ابزار دقیق

  • تجهیزات ابزار دقیق و کنترل Instrumentation & Automation، پایه کنترل پروسه‌های صنعتی است.
  •  در پروسه‌های صنعتی تعداد زیادی از متغیرها مانند دما، فلو، فشار، سطح مایع و … باید به صورت پیوسته اندازه‌گیری و کنترل شوند که وظیفه اندازه‌گیری این متغیرها بر عهده تجهیزات ابزاردقیق است.
  • استانداردهای تجهیزات ابزار دقیق
  • یک مهندس کنترل و ابزاردقیق بایستی با استانداردهای ابزار دقیق و P&ID به خوبی آشنا باشد.
  • هریک از این استانداردهای ابزار دقیق در زمینه‌های مختلفی استفاده می‌شوند و اصلی‌ترین استانداردهای ابزار دقیق عبارتند از:
  • API استاندارد شرکت نفت آمریکا AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE،
  • ISA استاندارد انجمن ابزاردقیق آمریکا INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA
  • IPS استاندارد نفت ایران IRANIAN PETROLEUM STANDARDS
  • EN استاندارد حفاظتی اروپایی European Committee for Standardization
  • BSI استاندارد موسسه استاندارد بریتانیا BRITIHSH STANDARD INSTITUTE
  • NFPA استاندارد انجمن حفاظت از آتش سوزی ملی National Fire Protection Association، که به نوعی شبیه به استاندارد EN می باشد.
  • IEC استاندار برقی توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک International Electro technical Commission
  • ASTM استاندارد انجمن آزمایش و متریال آمریکا American Society Testing and Materials
  • ASME استاندارد انجمن مکانیک آمریکا AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS
  • NACE استاندارد نیس (نِیس) NACE انجمن ملی کالج ها و کارفرمایان National Association of Colleges and Employers

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 و در نوع نیوماتیکی فشار هوای 15-3 (PSI)یا (bar)از سوی TRANSMITTER به کنترلرهای الکترونیکی و نیوماتیکی ارسال می شود.

ترانسمیتر ایزوله (TRANSMITTER) جهت تبدیل انواع سیگنال های آنالوگ با دقت و کیفیت عالی به کار می رود و با پشتیبانی از تمامی سیگنال ها و رنج های مختلف اندازه گیری شامل سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر DC، 0 تا 20 میلی آمپر DC، 0 تا 5 ولت DC، 0 تا 10 ولت DC، انواع ترموکوپل(Thermocouple) J,K,B,R,S,T,E,N، انواع RTD و PT100، پتانسیومتر (Potentiometer)، مقاومت (Resistance) ورودی و خروجی کاملا ایزوله در برابر نویز و نوسانات برق، فیلترینگ و تقویت سیگنال از نکات مهم در ترانسمیتر می باشد. خروجی بدست آمده از ترانسمیترها قابل استفاده در نمایشگرها، سیستم های پی ال سی (PLC) و تمام تجهیزات کنترلی می باشد و امروزه ترانسمیتر مصرف زیادی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد، سیمان، ریخته گری، داروسازی، مهندسی پزشکی و بطور کلی هر سیستمی که نیاز به اتوماسیون صنعتی دارد، پیدا نموده است.

ساختمان ترانسمیتر ها : بطور كلي ترانسميتر ها از سه قسمت اصلي حس كننده، مبدل(ترانسديوسر) و تقويت كننده تشكيل مي شود. ترانسميترها درانواع الكتريكي و نيوماتيكي ساخته مي شوند.خروجي ترانسميتر هاي الكتريكي بين ۴ تا ۲۰ ميلي آمپر و ترانسميتر هاي نيوماتيكي بين ۳ تا ۱۵ psi بر حسب تغييرات كميت ورودي مي تواند تغيير كند. براي مدرج كردن و يا كاليبره كردن ترانسميتر ها طبق دستور سازنده با دادن ورودي هاي معين و معلوم خروجي را تنظيم مي كنيم .

کاربرد ترانسمیتر ها: سنسورها وترانسمیترها اجزای یک پروسه صنعتی هستند که کاربردهای فراوانی در پروسه های متنوع دارند. امروزه مصرف زیادی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد، سیمان، ریخته گری، داروسازی، مهندسی پزشکی و بطور کلی هر سیستمی که نیاز به اتوماسیون صنعتی دارد، پیدا نموده است. کاربرد عمده این قطعات در ارزیابی عملکرد سیستم و ارائه یک فیدبک با مقدار و وضعیت مناسب است که بدین ترتیب کنترلر سیستم متوجه وضعیت کارکرد آن و چگونگی حالت خروجی خواهد شد .
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.

 

گیج دما یا دماسنج

در اکثر محیط‌های صنعتی، دما یکی از کمیت‌هایی است که مجبور به کنترل یا اندازه‌گیری آن می‌باشیم. دما می‌تواند معیاری از پیشرفت واکنش در یک راکتور و یا معیاری از ترکیب درصد اجزا در برج‌های تقطیر باشد. افزایش دما ممکن است باعث غیرفعال شدن کاتالیست‌ها شود.

از جانب دیگر کم یا زیاد شدن درجه حرارت بیش از حد معمول ممکن است باعث عدم حصول نتیجه در واکنش‌های شیمیایی شود، بنابراین وجود ابزارهایی که بتوانند دما را اندازه گرفته و نتیجه را به سیستم کنترلی ارسال کنند حیاتی است.

ترمومتر یا دماسنج یا گیج دما ابزارهای دقیق هستند که برای اندازه‌گیری و نشان دادن دما به کار می‌روند. این گروه در صنعت کاربرد گسترده‌ای دارند و یکی از پرمصرف‌ترین اقلام در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، نیروگاه ها، کارخانجات، ساختمان‌های بزرگ و … به حساب می‌آیند. درجه‌بندی ترمومتر یا گیج دما می‌تواند بر اساس واحدهای مختلف اندازه‌گیری مانند درجه سانتیگراد و یا درجه فارنهایت باشد که معمولا بر اساس معیارهای کشور مصرف‌کننده و یا کشور تولید‌کننده گیج دما، درجه‌بندی و عرضه می‌گردد.

ترمومترهای مختلفی وجود دارند از قبیل ترمومتر جیوه‌ای، ترمومتر الکلی، ترمومتربیمتال، گیج دمای گازی، ترمومتر گازی و …

. یک گیج دمای خوب باید از بیرون بدنه‌ای مقاوم داشته باشد و از درون دارای مکانیسم دقیق و باکیفیتی بوده و به درستی کالیبره شده باشد، تغییرات دمایی را در بازه مندرج روی صفحه به درستی و با آهنگ و یکنواختی منظمی نشان دهد و همچنین از لحاظ نحوه حرکت عقربه بدون پرش و نرم حرکت رفت و برگشت را در مسیر انجام دهد.

 

 

گیج فشار یا فشارسنج

یکی از مهم‌ترین كمیت‌های مورد اندازه‌گیری در واحدهای صنعتی، كمیت فشار می‌باشد، به گونه‌ای كه برای تعین نوع تجهیزات ابزار دقیق معمولا یكی از آیتم‌هایی كه همواره مورد سوال است، فشار سیستم و در نتیجه ماكزیمم فشار قابل تحمل آن می‌باشد. از این رو همواره نیازمند تجهیزاتی هستیم تا با توجه به شرایط محیطی و استانداردهای مربوط بتوانند فشار سیستم را اعلام كنند و با توجه به آن عمل كنند. گیج فشار یا فشارسنج ابزارهای دقیقی هستند که برای اندازه‌گیری و نشان دادن فشار به کار می‌روند. گیج فشار یا فشارسنج در صنعت کاربرد گسترده‌ای دارد و یکی از پرمصرف‌ترین اقلام در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، نیروگاه‌ها، کارخانجات و ساختمان‌های بزرگ و سیتم‌های تولید فشار و… به حساب می‌آیند. روش کار یک گیج فشار یا فشارسنج می‌تواند متفاوت باشد و بر اساس مکانیسم متفاوت و متنوعی عمل کنند.
هفت مرحله در انتخاب گیج فشار یا فشارسنج

1. متریال بدنه housing material گیج فشار

2. نمایشگر گیج فشار

2.1 Dial گیج فشار

2.2 درجه بندی gradation گیج فشار

3.استاندارد نفوذ گیج IP

4.کانکشن connection گیج فشار

5.صفحه شیشه‌ای روی گیج فشار

6.تحمل پذیری گیج فشار

7. Wetted part
انواع گیج فشار:

گیج فشار آنالوگ / عقربه ای
گیج فشار لوله بوردن تیوپ
گیج فشار دیافراگمی | فشارسنج دیافراگمی
گیج فشار خلا | فشارسنج خلا
گیج فشار تفاضلی | فشارسنج تفاضلی
گیج فشار روغنی | فشارسنج روغنی
تست گیج فشار | فشارسنج دقیق
گیج فشار دیجیتال | فشارسنج دیجیتال

طبقه بندی ابزار دقیق بر اساس کمیت

تجهیزات اندازه گیری دما
تجهیزات اندازه گیری فشار
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 …

 

 

تجهیزات اندازه گیری ارتفاع (سطح)

راهنمای خرید و استفاده ابزار دقیق

برترین برند های تامین کنندۀ تجهیزات ابزار دقیق عبارتند از (Endress Hauser) و (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.