1

الکتريکياندازه گيري

Electrical Measurements

2

:مطالب درس

آنـ خطاي اندازه گيري و بررسي آماري١ـ اسيلوسكوپ ٢ ، اهـم متـر ، آرسونال دي گالوانومتر (ـ دستگاههاي الكترومكانيكي ۳

، آهنگــردان هــايدسـتگاه ، DC و AC ،ولتمتــر و آمپرمتـر )الکتروستاتيکي و الکتروديناميکي

ـ پلهاي اندازه گيري و روش پتانسيومتري ۴

3

ـ اندازه گيري توان و انرژي٥،، فرکانس متر ،ترکان(ـ دستگاههاي اندازه گيري ديجيتال ٦ A/D )، اسيلو سکوپ ديجيتال مترديجيتال مولتي ، D/A وتراگردانها ‐۷

: سايت درس http://ee.sharif.edu/~measurement

4

:اصليمرجع Jones & Chin: Electronic instruments and measurements, 2nd ed. ,Prentice Hall, 1991

:كتاب اين ترجمه ، علميمؤسسه انتشارات . “الكترونيكي گيريابزارها و اندازه ” ، مدرس هاشمي ، نايبي۱۳۸۲.

:ديگرمراجع 1)Helfrick & Cooper: Modern electronic instrumentation and measurment techinques , 3rd ed. , Prentice Hall , 1990 2)Sawhney: A Course in Electerical and Electronic Measurements and Instrumentation, 2nd ed. ,Dhanpat Rai & Sons , 1988

:كتاب اين فصول برخي ترجمة . ۱۳۷۱ ، دانشگاهي نشر مركز ، ” الكتريكي گيري اندازه”، ملكان ، دياني

5

3) Wolf : Guide to electronic measurments and laboratory practice, 2nd ed., Prentice Hall,1983.4)Wolf , Smith: Student reference manual for electronic instrumentation laboratories,PrenticeHall,1990. 5)Carr : Elements of electronic instrumentation and measurement, 3rd ed., Prentice Hall,1996.6)Stout : Basic electrical measurements, 2nd ed. Prentice Hall of India,1981.

6

7)Buchla & McLachlan : Aplied electronic instrumentation and measurement , Prentice Hall,1992 .8)Witte , “electronic test instruments , theory and applications”,Prentice Hall, 2nd ed. ,2002.

صنعتي دانشگاه ، الکترونيکي گيرياندازه : ذهابي ، رضايي ) ۹ . ۱۳۷۵ ، اميرکبير

7

از اواخر ) ۱۳۵۵ تاليف( اشرف رامين و کنار گذاشتن Jonesعلت انتخاب کتاب ۷۲سال

آنها جزئيات و الکترومکانيکي هاي بر دستگاه زياد تکيه : Sawhneyاشکاالت text مرجع نه برايو لذا مناسب ) المعارف ة دائر( فوق العاده تفصيل و

نداشتن ‐ توان گيري نداشتن بحث اندازه ‐ زياد سادگي : Jones اشكاالت خط آماري بررسي بحث

تکيه و الکترومکانيکي هاي دستگاه زياد جزئيات به نپرداختن : Jonesمحاسن و ديگر ، داشتن فصول تراگردانها ، داشتن بحث جديد هايمناسب بر دستگاه

.... و data acq ،رکوردرها ، نوري فيبر مانند جالبيمباحث

8

۲درس مدار : همنياز. نيست كافي كه است ۱ مدار همنياز داراي ريزي برنامه عالي شوراي در مصوبه

به مدار سه فاز است که در احتياج ، توان گيري به عالوه که در بحث اندازه .ميشود تدريس ۲مدار

. ميکند زيادي کمک منطقي و مدار ۱ الكترونيک ، آمارواحتمالدر واقع داشتن هاي ه دستگا و در بحث داريم آمارواحتمال به احتياج خطا آماريدر بحث

مفيد بسيار ۱ الکترونيک همچنين ، منطقي به مدار ديحيتال گيري اندازه .باشيد درس داشته اين دو درس را همزمان با اين شود مي توصيه . است

کليه پيشنياز آز اين است و گيرياندازه آز همنياز خود گيري درس اندازه . برق است مهندسي آزهاي

و علت الكترونيكي گيري و اندازه الكتريكي گيري تفاوت دو درس اندازه . تراگردانها گنجاندن مبحث

9

نمره ؛ ۷) ۳تا آخر فصل (ترم ميان نمره ؛ ۲ تمرين :ارزشيابينمره ۱۱ ترم پايان

تمرينحل كتاب مطالعه اشكال رفع كالس

10

مقدمه

Introduction

11

: مطالب

آن و مفهوم گيري اندازه اهميت.۱الکتريکي گيري اندازه اهميت.۲گيري اندازه هاي سيستم بنديطبقه . ۳الکتريکي گيرياندازه )مراحل(عناصر .۴

12

: و مفهوم آن گيري اندازه اهميت . ۱

پيشرفت اساسي از ملزومات يکي دقيق گيري اندازه روشهاي طراحي توان مي را مهندسياصوال مقاصد . بوده است تکنولوژي

)design ( نگهداري ) maintenance ( و کنترل )control ( دانست. ممکن خواهد بودغير گيري مقاصد بدون اندازه اينو انجام

نا معلوم با کميت يک عددي مقايسه عبارت است از گيري اندازه باشد نه عددي و کمي بصورت بايد مقايسه ( استاندارد کميت يک

. . .) يا برابر مقدار استاندارد و ۱,۲ مثال کوچکتربلکه فقط بزرگتر و . باشد الفهم الزم است استاندارد عام

13

، در مقابل ذکر طول ديگر برابر طول پاره خط ۵طول پاره خط : مثال توافق و تطابق يک توان تصور کرد که عدم وجود مي. بر حسب متر

مثال . تواند به همراه داشته باشد مي را مشکالتي چه المللي بين و نبوه يکسان قطعات مشابه ساخته شده در کارخانجات مختلف

علمي نتايج . ( نخواهد بود پذير هم امکان بجاي استفاده از آنها کاربرد يک مختلف قابل استفاده در آزمايشگاههاي دانشمندان در

. ) نخواهد بودواقعي

14

شده و مورد تعريف دقيقا استاندارد يک وجود : پس شرط اول . عام پذيرش

گيري انجام اندازه براي دستگاه را توانايي بتوان بايد: شرط دوم ). کاليبراسيون ( کرد تنظيم امتحان نمود و آن را صحيح و دقيق آزمايشگاه يک داراي صنعتي منظور معموال هر اين براي

آزمايشگاههاي گيري اندازه دستگاههاي است که کاليبراسيون . شوند مي تنظيم و کاليبره در آنجا وقتيمختلف هر چند

15

آمريکا NBSمثال ( باشد مي اداره استاندارد داراي نيزهر کشور National Bureau of Standard ( کاليبراسيون آزمايشگاههاي و

. کنند مي تنظيمخود را با آنجا ) پاريس( استاندارد وجود دارد المللي بين سرانجام اداره

International Bureau of Weights and Measures که دهد در مي امروز اجازه تکنولوژي که وجهي دقيقترين را به کميات

. هستند کاليبراسيون و گيريآنجا قابل اندازه

16

International standard المللي بين استاندارد

Primary standardاستاندارد اوليه Secondary standard ثانويه استاندارد

Working standard کاري استاندارد

17

در – اهم استاندارد ۱ مقاومت ‐ استاندارد کيلوگرمي يکمثال وزنه NBS و پاريس شود، مثل مال مي نگهداري با دقت حدود دارد ppm حدود دقتي ثانويهاستاندارد . شوند مي مقايسه گاه گاه

بين يا استاندارد اوليه . دارد 5ppm حدود دقتي کاري و استاندارد تعريفنحوه . نيست قابل خارج کردن از اداره استاندارد المللي

.ببينيد cooper p.37_45 را در الکتريکي استانداردهاي لکتريکي ا کميتهاي گيري ما با روش اندازه گيريدر درس اندازه

. شويم ميآشنا . . . و مقاومت و جريانمثل

810−

18

اهميت اندازه گيری الکتريکی .2

کميات خود گيري اندازه براي نه فقط الکتريکي گيرياندازه کميتهاي گيري در اندازه وسيعي کاربرد همچنين بلکه الکتريکي ابتدا يعني . دارد غيره و فشاروسرعت مانند حرارت و ديگر فيزيکي شده و سپس تبديل) جريان مانند (الکتريکي به فيزيکي کميت. شود مي گيري اندازه کميت

19

: زيرا جمع و جور بوده و حجم و وزن الکتريکي دستگاههاي معموال به يا کميات اين مستقيم گيري نسبت به اندازه ( دارد کمتري

) . غيرالکتريکي روشهاي و با صرفه ديگرآسان نقطه به نقطه يک از الکتريکي سيگنال انتقال گيري امکان اندازه نيزو )راديويي امواج ، نوري فيبر ،کابل(است

موج ( فشار هوا در اثر انفجار تغييرات منحنيمثال ( دور سيگنالهاي . وجود دارد )پزشکي در ‐ در موشک متري تله يا ) انفجار

20

قابل حصول سادگي به الکتريکي در روش سيگنال تقويتامکان خيلي مقادير ( را ضعيفي سيگنالهاي توان مي ترتيب ايناست و به

حساسيت ( نمودگيري اندازه نيزرا ) مورد نظر کميتکوچکتر از روي ) ديجيتال يا آنالوگ( انجام انواع پردازش همچنين) . زياد

. است ميسر براحتي سيگنال به زيادي بسيار ورودي امپدانس با الکترونيکي هاي کننده تقويت تواند مي کمي بسيار بارگذاري قابل حصول است که اثر راحتي

دستگاه اندازه ،کميت يک گيرياصوال به هنگام اندازه . (داشته باشد تغيير سبب اين کند و مي را جذب محيط انرژي از مقداري گيري جذب انرژي اين الکتريکي گيري در اندازه . ميشود مجهول کميت

‐) کوچک باشد بسيار تواند مي محيطشده از

21

زياد سرعت پاسخ . کم قيمت با نبوه ا توليد تراشه و يک روي امکان ساخت کليه بلوکها

تبديل الکتريکي کميت مورد نظر را به فيزيکي کميت که اي وسيله کلي در اصطالح . گويند ) transducer ( تراگردان يا مبدل ميکند

. گويند مي را ديگر به نوع انرژي نوع يک ، مبدل ترانسديوسر

22

: طبقه بندي سيستم هاي اندازه گيري .3

را به دو گيري اندازه دستگاههاي توان مي کلي بندي تقسيم يک در : کرد تقسيمدسته

كه تابعي ) مثال انحراف يک عقربه(داراي خروجي هستند : آنالوگ . 1مشابه کميت مورد .(پيوسته از كميت مورد اندازه گيري است

. . . مثال سرعت سنج عقربه اي و ولتمتر عقربه اي ، ) اندازه گيري است كميت مورد اندازه گيري را بصورت ارقام نمايش مي : ديجيتال . 2

متر فرکانس مثال کيلومتر اتومبيل و ولتمتر ديجيتال و . دهد. ديجيتال

23

ي ديجيتال و توسعه کامپيوتر،گرايش ژبا توجه به پيشرفت تکنولوبسوي ديجيتال مي باشد و بسياري از تجهيزات قديمي بصورت

کميت اينجا در )مثال اسکوپ و ولتمتر .(ديجيتال در آمده است مي گسسته بصورت شود، بلکه نمي داده نمايش پيوسته بصورتقابل (شمارا کند اختيار تواند مي خروجي که مقاديري يعني باشد ،

.است) شمارش غير و مستقيم هم وجود دارد، ديگري هاي بندي تقسيم مستقيم غير يا مثل جرم و طول ، کميت خود مستقيما(مستقيم

الکتريکي ميدان نيروياز (الکتروستاتيکي . . .) وانرژيمثل ولتاژ و ميدان نيروياز (الکترومغناطيسي و ) شود مي انحراف استفاده براي

. ديد خواهيمکه بعدا ) نول (تعادلي و انحرافي) مغناظيسي

24

: عناصر اندازه گيري الكتريكي .4

: نشان داد اي قالب سه مرحله يک را در گيري اندازه سيستمهاي توان مياکثرا Transducer تراگردان : ١مرحلة

الکتريکي ل سيگنا آن به تبديل و سيگنال وجود آشکارسازي مرحله اين در . الکتريک پيزو و ترموکوپل ، فتوسل شود مانند مي تبديل

Signal Modifier دهنده تغيير :٢مرحلة مناسب نمايش براي شود و آن را مي انجام سيگنال روي تغييراتي مرحله اين در ، A/D، يکسوسازي، )براي حذف نويز ( مثل تقويت يا تضعيف، فيلتر کند مي

چرخ دنده، عدسي نوري، آينه ...(انتگرالگيري ، مشتق و D/A ،،F/Vپردازش ، ...). و

25

که عالوه بر گوييم مي ديجيتال را سيستمي از موارد بسياري در باشد مانند پمپ ديجيتال نيز آن مياني مرحله ، نمايش مرحله .بنزين

٣مرحلة .مايع ستون ‐ مدرجاشل و نوراني شعاع –عقربه متحرک ) Display(نمايش

مغناطيسي ضبط ‐عکاسي فيلم ‐قلم متحرک و کاغذ مدرج ) Record( ثبت .کامپيوتر – چاپگر – ).control(کنترل

26

هوا آلودگي ) رطوبت درجه حرارت، ( نمايش يا ثبت اطالعات هواشناسي : مثال ‐ ECG‐ شتاب سنج ‐ مصرف آب و گاز و برق ميزان ثبت يا نمايش

هواپيما بالک ‐ کنترل حرارت ‐ کنترل سرعت موتور ‐موشک زاويه متعدد الزم است مثال هاي گيري اندازه چيز يک کنترل برايبعضا (

. . . ). پرواز، درجه حرارت، شتاب حرکت و مدل طراحي توان به مي گيري حاصل از اندازه نتايج بوسيله همچنين

). يکديگر و تجربه مکمل تئوري( پروسه نا شناخته پرداخت يک براي