دوشنبه 4 / 11 / 1395

دانشنامه مطالب نمایشگاههای تخصصی

مقدمه‌ای بر ابزار دقیق >> مقدمه


     مقدمه

وسایل و تجهیزاتی که به منظور اندازه گیری کمیتهای فیزیکی می‌باشند، ابزار دقیق نام دارند. در واقع ابزار دقیق عنصر اساسی در کنترل فرایندهای صنعتی می‌باشد و به کمک تجهیزات ابزار دقیق می‌توان پروسه های صنعتی را تحت کنترل داشت.


·        سیستم اندازه گیری

عناصر تشکیل دهنده یک سیستم اندازه گیری شامل سه بخش اساسی سنسورها، ترانسدیوسرها و ترنسمیترها می‌باشند، اما یک اندازه گیری گاهی اوقات می‌تواند شامل هرسه عنصر یاد شده باشد، به گونه ای که نتوان آنها را از همدیگر جدا نمود. در ادامه توصیف دقیقتری از عناصر فوق ارائه می‌شود.

سنسورها:

سنسور عنصری است که به کمیت خاصی حساس می‌باشد و یا در برابر آن کمیت خاص، از خود عکس العمل نشان می‌دهد، مثلا ترموکوپل یک سنسور دما است زیرا خروجی آن با تغییرات دما تغییر می‌کند، در واقع سنسور المانی است که کمیتهای فیزیکی مانند دما ، فشار و نیرو را آشکار می‌کند. دقت شود که خروجی سنسورها معمولا سیگنال الکتریکی است.

در یک جمله می توان گفت" ابزاري که يک کميت فيزيکي را بدون صرف انرژي به کميت ديگر تبديل ميکند مثل ترمو کوپل ".

ترانسدیوسر:

مبدل یا ترانسدیوسر به مجموعه ای قطعات یا دستگاه ها گفته می‌شود که بتواند کمیتی را دریافت و متناسب با آن، کمیتی از جنس دیگر را تحویل دهد. دقت شود که طبق تعریف فوق در بعضی مواقع یک سنسور می‌تواند یک ترانسدیوسر نیز باشد، برای مثال ترموکوپل علاوه بر اینکه یک المان حس کننده دما می‌باشد، یک ترانسدیوسر نیز می‌باشد، زیرا این تجهیز یک کمیت فیزیکی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.لازم به ذکر است که ترانسدیوسر برای تبدیل کمیتهای فیزیکی معمولا نیاز به یک منبع خارجی دارند در صورتی که معمولا سنسورها تمام انرژی خود را از کمیت فیزیکی تحت اندازه گیری دریافت می‌کنند.

بصورت خلاصه می‌توان گفت" ابزاري که يک کميت فيزيکي را با  صرف انرژي (تغذيه از خارج )به کميت ديگر تبديل ميکند ".

انواع ترانسدیوسر:

o       ترانسدیوسرهای کمیتهای غیر الکتریکی به الکتریکی

o       ترانسدیوسرهای کمیتهای غیر الکتریکی به پنوماتیکی

ترنسمیتر:

در واحدهای صنعتی بزرگ که عملیات تولید در محوطه گسترده‌ای انجام می‌گیرد ادوات و دستگاههای کنترل و اندازه گیری به طور متمرکز در محلی به نام اتاق فرمان یا مرکز کنترل قرار دارند، به طوری که امکان اندازه گیری و کنترل تمامی متغیر ها در سراسر کارخانه و محوطه آن توسط اپراتور در هر لحظه فراهم باشد، در چنین مواردی لازم است که سیگنالها و فرمانها از محوطه به اتاق کنترل و برعکس منتقل شوند، برای این منظور از دستگاهی به نام ترنسمیتر استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که کمپانی های سازنده ی تجهیزات اندازه گیری سه بخش فوق ( سنسور، ترانسدیوسر و ترنسمیتر) را به صورت یک دستگاه مجتمع شده می‌سازند.

بطور خلاصه می‌توان گفت " ابزاري که يک کميت فيزيکي را با صرف انرژي به کميت ديگر تبديل ميکند  و کميت تبديلي را استاندارد کرده به ما تحويل مي دهد ".

        مشخصات تجهیزات اندازه گیری:

به منظور انتخاب و کاربرد صحیح تجهیزات اندازه گیری می‌بایست به خصوصیات آنها توجه شود، در ادامه خصوصیات مهم دستگاه های اندازه گیری ارائه شده است.

دقت (Accuracy) :

 دقت به معنی تطبیق مقدار اندازه گیری شده با مقدار واقعی کمیت مورد اندازه گیری می‌باشد، در واقع دقت بیانگر میران نزدیک بودن مقدارخوانده شده توسط تجهیز اندازه گیری به مقدار حقیقی کمیت اندازه گیری شونده می‌باشد. این پارامتر معمولا بر حسب درصد خطا در تمام محدوده ی اندازه گیری بیان می‌شود.

 

حساسیت(sensitivity):

حساسیت یک دستگاه اندازه گیری عبارت است از تغییرات خروجی اندازه گیری به واحد تغییرات در کمیت مورد اندازه گیری؛ به بیان دیگر حساسیت شیب مشخصه عنصر اندازه گیر می باشد.

خطا(error):

هنگام اندازه گیری و استفاده از دستگاه های اندازه گیری، همیشه این احتمال وجود دارد که کمیت اندازه گیری شده نسبت به کمیت واقعی درصدی بیشتر یا کمتر باشد، این تفاوت را خطای اندازه گیری می‌نامند که ممکن است استاتیک یا دینامیک باشد.

 

·        خطای استاتیک: خطای استاتیک خطای ناشی از قرائت کمیت است، یعنی ممکن است شخص در قرائت ظاهری کمیت دچار خطا شود.

·        خطای دینامیک: این خطا به خود دستگاه اندازه گیری یا روش استفاده از دستگاه بر می گردد و نسبت به خطای استاتیک گسترده تر می باشد، تعدادی از عوامل ایجاد این خطا عبارتند از: کیفیت خود دستگاه، اصطکاک و خطای ناشی از دمای محیط.

·        خطای مطلق: حداکثر فاصله ی بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعی را خطای مطلق می نامند.

·        خطای نسبی: این خطا به صورت زیر بیان می شود:

 

·        خطای مقیاس کامل (Full Scale ): این خطا بصورت زیر بیان می شود:

تفکیک پذیری یا حدتفکیک (Resolution):

کمترین تغییر ورودی که به وسیله تجهیزات ابزار دقیق قابل آشکارسازی است، حدتفکیک یا تمایز گفته می شود. در واقع حدتفکیک بالا در تجهیزات سبب ایجاد اندازه گیری با دقت زیاد می شود، این پارامتر در مبدل های آنالوگ به دیجیتال بسیار محسوس است و هر چه تعداد بیت های این مبدل ها بیشتر باشد تفکیک پذیری بهتری را شاهد خواهیم بود.

 

خطی بودن (Linearity)

یکی از مهم ترین مشخصات هر تجهیز اندازه گیری، خطی بودن رفتار آن است که به معنی متناسب بودن تغییرات خطی خروجی با تغییرات ورودی است.

 

رفتار خطی، رفتاری مطلوب برای یک سیستم اندازه گیری به حساب می آید، با توجه به اینکه مقیاس کردن مقدار خوانده شده به مقدار اندازه گیری شده ی کمیت ورودی متناظرش، با ضرب کردن در یک عدد ثابت خیلی راحت تر از مراجعه به منحنی کالیبره سازی غیرخطی یا محاسبه از روی معادله‌های کالیبره سازی غیرخطی است، لذا خطی بودن رفتار یک دستگاه اندازه گیری بسیار اهمیت دارد.

 

پسماند(Hysteresis)

پسماند یا هیسترزیس به معنی عدم تطابق منحنی های گذاشت و برداشت بار است که اثرات خروجی مختلف مربوط به گذاشت و برداشت بار را شرح می دهد. پسماند در یک سیستم مکانیکی و برقی، ناشی از این واقعیت است که همه ی انرژی هنگام گذاشتن بار به قسمت های تحت تنش وارد می شود هنگام برداشتن بار قابل بازگشت نیست، این بدان علت است که مطابق قانون دوم ترمودینامیک هیچ فرآیند کاملا برگشت پذیری در جهان وجود ندارد.

تکرارپذیری (Repeatability)

تکرارپذیری بیان کننده ی این است که تحت شرایط کاری و ورودی یکسان اندازه گیری های متعدد در زمان مختلف با یکدیگر چه میزان تفاوت دارند. دقت شود که عدم تکرارپذیری مناسب در سیستم های کنترلی پیوسته بسیار  نامطلوب است، چرا که مقدار خطای معین و ثابت نیست و می تواند عملکرد سیستم تحت کنترل را دچار مشکل نماید.

رنج (Range)

فاصله ی بین مقادیر ماکزیمم و مینیمم یک کمیت که دستگاه اندازه گیری می تواند آن را اندازه گیری نماید، رنج یا محدوده نامیده می شود.

اغتشاش (Disturbance)

اغتشاش عاملی است که بر روی خروجی تاثیر نامطلوب می گذارد که می تواند درونی یا بیرونی باشد.

پایداری (Stability)

میزان ثبات یا تغییر ناپذیری یک خروجی در اثر اعمال اغتشاش را پایداری گویند.

 

 

سیگنال های استاندارد ابزار دقیق:

به منظور ارسال مقادیر آنالوگ تجهیزات ابزار دقیق توسط ترانسمیتر، می توان از سیگنال های الکتریکی جریانی یا ولتاژی و در برخی مواقع از سیگنال های پنوماتیک استفاده کرد، محدوده این سیگنال های به طور استاندارد بیان می شودکه برخی از آن ها عبارتند از:

-5mA to +5mA

-10mA to +10mA

-20mA to +20mA

0mA to +20mA

4mA to +20mA

-10V to 10V

0 V to 10 V

3psi to 15psi


دقت شود که استفاده از سیگنال های آنالوگ جریانی نسبت به ولتاژی باعث بالا رفتن کارایی سیستم های ابزار دقیق می شود، علت این امر نویز پذیری کمتر سیگنال های جریانی نسبت به ولتاژی می باشد، هم چنین مقاومت سیم های رابط باعث افت جریان ارسالی نمی شوند و این امر سبب می شود که بتوان خروجی ترانسمیتر ها را توسط سیگنال های آنالوگ جریانی به مسافت های طولانی تری ارسال کرد. دقت شود که استفاده از استاندارد جریانی 4-20  میلی آمپر کاربرد بیشتری دارد علت این امر به شرح زیر می باشد.

·        وجود سیگنال 4 میلی آمپر به عنوان سطح پایین سبب ایجاد یک صفر زنده شده و در صورت قطع شدن سیم های ارتباطی، جریان ارسالی به کنترلر صفر شده و سیستم کنترلی می تواند این مشکل را تشخیص دهد.

·        امکان تامین تغذیه ترانسمیتر یا ترانسدیوسرهای دو سیمه فراهم می گردد؛ زیرا کم ترین جریان 4 میلی آمپر می باشد که می تواند جریان مصرفی ترانسمیتر یا ترانسدیوسرهای دوسیمه را تامین کند.

·        امکان استفاده از تجهیزات هوشمند مبتنی بر هارت[1] که معمولا کاربردهای همچون کالیبراسیون و ارسال سیگنال های تشخیص خطا را دارد، فراهم می شود.

لازم به ذکر است در برخی مواقع امکان ارسال مقادیر آنالوگ توسط سیگنال های الکتریکی میسر نمی‌باشد، به طور مثال در محیط هایی  که خطر آتش سوزی یا انفجار در آن ها بالاست، در این مواقع می توان از سیگنال های پنوماتیکی استفاده کرد که مهم ترین سیگنال آنالوگ پنوماتیکی، فشار 3psi تا 15psi می باشد.

 

تقسیم بندی سیستم های کنترل

سیستم های کنترل به دو نوع حلقه باز و حلقه بسته تقسیم بندی می شوند. تغییرات ورودی ممکن است فقط بر اساس اطلاع از مدل سیستم و یا تجربه صورت گیرد و بدون اطلاع از خروجی باشد که در این صورت سیستم را حلقه باز می نامند. در صورتی که عملیات و تغییر ورودی بر اساس اطلاع از خروجی صورت گیرد، سیستم را حلقه بسته و به آن سیستم کنترل فیدبک دار گویند. در کنترل حلقه باز ورودی بر اساس اطلاع قبلی از مدل سیستم به منظور ایجاد خروجی معین به سیستم اعمال می شود.

شکل زیر بلوک دیاگرام یک سیستم حلقه باز را نمایش می دهد، در این سیستم کنترل کننده سیگنال ورودی را به طور متناسب تغییر داده و تقویت می کند، قسمت محرک دارای توان زیاد بوده و بر اساس سیگنال دریافتی از کنترل کننده نیروی لازم را اعمال نموده و حرکات لازم را انجام می دهد.


در سیستم حلقه باز اثر خطای موجود در مدل سیستم یا تحریکات موجود غیرقابل پیش بینی است و خروجی دستگاه معمولا دارای مقداری خطا نسبت به مقدار مورد نظر خواهد داشت.

شکل زیر بلوک دیاگرام یک سیستم حلقه بسته را نمایش می دهد، در این سیستم عمل کنترل بر اساس مقایسه مقدار مطلوب (SP[2])  و خروجی صورت می گیرد. مقدار خروجی توسط اندازه گیر و مبدل به مقایسه کننده ارسال می شود و نتیجه ی مقایسه به عنوان سیگنال خطا به کنترل کننده اعمال می گردد؛ قسمت محرک دارای توان زیاد بوده و بر اساس سیگنال دریافتی از کنترل کننده نیروی لازم را اعمال نموده و حرکات لازم را انجام می دهد.

 

کنترل کننده مورد استفاده در سیستم کنترلی فوق، مغز متقکر سیستم کنترلی می‌باشد که به کمک آن می‌توان تعیین کرد در موقع ایجاد خطا با توجه به تنظیمات اولیه چه فرمانی را به محرک صادر کند.

محرک یا عملگر[3] مکانیزمی است که فرمان خروجی کنترل کننده را به دستگاه تحت کنترل اعمال می‌کند. در واقع واحد عملگر آخرین قسمت سیستم کنترلی می‌باشد و فرمانها توسط آن به پروسه اعمال می‌گردد. لازم به ذکر است که متداولترین عملگرها شیرهای کنترلی هستند.

 



[1] HART

[2] Set Point

[3] Actuator


فهرست مطالب
Skip Navigation Links.
Collapse مقدمه‌ای بر ابزار دقیقمقدمه‌ای بر ابزار دقیق
مقدمه
Collapse   اندازه گیری دما اندازه گیری دما
اندازه گیری دما
ترمو ول (Thermo Well)
زمان پاسخ
ترنسمیترها و مبدلها
کنترلرها و نشانگرهای دما
کالیبراسیون سنسورهای دما
Collapse اندازه گیری سرعتاندازه گیری سرعت
مقدمه
LVDT
RVDT
رمزگذار چرخشی
رمزگذاری موقعیت
تاکومتر ژنراتور
دورسنج های نوری
پتانسیومترهای اندازه گیری موقعیت
ترانسدیوسرهای تغییر مکان خازنی
سنسورهای حرکت اثر هال
Collapse اندازه گیری فشار و وزناندازه گیری فشار و وزن
مقدمه
فشار در مخازن سر بسته
واحدهای اندازه گیری فشار
اصطلاحات فنی فشارسنج ها
انواع دستگاه های اندازه گیری فشار به روش مکانیکی
مانومترها(Manometers)
بارومتر (Barometer)
بوردن تیوب (Bourdon Tube)
فشار سنج دیافراگمی (Diaphragm)
فشارسنج فانوسی (Bellows)
کپسول های فشار
انواع دستگاه های اندازه گیری فشار به روش الکترونیکی
اندازه گیری وزن
Collapse اندازه گیری فلواندازه گیری فلو
مفاهیم کلی
روش‌های فلومتری
معرفی انواع فلومتر
فلومتر اریفیس
فلومتر ونتوری
فلومتر فلونازل
فلومتر المان گوه دار
فلومتر زانو
فلومتر لوله‌ی پیتوت
فلومتر با سطح متغیر
فلومترهای جابجایی مثبت
فلومترهای توربینی
فلومترهای الکترونیکی
فلومترهای جرمی
Collapse اندازه گیری سطحاندازه گیری سطح
مقدمه
سوئیچ های سطح شناور
سوئیچ های غوطه ور
فشار هیدرواستاتیک
تیوب های حباب ساز
دستگاهای اندازه گیری سطح خازنی
اندازه گیری سطح بر اساس رسانایی مایع
اندازه گیری سطح با امواج رایویی
سنسورهای سطح هسته ای
سوئیچ های سطح ویژه
Collapse آنالیزرهاآنالیزرها
اندازه گیری PH
• اصول تئوری PH
• اساس کار سنسورهای اندازه‌گیری PH
• تبدیل PH به ولتاژ
اندازه‌گیری هدایت مایعات
Collapse سنسورهای مجاورتی (بدون تماس)سنسورهای مجاورتی (بدون تماس)
مقدمه
سنسورهای مجاورتی مغناطیسی
سنسورهای مجاورتی مغناطیسی-القایی
سنسورهای مجاورتی القایی
سنسورهای مجاورتی خازنی
سنسورهای مجاورتی نوری
سنسور های مجاورتی اولتراسونیک
سنسورهای مجاورتی تشخیص کد رنگ
Collapse مراجعمراجع
بخش اول