجهد الكهربائي دون احتمالية الخطأ في الدائرة الكهربائية، حيث يُعتمد فيه على التضخيم أو التصحيح أو كلاهما عند الحاجة لإعطاء قراءة الجهد الكهربائي المتولد سواء كان مباشرًا أو مترددًا.

قياس مقاومة الدائرة الكهربائية

تقوم أجهزة قياس المقاومة الكهربائية بتحديد مقدار مقاومة الدائرة الكهربائية. يتم تمرير تيار كهربائي معلوم عبر المقاومة، ويتم قياس فرق الجهد الناتج عنها. باستخدام قانون أوم (V=IR)، يمكن حساب مقدار المقاومة من خلال قياس فرق الجهد وشدة التيار.

تُستخدم أداة الأوميتر (بالإنجليزية: ohmmeter) لقياس مقدار المقاومة في الدوائر الكهربائية. يتم توصيل المقاومة مع الأداة بطريقة التوازي، مما يؤدي إلى زيادة مقدار المقاومة بزيادة التيار المتولد، أو بطريقة التوالي، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة بانخفاض مقدار التيار المتولد في الدائرة الكهربائية. تُعبر عن وحدة قياس المقاومة بالأوم.

قياس السعة الكهربائية للمكثفات

تقوم أجهزة قياس السعة الكهربائية بقياس قدرة المكثف على تخزين الشحنة الكهربائية. يتم تمرير جهد كهربائي معلوم عبر المكثف، ويتم قياس كمية الشحنة الكهربائية التي يتراكمها. من خلال حساب كمية الشحنة والجهد، يُمكن تحديد مقدار السعة الكهربائية للمكثف.

يمكن قياس السعة الكهربائية بجهاز سعة المكثف (بالإنجليزية :capacitor)، والذي يعمل على مبدأ ثبات الجهد الكهربائي والطاقة المخزنة فيه، حتى يتم توليد مقدار معين من الشحنات الكهربائية. تُعبر عن وحدة قياس السعة بالفاراد.

قياس الحث الكهربائي للملفات

تقوم أجهزة قياس الحث الكهربائي بقياس قدرة الملف على توليد مجال مغناطيسي عند مرور تيار كهربائي فيه. يتم تمرير تيار كهربائي معلوم عبر الملف، ويتم قياس فرق الجهد الناتج عنه. من خلال حساب كمية التيار وفرق الجهد، يمكن تحديد مقدار الحث الكهربائي للملف.

يُستخدم المحث (بالإنجليزية: inductor) في الدائرة الكهربائية لقياس مقدار الحث الكهربائي، والذي يُرمز له بالحرف L، و يُقاس بوحدة هنري.

قياس تردد التيار الكهربائي

تقوم أجهزة قياس التردد بقياس عدد مرات تكرار طول موجي كهربائي معين في الدائرة الكهربائية في مدة زمنية معينة. يُمكن قياس التردد باستخدام جهاز التردد (بالإنجليزية: frequency meter)، والذي يُمكنه قياس ترددات تصل إلى 900 هيرتز.

يُستخدم قياس التردد في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك أنظمة الطاقة الكهربائية، والاتصالات، وصناعة الإلكترونيات.

تلعب أجهزة القياس الكهربائية دورًا مهمًا في مجال الهندسة الكهربائية، فهي تسمح بتحديد القيم الدقيقة للتيار والجهد والمقاومة وغيرها من المعاملات الكهربائية، مما يُساهم في تحسين التصميم والتشغيل والكفاءة في مختلف التطبيقات الكهربائية والإلكترونية.