تجهیزات ابزار دقیق را بشناسید!!!

به چه ابزاری دقیق می گویند؟

به طور کلی ابزار دقیق، ادواتی هستند که برای اندازه گیری کمیتی در سیستم، با توجه به استانداردهای حاکم، انتخاب شده و مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها بسیار دقیق هستند و نتیجه خروجی آن ها دارای کمترین خطا است.
ابزار دقیق در واقع زیر ساخت یک سیستم کنترل و اتوماسیون را تشکیل می دهند. و شامل ابزارهایی نظیر انواع کنترلر، نشان دهنده، ترانسمیتر، رکوردر و… هستند. این ابزار وظیفۀ اندازه گیری، انتقال، نمایش، ثبت و کنترل پارامترهای مهم فیزیکی نظیر دما، فشار، فلو، سرعت، سطح مایعات و … را در پروسه های صنعتی به شکلی دقیق بر دوش دارند.

یک مثال ساده از کاربرد ابزار دقیق

برای مثال و به عنوان یکی از فرآیندهای نسبتا ساده، سیستم تنظیم خودکار سوخت موتورها را در نظر می گیریم. در این سیستم ساده حسگر (sensor) هایی وجود دارند که وضعیت موتور و شرایط کار آن نظیر سرعت، ارتفاع، چرخش و فشار را دقیقا مورد بازبینی قرار می دهند.
اطلاعات حاصل از این حسگرها توسط کامپیوتر و یا وسایلی نظیر ریز پردازنده (Microprocessor) تبدیل به سیگنال های کنترل می شوند و در نهایت به صورت فرامینی باعث کنترل کار بهینۀ موتورها می گردند. این فرامین ترکیب سوخت و هوا، مقدار سوخت و نسبت جریان سوخت و نظیر این ها را تنظیم می نمایند. لذا علی رغم تغییرات در شرایط کار موتور، کارایی آن‌ها در بهترین حالت تنظیم و کنترل می گردد.

اجزای ابزار دقیق

ابزار دقیق از سه بخش اصلی به نام محرک، کنترل کننده و اندازه گیر تشکیل شده‌اند. این سه بخش در کنار هم سیستم ‌های کنترل اتوماتیک را می سازند که این سیستم، وظیفه انجام کنترل فرآیندی خاص را در یک مجموعۀ عملیاتی به عهده دارد.

اندازه گیری (Measurement)

سنجش مقدار واقعی کمیت مورد نظر بر عهدۀ بخش اندازه گیر است. پارامترهای مختلفی در صنایع برای کنترل اندازه‌ گیری می‌ شوند که مهم‌ترین پارامترها عبارتند از:
⦁ فشار
⦁ درجه حرارت
⦁ جریانات سیالات
⦁ ارتفاع مایعات

علاوه بر عوامل گفته شده، عوامل دیگری نیز برای اندازه‌ گیری و کنترل وجود دارند. اما به علت استفاده محدودتر از این پارامترها فقط به بیان نام آن ها اکتفا می کنیم. این عوامل عبارتند از: اندازه‌ گیری سرعت، اندازه‌گیری لرزش، آشکارسازهای دود و شعله، دستگاه‌های آنالایزر و …

کنترل کننده (Controller)

با اختراع ترانزیستور استفاده از کارت‌های الکترونیکی برای کنترل آغاز شد. در واقع با اختراع این قطعات کنترلی، استفاده از عوامل انسانی برای کنترل کاهش یافت. در ادامۀ پیشرفت تکنولوژی، کامپیوترهای صنعتی با نام PLC به صنعت وارد شدند.
توسط این PLC ها واحدهای مختلف به آسانی کنترل می‌شدند و تغییرات نیز به آسانی در واحدها انجام می ‌گرفت. امروزه کنترل کننده‌ های جدیدتری به نام سیستم کنترل کننده توزیع پذیر (DCS) و کنترل کننده‌ های فازی (FCD) وظیفه کنترل را در واحدهای صنعتی بر عهده دارند.

محرک (Actuator)

محرک‌ ها نیز بخش مهمی از ابزاردقیق هستند. محرک ها سیگنال خروجی را از قسمت کنترل کننده دریافت می کنند و متناسب با این سیگنال‌ها عمل می ‌کنند. از عمده ادوات خروجی می ‌توان به شیرهای کنترل و الکتروموتورها اشاره کرد. این ادوات با عملکرد خود باعث کنترل پارامترهای اندازه ‌گیری شده در مقدار مطلوب و مورد نظر می‌ شوند.

اجزای مختلف دستگاه های اندازه گیری

اولین مرحله برای کنترل یک فرایند، فهم و تحلیل دینامیک و رفتارهای آن فرآیند است. برای کنترل یک کمیت لازم است هر لحظه اطلاعات بسیار دقیقی از آن داشته باشیم. پس باید کمیت مورد نظر را به طور مداوم اندازه ‌گیری کنیم. این اندازه گیری به وسیلۀ ابزار دقیق انجام می گیرد.
معمولا دستگاه های اندازه‌ گیری ابزار دقیق، از پنج بخش اساسی حسگر یا سنسور (Sensor)، مبدل یا ترانسدیوسر (Transducer)، انتقال‌دهنده یا ترانسمیتر (Transmitter)، عنصر نهایی و نمایشگر تشکیل می شوند.

حسگر یا سنسور (Sensor)

وظیفۀ سنسور این است که یک کمیت فیزیکی را به یک کمیت دیگر (مثلا الکتریکی) تبدیل کند. برای مثال تبدیل حرارت به تغییرات مقاومتی. عملکرد سنسورها به این صورت است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می کنند.
با پردازش این سیگنال های الکتریکی می توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم گیری های بعدی از آن ها استفاده نمود. حسگرها در واقع وسیلۀ ارتباط ابزار دقیق با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی هستند. انتخاب درست حسگرها تأثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ابزاردقیق دارد.

ترانسدیوسر یا مبدل (Transducer)

ترانسدیوسر قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی را برعهده دارد. به این معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد، ابتدا سنسور فشار را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد. سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی، تبدیل می کند.
بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ، جریان و فرکانس را تغییر دهد. البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع سنسورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلا دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد.

ترانسمیتر (Transmitter)

ترانسمیتر از دو عبارت Transfer و Meter تشکیل شده است. منظور از ترانسمیتر قطعه ای است که می تواند یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری (Meter) کند و آن را به فواصل دور انتقال (Transfer) دهد. ترانسمیترهای صنعتی برای اندازه ‌گیری پارامترهایی مانند دما، فشار، رطوبت، سطح مایعات، فلو، گازهای‌ محیطی و … به کار می روند. سپس مقادیر اندازه ‌گیری شده را به صورت جریان الکتریکی استاندارد در بازه ۴ تا ۲۰ میلی ‌آمپر روی یک زوج سیم ارسال می کنند. شکل زیر یک نمونه ترانسمیتر دستگاه تست فشار را نشان می دهد.

عنصر نهایی (Final Element)

تصمیمات گرفته شده توسط کنترلر، توسط عنصر نهایی به اجرا گذاشته می شود. در واقع این المان آخرین عضو یک حلقه کنترل است. به وسیله عنصر نهایی فرمان های کنترلی را می توان به عنصر اثر گذار بر سیستم تبدیل کرد.

نمایشگر (Indicator)

ایندکیتور و یا نمایشگرها تجهیزاتی هستند که برای نمایش مقادیر عددی یک پارامتر در تابلوی کنترل ابزار دقیق و یا اتاق فرمان استفاده می‌شوند. از نمایشگرهای مختلفی برای کنترل متغیرهایی نظیر فشار، دما و … در صنعت استفاده می شود. برای مثال «گیج فشار» یک نمایشگر یا ایندیکیتور است که مقادیر فشار را نمایش می دهد.

تجهیزات اندازه گیری رطوبت

رطوبت سنج های دیجیتال ثابت یا پرتابل، برای اندازه گیری رطوبت موجود در محیط استفاده می شود. در این ابزار دقیق ، میزان رطوبت ممکن است به شکل رطوبت نسبی، رطوبت مطلق و یا نقطۀ شبنم ارائه شود. رطوبت سنج های دیجیتال به دو دستۀ رطوبت سنج پراب سرخود و رطوبت سنج پراب جدا تقسیم می شود. یک سری دستگاه های رطوبت سنج جامدات یا نم سنج نیز در بازار وجود دارد که به دو دستۀ رطوبت سنج پراب مخرب و غیر مخرب تقسیم می شود.

تجهیزات اندازه گیری فلو

در صنایع تولید انرژی، ارزیابی میزان فلوی سیالات با ابزار دقیق بسیار مهم است. مثلا در توربین ها هر چه سرعت سیال بیشتر باشد، چرخش توربین و در نتیجه سرعت چرخش هسته مغناطیسی آن بیشتر می شود. بنابراین نیروی محرکۀ بزرگتری در سیم پیچ القاء می گردد. بنابراین لازم است میزان فلوی جرمی یا حجمی سیال محاسبه شود. برند کِرُنه (KRONHE) یکی از بهترین شرکت‌های تولید کنندۀ این محصولات محسوب می‌شود.
تجهیزات اندازه گیری فلو بسیار گسترده هستند که در ادامه صرفا از آن ها نام می بریم:
⦁ فلومتر توربینی
⦁ فلومتر مقطع متغیر
⦁ فلومتر فشاری
⦁ لوله پیتوت
⦁ اندازه گیری فلو از طریق ترنسمیتر فشار
⦁ و …

تجهیزات اندازه گیری ارتفاع (سطح)

برای اندازه گیری سطح نیز تجهیزات زیادی در صنعت وجود دارد که صرفا به نام آن ها اشاره می کنیم.
⦁ ترانسمیترهای دیاپازونی
⦁ ترانسمیترهای التراسونیک
⦁ ترانسمیترهای بابلر
⦁ ترانسمیترهای راداری
⦁ ترانسمیترهای خازنی
⦁ ترانسمیترهای رادیواکتیو
⦁ ترانسمیترهای شناوری
⦁ و …

راهنمای خرید و استفاده ابزار دقیق

برترین برند های تامین کنندۀ تجهیزات ابزار دقیق عبارتند از اِندرِس هُوزِر (Endress Hauser) و رُز مُنت (Rosemount) که بی شک از بهترین تولیدکنندگان تجهیزات ابزاردقیق هستند. برای تهیه و استفاده از ابزاردقیق با کیفیت، لازم است ویژگی هایی را در این ادوات مورد بررسی قرار دهید:

حوزه اندازه ‌گیری (Range): محدوده‌ ای از دامنه تغییرات کمیت مورد اندازه‌ گیری است، که ابزار قادر به اندازه‌ گیری آن است. ابزار باید با توجه به رنج کاربردی خریداری گردد.

صفر اندازه ‌گیری (Zero): معمولا یک نقطۀ مشخص در حوزه اندازه‌ گیری به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته می شود. در نقطه صفر، لزوما خروجی اندازه ‌گیر صفر نیست و ممکن است دارای مقدار باشد. بنابراین لازم است به آن توجه ویژه ای شود.

انحراف صفر (Zero Drift): مقدار خروجی در نقطه صفر، ممکن است با گذشت زمان یا دیگر عوامل تغییر یابد. این پدیده را پدیده انحراف صفر می‌ گوییم.

حساسیت (Sensitivity): حساسیت یک ابزار دقیق ، عبارت است از تغییرات خروجی اندازه ‌گیر آن به واحد تغییرات در کمیت مورد اندازه‌گیری. بدیهی است اگر کاربرد شما حساسیت بالایی دارد، باید ابزاری متناظر با درجۀ حساسیت خود تهیه کنید.

حد تفکیک (Resolution): کوچک ترین اندازۀ تغییرات کمیت مورد اندازه‌گیری، در ابزار دقیق را حد تفکیک می گویند. معمولا ابزاردقیقی که رزولوشن بالایی داشته باشد، قیمت بالاتری دارد.

پاسخ‌دهی (Response): در عمل ابزار دقیق دارای ثابت زمانی و بعضا تاخیر خالص هستند. ثابت زمانی عنصر اندازه‌گیر باید از کوچکترین ثابت زمانی موجود در حلقه کنترل بسیار کوچکتر باشد.

خطی بودن (Linearity): اگر شیب مشخصۀ ورودی-خروجی اندازه‌ گیرِ ابزار دقیق ثابت باشد، یک اندازه‌ گیر مطلوب خواهیم داشت. برخی مواقع مقدار دریافتی با مقدار نشان داده شده یکسان نیست که در این صورت دستگاه خطی نیست و نیاز به تعمیرات دارد.

پسماند (Hysteresis): هیسترزیس نوعی رفتار غیرخطی در ابزار دقیق است که در صورت مشاهدۀ آن ابزار باید تعمیر شود.

دقت (Accuracy): تطابق مقدار اندازه‌ گیری شده با مقدار واقعی کمیت مورد اندازه ‌گیری است. بدیهی است دقت بالا یک معیار مطلوب است.

تکرارپذیری (Repeatability): تکرارپذیری در اندازه‌ گیرها ویژگی مهمی است که به معنی نتیجۀ یکسان در اندازه ‌گیری یک کمیت در شرایط ثابت است. اگر یک کمیت را در شرایطی کاملا ثابت اندازه گیری کردید و مقادیر متفاوت بود، ابزار شما نیاز به تعمیر دارد.

یک نکته‌ مهم درباره تکرارپذیری و دقت این است که یک اندازه‌گیر تکرارپذیر و غیر دقیق را می‌توان به راحتی اصلاح کرد. اما یک اندازه‌گیر غیرتکرارپذیر هر چند هم دقت بیشتری داشته باشد، به دلیل تغییرات رفتار، مشکلاتی را به وجود می آورد.

در انتهای این مطلب کتابی ارزشمند که مرجعی کامل از ابزاردقیق است، قرار داده شده است. پیشنهاد می‌کنیم جهت مطالعه بیشتر در این زمینه از این کتاب استفاده نمایید.