ابزار دقیق

ابزار دقیق(Instrumentation) چیست؟
اگر شما در حوزه برق فعالیت داشته باشید، قطعا تا به‌ حال کلمه ی ابزار دقیق زیاد به گوشتان خورده است. این لغت از دو واژه ی ابزار و دقیق تشکیل شده است. منظورمان اندازه‌گیری دقیق و با کمترین میزان خطاست؛ بنابراین می‌توان ابزار دقیق را ترکیب هنر و علم استفاده از تجهیزات دانست که به‌موجب آن کمیت‌های موردنظر با کمترین خطا و به‌خوبی اندازه‌گیری می‌شوند.

پس به طور رسمی‌تر و علمی‌تر می‌توان گفت که این نوع ابزار، تجهیزاتی هستند که برای نظارت، کنترل و اندازه‌گیری از آن ها استفاده می‌شود.

تاریخچه علم ابزار دقیق

اندازه‌گیری:

قسمت اندازه‌گیر، مقدار کمیت مورد نظر را اندازه‌گیری می‌کند. در صنایع پارامترهای مختلفی جهت کنترل اندازه‌گیری می‌شود. این پارامترها عبارت‌اند از:

• اندازه‌گیری فشار.
• اندازه‌گیری درجه حرارت.
• اندازه‌گیری جریان سیالات.
• اندازه‌گیری ارتفاع مایعات.
• اندازه‌گیری سرعت.
• اندازه‌گیری لرزش.
• و … .

تجهیزات تشکیل‌دهنده سیستم کنترلی

برای کنترل یک فرآیند ابتدا می‌بایست شناخت و درک عمیقی از دینامیک و رفتارهای آن فرآیند داشت. همچنین نیاز به اطلاعات دقیق لحظه‌ای برای کنترل یک کمیت بسیار حائز اهمیت است و باید کمیت مورد نظر همواره اندازه‌گیری شود. دستگاه‌های اندازه‌گیری معمولا از سه بخش تشکیل می‌شوند:

حسگر یا سنسور (Sensor):

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.

 مبدل یا ترانسدیوسر (Transducer):

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.

انتقال‌دهنده یا ترانسمیتر(Transmitter):

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.

• 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.

­­تجهیزات ابزار دقیق

شما به‌عنوان یک مهندس این حوزه باید با ابتدایی‌ترین و مهم‌ترین تجهیزات ابزار دقیق آشنا باشید تا بتوانید متناسب هر پروژه، تجهیز مدنظر را انتخاب کنید. از جمله این تجهیزات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• فلومتر
• سطح سنج
• دماسنج
• فشارسنج
• دبی سنج‌
• ارتفاع ‌سنج
• کنترل کننده‌ها
• لود سل
• آنالیزورهای گاز
• غلظت سنج‌ها

که به بخش های زیر در گروه نیرو صنعت تقسیم میشود:

این تنها بخشی از تجهیزات ابزار دقیق هستند. امروزه با گسترش فناوری ابزار دقیق، شرکت‌های زیادی در حال تامین و توزیع این تجهیزات هستند. این تجهیزات در برندهای مختلف که ساخت کشورهای برتر جهان هستند، قابل ‌ارائه می‌باشند

امروز وقتی صحبت از انجام پروژه ی صنعتی می‌شود، تقریبا این امر محال است که از ابزار دقیق صحبت به میان نباشد. صنایع مختلف از ابزار دقیق استفاده می‌کنند تا فرآیندها با سرعت بهتر و خطای کمتر به نتیجه برسند.

بررسی پارامتر های ابزار دقیق

سنسور در ابزار دقیق

سنسور ابزاری است که در همه دستگاه‌های اندازه‌گیری وجود دارد.
وظیفه تبدیل یک کمیت فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی را در تجهیزات الکترونیکی یا تبدیل کمیت فیزیکی به یک سیگنال نیوماتیکی در تجهیزات نیوماتیکی را دارد. انواع دستگاه‌های اندازه‌گیری دارای سنسور یا حس کننده‌های 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 کاربردهایی نظیر آشکار سازی وجود یا عدم وجود نیز دارند.
نظیر سنسور نوری، سنسورهای دما نظیر انواع ترموکوپل و RTD و همچنین سنسورهای سیلیکونی دما.

مبدل یا ترانسمیتر در ابزار دقیق 

یک ترانسدیوسر (مبدل) instrumentation بنا به تعریف، وسیله‌ای است که سیگنال الکتریکی حاصله از سنسور را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی می‌کند، یعنی اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد، سنسور، پارامتر فشار را اندازه می‌گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می‌دهد، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی و صد البته قابل ارسال توسط سیم‌های فلزی، تبدیل می‌کند.

خروجی و پارامتر های ترانسمیتر

همواره خروجی یک ترانسدیوسر، سیگنال الکتریکی است. 
در سمت دیگر خط می‌تواند مشخصه‌ها 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 به عنوان مثال دمای اندازه‌گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند. 
در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد. 
ترانسدیوسر یکی از تجهیزات اصلی در سیستم‌های اتوماسیون برق صنعتی می‌باشد که بوسیله آن می‌توان از پارامترهای شبکه برق نمونه برداری کرد. (شبکه تک فاز و شبکه سه فاز) و آنها را توسط ترانسمیتر تبدیل به سیگنال‌های استاندارد نمود و در ورودی دستگاه‌های اندازه‌گیری مانند نمایشگرها و کنترلرها و سیستم‌های PLC و اسکادا SCADA از آنها استفاده نمود.

ترانسمیتر چیست؟

ترانسمیتر از ترکیب دو واژه TRANSFER+METER گرفته شده است. یعنی تجهیزی که بتواند یک کمیت فیزیکی را اندازه‌گیری کرده(METERING)و آن را به مکانی دورتر مثل اتاق کنترل انتقال(TRANSFER) دهد. می‌تواند نیوماتیکی یا الکترونیکی باشد. 
در هر دو مورد، سیگنال ارسالی استاندارد بوده و برای تجهیزاتی که در LOOP کنترل قرار دارند قابل فهم می‌باشد. در نوع الکترونیکی جریان ۲۰–۴ میلی‌آمپر و در نوع نیوماتیکی فشار هوای 15-3 (PSI)یا (bar)از سوی TRANSMITTER به کنترلرهای الکترونیکی و نیوماتیکی ارسال می‌شود.

تعریف مبدل در ابزار دقیق

به بیان دیگر ترانسمیتر فشار صنعتی ابزاری است که برای اندازه‌گیری کمیت‌ها و پارامترهای مختلف نظیر دما، فشار، رطوبت، سطح مایعات، فلو، گازهای‌های محیطی و مواردی از این دست استفاده می‌گردند و مقادیر اندازه‌گیری شده را به صورت جریان الکتریکی استاندارد در بازه ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر روی یک زوج سیم ارسال می‌نمایند.

خروجی و تبدیل سیگنال ها در ابزار دقیق

ترانسمیتر ایزوله (TRANSMITTER) جهت تبدیل انواع سیگنال‌های آنالوگ با دقت و کیفیت عالی به کار می‌رود. 
با پشتیبانی از تمامی سیگنال‌ها و رنج‌های مختلف اندازه‌گیری شامل سیگنال ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر DC، ۰ تا ۲۰ میلی‌آمپر DC، ۰ تا ۵ ولت DC، ۰ تا ۱۰ ولت DC، انواع ترموکوپل (Thermocouple) J,K,B,R,S,T,E,N، انواع RTD و PT100، پتانسیومتر (Potentiometer)، مقاومت (Resistance). 
ورودی و خروجی کاملاً ایزوله در برابر نویز و نوسانات برق، فیلترینگ و تقویت سیگنال از نکات مهم در ترانسمیتر می‌باشد.
خروجی بدست آمده از ترانسمیترها قابل استفاده در نمایشگرها، سیستم‌های پی ال سی (PLC) و تمام تجهیزات کنترلی می‌باشد.
امروزه ترانسمیتر مصرف زیادی در صنایع نفت، گاز،b پتروشیمی، فولاد، سیمان، ریخته‌گری، داروسازی، مهندسی پزشکی دارد.
بطور کلی هر سیستمی که نیاز به اتوماسیون صنعتی دارد، پیدا نموده است.

*گروه نیروصنعت با تجربه غنی در تولید انواع تابلو برق و استفاده از بهترین تجهیزات برق صنعتی می‌تواند در «آموزش و تهیه تابلو برق های صنعتی و تجهیزات» به شما کمک کند.