آشنایی با انواع ابزار اندازه گیری و کاربرد آنها

خواندن این مطلب 4 دقیقه زمان میبرد

ابزار اندازه گیری وسیله ای برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی است. در علوم فیزیکی اندازه گیری فعالیتی جهت بدست آوردن و مقایسه مقادیر فیزیکی اشیاء و رویدادهای دنیای واقعی است. برای افزایش دقت اندازه گیری این کمیت ها با اشیاء یا رویدادهای استاندارد به عنوان واحد مقایسه شده یا کمیت اندازه گیری شده به آنها ارجاع داده می شود.

ابزارهای اندازه گیری و روش های کاربرد آنها یک ابزار را تعریف می کنند . همه ابزارهای اندازه گیری در معرض درجات مختلف خطای ابزار و عدم اطمینان اندازه گیری هستند. این ابزارها ممکن است از اجسام ساده مانند خط کش ها و کرنومترها گرفته تا میکروسکوپ های الکترونیکی و شتاب دهنده های ذرات باشد. از ابزار دقیق مجازی به طور گسترده ای در توسعه ابزار اندازه گیری مدرن استفاده می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

فهرست مطالب

ابزار اندازه گیری و سیستم های اندازه گیری

به طور کلی ، سیستم های اندازه گیری شامل تعدادی مولفه عملکردی هستند. یک ابزار اندازه گیری برای تشخیص شی باید ابعاد یا فرکانس را اندازه گیری کند. سپس این اطلاعات توسط سیگنال های فیزیکی به سراسر سیستم منتقل می شود. اگر جسم خود فعال باشد ، مانند جریان آب ممکن است سیگنال را تأمین کند. اگر منفعل باشد ، باید سیگنال را با تعامل یا با یک پروب انرژی مانند منبع نور یا لوله اشعه X یا با یک سیگنال حامل تحریک کند.

سرانجام سیگنال فیزیکی با یک سیگنال مرجع با مقدار مشخص مقایسه می شود. سیگنال مرجع توسط فرآیندی به نام کالیبراسیون از اجسام با کمیت مشخص بدست می آید. مقایسه ممکن است یک فرایند آنالوگ باشد که در آن سیگنال ها در یک بعد پیوسته به برابری می رسند. فرایند مقایسه در واقع جایگزین ، کمی سازی با شمارش است.

سایر عملکردهای سیستم های اندازه گیری روند اساسی توضیح داده شده در بالا را تسهیل می کنند. مثلا روند تقویت اطمینان می دهد که سیگنال فیزیکی به اندازه کافی قوی است تا اندازه گیری را کامل کند. به منظور کاهش نقائص اندازه گیری همزمان با پیشرفت آن در سیستم ، ممکن است سیگنال ها به شکل کد شده یا دیجیتال تبدیل شود.

تئوری اندازه گیری

نظریه اندازه گیری به قرن ۴ قبل از میلاد مسیح برمی گردد ، زمانی که نظریه بزرگی توسط ریاضیدانان یونانی در عناصر اقلیدس گنجانده شد. اولین کار سیستماتیک در مورد خطای مشاهده توسط ریاضیدان انگلیسی توماس سیمپسون در سال ۱۷۵۷ معرفی شد ، اما کار اساسی در مورد نظریه خطا توسط دو ستاره شناس فرانسوی قرن ۱۸ ، ژوزف لوئیس لاگرانژ و پیر سیمون لاپلاس انجام شد.

اولین تلاش برای ادغام نظریه اندازه گیری در علوم اجتماعی نیز در قرن هجدهم اتفاق افتاد ، زمانی که جرمی بنتام ، اخلاق گرای منفعت طلب انگلیسی ، سعی در ایجاد نظریه ای برای اندازه گیری ارزش داشت.

نظریه های اندازه گیری بدیهی مدرن از کار دو دانشمند آلمانی ، هرمان فون هلم هولتز و اوتو هولدر ، ناشی می شود و کارهای معاصر درباره کاربرد نظریه اندازه گیری در روانشناسی و اقتصاد ، تا حد زیادی از کارهای اوسکار مورگنسترن و جان فون نویمان ناشی می شود.

پارامترهای قابل اندازه گیری کدامند؟

علم تعیین وزن و اندازه گیری را مترولوژی می گویند که باید بر اساس استانداردها انجام شود. به این منظور در سال ۱۸۵۷ دفتر بین ‌المللی وزن و اندازه گیری در فرانسه جهت فراهم کردن استانداردهای اندازه گیری براساس سیستم اندازه‌ گیری یکاهای استاندارد در جهان تاسیس شد.

بر این اساس سیستم اندازه گیری استاندارد یا SI شامل هفت واحد اصلی است که عبارتند از:

طول (m): واحد اندازه گیری آن متر است.
جرم (kg): واحد اندازه گیری آن کیلوگرم است.
زمان (s): واحد اندازه گیری آن ثانیه است.
دما (k): واحد اندازه گیری آن کلوین است.
جریان الکتریکی (A): واحد اندازه گیری آن آمپر است.
مقدار ماده (mol): واحد اندازه گیری آن مول است.
شدت روشنایی (cd): واحد اندازه گیری آن کاندلا است.

از واحد اصلی واحدهای فرعی زیادی مشتق می شوند. به عنوان مثال از واحد جرم کمیت ‌های فرعی مانند فشار، جریان، گشتاور، حجم ، نیرو و چگالی مشتق می شوند.

یکی از ویژگی های ابزار اندازه گیری دقت اندازه ‌گیری است. دقت اندازه گیری کوچکترین مقداری است که آن ابزار یا دستگاه می‌ تواند اندازه گیری کند. ابزارها و دستگاه معمولاً دارای دو کمیت عددی هستند که کمترین و بیشترین مقدار قابل اندازه گیری را نشان می دهد. اعشار بعد از عدد اندازه گیری نشان دهنده دقت یک ابزار است.

آشنایی با ابزار اندازه گیری

اندازه‌ گیری جرم

ترازو وسیله ای است که برای اندازه ‌گیری جرم استفاده می شود و اکنون در انواع و اقسام می توانید آنها را ببیند. تمام این ابزارها در طول تاریخ تغییر کرده اند تا به وسایلی به کارایی بهتر تبدیل شوند.

اندازه‌ گیری زمان

همه ما برای اندازه گیری زمان از ساعت استفاده می‌ کنیم و انواع آنالوگ یا دیجیتال ساعت اکنون به وفور در همه جا دیده می شود. یکی از وسایل کاربردی برای اندازه گیری زمان کرنومتر است که اکنون اکثر تلفن های همراه به آن مجهز هستند.

اندازه گیری مقدار ماده

برای اندازه گیری ماده برحسب مول باید جرم آنرا بر جرم مولار آن تقسیم کنید. جرم مولی ، جرم یک مول از آن ماده یا جرم ۱۰۲۳ . ۶.۰۲۲۱۴۰۷۶ ذره بر حسب گرم است. این جرم توسط وزن اتمی واحد شیمیایی تشکیل دهنده آن ماده تعیین می شود. مثلا نقره که دارای وزن اتمی amu ۱۰۷.۸۶۸۲ است یک مول از آن دارای جرم ۱۰۷.۸۶۸۲ گرم است.

اگر ماده ‌ای که از بیش از یک نوع اتم تشکیل شده باشد باید وزن اتمی اتم‌ های منفرد آن را باهم جمع کنید. به عنوان مثال برای آب که از دو اتم هیدروژن و یک اکسیژن تشکیل شده است وزن اتمی یک اتم هیدروژن ۱.۰۰۸ amu بنابراین وزن دو اتم آن برابر ۲.۰۱۶ است. وزن اتمی یک اتم اکسیژن نیز ۱۵٫۹۹۹ می باشد. بنابراین جرم مولی آب ۱۸.۰۱۵ گرم است.

اندازه ‌گیری طول

طول کمیتی است که با متر اندازه ‌گیری می‌ شود. این کمیت با ابزاری به نام متر سنجیده می شود. البته در مقیاس های کوچک برای اندازه گیری دقیق ‌تر وسایلی مانند کولیس، ریزسنج و … وجود دارد.