ابزار دقیق چیست؟

ابزار دقیق (Instrumentation) عبارتست از علم اندازه گیری و کنترل خودکار و علمی است که شامل تکنیک هایی را به منظور اندازه گیری و کنترل تجهیزات صنعتی به کار می گیرد و توسعه می دهد. کنترل فرآیند، مفهوم گسترده ای دارد و ممکن است برای هر سیستم خودکار مانند یک ربات پیچیده یا یک سیستم کنترل فرآیند رایج به عنوان یک شیر پنوماتیکی که جریان آب، روغن یا بخار را در لوله کنترل می کند، اِعمال گردد.

ابزار دقیق از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

  1. سنسور یا دستگاه ورودی
  2. پردازشگر سیگنال
  3. گیرنده یا دستگاه خروجی

برای اندازه‌گیری یک کمیت، معمولاً سیگنالی که مقدار مورد نیاز را نشان می‌دهد به یک دستگاه نشان‌دهنده یا محاسباتی که در آن عملیات انسانی یا خودکار انجام می‌شود، ارسال می گردد. اگر عمل کنترل خودکار باشد، رایانه، سیگنالی را به دستگاه کنترل نهایی ارسال می کند که سپس بر کمیت اندازه گیری شده تأثیر می گذارد. اجزای فیزیکی که معمولاً اندازه گیری می شوند عبارتند از:

  • دما، فشار، سرعت، جریان، نیرو، حرکت، سرعت و شتاب، تنش و کرنش، سطح یا عمق، جرم یا وزن چگالی، اندازه یا حجم، اسیدیته/قلیایی. همچنین سنسورها ممکن است با کلیدهای روشن/خاموش ساده برای تشخیص موارد زیر کار کنند:

سنسورها ممکن است با کلیدهای روشن/خاموش ساده برای تشخیص موارد زیر کار کنند:

  • اجسام (کلید مجاورت)، خالی یا پر (کلید سوئیچ)، سرد یا گرم (ترموستات)، فشار بالا یا کم (سوئیچ فشار)

اکثر تجهیزات آنالوگ مدرن در محدوده سیگنال استاندارد زیر کار می کنند:

  • استاندارد صنعتی پذیرفته شده برای سیگنال های الکترونیکی، سیگنال جریان 4 تا 20 میلی آمپر است که شرایط فرآیند 0 تا 100 درصد را نشان می دهد.
  • محدوده صنعتی استاندارد برای سیگنال های پنوماتیک، 20 تا 100 کیلو پاسکال (3 تا 15 psig) است که با شرایط فرآیند 0 تا 100 درصد مطابقت دارد.

نکته مهم: از صفر زنده (4 میلی آمپر) برای تشخیص بین 0٪ فرآیند (4 میلی آمپر) و یک حلقه سیگنال قطع یا معیوب (0 میلی آمپر) استفاده می شود. صفر زنده (20 کیلو پاسکال) به پرسنل اتاق کنترل اجازه می دهد تا بین شرایط فرآیند معتبر 0٪ (یا 20 kpa(g) قرائت) و فرستنده غیرفعال یا خط فشار قطع شده (یا kpa(g) 0 تمایز قائل شوند. خواندن)، ارائه یک تأیید عقلانیت درشت.

انگیزه اصلی استفاده از سیگنال های پنوماتیکی معمولاً در صنایع فرآیندی، برای محیط ایمن است، به ویژه زمانی که خطر آتش سوزی یا انفجار وجود دارد. مزیت داشتن برد استاندارد یا استفاده از سیگنال های دیجیتال این است که همه تجهیزات را می توان به صورت آماده کالیبره خریداری کرد. برای سیستم های آنالوگ حداقل سیگنال (دما، سرعت، نیرو، فشار و غیره) با 4 میلی آمپر یا 0.2 بار (3 psig) و حداکثر سیگنال با 20 میلی آمپر یا 1.0 بار (15 psig) نشان داده می شود.

تجهیزات الکتریکی قدیمی‌تر از 0 تا 10 ولت استفاده می‌کنند. ابزارها به طور فزاینده‌ای دیجیتال هستند و یک رمزگذار دیجیتال باینری برای ارائه خروجی دیجیتال باینری تعبیه شده است.

دستگاه های کنترل و ابزار دقیق معمولاً یکی از اشکال زیر را دارند:

  • شیرهای کنترل (مثلاً برای کاهش سرعت جریان سیال)
  • موتورهای الکتریکی
  • بخاری های برقی

دستگاه‌های اندازه‌گیری و دستگاه‌های کنترل نهایی به سیستم فیزیکی متصل می‌شوند که به آن (فرایند) می‌گویند.

سیستم های ابزار دقیق و کنترل صنعتی

رایج ترین سیستم های اندازه گیری و کنترل ابزار دقیق صنعتی شرایط و استانداردهای منحصر به فرد خود را دارند. رایج ترین اصطلاحات و تعاریف فرآیند کنترل شامل موارد زیر است:

فرآیند (Process)

سیستم های فیزیکی به منظور کنترل یا اندازه گیری است. به عنوان مثال: سیستم های تصفیه آب، سیستم های دیگ بخار، واحدهای پالایشگاه نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی، واحدهای تولید برق، سیستم های ریخته گری فلزات مذاب و بساری موارد دیگر.

متغیر فرآیند (Process Variable or PV)

کمیت خاصی است که در یک فرآیند اندازه گیری می شود. به عنوان مثال: سطح فشار، دما، جریان، هدایت الکتریکی، pH، موقعیت، سرعت، ارتعاش و غیره.

نقطه تنظیم (Setpoint or SP)

مقداری است که در آن یک متغیر فرآیند باید حفظ شود. به عبارت دیگر، مقدار “هدف” برای متغیر فرآیند است.

عنصر حسگر اولیه یا PSE

تجهیزی است که یک متغیر فرآیند را Sense یا حِس می کند و آن کمیت Sense ani را به صورت آنلوگ آنالوگ (ولتاژ الکتریکی، جریان، مقاومت، نیروی مکانیکی، حرکت و غیره) تبدیل می کند. به عنوان مثال: ترموکوپل، ترمیستور، لوله بوردون، میکروفون، پتانسیومتر، سلول الکتروشیمیایی، شتاب سنج.

پیشنهادی: سنسور ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند؟

مبدل یا Transducer

دستگاهی است که یک سیگنال ابزار دقیق استاندارد شده را به سیگنال ابزار دقیق استاندارد شده دیگر تبدیل می کند و/یا نوعی پردازش را روی آن سیگنال انجام می دهد. اغلب به عنوان مبدل و گاهی اوقات به عنوان رِله (relay) نامیده می شود. برخی از مثال ها در این باره عبارتند از: مبدل I/P (سیگنال الکتریکی 4-20 میلی آمپر را به سیگنال پنوماتیکی 3-15 PSI تبدیل می کند)، مبدل P/I (سیگنال پنوماتیک 3-15 PSI را به سیگنال الکتریکی 4-20 میلی آمپر تبدیل می کند)، استخراج کننده ریشه مربع (ریشه مربع سیگنال ورودی را محاسبه می کند).

نکته مهم: به طور کلی، مبدل، هر وسیله ای است که یک شکل انرژی را به دیگری تبدیل می کند، مانند میکروفون یا حسگر دما ترموکوپل. با این حال، در ابزار دقیق صنعتی، عموماً از عنصر حسگر اولیه برای توصیف این مفهوم استفاده می‌شود و کلمه Transducer را برای اشاره خاص به یک دستگاه تبدیل برای سیگنال های ابزار دقیق استاندارد است.