آشنایی با مهندسی ابزار دقیق

مهندسی ابزار دقیق

علمی میان رشته‌ای است که با اندازه گیری کمیت‌های فیزیکی(فشار،دما،سطح مواد در مخازن و فلو) و کنترل آنها سرو کار دارد. این رشته زیر شاخه مهندسی کنترل می‌باشد.این رشته به دلیل وجود سنسور های الکتریکی با رشته برق و الکترونیک ارتباط بسیار نزدیکی دارد. آزمون های ورودی دانشگاه ها برای این رشته ساده تر از سایر گرایش های مهندسی برق طراحی می شود زیرا بیشتر جنبه عملی دارد، لذا این رشته به عنوان رشته دوم مورد توجه است و به دانشجویانی که تمایل به گرفتن مدرک دکترا دارند تحصیل در رشته ابزار دقیق توصیه نمی شود.
این گرایش بطور گسترده به طراحی و کنترل سیستمهای صنعتی میپردازد.سنسورها ، ترانسمیتر ها، دستگاه های اندازه گیری و کنترل کننده های نوین نقش بسیار پر اهمیتی در این گرایش دارند.

سنسور:

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 حس کننده‌ های 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 است. سنسورها البته کاربردهائی نظیر آشکار سازی وجود و یا عدم وجود نیز دارند نظیر سنسور نوری . سنسورهای دما نظیر انواع ترموکوپل و RTD.

ترانسدیوسر:

یک ترانسدیوسر (مبدل)بنا به تعریف ، وسیله ای است که سیگنال الکتریکی حاصله از سنسور را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی می کند، یعنی اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور، پارامتر فشار را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی 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 مثلأ 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 . ترانسدیوسر یکی از تجهیزات اصلی در سیستم های اتوماسیون برق صنعتی می باشد که بوسیله آن می توان از پارامترهای شبکه برق نمونه برداری کرد (شبکه تک فاز و شبکه سه فاز) و آنها را توسط ترانسمیتر تبدیل به سیگنال های استاندارد نمود و در ورودی دستگاه های اندازه گیری مانند نمایشگرها و کنترلرها و سیستم های PLC و اسکادا SCADA از آنها استفاده نمود.

ترانسمیتر:

ترانسمیتر از ترکیب دو واژه TRANSFER+METER گرفته شده است.یعنی تجهیزی که بتواند یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری کرده(METERING)وآن را به مکانی دورتر مثل اتاق کنترل انتقال(TRANSFER) دهد.می تواند نیوماتیکی و یا الکترونیکی باشد. در هر دو مورد،سیگنال ارسالی استاندارد بوده و برای تجهیزاتی که در LOOP کنترل قرار دارند قابل فهم می باشد.در نوع الکترونیکی جریان 20-4 میلی امپر و در نوع نیوماتیکی فشار هوای 15-3 (PSI)یا (bar)از سوی TRANSMITTER به کنترلرهای الکترونیکی و نیوماتیکی ارسال می شود. به بیان دیگر ترانسمیتر صنعتی ابزاری است که برای اندازه گیری کمیت ها و پارامترهای مختلف نظیر دما، فشار، رطوبت، سطح مایعات، فلو، گازهای های محیطی و مواردی از این دست استفاده می گردند و مقادیر اندازه گیری شده را به صورت جریان الکتریکی استاندارد در بازه 4 تا 20 میلی آمپر روی یک زوج سیم ارسال می نمایند. ترانسمیتر ایزوله (TRANSMITTER) جهت تبدیل انواع سیگنال های آنالوگ با دقت و کیفیت عالی به کار می رود. 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 .

کنترلر:

کنترلر یا کنترل کننده ها مغز متفکر سیستم های کنترلی می باشند. خروجی‌ها یا سیگنالهای اندازه گیری توسط ترانسمیتر به کنترلر، انتقال می ‌یابند تا کنترلر به کمک این اطلاعات و براساس تابعی که برای آن تعریف شده است، تصمیمات لازم برای عکس العمل مورد نیاز را بگیرد. کنترل کننده با مقایسه سیگنال اندازه گیری با مقدار مطلوب و انجام محاسبات لازم، مقادیر متغیرهای تنظیم شونده را تعیین می کند.;ورودی کنترل کننده سنسورها وترانسمیترها وغیره..وخروجی کنترل کننده ها کنترل ولوها و موتورها وغیره میباشد.

عنصر نهایی:

تصمیمات گرفته شده توسط کنترلر، به وسیله عنصر نهایی به اجرا گذاشته میشود. این المان آخرین عضو یک حلقه کنترل میباشد. در فرآیندهای شیمیایی معمولاً عنصر نهایی کنترلی یک شیر میباشد.به وسیله عنصر نهایی فرمانهای کنترلی را می توان به عنصر اثر گذار بر سیستم تبدیل کرد.

محرک:

زمانی که در یک سیستم کنترل، عضو کنترل نهایی یک شیر باشد، امکان انتقال مستقیم فرمان به آن وجود ندارد. به همین علت از دستگاهی که به آن محرک یا Actuator گفته می‌شود، استفاده می‌کنند تا فرمان ارسالی از کنترلر را دریافت نموده و موجب به حرکت درآمدن بندآور شیر شود. به عبارت دیگر وظیفه مهم محرک، تامین انرژی لازم برای به حرکت درآوردن بندآور شیر می‌باشد. این انرژی می تواند از یک منبع انرژی الکتریکی و یا هوای فشرده مداری نیوماتیکی باشد.

رکوردر یا ثبات:

ثبات یا رکوردر و نمایشگرها از دیگر اجزاء یک سیستم کنترل می باشند.ثبات ها تجهیزاتی هستند که به منظور ثبت تغییرات و رفتار فرآیندها در طول شبانه روز استفاده می شوند.

نمایشگرها:

ایندکیتور و یا نمایشگرها از دیگر اجزاء یک سیستم کنترل می باشند. نمایشگر ها تجهیزاتی هستند برای نمایش مقادیر عددی یک پارامتر در تابلو کنترل و یا اتاق فرمان مورد استفاده قرار میگریند . از نمایشگرهای برای مانیتور متغیرهای مختلف نظیر فشار ، دما ، و … در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال گیج فشار یک نمایشگر یا ایندیکیتور است که مقادیر فشار را نمایش میدهد.