ابزار دقیق چیست؟ لیست تجهیزات ابزار دقیق و اندازه گیری

ابزار دقیق شاخه ای از علم مهندسی است و به نوعی قلب تپنده سیستم نیز به شمار می آید که با اندازه گیری و کنترل سروکار دارد. با استفاده از تجهیزات ابزار دقیق شما می توانید فرآیندها و کمیت های فیزیکی را به راحتی اندازه گیری و کنترل کنید. کاربرد این تجهیزات به این شکل است که تغییرات انجام شده را اندازه گیری میکند و با توانایی هایی که دارند اطلاعات دریافت را به صورت قابل فهم به اپراتور نمایش می دهند. همچنین با توجه به حساسیت اندازهگیری نتایج خروجی بسیار دقیق بوده و درصد خطای بسیار کمی دارند.

ابزار دقیق چیست ؟

ابزار دقیق زیرساخت سیستم کنترل و اتوماسیون است که شامل ابزاری مانند فلومتر، فلوکنترلر، کنترلر فشار، پمپ، دتکتورگازیف ژنراتور، راکتور آزمایشگاهی و غیره می باشد. با استفاده از این تجهیزات و ابزارآلات امکان اندازه گیری، انتقال، نمایش، ثبت و کنترل پارامترهای مهم فیزیکی همچون دما، فشار، فلو، سطح مایعات و غیره در پروسه های صنعتی به شکلی دقیق فراهم می‌شود.

ابزار دقیق به سه دسته کنترلر، محرک ها و نمایشگر ( ایندیکیتور  Indicator ) تقسیم می شود.

کنترلرها: ابزارها و تجهیزاتی که عمل کنترل دما یا فشار و رطوبت و یا سطح را بر عهده دارند به کنترلر مشهورند. 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

نمایشگرها: به تجهیزاتی که کار نمایش مقادیر اندازه گیری شده توسط کنترلرهای را برعهده دارند نمایشگر گفته می شود. اغلب این نمایشگر ها ابزاری جهت انتقال اطلاعات مقادیر به صورت سیگنال های استاندارد که ترانسمیتر یا منتقل کننده نامیده می شوند می باشند.

محرکها: 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.

از مهمترین بخش ها و قسمت های ابزار دقیق میتوان به مواردی مانند 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 غیره اشاره کرد.

لیست تجهیزات ابزار دقیق و اندازه گیری

سیستم ابزار دقیق هم مانند هر سیستم دیگری شامل تجهیزات و ابزارآلات مورد نیاز خود است تا بتواند به خوبی و با بالاترین دقت فرآیند های خود را انجام دهد. در ادامه به معرفی و بررسی این تجهیزات خواهیم پرداخت. از تجهیزات اندازه گیری (Measurement) به منظور اندازه گیری کمیت های فیزیکی و شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. مقادیری که اندازه گیری می شوند می توانند شامل موارد زیر باشند:

• فشار
• دیفرانسیل
• جریان
• دما
• سطح
• چگالی
• ویسکوزیته
• تابش

1. سنسورها

سنسورها جزء مهم‌ترین ابزار دقیق‌های صنعتی به شمار می‌آیند که برای اندازه‌گیری یک پارامتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. تقریبا برای اندازه‌گیری تمام پارامترهای فیزیکی و شیمیایی یک سنسور ابزار دقیق وجود دارد. سنسورها بر اساس نوع عملکرد، خروجی‌های متفاوتی دارند. هر وسیله ای که قادر به اندازه گیری و تبدیل کمیت های فیزیکی به الکتریکی باشد، سنسور نامیده می شود. وظیفه یک سنسور دما اندازه گیری مقدار دما و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی می باشد.

2. ترانسدیوسر

ترانسدیوسر ها 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 می توان از مبدل ترموکوپل به سیگنال ۰ - ۱۰ ولت استفاده کرد. ترانسدیوسر ها در کل یک مبدل هستند.

مبدل‌ها یا ترانسدیوسرها، پارامترهای اندازه‌گیری شده توسط سنسورها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. یعنی اگر یک سنسور فشار همراه با یک مبدل به کار برود، سنسور مقدار فشار را اندازه‌گیری کرده و به مبدل تحویل می‌دهد، سپس مبدل این مقدار را به یک سیگنال الکتریکی و قابل انتقال در شبکه ارتباطی تبدیل می‌نماید.

3. ترانسمیتر

ترانسمیترها به طور کلی به تجهیزاتی گفته می شود که عمل اندازه گیری (سنسور)، تبدیل و تقویت سیگنال ها را در یک مجموعه انجام می دهند. ترانسمیترها 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.

ترانسمیتر دستگاهی است که سیگنال مبدل را دریافت کرده و آن را تقویت می‌کند تا امکان فرستادن سیگنال به فواصل طولانی ایجاد شود. ترانسمیتر این فرآیند را بدون از دست‌ دادن کیفیت سیگنال و یا تداخل با سیگنال‌های دیگر انجام می‌دهد.

یک اندازه‌گیر خوب باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:

• حوزه ی اندازه‌گیری (Range): محدوده‌ای که تجهیز قابلیت اندازه‌گیری آن را دارد.
• صفر اندازه‌گیری (Zero): نقطه ی مشخصی را در حوزه ی اندازه‌گیری به ‌عنوان نقطه ی صفر در نظر می‌گیرند که الزاما صفر نیست و ممکن است دارای مقادیری باشد.
• انحراف صفر (Zero Drift): اندازه ی خروجی در نقطه صفر با گذشت زمان یا دیگر عوامل تغییر می‌کند که به آن پدیده ی انحراف صفر گویند.
• حساسیت (Sensitivity): به تغییرات خروجی اندازه‌گیر به واحد تغییرات در کمیت مورد اندازه‌گیری حساسیت می‌گویند.
• حد تفکیک (Resolution): به کوچک‌ترین اندازه تغییرات کمیت مورد اندازه‌گیری که تجهیز می‌تواند اندازه‌گیری کند حد تفکیک می‌گویند.
• پاسخ‌دهی (Response): در عمل، تجهیزها دارای ثابت زمانی و بعضا تاخیر خالص هستند. ثابت زمانی عنصر اندازه‌گیر، باید از کوچک‌ترین ثابت زمانی موجود در حلقه ی کنترل بسیار کوچک‌تر باشد.
• درستی (Accuracy): به تطابق مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار واقعی کمیت مورد اندازه‌گیری، درستی می‌گویند.
• تکرارپذیری (Repeatability): به نتیجه ی یکسان گرفتن در اندازه‌گیری یک کمیت در شرایط ثابت، تکرارپذیری گویند.
• گستره (Range Of Span): به فاصله ی بین مقادیر ماکزیمم و مینیمم که یک دستگاه می‌تواند اندازه‌گیری کند، گستره گویند.

4. نمایشگر

برای نمایش مقدار پارامترهای اندازه گیری شده تجهیزات ابزاردقیق باید از نمایشگرهایی که ورودی های آنها 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. ایندیکیتور یا نشانگرها از دیگر اجزاء یک سیستم کنترل می‌باشند. نشانگرها تجهیزاتی هستند برای نمایش مقادیر عددی یک پارامتر در تابلو کنترل یا اتاق فرمان مورد استفاده قرار می‌گریند.

از نشانگرها برای پایش متغیرهای مختلفی نظیر فشار، دما، و … استفاده می‌گردد. برای مثال گیج فشار یک نشانگرها یا ایندیکیتور است که مقادیر فشار را نشان می‌دهد.

5. کنترلر

مرحله بعد از اندازه گیری کنترل می باشد، فرض کنید شما در یک پروسه قصد کنترل دمای یک مخزن آب را دارید، المان ها 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 می تواند حرارت آتش باشد که کنترل ولو وظیفه کنترل گاز ورودی را برعهده دارد و یا انرژی تامین کننده می تواند گرمای بخار باشد که کنترل ولو مقدار دبی عبور بخار را کنترل می کند.

6. عنصر نهایی

همانطور که از نامش مشخص است مرحله آخر هر پروسه را عنصر نهایی انجام می دهد (البته اگر پروسه کنترل باشد) که در پروسه های مختلف این عنصر نهایی متفاوت می باشد. شاید در یک پروسه عنصر نهایی یک کنترل ولو باشد، در پروسه ای دیگر یک موتور الکتریکی باشد، در پروسه ای دیگر جک های نیوماتیک و هیدرولیکی باشد و غیره. عملگر ها در واقع همان عنصر نهایی هستند.

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.

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. معمولاً 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)

آموزش ابزار دقیق

امروز ابزار دقیق به دلیل استفاده در صنایع و کارخانجاتی مانند صنایع خودروسازی، نفت گاز و پتروشیمی و در دیگر قسمت های صنعت محبوبیت بسیار بالایی پیدا کرده است و بازار کار در این حوزه بسیار داغ می باشد. از این رو آموزش ابزار دقیق و تجهیزات فرایندی موضوعی است که این روزها در اغلب آموزشگاه ها تدریس می شود. یکی از بهترین آموزشگاه های آموزش ابزار دقیق مجتمع فنی فلات قاره است که با داشتن کادری مجرب و تجربه چندین ساله در این حوزه و همچنین کسب مقام ها و تقدیرنامه های فراوان در این زمینه از دانشکده ها و مراکز علمی مختلف ایران توانسته است محبوبیت زیادی پیدا کند.

مهندسی ابزار دقیق چیست؟

مهندسی ابزار دقیق زیر شاخه‌ای از مهندسی کنترل است، که با بهره‌گیری از ابزارهای اندازه‌گیری به کنترل کمیت‌های فیزیکی می‌پردازد. رشته ابزار دقیق به دلیل وجود سنسورهای الکتریکی با رشته برق و الکترونیک ارتباط بسیار نزدیکی دارد. مهندسی ابزار دقیق به‌طور گسترده به طراحی و کنترل سیستم‌های صنعتی نظیر سنسورها، ترانسمیترها، دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل‌کننده‌ها، می‌پردازد.

برای کنترل پارامترها در یک فرایند یا در یک سیستم مخصوص، از تجهیزاتی نظیر ریزپردازنده ها، میکروکنترلرها یا PLC استفاده می شود. هدف نهایی تمامی این تجهیزات، کنترل پارامترهای سیستم است.

ارزش کار متخصص و کارشناس ابزار دقیق در سیستم

اتوماسیون در صنعت حرف اول را می زند و نصب و راه اندازی سیستم های اتوماسیون صنعتی، کار اصلی مهندسان ابزار دقیق است. از این رو تقاضا برای استخدام مهندسان ابزار دقیق همیشه وجود دارد و بازار کار آنان خوب است.

جمع بندی

تکنسین ها و مکانیک های ابزار دقیق متخصص در عیب یابی، تعمیر و نگهداری ابزار و سیستم های ابزار دقیق هستند. این حرفه با برق، لوله کشی، مهندس برق و شرکت های مهندسی در هم آمیخته است که می تواند در موقعیت های کاری بسیار متنوع مورد استفاده قرار گیرد.