ابزار دقیق چیست؟
اگر شما در حوزه برق فعالیت داشته باشید، قطعا تا به حال کلمه ی ابزار دقیق زیاد به گوشتان خورده است. این لغت از دو واژه ی ابزار و دقیق تشکیل شده است و منظور ابزارهایی هستند که دقیق کار می‌کنند اما منظور از دقیق کارکردن چیست؟ منظورمان اندازه‌گیری دقیق و با کمترین میزان خطاست؛ بنابراین می‌توان ابزار دقیق را ترکیب هنر و علم استفاده از تجهیزات دانست که به‌موجب آن کمیت‌های موردنظر با کمترین خطا و به‌خوبی اندازه‌گیری می‌شوند. این کمیت‌ها می‌توانند پارامترهایی مانند دما، فشار، فلو، سطح سیالات، غلظت گازها و مقادیر PH باشد. به طور مثال:
- سطح یک مخزن.
- دمای یک کوره.
- یا فشار مربوط به یک مخزن.
پس به طور رسمی‌تر و علمی‌تر می‌توان گفت که این نوع ابزار، تجهیزاتی هستند که برای نظارت، کنترل و اندازه‌گیری از آن ها استفاده میشود.
قسمتهای تشکیل دهنده ابزاردقیق
ابزار دقیق از سه قسمت اساسی زیر تشکیل شده است که عبارتد از:
1) اندازگیری
2) کنترل
3) محرکها (ادوات خروجی)
این سه مجموعه در کنار یکدیگر مکمل یک سیستمی به نام سیستمهای کنترل اتوماتیک می باشند که این سیستم کنترل اتوماتیک وظیفه انجام کنترل فرایندی را در یک مجموعه عملیاتی بر عهده دارد .
۱. اندازه‌گیرها
قسمت اندازه‌گیر مقدار واقعی عنصر موردنظر را اندازه‌گیری می‌کند. پارامترهای مختلفی در صنایع برای کنترل اندازه‌گیری میشود. مهم‌ترین پارامترهایی که در صنعت برای کنترل اندازه گیری می‌شوند عبارتند از:
- اندازه‌گیری فشار (measurement of the pressure)
- اندازه‌گیری درجه حرارت (measurement of the temperature)
- اندازه‌گیری جریانات سیالات (measurement of the flow)
- اندازه‌گیری ارتفاع مایعات (measurement of the level)
علاوه بر پارامترهایی که در بالا ذکر شد عوامل دیگری برای اندازه‌گیری و کنترل وجود دارند و مهم هستند، اما به علت استفاده محدودتر از این پارامترها فقط به بیان نام آنها اکتفا میشود، این عوامل عبارت هستند از: اندازه‌گیری سرعت، اندازه‌گیری لرزش، آشکارسازهای دود و شعله، دستگاه‌های آنالایزر و …
2. کنترل کننده‌ها
بخش دوم ابزار دقیق بخش کنترل است؛ در ابتدای شروع صنعت کنترل به صورت امروزی نبود و به وسیله عوامل انسانی انجام می‌شد، سپس با با بوجود آمدن ادوات نیوماتیکی (بادی) علم سیستم کنترل اتوماتیک وارد مرحله جدیدی شد.
بعد از مدتی با اختراع ترانزیستور استفاده از کارت‌های الکترونیکی برای کنترل آغاز شد با بوجود آمدن این قطعات کنترلی استفاده از عوامل انسانی برای کنترل کمتر می‌شد. در ادامه پیشرفت علم، کامپیوترهای صنعتی با نام PLC وارد صنعت شدند بوسیله این PLC ها واحدها به آسانی کنترل می‌شدند و تغییرات نیز به آسانی در واحدها انجام می‌گرفت. امروزه کنترل کننده‌های جدیدتری بنام سیستم کنترل کننده توزیع پذیر (DCS) و کنترل کننده‌های فازی (FCD) وظیفه کنترل را در واحدهای صنعتی بر عهده دارند.
3. محرکها
محرکها ادواتی هستند که سیگنال خروجی را از قسمت کنترل کننده می‌گیرند و متناسب با این سیگنال‌ها عمل می‌کند. از عمده ادوات خروجی می‌توان به شیرهای کنترل و الکتروموتورها اشاره کرد. این ادوات با عملکرد خود باعث کنترل پارامترهای اندازه‌گیری شده در مقدار مطلوب و مورد نظر می‌شوند؛ این ادوات گستره تنوعی زیادی دارند.
اولین قدم برای کنترل یک فرایند، شناخت و درک دینامیک و رفتارهای آن فرآیند است. برای کنترل یک کمیت باید در هر لحظه اطلاعات دقیقی از آن داشته باشیم. پس باید کمیت مورد نظر را همواره اندازه‌گیری کنیم. معمولا دستگاه‌های اندازه‌گیری از سه بخش حسگر یا سنسور (Sensor)، مبدل یا ترانسدیوسر (Transducer)، انتقال‌دهنده یا ترانسمیتر (Transmitter) تشکیل شده‌اند که گاهی این بخش‌ها با هم همراه می‌شوند. یک اندازه‌گیر خوب باید دارای ویژگی‌های متعددی باشد که برخی همراه باشرح کوتاهی در زیر آورده شده است:
- حوزه اندازه‌گیری (Range): محدوده‌ای از دامنه تغییرات کمیت مورد اندازه‌گیری است، که اندازه‌گیر قادر به اندازه‌گیری آن است.
- صفر اندازه‌گیری (Zero): معمولا نقطه مشخصی را در حوزه اندازه‌گیری به عنوان نقطه صفر در نظر می‌گیرند. در نقطه صفر، لزوما خروجی اندازه‌گیر صفر نیست و ممکن است دارای مقدار باشد.
- انحراف صفر (Zero Drift): اندازه خروجی در نقطه صفر ممکن است با گذشت زمان یا دیگر عوامل تغییر کند، این پدیده را پدیده انحراف صفر می‌گوییم.
- حساسیت (Sensitivity): حساسیت یک اندازه‌گیر عبارت است از تغییرات خروجی اندازه‌گیر به واحد تغییرات در کمیت مورد اندازه‌گیری.
- حد تفکیک (Resolution): حدتفکیک عبارت است از کوچکترین اندازه تغییرات کمیت مورد اندازه‌گیر، اندازه‌گیری شود.
- پاسخ‌دهی (Response): در عمل اندازه‌گیرها 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): اگرشیب مشخصه ورودی-خروجی اندازه‌گیر ثابت باشد، یک اندازه‌گیر مطلوب خواهیم داشت. گاهی اوقات بهترین خطی که مشخصه اندازه‌گیر را بیان می‌کند، به عنوان مشخصه اندازه‌گیر در نظر گرفته میشود.
- پسماند (Hysteresis): هیسترزیس نوعی رفتار غیرخطی در اندازه‌گیرها است که مشخصه اندازه‌گیر در مسیر افزایش ورودی با مشخصه اندازه‌گیر در مسیر کاهش ورودی تفاوت دارد.
- دقت (Accuracy): تطابق مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار واقعی کمیت مورد اندازه‌گیری است.
- تکرارپذیری (Repeatability): تکرارپذیری در اندازه‌گیرها ویژگی مهمی است و به معنی نتیجه یکسان در اندازه‌گیری یک کمیت در شرایط ثابت است.
یک نکته مهم در باره مقایسه 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 خواهد آورد.
سنسور ابزاری است که در همه دستگاه‌های اندازه‌گیری وجود دارد و وظیفه تبدیل یک کمیت فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی را در تجهیزات الکترونیکی و یا تبدیل کمیت فیزیکی به یک سیگنال نیوماتیکی در تجهیزات نیوماتیکی را دارد. انواع دستگاه‌های اندازه‌گیری دارای سنسور یا حس‌کننده‌های متفاوتی هستند که کمیت‌هایی مانند دما، فشار، دبی و غیره را اندازه‌گیری می‌کنند. این سنسورها بر حسب نوع عملکرد، دارای خروجی‌های متفاوتی از قبیل مقاومت، ظرفیت الکتریکی، جابجایی و غیره هستند. سنسورها البته کاربردهائی نظیر آشکارسازی وجود و یا عدم وجود نیز دارند، نظیر سنسور نوری.
هدف سیستم کنترل عبارت است از کنترل خروجی‌ها به روش معین به کمک ورودی‌ها از طریق اجزای سیستم کنترل که می‌تواند شامل اجزای الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی به تناسب نوع سیستم کنترل باشد.
بنابراین: اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی موردنظر و وسایل و دستگاه‌های مورد نیاز در ارتباط با تبدیل و انتقال آنها را ابزاردقیق می‌گویند. ابزار دقیق در کنار کنترلرها و شیرها از مهم‌ترین عناصر مدارات کنترل سیستم‌ها هستند. ابزار دقیق شاخه‌ای از علم کنترل است.
این علم از سه بخش زیر تشکیل شده است:
- اندازه‌گیری
- پردازش مقادیر اندازه‌گیری شده بوسیله تجهیزات کنترلی و کنترل پارامترها
- ارسال پاسخ مناسب به تجهیزات کنترل کننده
از تجهیزات مهم اندازه‌گیری در ابزار دقیق، می‌توان به سنسورهای فشار، دما، دبی سنج‌ها ، ارتفاع سنج‌ها، کنترل کننده‌ها، Recorders ،load cells، آنالیزورهای گاز، غلظت سنج‌ها و غیره اشاره کرد.
سیگنال‌های ورودی و خروجی ابزار دقیق
سیگنال‌های جاری در حلقه کنترل، در صورتی که آنالوگ باشند معمولا سیگنال ولتاژ (۵ – ۰ ولت) ویا (۱۰ – ۰ ولت) و سیگنال جریان (۲۰ – ۴ میلی آمپر) هستند و برای سیستمهای کنترل دیجیتالی و یا با حضور کنترلر دو وضعیتی و موارد دیگر، نوع سیگنال‌ها و حداقل و حداکثر مقداری آنها فرق خواهد کرد.
- صحت (Accuracy): حد خطایی که یک دستگاه می‌تواند داشته باشد ، مبنای تعریف صحت آن است و معمولا به صورت درصدی از گستره کامل دستگاه تعریف می شود.
- تولرانس (Tolerance): حداکثر خطایی است که در محدوده آن مقدار اندازه‌گیری شده قابل قبول باشد.
- گستره (Range Of Span): گستره یک دستگاه اندازه‌گیری، فاصله بین مقادیر ماکزیمم و مینیمم متغیر است که یک دستگاه می تواند اندازه‌گیری کند.
تجهیزات تشکیل‌دهنده سیستمهای کنترلی
- سنسور (Sensor)
- ترانسدیوسر (Transducer)
- ترانسمیتر (Transmitter)
- کنترلر (Controller)
- عنصر نهایی (Final Element)
- رکوردر (Recorder)
برای آشنایی بیشتر با تجهیزات ابزار دقیق به سایت گروه فنی مهندسی الکترونت مراجعه کنید.
سافت استارتر
نمایش بیشتر
اینورتر
نمایش بیشتر
الکتروموتور
نمایش بیشتر
HMI
نمایش بیشتر
PLC
نمایش بیشتر
