آشنایی با تجهیزات ابزار دقیق | مقدمه
قبل از هر چیز، ابتدا باید بدانیم تجهیزات ابزار دقیق به چه تجهیزاتی گفته می‌شود؟ در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، تولید برق و اتوماسیون صنعتی، نیاز است که پارامترهای فیزیکی مختلفی با دقت بسیار بالا و بدون خطا اندازه‌گیری، کنترل و نظارت شوند؛ به همین جهت از ابزار و تجهیزات مخصوص که اصطلاحا تجهیزات ابزار دقیق نامیده می‌شوند بهره می‌گیریم.
در این مقاله، به بررسی چند تجهیز ابزار دقیق معمول و کاربردهای آنها می‌پردازیم. همراه ما باشید!
پارامترهای فیزیکی
پارامترهای فیزیکی که با استفاده از تجهیزات ابزار دقیق انداره گیری می‌شوند، شامل دما، فشار، جریان و اختلاف سطح ستند که از اهمیت بالایی در صنایع مختلف برخوردارند. این پارامترها به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر روی عملکرد و کیفیت فرآیندهای صنعتی تأثیر می‌گذارند. برای مثال، اندازه‌گیری دما در فشار در مخازن تحت فشار و … بسیار اساسی است و از تجهیزات ابزار دقیق برای اندازه‌گیری دقیق این پارامترها استفاده می‌شود.
ترانسمیتر (Transmitter)
ترانسمیترها تجهیزاتی هستند که پارامترهای فیزیکی مانند فشار، دما، جریان و … را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. این تجهیز ابزار دقیق از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا اندازه‌گیری دقیق این پارامترها برای کنترل فرآیندها و تصمیم‌گیری‌های اپراتوری و یا سیستم کنترل بسیار حیاتی است. به طور معمول، ترنسمیترها با استفاده از حسگرها که اندازه‌گیری مستقیم پارامتر فیزیکی را انجام می‌دهند، اطلاعات را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند که سپس به سیستم‌های کنترلی یا نمایشگرها منتقل می‌شود.
ترنسمیترها با توجه به کاربردشان دارای انواع مختلفی می‌باشند:
ترانسمیتر فشار:
ترانسمیتر فشار نوعی تجهیز اندازه‌گیری است که برای تبدیل فشار موجود در یک محیط به یک سیگنال خروجی الکتریکی یا الکترونیکی استفاده می‌شود. این ترانسمیتر در معماری‌ها و سیستم‌های کنترلی مختلف به کار می‌روند و به صورت معمول برای اندازه‌گیری فشار در فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تجهیزات می‌توانند فشار را در محدوده‌های مختلف از فشارهای کم تا فشارهای بسیار بالا اندازه‌گیری کنند و دقت بالایی در اندازه‌گیری فشار فراهم می‌کنند.
ترانسمیترهای فشار معمولاً شامل یک سنسور فشار، یک واحد پردازش و تقویت سیگنال و یک واحد خروجی الکترونیکی هستند. سنسور فشار به عنوان عنصر اصلی این ترانسمیترها عمل می‌کند و فشار را به یک سیگنال الکتریکی یا الکترونیکی تبدیل می‌کند. سیگنال خروجی این ترانسمیترها معمولاً به صورت ولتاژ یا جریان الکتریکی است که با توجه به نوع ترانسمیتر و نیازهای سیستم، ممکن است به شکل مختلفی تنظیم شود.
علاوه بر اندازه‌گیری فشار، ترانسمیترهای فشار می‌توانند ویژگی‌هایی مانند دقت بالا، پایداری در طول زمان، مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف، قابلیت کالیبره شدن و اتصال به سیستم‌های کنترلی مختلف را داشته باشند. این ویژگی‌ها آنها را به ابزارهای حیاتی برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی مختلف، از جمله در صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، تولید برق و … تبدیل کرده است.
ترانسمیتر دما:
از ترانسمیتر دما برای اندازه‌گیری دما در محیط‌های مختلف استفاده می‌شود. این ترنسمیتر از جمله تجهیزات مهم و حیاتی در انواع صنایع از جمله صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع خودروسازی و… محسوب می‌شوند.
ترانسمیترهای دما معمولاً شامل یک سنسور دما، یک واحد پردازش و تقویت سیگنال، و یک واحد خروجی الکترونیکی یا الکتریکی است. سنسور دما عملکرد اصلی این ترانسمیترها را انجام می‌دهد و دما در محیط مورد نظر را اندازه‌گیری می‌کند.
با اندازه‌گیری دما و تبدیل آن به یک سیگنال الکترونیکی، ترانسمیترهای دما به کاربران امکان می‌دهند تا به صورت مستقیم دمای محیط را مشاهده و کنترل کنند. همچنین، این ترانسمیترها معمولاً با قابلیت‌هایی مانند دقت بالا، پایداری در طول زمان، مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف، و قابلیت اتصال به سیستم‌های کنترلی مختلف، به کاربران ارائه می‌شوند.
ترانسمیتر دما در ۲ نوع مختلف ترانسمیتر دمای RTD یا ترانسمیتر دمای ترموکوپل (Thermocouple) وجود دارد. این ترانسمیترها از حسگرهای دمایی مانند سنسور مقاومتی یا ترموکوپل برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند و سیگنال خروجی آنها به صورت سیگنال جریانی ۴-۲۰ میلی آمپر است که به سیستم‌های کنترلی یا نمایشگرها منتقل می‌شود. این ترانسمیترها برای اندازه‌گیری دما در محیط‌های با شرایط مختلف محیطی (خطرناک/ایمن) و با دقت بالا استفاده می‌شوند.
ترانسمیتر جریان:
ترانسمیتر جریان یک نوع تجهیز ابزار دقیق برای اندازه‌گیری است که برای تبدیل جریان الکتریکی که از یک محیط عبور می‌کند به یک سیگنال خروجی الکتریکی یا الکترونیکی استفاده می‌شود. این ترنسمیتر به عنوان ابزاری برای اندازه‌گیری جریان در مدارها و سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی استفاده می‌شوند.
ترنسمیترهای جریان معمولاً شامل یک سنسور جریان، یک واحد پردازش و تقویت سیگنال و یک واحد خروجی الکترونیکی هستند. سنسور جریان به عنوان عنصر اصلی این ترانسمیترها عمل می‌کند و جریان الکتریکی را به یک سیگنال الکتریکی یا الکترونیکی تبدیل می‌کند. سیگنال خروجی این ترانسمیترها معمولاً به صورت ولتاژ یا جریان الکتریکی است که با توجه به نوع ترانسمیتر و نیازهای سیستم، ممکن است به شکل مختلفی تنظیم شود.
ترانسمیترهای جریان با دقت بالا و پایداری در طول زمان طراحی می‌شوند و معمولاً برای اندازه‌گیری جریان در مدارها و سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی از جمله در صنایع الکترونیکی، صنایع خودروسازی، تولید برق و … استفاده می‌شوند. این ترنسمیتر، به عنوان ابزارهای حیاتی برای کنترل و نظارت بر جریان در انواع مختلف مدارها و سیستم‌های الکتریکی تلقی می‌شود.
ترانسمیتر سطح:
ترانسمیترهای سطح به طور معمول برای اندازه‌گیری سطح مایعات و جامدات در مخازن استفاده می‌شوند. این ترانسمیترها از حسگرهای مختلفی مانند سنسور اختلاف فشار، رادار، آلتراسونیک خازنی و Displacer بهره می‌برند که می‌توانند تغییرات سطح مایع را تشخیص دهند.
سیگنال خروجی این ترانسمیترها معمولاً به صورت سیگنال استاندارد مانند ۴-۲۰ میلی آمپر یا ۰-۱۰ ولت است که به سیستم‌های کنترلی یا نمایشگرها ارسال می‌شود. از ترانسمیترهای سطح در صنایع مختلفی مانند صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، صنایع آب و فاضلاب و … برای کنترل و نظارت بر مخازن مختلف استفاده می‌شود.
ترانسمیتر سطح معمولاً شامل یک سنسور سطح، یک واحد پردازش و تقویت سیگنال، و یک واحد خروجی الکترونیکی یا الکتریکی است. سنسور سطح عملکرد اصلی این ترانسمیترها را انجام می‌دهد و سطح مایع در محیط مورد نظر را اندازه‌گیری می‌کند.
از ویژگی‌های مهم ترانسمیترهای سطح می‌توان به دقت بالا، پایداری در طول زمان، مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف، قابلیت کالیبره شدن، و امکان اتصال به سیستم‌های کنترلی و نمایشگرهای مختلف اشاره کرد.
نشانگر یا گیج (Gauge)
گیج‌ها به عنوان ابزارهای اندازه‌گیری مستقیم پارامترهای فیزیکی مانند فشار، دما، سطح و … عمل می‌کنند. این تجهیزات به طور مستقیم پارامترهای فیزیکی را اندازه‌گیری کرده و اطلاعات را به نمایش می‌گذارند.
از انواع گیج‌ها می‌توان به گیج فشار، گیج دما و گیج سطح اشاره کرد که هرکدام برای اندازه‌گیری پارامترهای خاصی استفاده می‌شوند.
گیج‌ها در دسته بندی تجهیزات ابزار دقیق، معمولاً به عنوان یکی از ابزارهای مهم در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله صنایع نفت و گاز، خودروسازی، صنایع شیمیایی، صنایع الکترونیکی و … . آنها برای اندازه‌گیری فشار در مخازن، لوله‌ها، و دستگاه‌های مختلف به کار می‌روند و نقش مهمی در کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی دارند.
گیج فشار:
گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری فشار در شرایط مختلف محیطی و در صنایع مختلفی از جمله صنایع خودروسازی، صنایع پتروشیمی و … استفاده می‌شوند.
مثالی برای گیج فشار، گیج فشار بوردن (Bourdon) است. این گیج‌ها از یک لوله C شکل برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کنند و اطلاعات اندازه‌گیری شده را به صورت مکانیکی به نمایش می‌گذارند.
گیج دما:
گیج‌های دما با دقت بالا و در شرایط مختلف محیطی برای اندازه‌گیری دما در صنایع مختلف از جمله صنایع الکترونیکی، صنایع غذایی و … استفاده می‌شوند.
یک مثال برای گیج دما، گیج مقاومتی است. در این گیج‌ها از 2 فلز غیر هم‌جنس به هم چسبیده برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند و اطلاعات اندازه‌گیری شده را به صورت محلی به نمایش می‌گذارند.
گیج سطح (Level Gauge):
گیج‌های سطح نیز برای اندازه‌گیری سطح مایع در مخازن استفاده می‌شوند، اما به طور معمول سطح سیال را نشان می‌دهد. این گیج‌ها معمولاً دارای ابزارهای مختلفی هستند که به کاربر اجازه می‌دهند تا سطح مایع را به صورت دقیق‌تر بررسی کند (مانند برخی سیگنال های خروجی که به صورت آپشنال قابل ارائه میباشد).
شایان ذکر است در کنار استفاده از ترنسمیتر سطح (Level Transmitter: LT)، گیج های سطح نیز نصب می‌گردند که وظیفه بررسی و صحت سنجی ترنسمیترهای سطح دارا می‌باشند.
سوئیچ (Switch)
سوئیچ یک دستگاه یا قطعه الکترونیکی است که برای کنترل و مدیریت جریان برق یا سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها معمولاً دارای یک ورودی و یک یا چند خروجی هستند و وظیفه‌ای مشخص را انجام می‌دهند که می‌تواند به صورت خودکار یا دستی باشد.سوئیچ‌ها تجهیزاتی هستند که به صورت خودکار عملکرد تجهیزات را تغییر می‌دهند. این تجهیزات معمولاً بر اساس مقادیر مشخصی از پارامترهای فیزیکی مانند فشار، دما و … عمل می‌کنند. به عنوان مثال، سوئیچ فشار می‌تواند در صورت رسیدن فشار به حداقل یا حداکثر تعیین شده، یک عملیات خاص مانند روشن یا خاموش کردن یک دستگاه را انجام دهد.
سوئیچ فشار:
سوئیچ‌های فشار نقطه‌ای برای کنترل فرآیندهای مختلفی از جمله کنترل فشار مخازن، کنترل فشار لوله و یا سیستم های فرآیندی و … استفاده می‌شوند. یک مثال برای سوئیچ فشار، سوئیچ فشار نقطه‌ای است. این سوئیچ‌ها بر اساس فشار محیط اطرافشان عمل می‌کنند و در صورت رسیدن فشار به یک مقدار مشخص، باز یا بسته می‌شوند.
سوئیچ دما:
سوئیچ‌های حرارتی برای کنترل دما در انواع مختلف دستگاه‌ها و سیستم‌ها از جمله دستگاه‌های خنک کننده، سیستم‌های گرمایشی و … استفاده می‌شوند. یک مثال برای سوئیچ دما، سوئیچ حرارتی است. این سوئیچ‌ها بر اساس دمای محیط اطرافشان عمل می‌کنند و در صورت رسیدن دما به یک مقدار مشخص، باز یا بسته می‌شوند.
سوئیچ جریان:
سوئیچ‌های جریان برای کنترل جریان در انواع مختلف مدارها و سیستم‌های الکتریکی از جمله موتورها، دستگاه‌های خودرو و … استفاده می‌شوند. یک مثال برای سوئیچ جریان، سوئیچ جریان از نوع Padlle است. این سوئیچ‌ها بر اساس جریان سیال محیط اطرافشان عمل می‌کنند و در صورت رسیدن جریان به یک مقدار مشخص، باز یا بسته می‌شوند.
سوئیچ سطح (Level Switch):
سوئیچ سطح تجهیزاتی هستند که بر اساس سطح مایع در مخزن عمل می‌کنند. زمانی که سطح مایع به یک نقطه مشخصی می‌رسد (مثلاً بالای یا پایین یک حد معین)، این سوئیچ‌ها عملکرد مشخصی انجام می‌دهند، مانند فعال یا غیرفعال شدن یک دستگاه یا پمپ. به عنوان مثال، در مخزن آب یک خانه، یک سوئیچ سطح می‌تواند به پمپ آب اطلاع دهد که آیا سطح آب به حداقل یا حداکثر مجاز رسیده است.
شیرهای کنترلی(Control Valve)
از جمله تجهیزات مهم در ابزار دقیق، شیرهای کنترلی یا کنترل ولوها هستند که برای کنترل جریان مایعات یا گازها به کار می‌روند. این تجهیزات به صورت دقیق و با استفاده از سیگنال‌های الکتریکی دریافتی از اتاق کنترل یا دیگر ترنسمیترها، جریان مایعات را تنظیم می‌کنند.
شیرهای کنترل در انواع مختلفی برای رفع نیازهای صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، شیمیایی، آب و فاضلاب و صنایع فرآیندی طراحی می شوند. علاوه بر کنترل جریان، این شیرها ممکن است عملکردهای دیگری مانند تنظیم فشار، دما و سطح را در سیستم های مختلف انجام دهند. شیرهای کنترلی برای کنترل دقیق جریان در فرآیندهای صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و باعث کاهش هدررفت و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید می‌شوند.
شیرهای کنترلی از 3 بخش اصلی تشکیل شده اند:
- بدنه شیر: بدنه شیرهای کنترل معمولاً از کربن استیل یا فولاد ضد زنگ (S.S) می باشد که از مواد مقاوم و مناسب برای حفاظت در مقابل سیال (فشار، دما، سایش و فرسایش) ساخته می شود.
- پلاگ: این قسمت در داخل بدنه قرار می گیرد و با بالا یا پایین آمدن آن جریان مایعات را کنترل می کند.
- عملگر: این قسمت از شیر وظیفه تنظیم درصد باز بودن و در نتیجه کنترل جریان مایعات را بر عهده دارد. عملگر انواع مختلف (مانند یک سیستم هیدرولیک، پنوماتیک یا الکتریک) را دارا می‌باشند که با توجه به محدویت های پروژه و یا نیازمندی ها پروژه انتخاب می گردد.
کالیبراسیون و تنظیمات
کالیبراسیون یک فرآیند اساسی در حوزه تجهیزات ابزار دقیق است که از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این فرآیند، تجهیزات ابزار دقیق با استفاده از استانداردها و تجهیزات مخصوص، بازبینی، تنظیم مجدد و تعیین دقت مورد نیاز انجام می‌شود. همچنین، تنظیمات نرم‌افزاری نیز به صورت دقیق انجام می‌شود تا پارامترهای اندازه‌گیری به دقت مطلوب تنظیم شود. این فرآیند به طور دوره‌ای و با فراهم بودن شرایط استاندارد صورت می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات به صورت بهینه و با دقت لازم عمل می‌کنند.
ارتباطات و اتصالات
ارتباطات و اتصالات تجهیزات ابزار دقیق نقش بسیار مهمی در جمع‌آوری و انتقال داده‌های اندازه‌گیری شده دارند. این اتصالات معمولاً شامل پروتکل‌های ارتباطی استاندارد مانند MODBUS، Profibus، Foundation، Hart Fieldbus و … است. هم چنین، استفاده از اتصالات بی‌سیم مانند بلوتوث، وای فای و … نیز در برخی از تجهیزات ابزار دقیق مشاهده می‌شود. این ارتباطات به صورت دوطرفه بوده و امکان انتقال داده‌ها به سیستم‌های کنترلی مختلف را فراهم می‌کنند، که این امر به نظارت و کنترل دقیق‌تر بر فرآیندها کمک می‌کند.
ایمنی و استانداردها
رعایت استانداردها و مقررات ایمنی برای تجهیزات ابزار دقیق از اهمیت بسیاری برخوردار است. استانداردهای مختلفی برای هر نوع تجهیزات ابزار دقیق وجود دارد که باید به دقت رعایت شوند تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات به طور صحیح و با دقت لازم عمل می‌کنند و همچنین خطرات احتمالی حادثه‌ای را کاهش دهند. علاوه بر این، برای بخش‌های خاصی از صنایع، استانداردهایی از قبیل IEC 61508 برای تجهیزات ایمنی و IEC 61511 برای کنترل فرآیندها و … وجود دارد که معیارهای ایمنی برای تجهیزات را تعیین می‌کند.
نگهداری و تعمیرات
نگهداری و تعمیرات تجهیزات ابزار دقیق بخش مهمی از چرخه عمر این تجهیزات را تشکیل می‌دهند. این فرآیند شامل فعالیت‌هایی از جمله بازبینی دوره‌ای، تعویض قطعات فرسوده، کالیبراسیون مجدد، و … می‌شود. برای تضمین عملکرد بهینه و پایدار تجهیزات، نگهداری و تعمیرات باید به صورت دوره‌ای و با استفاده از دستورالعمل سازنده تجهیز استفاده شود.
همچنین، در صورت بروز خطاها یا مشکلات، تعمیرات فوری باید انجام شود تا تاخیر در فرآیند تولید کاهش یابد یا از خطرات احتمالی مانند خاموشی(Shut down) یک بخش یا کل سایت جلوگیری شود.
هم چنین بخوانید :
استاندارد IEC برای باتری
تاریخچه باتری از آغاز تا کنون
