دانلود تحقیق اندازه گیری

فصل اول

مقدمه ای برای اندازه گیری

     اندازه گیری عبارت است از جمع آوری اطلاعات از دنیای فیزیک . حس کننده ها (sensors) یا مبدلها (trousnsducers) که اولین طبقه یک سیستم اندازه گیری را تشکیل می دهند ، سیگنالی متناسب با کمیت فیزیکی مورد نظر را ایجاد
می نمایند که آنرا اصطلاحاً داده (Data) می نامند برای اینکه داده ها حاصله نشان دهنده کمیت فیزیکی اندازه گیری شده باشند می بایست رابطه ای یک به یک بین این دو ایجاد نمود ، برای این منظور سیستم را با استفاده از مراجع استاندارد ، مدرج (کالیبره) می کنند نتایج حاصل از سیستم مدرج شده را اصطلاحاًاطلاعات می نامند.

تعاریف اساسی اندازه گیری

اندازه گیری : یک کمیت اساساً مقایسه این کمیت با مقداری از نوع همانند آن است که بعنوان واحد انتخاب شده است ، نتیجه اندازه گیری شده به وسیله عددی بیان می شود که نمایشگر نسبت کمیت نامشخص به واحد اندازه گیری انتخاب شده است .

نمونه اصلی واحد اندازه گیری ، مضرب یا زیر مضرب آن یک « استاندارد » نامیده میشود وسیله ای که برای مقایسه کمیت نامعلوم با واحد اندازه گیری یا یک مقدار استاندارد بکار می رود « وسیله اندازه گیری » نامیده میشود .

استانداردها ، واحدها و نگهداری آنها :

    استانداردها و وسائل اندازه گیری با عناوین «اولیه و ثانویه » طبقه بندی می شوند ، منظور از طبقه اول وسائلی است که بر روی حفظ یا تولید مثل واحدهای اندازه گیری و همچنین برای امتحان و درجه بندی استانداردها و وسائل اندازه گیری بکار میروند . طبقه دوم در اندازه گیری مستقیم بکار گرفته شده و به دو قسمت فرعی استاندارد ها و وسائل اندازه گیری آزمایشگاهی و صنعتی (تجاری) طبقه بندی
می شود.

در حالتیکه کمیات فیزیکی به دو دسته کمیات اصلی و کمیات فرعی تقسیم
می شوند بطور یکه کمیات فرعی ترکیبی از دو یا چند کمیت اصلی هستند ، سیستم SI از شش واحد اصلی ، زمان ، طول ، جرم ، شدت جریان الکتریکی ، درجه حرارت و شدت روشنایی و دو واحد فرعی زاویه صفحه ای و زاویه فضایی تشکیل شده است .

تعریف بکار رفته برای هر یک از این واحد ها نشان دهنده میزان دقت موجود در اندازه گیری آنها می باشد . با پیشرفت علوم و تکنولوژی ، بشر توانسته هر روز به تعارف و اندازه گیری های دقیق تر و با عدم قطعیت کمتری دست یابد .

اهمیت اندازه گیری :

    پیشرفت علوم و تکنولوژی مستلزم پیشرفت همزمان روشهای اندازه گیری است با اطمینان می توان گفت که سریعترین راه ارزیابی پشرفت هر ملت در علم و تکنولوژی بررسی نوع اندازه گیری هایی است که انجام می دهد و روشی که با آن داده ها را از اندازه گیری بدست می آورند و پردازش می کنند این امر دلائل روشنی دارد همراه پیشرفت علوم و تکنولوژی پدیده ها و معادلات جدیدی کشف می شود و این پیشرفتها اندازه گیری های نوع جدید را ضروری می سازد .

کشفیات جدید اگر با اندازه گیری های عملی پشتیبانی نشوند ارزش علمی نخواهند داشت اندازه گیری بی شک نه تنها اعتبار یک فرضیه را تایید می کند بلکه به فهم آن نیز یاری می رساند حاصل زنجیر بی انتهای است که به کشفیات جدیدی
 می انجامد که خود روشهای اندازه گیری نوع و پیچیده تری می طلبد بنابراین علم و تکنولوژی جدید با روشهای پیچیده اندازه گیری همراه است در حالی که علم و تکنولوژی قدیم تنها به روشهای معمولی اندازه گیری نیاز دارد .

هر رشته مهندسی دو وظیفه مهم بر عهده دارد 1 - طراحی لوازم و فرآیندها 
2 – عملکرد و نگهداری درست لوازم و فرآیند .

هر دوی این وظایف به اندازه گیری نیاز دارند زیرا طراحی کار با دستگاه و نگهداری درست و باصرفه نیازمند برگشت اطلاعات است و این اطلاعات از اندازه گیری مناسب به دست می آید .

کاربردهای مختلف اندازه گیری :

     استفاده و بکارگیری دستگاههای اندازه گیری را می توان به سه بخش عمده زیر تقسیم نمود که عبارت است از نمایش اطلاعات ، کنترل فرآیندها و تحلیل تجارب مهندسی است .

الف) نمایش اندازه گیری : این دستگاهها صرفاً برای نمایش اطلاعات اندازه گیری شده بکار می روند و قرائت آنها منجر به کنترل خاص نمی گردد ، اندازه گیری درجه حرارت و رطوبت و فشار هوا توسط اداره هواشناسی می تواند از این مقوله باشند ، همچنین دستگاههای اندازه گیری میزان مصرف آب ، گاز و یا برق در منازل از این نوعند.

ب) کنترل فرآیندها : یکی از کاربردهای بسیار مهم اندازه گیری ، در کنترل اتومکانیک فرآیندهای مختلف می باشد که ابتدا کمیت تحت کنترل اندازه گیری شده و با مقدار کمیت مطلوب مقایسه میشود ، کنترلر نیز فرمان مناسب به فرآیند را در جهت به حداقل رساندن خطا ایجاد می کند ، به این ترتیب هر گونه تغییر ناشی از عوامل ناخواسته روی کمیت تحت کنترل توسط واحد اندازه گیری آشکار گشته و توسط کنترلر جبران می گردد .

ج) تحلیل تجارب مهندسی : غالباً از دو روش تئوری و تجربی برای حل مسائل فنی و مهندسی استفاده می شود و در بسیاری از مسائل بکارگیری هر دو روش فوق لازم می باشد که این بخش نیز وابسته به اندازه گیری صحیح دارد .

خطا در اندازه گیری

    بطور کلی میتوان خطا در اندازه گیری های مختلف را به سه نوع زیر تقسیم کرد

1 ) خطای واضح : خطائی است که مربوط به شخص اندازه گیرنده است .

2 ) خطای اصولی و مداوم ( سیستماتیک ) : وابسته به شرایط محیط کار است.

3 ) خطای اتفاقی : مثل اثر القائی ترانسهای موجود در محیط .

و در یک تقسیم بندی دیگر خطای اندازه گیری را میتوان به دو نوع

الف ) خطای مطلق    و    ب ) خطای نسبی تقسیم کرد .

اندازه واقعی – کمیت اندازه گیری شده = خطای مطلق

(فرمول در فایل اصلی موجود است)

     مقدار کمیت نامشخص که توسط اندازه گیری با استاندارد ها و وسائل اندازه گیری اولیه پیدا میشود بعنوان « مقادیر واقعی » شناخته میشود ، هر اندازه گیری
نتیجه ای می دهد که با مقدار واقعی که باید اندازه گیری می شد تا اندازه ای تفاوت دارد .

تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده (Am) و مقدار واقعی (A) کمیت نامشخص
 « خطای مطلق اندازه گیری »A) Δ ( نامیده میشود ، یعنی :

A= Am-A Δ

تفاوت بین مقدار واقعی و مقدار اندازه گیری شده کمیت مورد سنجش «تصحیح خواندن » نامیده میشود بطوریکه این تصحیح برابر است با :

§A=A-Am

تصحیح خواندن یا بطور ساده تر تصحیح از لحاظ تعداد مساوی خطا ولی با علامت مخالف است .                                    A Δ- §A=

مشاهده می شود که مقدار واقعی کمیت از جمع جبری تصحیح با مقداری که وسیله اندازه گیری نشان می دهد بدست می آید :     A= Am+§A

نسبت خطای مطلق اندازه گیری به تعداد واقعی کمیت نا مشخص به صورت درصد به عنوان « خطای نسبی » (rA ) نامیده می شود .

از آنجا که خطای مطلق در اغلب حالتها قابل صرفه نظر کردن است در محاسبات عملی در معادله خطای نسبی به جای A می توان Am نیز قرار داد .

روشهای اندازه گیری                                             

     در حالتی که مقدار کمیت نا مشخص را می توان با روش مستقیم به روش غیر مستقیم اندازه گیری کرد در روشهای اندازه گیری مستقیم اندازه گیری مقدار کمیت نا مشخص مستقیماً اندازه گیری می شود برای مثال اندازه گیری جریان توسط آمپرمتر ، اندازه گیری مقاومت توسط اهم متر و غیره .

روشهای غیرمستقیم اندازه گیری روشهایی هستند که در آنها مقدار کمیت نامشخص از اندازه گیری کمیتهای دیگری که رابطه تابعی با کمیت نامشخص دارند و محاسباتی توسط آنها ، معلوم می شود .

برای مثال می توان مقدار مقاومت را با استفاده از قانون اهم

و با اندازه گیری کمیتهای ولتاژ( V ) و جریان (I  ) پیدا کرد .

روشهای مستقیم اندازه گیری را میتوان به دو قسمت مقایسه ای و انحرافی تقسیم نمود :

روش های انحرافی ، روشهایی هستند که در آنها مقدار کمیت نا مشخص از انحراف عنصر متحرکی در روی صفحه مدرجی به دست می آید ، اندازه گیری ولتاژ توسط ولتمتر و جریان توسط آمپرمتر و غیره .

روشهای مقایسه ای روشی است که توسط آن کمیت نا مشخص با استانداردی با مقدار معلوم مقایسه تقسیم می شود ، برای مثال ، اندازه گیری نیروی محرک الکتریکی توسط روش مقایسه آن با نیروی محرک باطری استاندارد .

فصل دوم

اجزاء تشکیل دهنده یک سیستم اندازه گیری

     شکل زیر اجزاء معمول به کار رفته در یک سیستم اندازه گیری را نشان می دهد . طبقه اول را حس کننده تشکیل می دهد ، این طبقه کمیت محیط اندازه گیری را دریافت کرده و آن را تبدیل به یک کمیت مناسب برای طبقات بعدی می نماید . ذکر این نکته ضروری است که به علت جذب انرژی از محیط ، توسط دستگاه اندازه گیری ، کمیت مجهول تغییر می نماید و بدین ترتیب از نظر تئوری اندازه گیری کاملاً ودرست غیر ممکن خواهد بود دستگاههای اندازه گیری خوب ، این تأثیر را به حداقل رسانده اند .

حس کننده ها به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم می شوند حس کننده غیر فعال تمام انرژی خروجی خود را از تبدیل انرژی کمیت ورودی به دست می آورد ، در حالی که در حس کننده فعال قسمت اعظم انرژی خروجی توسط یک منبع انرژی کمکی تأمین میگردد .