ابزار دقیق چیست؟

مهندسی ابزار دقیق  Instrumentation engineering

بدون اغراق می توان گفت ابزاردقیققلب تپندۀ هر پروسه صنعتی می باشد.ابزاردقیق به زبان ساده ابزار دقیق تمام آن چیزی است که به “اندازه گیری و کنترل” ارتباط پیدا می کند. در هر پروسه صنعتی بایستی تعدادی از پارامترها به طور مداوم “مانیتور و کنترل” شوند.این مسئله فقط به کمک علم ابزاردقیق قابل انجام می باشد. همانطور که می دانید تمامی این پارامترها بایستی ابتدا “اندازه گیری” و سپس “کنترل” شوند. این کمیت ها به طور معمول شامل دما، فشار، جریان، سطح و… می باشند.مهمترین بخش مهندسی صنعت جهان، اعم از صنایع پتروشیمی، پالایشگاه، نیروگاه، صنایع فولاد، داروسازی، صنایع بهداشتی و غذایی و … را واحدهای کنترل این مجموعه ها عهده­دار می­باشند. کنترل پروسه­های مختلف در صنایع، همواره نیازمند ادواتی دقیق می­باشند تا بتوان، فرایندهای مختلف را تحت کنترل درآورد، به گونه­ای می­توان گفت واژه کنترل با ابزاردقیق معنی پیدا می­کند.

ابزاردقیق ادواتی هستند که بر حسب نوع کمیت مورد نیاز واحد تحت کنترل، اعم از فشار، دما، دبی، سطح و با توجه به شرایط و استانداردهای تعین شده، انتخاب و مورد استفاده قرار می­گیرند.مهندسی ابزاردقیق Instrumentation engineering علمی میان رشته‌ای است که با اندازه­گیری کمیت‌های فیزیکی فشار، دما، سطح مواد در مخازن و فلو و … و کنترل آن­ها سرو کار دارد. در ابزاردقیق به­دلیل وجود سنسورهای الکتریکی با رشته برق و الکترونیک ارتباط بسیار نزدیکی دارد. اما موضوع اصلی کنترل وابستگی شدیدی به حسگرها دارد.

مهمترین بخش مهندسی صنعت جهان، اعم از صنایع پتروشیمی، پالایشگاه، نیروگاه، صنایع فولاد، داروسازی، صنایع بهداشتی و غذایی و … را واحدهای کنترل این مجموعه ها عهده­دار می­باشند. کنترل پروسه­های مختلف در صنایع، همواره نیازمند ادواتی دقیق می­باشند تا بتوان، فرایندهای مختلف را تحت کنترل درآورد، به گونه­ای می­توان گفت واژه کنترل با ابزاردقیق معنی پیدا می­کند.

ابزاردقیق ادواتی هستند که بر حسب نوع کمیت مورد نیاز واحد تحت کنترل، اعم از فشار، دما، دبی، سطح و … با توجه به شرایط و استانداردهای تعین شده، انتخاب و مورد استفاده قرار می­گیرند.مهندسی ابزاردقیق Instrumentation engineering علمی میان رشته‌ای است که با اندازه­گیری کمیت‌های فیزیکی فشار، دما، سطح مواد در مخازن و فلو و … و کنترل آن­ها سرو کار دارد. در ابزاردقیق به­دلیل وجود سنسورهای الکتریکی با رشته برق و الکترونیک ارتباط بسیار نزدیکی دارد. اما موضوع اصلی کنترل وابستگی شدیدی به حسگرها دارد.

ابزار دقیق را میتوان به دو صورت دسته بندی کرد. یکی از نظر نوع عملکرد این ابزار؛ برای مثال ابزاری که عمل کنترل دما یا فشار و رطوبت و یا سطح را بر عهده دارند به کنترلر مشهورند و به همین ترتیب ابزار نمایش این مقادیر که به ایندیکیتور یا نمایشگر معروفند و ابزار انتقال اطلاعات مقادیر به صورت سیگنال های استاندارد که  ترانسمیتر یا منتقل کننده نامیده میشوند .

ابزار دقیق را همچنین میتوان از نظر پارامتری که این ابزار بایستی عملیاتی بر روی آن انجام دهد دسته بندی کرد برای مثال بخشهای ابزار دقیق مربوط به دما نظیر کنترلر دما، ترانسمیتر دما و ترمومتر یا نمایشگر دما، ابزار اندازه گیری و کنترل دقیق فشار، فلومتر یا سنجش جریان سیالات و انتقال مقادیر فلو یا کنترل فلو، ابزار سطح سنجی یا اندازه گیری سطح مواد درون مخازن و کنترل دقیق آنها و ابزار سرعت سنجی، ابزار رطوبت سنجی و ….

قسمتهای تشکیل دهنده ابزاردقیق

ابزاردقیقاز سه قسمت اساسی زیر تشکیل شده است که عبارتد از:

۱)     اندازه گیری                                             ۲)       کنترل                                         ۳)       محرکها (ادوات خروجی)

اندازه گیری
قسمت اندازه گیر مقدار واقعی عنصر مورد نظر را اندازه گیری می کند. پارامترهای مختلفی در صنایع برای کنترل اندازه گیری می شود. مهمترین پارامترهایی که در صنعت برای کنترل اندازه گیری می شوند عبارتند از :

اندازه گیری فشار measurement of the pressure                   اندازه گیری درجه حرارت  measurement of the temperature

اندازه گیری جریانات سیالات measurement of the flow            اندازه گیری ارتفاع مایعات measurement of the level

.کنترل کننده ها
بخش دوم ابزار دقیق بخش کنترل می باشد در ابتدای شروع صنعت که کنترل بصورت امروزی نبود کنترل بوسیله عوامل انسانی انجام می شد سپس با پیشرفت علم سیستم کنترل اتوماتیک با بوجود آمدن ادوات نیوماتیکی (بادی) وارد مرحله جدیدی شد. بعد از مدتی با اختراع ترانزیستور استفاده از کارتهای الکترونیکی برای کنترل آغاز شد با بوجود آمدن این قطعات کنترلیاستفاده از عوامل انسانی برای کنترل کمتر می شد. در ادامه پیشرفت علم کامپیوترهای صنعتی با نام plc وارد صنعت شدند
بوسیله این plc ها واحدها به آسانی کنترل می شدند و تغییرات نیز به آسانی در واحدها انجام می گرفت.
امروزه کنترل کنندهای جدیدتری بنام سیستم کنترل کننده توزیع پذیر(DCS) و کنترل کننده های فازی (FCD) وظیفه کنترل را در واحدهای صنعتی بر عهده دارند.

محرکها (ادوات خروجی)
محرکها ادواتی هستند که سیگنال خروجی را از قسمت کنترل کننده می گیرد و متناسب با این سیگنالها عمل می کند. 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 . این ادوات گستره تنوعی زیادی دارند.

شناخت تجهیزات ابزاردقیق

سنسورها

در تعریف کلی سنسور به هر وسیله ای که قادر به اندازه گیری و تبدیل کمیت های فیزیکی به الکتریکی باشد گفته می شود، وظیفه یک سنسور دما اندازه گیری مقدار دما و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی می باشد،دما یکی از پرمصرف ترین پارامترهای  مورد استفاده دز اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق می باشد.ترانسمیترها

به طور کلی به تجهیزاتی گفته می شود که عمل اندازه گیری(سنسور) ، تبدیل و تقویت سیگنال ها را در یک مجموعه انجام میدهند.ترانسمیترها از تجهیزاتی هستند که در پروسه های بزرگ صنعتی کاربرد زیادی دارند زیرا فاصله ترانسمیترها از اتاق های کنترل بسیار زیاد بوده و فقط استفاده از ترانسمیتر است که در این شرایط منطقی به نظر می رسد.امروزه کاربرد سیگنالهای آنالوگی همچون ۴-۲۰ میلی آمپر در صنایع بزرگ بسیار کم رنگ تر شده است و از خصوصیات ترانسمیترها خروجی های دیجیتال به صورت پروتکل های صنعتی می توان اشاره کرد.خروجی هایی همچون پروفیباس – اترنت – اترکت – مدباس – فیلدباس – کن و… در این تجهیزات پرکاربرد هستند.

ترانسدیوسرها

در واقع مبدل های سیگنال های خروجی سنسورها به سیگنال های استاندارد هستند برای مثال استفاده از یک ترموکوپل با خروجی هایی در حد میلی ولت در صنعت کاملا اشتباه بود لذا در این مواقع میتوان از مبدل ترموکوپل به سیگنال ۰ – ۱۰ ولت استفاده کرد.ترانسدیوسر ها در کل یک مبدل هستند ولی شما قادر به این نیستید که خودتان یک سنسور را به آن متصل کنید زیرا این اتفاق در داخل کمپانی ها می افتد.

نمایشگرها

برای نمایش مقدار پارامترهای اندازه گیری شده تجهیزات ابزاردقیق باید از نمایشگرهایی که ورودی های انها استاندارد می باشد استفاده کرد برای مثال برای نمایش مقدار فشار یک سنسور و یا مقدار دمای اندازه گیری شده توسط سنسور از نمایشگرهایی باید استفاده کرد که همان سنسور را پشتیبانی کرده و یا ورودی های استانداردی همچون ۰-۱۰ ولت ، ۴-۲۰ میلی آمپر را پشتیبانی می کنند.

کنترلرها

مرحله بعد از اندازه گیری کنترل می باشد،فرض کنید شما در یک پروسه قصد کنترل دمای یک مخزن آب را دارید المانها و تجهیزاتی که برای این کار نیاز دارید به شرح زیر می باشد: کنترلر،ترانسمیتر دما و کنترل ولو که میزان انرژی گرمایشی را کنترل نماید که این انرژی میتواند حرارت آتش و کنترل ولو وظیفه کنترل گاز ورودی و یا انرژی تامین کننده می تواند گرمای بخار باشد که کنترل ولو مقدار دبی عبور بخار را کنترل میکند.

اصطلاحات کلیدی ابزاردقیق

Process

محیط فیزیکی ای که ما قصد کنترل و اندازه گیری در آن را داریم.

Process Variable -PV

مقدار فعلی (لحظه ای) پارامتر اندازی گیری شونده

Set Point -SP

مقدار مطلوبی که قرار است ما در عملیات کنترل به آن برسیم

Primary Sensing Element – PSE

وسیله ای که آن اندازه گیری شده را به سیگنال آنالوگ تبدیل می کند.

Transmitter

وسیله ای که سیگنال تولید شده توسط PSE را تبدیل به یک سیگنال ابزاردقیقی استاندارد می کند.

Transducer

وسیله ای که یک سیگنال استاندارد ابزار دقیقی را به یک سیگنال استاندار دیگر تبدیل می کند.

LRV و URV

به مقدار کف و سقف پارامتر اندازه گیری شده که سنسور کالیبره شده به ما تحویل می دهد، می گویند.

Zero 

کمترین مقداری گرفته شده در اندازه گیری را گویند.

Span

بازه یا محدوده مورد اندازه گیری را می گویند. URV – LRV

Controller

وسیله ای که مقدار PV در یک پارامتر را دریافت می کند و با مقدار مطلوب مقایسه می کند و خروجی مطلوب را به FCE می دهد.

Final Control Element – FCE

وسیله ای که مقدار نهایی را از کنترلر می گیرد و خود آن منجر به ایجاد تغییرات در محیط می شود (مثل یک هیتر، المنت، جک ، شیرکنترلی)

Manipulated Value – MV

مقداری است که ما در خروجی برای کنترل محیط اعمال می کنیم.معمولا با درصد بیان می شود.
(فرضا کنترلر تشخیص می دهد که بنا به SP مطلوب مقدار شیر خروجی را بصورت نیمه باز کند، در اینجا MV معادل ۵۰ درصد می باشد)