מכשור: סוגים ומאפיינים, סיווג ותפעול

התפתחות הציוויליזציה האנושית, הרצון והצורך של האדם לשנות את הסביבה גורמים לו להשוות, למדוד, לשקול או לספור כל הזמן משהו. כדי להקל ולבצע משימות דומות המתרחשות באופן קבוע, הם החלו לפתח מכשור, או מכשור. בהתחלה, מכשירים אלה היו פשוטים, עשויים מאמצעים מאולתרים, אך עם הזמן הם הפכו למנגנונים מבניים ואלקטרוניים מורכבים.

הגדרת המושג מכשירי מדידה

עם חקר תופעות הטבע, האנושות השיקה תהליכים טכנולוגיים שונים שיש לנטר ולמדוד. זה דורש מכשירים מיוחדים שיכולים לנטר ולשלוט באופן רציף במהלך תהליכים טכנולוגיים שונים.

אנשים הצליחו ללמוד איך לנהל את הסביבה וטכנולוגיות שנוצרו באופן מלאכותי. אוטומציה תעשייתית אילצה פיתוח של מכשירי מדידה, והציוויליזציה עברה לשלב חדש בהתפתחותה.

מד הוא מכשיר שמטרתו העיקרית היא להשוות ערך נמדד ליחידת מידה מקובלת. מכשירים אלו מודדים כמויות פיזיות, תהליכים שונים, פרמטרים טכניים. יש מכונות וחשמליות. עקרון הפעולה של האחרון מבוסס על העובדה שלמעשה כל פרמטר פיזי ניתן להמיר לאות חשמלי, שקל לעבד ולנתח.

על סמך הנתונים שהתקבלו ניתן להסיק מסקנות לגבי מצב הסביבה, לגבי התופעות הפיזיקליות המתרחשות, פרמטרים וכמויות הגלומות בשטח הנמדד.

נכון לעכשיו, המדידות מתבצעות לא רק במעבדות מדעיות ובארגונים גדולים, אלא גם בסדנאות קטנות ובחיי היומיום, גם אם, במבט ראשון, מכשירים אלה אינם נראים. הם נמצאים בשימוש נרחב במכשירי חשמל ביתיים ובפריטים ביתיים נפוצים.

יחס לא קשוב לקריאות המדידות, הכשרה לקויה של מומחים מוביל לטעויות בייצור, השגת מוצרים באיכות נמוכה ומאיים על בטיחות האנשים.

סיווג וסוגי מכשור

סיווג המונה אינו מסובך, אך נרחב מאוד. הקטגוריות הרבות מחולקות למספר סוגים, המסתעפים גם לסוגים קטנים יותר. עיקר המכשירים הללו שונים בסוג הפרמטר הנמדד, בדיוק ובמטרה.

ראשית, ניתן לחלק את המכשור לשלוש קטגוריות גלובליות:

• מכשירים אנלוגיים המסוגלים להראות באופן רציף את השינוי בפרמטר הנמדד. דוגמאות אופייניות הן מדחום כספית ביתי, שנמצא בכל בית, ומנומטר - מכשיר לקריאת ערך הלחץ. מד הלחץ משמש הן בתעשייה והן בחיי היומיום.
• מכשירים דיגיטליים. הם ממירים נתונים שהתקבלו או נמדדו לאות דיגיטלי. מכשיר אחד כזה הוא מד לחץ אלקטרוני. על המסך הדיגיטלי שלו מוצגים ערכי הלחץ והדופק של אדם.
• המונים המכניים הפשוטים ביותר. הם מוכרים לכולם מילדות. זהו סרגל רגיל, מד זווית, מצפנים, מאזניים מכניים ביתיים. בעלי מלאכה משתמשים לעתים קרובות בקליפר ורנייר.

ניתן לחלק כל קטגוריה לפי קריטריונים אחרים:

• לפי סוג הערך הנמדד.
• דרך הספירה.
• בהתאם לדרג המוצע של דיוק המדידה.
• לפי המטרה העיקרית.

ערכים נמדדים

כל מכשיר מתוכנן למשימות המוגדרות בבירור משלו ומיועד למגוון תנאי הפעלה ספציפיים. לפי סוג הערך הנמדד, מכשירי המדידה הם:

• מדידת טמפרטורה. אלה כל מיני מדחומים וצמדים תרמיים.
• אינדיקטורים של לחץ או ואקום (וואקום).
• בדיקת רמת הנוזלים או המוצקים בתפזורת.
• שליטה בכמות ובצריכה של אלמנטים שונים. זה יכול להיות גם נוזלים וגם אדים, גזים או מוצקים.
• ביצוע מדידות איכות. לדוגמה, צפיפות, הרכב תערובת או תכולת לחות.

עקרונות הפעולה של מכשירי המדידה כמעט זהים. האלמנט הנמדד פועל על המתמר הראשי, ולאחר מכן עובר האות למדידה אלמנט הממיר את ההשפעה לתנועה של צומת הייחוס והקריאות מועברות לסולם התקן.

המדידה הפשוטה ביותר מודגמת בבירור על ידי פעולת מד הלחץ. הלחץ של המדיום הנמדד פועל על צינור הנחושת הכפוף באמצעות אביזר מיוחד. הצינור מנסה ליישר כמות מסוימת. פעולה זו מועברת לציר עם ראש החץ. הציר עצמו עמוס קפיצים ונוטה לחזור לסימן האפס, אך בפעולת הצינור הבלתי מתכופף הוא מוסט ומראה את הלחץ הנוכחי.

שיטות ספירה לאחור

להתקנים אלה חייבת להיות יחידת הצגת תוצאות. על פי שיטת הספירה, המכשירים מחולקים למספר סוגים:

• מכשירים עם כיוון ידני.
• מכשירי ציון.
• מקליטים.
• סיכום אותות.
• מכשירי איתות.

משווים או מכשירים עם כיוון ידני הם מכשירים הדורשים סיוע אנושי בעת מדידת כמויות. זה יכול להיות סולם משקל או פירומטר אופטי.

למכשירי חיווי יש מצביע בצורת חץ שנע לאורך סולם הערכים. לפעמים המצביע יכול להיות נייח והחוגה זזה או מסתובבת סביב היד. לפי התכנון, מכשירים כאלה הם ניידים או נייחים. מכשירים נייחים בדרך כלל מודדים כמויות דינמיות באופן רציף. כאשר יש צורך לבצע מדידות מעת לעת או מדי פעם לפקח על מונים נייחים, אז משתמשים ב- PI ניידים.

מכשירי הקלטה עצמיים מתעדים באופן עצמאי את התוצאות של מדידות רציפות על מדיום. הספק יכול להיות דיסק, כרטיס פלאש או רשת נייר "אינסופית". הרשומה היא תרשים המראה את השינוי באובייקט הנחקר לאורך זמן מסוים. רשומה כזו יכולה למנוע תאונה בייצור, המעידה על כשל בפעולה של צומת מסוים.

מונים או מכשירי סיכום משקפים את קריאות מנגנון הספירה ומציגים את סכום הערך הנמדד על המסך. אינטגרטורים כאלה מחשבים את צריכת המים, הגז, האנרגיה.

מכשירי איתות פולטים אותות שונים: אור או קול, ברגע שהערך הנמדד מגיע לערך שנקבע מראש. הם גם מודיעים כאשר מתרחש אירוע מסוים. מכשירים אלו כוללים התקני אזעקה שונים: אבטחה, אש וכו'.

הפרדה לפי מטרה

על פי ייעודם, מרכיבי המדידה הם תפעוליים (או טכניים), מעבדתיים, דוגמה, בקרה וסטנדרטיים.

מכשירים תפעוליים נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה ובייצור. אלו הם עותקי עבודה השולטים בכל מחזור הייצור. בדרך כלל קל לתפעול, אמין עם קנה מידה אינטואיטיבי ומספרים גדולים.

מכשירי מעבדה ובקרה מיועדים לבדיקה ובדיקה של מכשירים אחרים או במהלך עבודת איתור באגים בייצור. הם נבדלים על ידי מעמד מוגבר של דיוק. מכשירי מעבדה משמשים בעיקר במעבדות, בעוד שמכשירים טכניים משמשים בתחום מכשירים שנבדקו אחרים.

המשימה העיקרית של מכשירי ייחוס והתקני דוגמה היא אחסון ושעתוק נתוני ייחוס, שבאמצעותם משווים את האינדיקטורים של מכשירי מדידה אחרים. אם מכשירי הייחוס מאחסנים רק נתונים, אז המשימה של מכשירי הייחוס היא להעביר נתונים מהתקני הייחוס למכשירי מדידה אחרים בצורה מדויקת ככל האפשר.

דיוק המדידות

לכל מכשיר דיוק מדידה או טווח שגיאות משלו. כל מכשיר, אפילו ההתייחסות, יכול לעשות טעות. ניתן לציין דיוק במספר מאפס עד אחד. ככל שמספר הדיוק של המכשיר גבוה יותר, כך הקריאות שלו גרועות יותר.

הרגישות של מכשיר המדידה היא אינדיקטור חשוב המשפיע על הפרשנות הנכונה של הנתונים המתקבלים. הרגישות שווה ליחס בין ערך התנועה של מצביע המכשיר (חץ או עט) לכמות השינוי בנתונים הנמדדים שעוררו תנועה זו.

הרגישות באה לידי ביטוי לרוב בקנה המידה של המכשיר. לדוגמה, אם למדחום יש קנה מידה של 100 חלוקות והוא מיועד לטמפרטורה מרבית של 50 מעלות צלזיוס, אז הרגישות הממוצעת שווה ליחס של 100 ל-50. כלומר, הרגישות של המכשיר (מחיר חלוקה אחת) תואמת לשתי מעלות צלזיוס.

שגיאות במהלך הפעולה

בכל עבודה, טעויות וטעויות אפשריות. מכשירי מדידה אינם חריגים לכלל. כאשר נלקחות מדידות שונות, מתרחשות שגיאות שונות. זה נובע מכמה מוסכמות שאומצו במדידות, וחוסר שלמות של שיטות מחקר וטעויות בעת השימוש במד.

בדרך כלל ניתן להבחין בין סוגי השגיאות הבאים:

• מוּחלָט. זהו ערך השווה להפרש בין הקריאות של מכשיר הייחוס לזה המשמש באותם תנאי מדידה.
• יחסי או עקיפים. ערך היחס בין השגיאה המוחלטת לערך הנמדד הנוכחי.
• יחסית מופחת. היחס בין הערך המוחלט להפרש בין גבולות הסולם המרבי והמינימלי של מכשיר המדידה.

שגיאות הן גם אקראיות, שיטתיות והחמצות. שגיאות אקראיות אינן קשורות לסדירות כלשהי, אלא תלויות בהפרעות אקראיות ובתנאים חיצוניים שונים. אלה שיטתיים תואמים כמה כללים ובביטוי שלהם, ניתן לזהות דפוס. לעתים קרובות הם תלויים במצב הטכני של מכשיר המדידה עצמו. ההחמצות בולטות היטב מסדרת החישובים ההגיונית והמיועדת. ניתן לעקוב אחריהם ונמחקים בקלות בעת ניתוח מספיק נתונים.

שירות של מכשירי מדידה

לפעמים הרבה תלוי באיכות המכשור, ולכן מכשירים אלה חייבים להיות בעלי מאפיינים כגון אמינות, עמידות, אמינות ולהיות זמינים לתיקון.

כדי למנוע טעויות במדידות, המכשור דורש תחזוקה מונעת בזמן ובדיקות סדירות לאמינות האינדיקטורים. על מנהל העבודה תמיד לעקוב אחר מצבם ותנאי האחסון של מכשירי המדידה, לנגב את החוגות, המאזניים ושקעי חיישני האותות במטלית יבשה.

לפני תחילת העבודה צריך לוודא שהחיבורים חזקים ורצוי לבצע מדידת בקרה. יש להחליף מכשירים פגומים בזמן בחדשים או לתקן אותם בזמן.

במפעלים גדולים יש צוותים ומחלקות שלמים של מהנדסים ומתקני מכשור שעוקבים אחר מצב ויכולת השירות של מכשירים ואוטומציה.

ברמת משק הבית, נתקלים לעתים קרובות במכשירי מדידה שונים. הם הפכו מוכרים ושכיחים, אבל הם גם דורשים טיפול נכון ועמידה בכללי הבטיחות. החיישן הפשוט ביותר במכונת כביסה עלול לגרום לצרות רבות אם הוא מתקלקל. חיישן הטמפרטורה במגהצים ביתיים ממוקם על המשטח המחומם ובמקרה של לכלוך רגיל, ייתן נתונים לא מדויקים.

עם טיפול ואחסון נאותים של מכשירי בקרה ומדידה, כל חיים, תיקון, מנוחה הופכים לקלים ומהנים יותר.