الرئيسية - السلاسل التعليمية - علوم الالكترونيات - أدوات وأجهزة إلكترونية: المقياس متعدد الأغراض (الاستعمالات)

أدوات وأجهزة إلكترونية: المقياس متعدد الأغراض (الاستعمالات)

إذا كنت تريد أن تقوم بإجراء تصميم أو تنفيذ لدارة الكترونية، فإن أول ما تقوم به هو رسم مخطط الدارة. قد تريد التأكد من أن تصميمك ومخطط صحيح، أليس كذلك؟ عندها، تقوم بشراء العناصر الالكترونية التي تريد استخدامها بتصميمك، وتضعها بدايةً على لوحة التجريب، ثم تصل التغذية بالدارة. ممتاز، ولكن كيف ستعرف أن الدارة تقوم بالمهمة المطلوبة منها؟ لنفرض أن دارتك هي عبارة عن دارة تغذية تقوم بتحويل الجهد المتناوب إلى جهد مستمر منخفض ذو قيمة 5 فولط. كيف ستتأكد من أن الدارة تقوم بتنفيذ المهمة المطلوبة منها ؟

تذكر السؤال السابق، ولننتقل الآن إلى سؤالٍ آخر: لنفرض أن أحداً ما قد جلب لك دارةً الكترونية وقال لك أن الدارة لا تعمل عندما يتم وصلها بالتغذية. عليك أن تقوم بتحديد العطل، ومن ثم القيام بإصلاحه. أمر جميل، ولكن كيف ستعرف بالضبط مكان العطل وسببه ؟

الإجابة على السؤالين السابقين بسيطة: المقياس متعدد الأغراض. ألم تتعامل يوماً مع أحدها ؟ حسناً، يسرنا إذاً أن نعرفك على المقاييس متعددة الأغراض (أو الاستعمالات) وكيف تعمل، ولماذا تعمل.

بدايةً، علينا أن ننوه أن استخدام المقاييس متعددة الأغراض هو أحد الأساسيات والبديهيات لأي شخص يتعامل بمجال الالكترونيات والدارات الالكترونية، سواء كان طالباً أم مهندساً، ولذلك، فإننا نصحكم بعد قراءة هذا المقال أن تقوموا باقتناء المقياس الخاص بكم، والتعلم عليه. لا تخافوا، على الرغم من أهمية المقياس متعدد الأغراض، إلا أن استعماله وسهل جداً كما سنرى.

ما هو المقياس متعدد الأغراض ؟

المقياس مُتعدد الأغراض (وأحياناً يسمى متعدد الاستعمالات) هو عبارة عن جهاز يُستخدم في مجال القياسات الالكترونية، سواءً من أجل التأكد من فعالية عمل الدارة الالكترونية أو من أجل عمليات كشف الأعطال والصيانة، أو في عمليات فحص العناصر الالكترونية للتأكد من سلامتها.

يدعى المقياس متعدد الأغراض أيضاً مقياس “آفو AVO” وذلك نسبةً للمحددات الالكترونية والكهربائية التي يقوم بقياسها: التيار Ampere والجهد Volt والمقاومة Ohm، فالهدف إذاً من المقياس هو قياس هذه المحددات ضمن الدارات الالكترونية والكهربائية.

للمقياس متعدد الأغراض شكلين أساسيين: المقياس التشابهي Analog Multimeter و المقياس الرقمي Digital Multimeter. الفرق الأساسي بين هذين النمطين هو بطريقة الإظهار، إذ يعتمد المقياس التشابهي على الإظهار باستخدام مؤشر قياس متدرج، بينما يعتمد المقياس الرقمي على الإظهار باستخدام لوحة إظهار عددية رقمية. فضلاً عن كون المقاييس الرقمية أكثر دقة، إلا أنها أكثر تأثراً بالضجيج. حالياً، فإن معظم الأشخاص يعتمدون على المقاييس الرقمية.

الفرق الآخر الأساسي بين المقياسين الرقمي والتشابهي هو بالثقوب الخاصة بمجسات القياس، ففي حين يكون لمجسات القياس في المقياس التشابهي ثقبي اتصال فقط، فإن مجسات القياس في المقاييس الرقمية لها (3) ثقوب على الأقل، حيث تحدد هذه الثقوب (بالإضافة لناخب القياس) ماهية الاختبار الذي سيجرى: قياس تيار، أو جهد، أو مقاومة.

مما يتكون المقياس متعدد الأغراض ؟

  • المقياس التشابهي Analog Multimeter

قبل التعرف على كيفية عمل المقياس وكيفية إجراء عملية القياس، يجب أن يتم التعرف على الأجزاء الأساسية التي يتكون منها المقياس.

في حالة المقياس التشابهي الذي يظهر القيمة المقاسة عبر انزياح مؤشر قياس ضمن لوحة متدرجة، فإنه يتكون بشكلٍ أساسي من:

  • لوحة الإظهار المتدرجة: تتضمن لوحة الإظهار ثلاثة سلالم تدريج، الأول للمقاومات، والثاني للجهود، والثالث للتيارات. يجب الانتباه إلى أن السلم الخاص بالمقاومات يكون ذو تدريجٍ معاكس للسلالم الخاصة بالجهود والتيارات، حيث يكون صفر المقياس على اليمين بدلاً من اليسار. مجال لوحة التدريج بالنسبة للسلالم الثلاث يختلف بين مقياسٍ وآخر.
  • مؤشر القياس:  المؤشر هو عبارة عن ابرة معدنية تتحرك على المؤشر بعد الاستجابة للقيمة المراد قياسها.
  • ناخب اختيار القيمة: يوجد على المقياس ناخب دائري، يختار المستخدم عبره القيمة المراد قياسها، وأيضاً مجال القياس الذي سيتم العمل ضمنه.
  • صفارة الإنذار:  تتوضع أسفل ومنتصف لوحة التدريج، وهي تعطي إنذاراً صوتياً في حال تجاوز القيمة المقاسة مجال القياس
  • زر المعايرة: قبل القيام بأي عملية قياس، وبسبب أن آلية القياس ميكانيكية، يجب إجراء عملية معايرة للمؤشر للتأكد من توضعه الصحيح. تتم عملية المعايرة بوصل مجسي القياس مباشرةً مع بعضهما البعض. في الحالة الصحيحة، يجب أن تكون نتيجة وصلهما مع بعضهما البعض تشير إلى القيمة (0) على سلم القياس الأومي الخاص بالمقاومات. في معظم الحالات، ونتيجةً لعمليات القياس المتكررة، ينحرف المؤشر عن موضع البدء الصحيح، وبالتالي يتم استخدام زر المعايرة من أجل إعادة المجسات لوضعها الصحيح – أي قيمة (0) على سلم قياس المقاومات – قبل البدء بأي عملية قياس.
  • مجسات القياس: وهي عبارة عن مجسين طويلين مربوطين بسلكين إلى جملة القياس الموجودة في الجهاز. في معظم المجسات، يأخذ المجسين اللونين الأحمر والأسود، وذلك كمساعدة للمستخدم من أجل استخدام المجس الأحمر لقياس الجهود الموجبة والأسود لقياس الجهود السالبة أو الأرضي.
  • بطارية الجهاز الداخلية: بطارية الجهاز ضرورية جداً من أجل تأمين عمل المقياس في حالة قياس المقاومات، وكذلك من أجل معايرة المقياس قبل كل عملية قياس.
  • ثقوب مجسات القياس: يتوضع على المقياس التشابهي ثقبين من أجل وصل مجسات القياس مع الجهاز. بعض المقاييس التشابهية لا تضم ثقوب المجسات، حيث تكون المجسات موصولة مباشرةً مع الجهاز.

المقياس متعدد-الأغراض-التشابهي

  • المقياس الرقمي DMM: Digital Multimeter
  • شاشة الإظهار الرقمية: بدلاً من لوحة التدريج، تعتمد المقاييس الرقمية على لوحة إظهار رقمية، تظهر القيم المقاسة بشكلٍ عددي، وعادةً ما تكون دقة الإظهار حتى (4) خانات عددية. من المهم التنبيه هنا أنه عند تشغيل المقياس، يوجد مؤشر خاص لوضع البطارية الداخلية للجهاز يتوضع بالجزء الجانبي العلوي للشاشة (قد يكون الأيمن أو الأيسر) كما تظهر الشاشة أيضاً نوع القيمة المقاسة حالياً باستخدام أحد الحروف : V من أجل الجهود، A من أجل التيارات، O من أجل المقاومات، hFE من أجل نسبة تكبير العناصر نصف الناقلة، رمز موسيقي من أجل قياس القصر في الدارات حيث يعطي إنذاراً صوتياً في حالة وجود القصر، F من أجل قياس المكثفات. المقاييس الحديثة تزود المستخدم أيضاً برسالة إنذار في حال لم يكن قد وصل مجسات القياس ضمن أماكن توضعها الصحيح.
  • ناخب اختيار المجال: بشكلٍ مشابهٍ تماماً للمقياس التشابهي، يوجد ناخب اختيار المحدد الكهربائي المراد قياسه، والمجال الذي يجب أن يتم القياس عنده. المحددات الأساسية هي الجهد (مستمر ومتناوب) والتيار(مستمر ومتناوب) والمقاومة، وفي المقاييس الحديثة تم إضافة المكثفات (بقيم مايكرو ونانو فاراد)، وتكبير العناصر نصف الناقلة hFE، وتم إضافة قطعة مخصصة من أجل الترانزستورات، حيث تستخدم لتحديد أرجل الترانزستورات ثنائية القطبية BJT.
  • ثقوب مجسات القياس: هذا الجزء هو أحد الاختلافات الأساسية بين المقاييس التشابهية والرقمية. فالمقاييس التشابهية التي تضم ثقوباً، لا تضم سوى ثقبين، بينما في المقياس الرقمي، يجب على المستخدم وصل المجسات مع المقياس، عبر وضعها ضمن اثنين من ثلاثة (على الأقل) أو أربعة ثقوب. هذه الثقوب هي: ثقب الأرضي COM، ثقب الجهد والمقاومة V، ثقب التيارات المنخفضة uAmA، ثقب التيارات العالية A. ففي حال كان القياس هو جهد، يتم وضع مجسات القياس ضمن الثقبين COM و V. في حال كان القياس هو مقاومة، يتم وضع المجسات ضمن نفس الثقبين. في حال كان القياس هو تيار عالي الشدة، يتم وضع المجسات في الثقبين A و COM.
  • أزرار التشغيل: يتميز المقياس الرقمي بوجود زر خاص لتشغيل المقياس On/Off. كما يتميز بوجود زر خاص هو HOLD الذي يقوم عند ضغطه بوقف كافة عمليات القياس، حتى لو كانت المجسات موصولة بشكلٍ صحيح وحتى لو كان اختيار ناخب المجال صحيح.
  • البطارية الداخلية: تستخدم لنفس الأسباب المستخدمة لأجلها في المقياس التشابهي.

المقياس المتعدد الأغراض-الرقمي

كيف يعمل المقياس متعدد الأغراض ؟

  • قياس التيار

المبدأ الأساسي لعمل المقياس متعدد الأغراض هو وجود ملف كهربائي بجانبه نابض متصل بمؤشر القياس. عند مرور تيار كهربائي ضمن الملف، ينشأ حقل مغناطيسي ضمنه ويقوم هذا الحقل بجذب النابض، ليجذب معه مؤشر القياس ويحركه على لوحة التدريج، مشيراً للقيمة التي تم قياسها، والتي تتناسب مع شدة التيار المار ضمن الملف.

بحالة المقاييس متعددة الأغراض الرقمية، فهي تعتمد نفس المبدأ، إلا أنه يتم إجراء عملية تحويل للقيم باستخدام المبدلات التشابهية/الرقمية، ومن ثم يتم إرسال هذه القيم إلى وحدة الإظهار، وهي شاشة من نمط الكريستال السائل LCD.

الطريقة السابقة من أجل قياس التيار يمكن أن تستخدم من أجل كلا نوعي التيارات، المستمرة والمتناوبة. يجب أن ننوه أيضاً إلى أن المقاييس تزود بمقاوماتٍ تفرعية، وذلك من أجل ضبط قيمة التيار المقاس، فإذا كانت قيمة التيار المقاس أكبر من القيمة التي يستطيع ملف التيار أن يقيسها، سيستمر المؤشر بالحركة لنهاية المقياس وقد يؤدي ذلك لتلفه. استخدام المقاومات التفرعية يؤدي إلى تفريع التيار – أي تصغير قيمته – وبالتالي يمكن للمقياس أن يعمل عند قيم أعلى للتيار. يجب أن نذكر أيضاً أنه بهذه الحالة ستكون قيمة انحراف المؤشر متناسبة مع قيمة المقاومة التفرعية (والتي تحدد مجال القياس المستخدم، حسب ما يختار المستخدم).

عملية القياس: تتم عملية قياس التيارات باستخدام المقياس متعدد الأغراض بوصل المقياس على التسلسل بين النقطتين المراد قياس التيار بينهما. يتم أولاً فصل التغذية الكهربائية عن الدارة، ومن ثم اختيار ناخب المقياس على وضعية قياس التيار (يجب الانتباه إلى طبيعة التيار، متناوب أو مستمر) وضمن المجال المطلوب قياسه أيضاً. توصل المجسات بين النقطتين المراد قياس التيار بينهما، ومن ثم يتم تشغيل المقياس، وقراءة القيمة التي يشير إليها مؤشر القياس في حالة المقياس التشابهي، أو قراءة القيمة العددية التي تظهر على شاشة الإظهار، وذلك في حالة المقياس الرقمي.قياس التيارات

  • قياس الجهد

من أجل قياس الجهود، فإن المقياس يستخدم نفس الآلية السابقة: ملف التيار والنابض المتحرك بتأثير الحقل المغناطيسي المتشكل. عند وصل مجسات المقياس بنقطتين مختلفتين بقيمة الجهد الكهربائي، فإن تياراً سيمر من الجهد المرتفع إلى الجهد المنخفض، وبوجود شبكة مقاومات تفريع، فإن جزءاً من التيار سيمر عبر ملف القياس، وقيمة هذا الجزء تتناسب مع الجهد المقاس، وبالتالي فإن انحراف المؤشر سيكون متناسباً مع الجهد المقاس.

يجب التنويه إلى أن عملية قياس الجهد المتناوب تتم باستخدام شبكة من المقاومات التي تعمل عمل تقويمي للتيار المتناوب، حيث يستجيب المقياس فعلياً للقيمة الفعالة للتيار المتناوب، بعد تحويلها لتيار مستمر.

عملية القياس: من أجل قياس الجهد الكهربائي بين نقطتين في دارة، يتم بدايةً تحديد ناخب الجهاز على وضعية قياس المقاومة، ويتم أيضاً تحديد مجال القياس المطلوب، وذلك سواء كان في المقياس الرقمي أو التشابهي. بعد وضع مجسات القياس على النقاط المطلوب تحديد الجهد بينها، يتم قراءة القيمة التي يشير إليها مؤشر القياس على لوحة التدريج في حالة استخدام المقياس التشابهي، أو قراءة القيمة العددية التي تظهر على الشاشة، في حالة استخدام المقياس الرقمي.

  • قياس المقاومة

تعتبر عملية قياس المقاومات باستخدام المقاييس متعددة الأغراض مختلفة قليلاً عن قياس الجهد أو التيار. حيث تعتمد العملية على استخدام بطارية داخلية للجهاز ليتم تأمين مرور تيار كهربائي عبر المقاومة (أو العنصر) المراد قياسها، وبالتالي عبر ملف القياس الخاص بالجهاز. من أجل القياس الدقيق لقيمة المقاومة، يجب أن يتم فصل التغذية عن الدارة، ومن ثم وضع مجسات القياس على التفرع بين طرفي المقاومة أو العنصر المراد قياس مقاومته.

قياس الجهود

اعتبارات عملية هامة أثناء استخدام المقاييس متعددة الأغراض

  • مجال عمل الجهاز: أحد الأمور الهامة التي يجب الانتباه إليها عند استخدام المقاييس متعددة الأغراض (سواء كانت تشابهية أم رقمية) هي الانتباه لمجال عمل الجهاز، أو القيمة الأعظمية الممكن قياسها، سواء كانت للجهد أو التيار أو المقاومة. أي عملية قياس لقيمة أكبر من القيمة العظمى الممكن قياسها قد تؤدي لتلف الجهاز. عادةً ما تزود الأجهزة بفواصم حماية في حالة التيارات أو الجهود الكبيرة، إلا أن الانتباه للقيمة التي يتم قياسها يبقى أفضل. كما يجب أيضاً قراءة النشرة الفنية المرافقة للجهاز قبل البدء باستعماله، من أجل معرفة ملاحظات وتوصيات الشركة الصانعة حول الشروط الأمثل لاستخدام وتخزين وحفظ الجهاز.
  • أخطاء عمليات القياس: على الرغم من الدقة الجيدة التي تتمتع بها المقاييس متعددة الأغراض، إلا أن هنالك أخطاء تحدث طوال الوقت بعمليات القياس. تحليل سبب الخطأ ليس ما نهتم به حالياً، فمصادره متعددة ومتنوعة، وقد تكون مجسات القياس (تلوث أو اتساخ) أو مشكلة بمؤشر القياس أو الأجزاء الميكانيكية المكونة لجملة القياس في حالة المقياس التشابهي، أو قد يكون ضعف البطارية الداخلية وغيرها. غالباً فإن المقاومة الداخلية للجهاز هي أهم مصادر الخطأ، كونها تقوم باستهلاك جزء – ولو صغير جداً – من التيار المار عبر المقياس.

الفكرة هنا أنه يجب أن يتم أخذ موضوع أخطاء القياس بعين الاعتبار، ويجب أن يتم حساب هذا الخطأ، للحصول على أفضل دقة ممكنة أثناء عمليات القياس.

يتم حساب الخطأ عبر الإجرائية التالية: تحسب القيمة الفعلية للتيار أو الجهد أو المقاومة المراد قياسها باستخدام المقياس وسندعوها القيمة الحقيقية T، وذلك بشكلٍ نظري. ثم يتم إجراء القياس باستخدام المقياس، وسندعوها القيمة المقاسة M. أخيراً، يتم حساب النسبة المئوية للخطأ باستخدام المعادلة:

Error = (T-M/T) x 100

بشكلٍ عملي، ومن أجل تخفيض أخطاء القياسات لأصغر حد ممكن، يجب أن تكون قيمة المقاومة الداخلية للمقياس أصغر من مقاومة ثيفنين للدارة الأصلية المقاسة بحوالي 20 مرة أو أكثر، أما في حالة قياس الجهد، ومن أجل تخفيض الخطأ لأصغر ما يمكن، فإن المقاومة الداخلية للجهاز يجب أن تكون أكبر بحوالي 20 مرة من مقاومة ثيفنين للدارة الأصلية المقاسة.

أخطاء شائعة

إلى هنا تكون مقالتنا المتعلقة بالمقياس متعدد الأغراض واستعمالاته الأساسية والهامة قد انتهت. نأمل أن نكون قد وفقنا في تقديم معلومةٍ مساعدة لكم، كما ننتظر تعليقاتكم وملاحظاتكم على المقال، ونتمنى منكم المساهمة بنشر المقال لتعم الفائدة على أكبر صعيد.

عن ماريو رحال

ماريو رحال
مهندس طبي ومدون تقني. مدير موقع عالم الإلكترون.

2 تعليقان

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

x

‎قد يُعجبك أيضاً

“4” طرق جديدة لتبريد الشرائح والرقاقات الحاسوبية

يبدو أن الأمور قد أصبحت أكثر “سخونة” في مجال المعالجات والرقاقات الحاسوبية. في حين يركز ...