شما در این صفحه میباشید: تجهیزات کنترل و ابزار دقیق

تجهیزات کنترل و ابزار دقیق
Instrumentation

سیستمهای کنترل و ابزار دقیق ( Instrumentation ) متناسب با کاربرشان در طیف وسیعی از سیستمهای بسیار پیچیده تا نسبتا ساده قرار گرفته اند.  مهمترین کاربردهای سیستم های ابزار دقیق و ابزارهای اندازه گیری، کنترل میباشد. در این حالت سیستم کنترلی از اطلاعات اندازه گیری شده برای کنترل کمیت اصلی استفاده میکند. اجزاء تشکیل دهنده یک سیستم کنترل و ابزار دقیق عبارتست از ...
تست، بازرسی و اندازه گیری تجهیزات صنعتی

 

دما

انواع تجهیزات ابزار دقیق مربوط به اندازه گیری دما شامل : سنسور های دما، ترانسمیتر دما، کالیبراتور دما، دماسنج های ثابت ، دماسنج های پرتابل تماسی و ترمومتر های غیر تماسی

فشار

انواع تجهیزات ابزار دقیق مربوط به اندازه گیری فشار شامل : گیچ های فشار یا پرشر گیج آنالوگ و دیجیتال ، فشار سنج های مطلق و فشار سنج های اختلاف فشار ، سنسور ها و مبدلها ، ترانسمیتر فشار و ترانسمیتر اختلاف فشار

سنسور ها و مبدل ها

Sensors and Transducers

انواع مختلف سنسورها ی ابزار دقیق جهت اندازه گیری کمیتهای مختلف از قبیل سنسورهای دما، سنسورهای فشار، سنسور های رطوبت، و ...

تجهیزات بازرسی فنی و تستهای غیر مخرب NDT
شرکتهای صنعتی سازنده تجهیزات صنعتی
تجهیزات شرکت GE دستگاه های شرکت Lutron دستگاههای شرکت Hioki
تجهیزات شرکت Megger تجهیزات شرکت Olympus تجهیزات شرکت Fluke دستگاه های شرکت ST شرکت Testo
شرکت Nawoo دستگاه های شرکت ABB
شرکت Phynix تجهیزات شرکت AZ تجهیزات شرکت Kyoritsu
شرکت Kaise محصولات شرکت MagnaFlux
تجهیزات شرکت TES تجهیزات شرکت Elcometer
شرکتهای صنعتی سازنده تجهیزات صنعتی
شرکتهای صنعتی سازنده تجهیزات صنعتی


ضخامت سنج رنگ خودرو , تستر رنگ خودرو
دستگاه ها و تجهیزات تست و اندازه گیری صنعتی

ابزار دقیق (Instrumentation)
سیستمهای اندازه گیری و سیستمهای کنترل

اندازه گیری صحیح و دقیق مقادیر استراتژی نظیر دما، فشار، سطح و شدت جریان (فلو) بخشی مهم و اساسی از یک پروسه صنعتی دقیق بشمار می آید. یکی از مراحل اساسی در طراحی سیستمهای نظارتی و سیستمهای کنترل خودکار پروسه های صنعتی، انتخاب روش مناسب برای اندازه گیری صحیح و دقیق متغیرهای نظارت و کنترل نظیر دما، فشار، سطح، شدت جریان و سرعت میباشد.

در اندازه گیری یک کمیت، برای مشخص شدن یک کمیت یا متغیر از یک اسباب استفاده می شود. نخستین اسبابها ماهیت مکانیکی داشتند ولی به مرور زمان، برای برآورده شدن نیازهایی مثل افزایش دقت اندازه گیری و افزایش سرعت پاسخ دهی اسبابهای الکتریکی و الکترونیکی تولید گردید. اسبابهای مکانیکی در اندازه گیریهای حالت ایستا، بسیار اطمینان بخش هستند ولی عیب بسیار عمده ای دارند که نمی توانند در اندازه گیری حالتهای پویا و گذرای سریع، پاسخ دهی مناسب داشته باشند. امروزه بسیاری از اندازه گیری های علمی و صنعتی به پاسخ های بسیار سریع احتیاج دارند که اسبابها و سیستمهای مکانیکی و الکتریکی نمی توانند از عهده این کار بر آیند لذا از اسبابهای الکترونیکی استفاده میشود.

وظایف یک سیستم ابزار دقیق و اندازه گیری:

نمایش : نمایش اطالاعات کمیت اندازه گیری شونده از اهمیت بسزایی برخوردار است. سیستمها و اسبابها برای نمایش اطلاعات کمیت انداز ه گیری شونده از روشهای گوناگونی استفاده می کنند. مانند انحراف عقربه سرعت سنج برای نمایش سرعت اتومبیل.

ثبت : یکی دیگر از وظایف سیستم های کنترل و اندازه گیری، ثبت مقادیر کمیت انداز ه گیری شونده برحسب زمان یا متغییر دیگر می باشد. مانند ثبات پتانسیوتری ( رکوردر یا Datalogger ) که برای نظارت، دما را بروی یک ثبات نواری ذخیره می کند.

کنترل : مهمترین وظیفه سیستمها و اسبابهای اندازه گیری و ابزار دقیق در کاربردهای مهندسی، خصوصًا در زمینه کنترل فر آیندهای صنعتی، کنترل می باشد. در این حالت، سیستم کنترلی از اطلاعات اندازه گیری شده برای کنترل کمیت اصلی استفاده میکند.

بنابراین، سیستم های ابزار دقیق و تجهیزات اندازه گیری به سه گروه عمده تقسیم میشوند. گروهی عهده دار نمایش هستند که از همه وسیعترند ، گروه دیگر اسبابهایی هستند که عهده دار نمایش و ثبت اطلاعات کمیت انداز ه گیری شونده هستند و گروه آخر، دسته خاصی هستند که هر سه وظیفه فوق یعنی نمایش، ثبت و کنترل را انجام میدهند .

سیستم های کنترل (Control Systems) و ابزار دقیق (Instrumentation) متناسب با کاربردشان ؛ در طیف وسیعی از سیستم های بسیار پیچیده تا نسبتاً ساده قرار گرفته اند.

برای مثال و بعنوان یکی از فرآیندهای کنترل نسبتاً ساده ؛ سیستم تنظیم خودکار سوخت موتورها را میتوان نام برد. در این سیستم ساده حسگرها یا سنسور هایی وجود دارند که وضعیت موتور و شرایط کار آن نظیر فشار، ارتفاع، چرخش و سرعت را مورد بازبینی قرار میدهند.  اطلاعات حاصل از این حسگرها توسط کامپیوتر و یا وسایلی نظیر ریز کامپیوتر ، ریز پردازنده، کنترل کننده، به سیگنالهای کنترل تبدیل میشوند و نهایتا بصورت فرامینی باعث کنترل کار بهینه موتورها میگردند.

این فرامین؛ ترکیب سوخت و هوا ؛ مقدار سوخت ؛ و نسبت جریان سوخت و نظیر اینها را تنظیم می نمایند. لذا علیرغم تغییرات در شرایط کار موتور؛ کارآئی آن در بهترین حالت تنظیم و کنترل میگردد.

کاربردهای سیستمهای اندازه گیری و ابزار دقیق:

نظارت بر فرایند ها : در پاره ای از کاربردها وظیفه اساسی تجهیزات اندازه گیری، نظارت می باشد. در این حالت تنها مقدار یا حالت پارامتر بررسی شونده را می نمایانند و این بازنمود برای هیچ فرآیند کنترلی بکار نمی رود. برای مثال آمپرسنجی که مقدار جریان یا ولتاژ را در یک مدار تنها نشان میدهد، وظیفه نظارتی دارد.

کنترل فرایند ها : یکی از کاربردهای بسیار مفید تجهیزات اندازه گیری در کنترل خودکار سیستمها می باشد. برای کنترل متغییرهای یک فرآیند مثل دما، فشار، سطح و شدت جریان باید بتوان آنها را در نقاط مورد نظر اندازه گیری کرد.

تحلیل آماری مسائل مهندسی : در حل برخی از مسائل مهندسی استفاده از روشهای آماری بر اساس داده های تجربی از روشهای تحلیلی مفیدتر و مناسبتر است. در روشهای آماری برای بدست آوردن داده های تجربی از داده های اندازه گیری شده استفاده می شود.

اجزا تشکیل دهنده یک سیستم کنترل و ابزار دقیق:

در هر سیستم کنترل و ابزار دقیق علاوه بر اجزاء اصلی کنترل ( کامپیوتر؛ ریز پردازنده و غیره) حداقل سه قسمت و احتمالاً چهار قسمت موجود میباشد. این اجزاء عبارتند از :

  • اجزاء حس کننده  یا مبدل ها و یا سنسورها  ( Sensors, Transducers)
  • اجزاء اندازه گیری و آماده سازی سیگنال (Signal Conditioner)
  • سیستم کنترل یا کنترل کننده یا کنترلر (Control System, Processor)
  • کنترل ولو یا عملگرها یا شیر کنترل (Control Valve, Actuator)
  • دیتالاگر یا رکوردر یا ثبات (Data Logger)
  • نمایش دهنده
  • ترانسمیتر یا انتقال دهند (Transmitter)

سیستم های کنترل و ابزار دقیق

در سیستم اندازه گیری نشان داده شده در شکل فوق؛ سیگنالهای آماده شده به سیستم کنترل و ابزار دقیق که میتواند شامل یک نشان دهنده دیجیتالی و یا آنالوگ ؛ ثبات یا چاپگر عددی نیز باشد اعمال میگردد. در نتیجه کمیت مورد سنجش به شکل قابل استفاده برای خواندن مثل درجه ؛ عدد و غیره در نشان دهنده نیز آشکار میشود. در سیستم های کنترل، خروجی های کنترل میتواند به یک کنترل کننده( کنترلر) و یا یک وسیلهء کنترلی دیگر اعمال گردد. در نتیجه کنترل کننده یا کنترلر سیگنالی را با توجه به مبنای ورودی و مقادیر حاصل از خروجی فرایند مورد نظر ایجاد میکند تا وسایل کنترل کننده فرایند نظیر شیرهای کنترل ؛ عمل کننده ها ؛ موتورها و غیره را بکار اندازد.

برای مثال در یک سیستم بسیار سادهء کنترلی و ابزار دقیق، مبدل یا سنسور ؛ فشار یک مخزن را اندازه گیری کرده و متناسب با آن خروجی تولید میکند که از طریق مدار آماده سازی سیگنال به کنترل کننده (کنترلر) اعمال میشود. سپس کنترلر، یک کنترل ولو یا شیر کنترل را بکار می اندازد تا فشار مخزن را کنترل نماید. فشار مخزن توسط این سیستم با حلقهء بسته تا حد معینی و در مقدار مورد نظر تثبیت میشود.

سنسور ها یا مبدل ها:

اولین قسمت سیستم کنترل و ابزار دقیق، سنسور یا حسگر میباشد. سنسور ها یا مبدل ها (Transducer) به مجموعه ای از قطعات و یا وسایلی اطلاق میشود که بتواند کمیت فیزیکی مورد نظر را دریافت و متناسب با آن کمیتی از جنس دیگر تحویل دهد . و یا وسیله ایست که یک نوع از انرژی را به نوع دیگری تبدیل مینماید. این عمل در مبدلها با دریافت انرژی از خارج از دستگاه صورت میگیرد؛ مثلاٌ ترانسدیوسر حرکت مکانیکی به فشار پنیوماتیک، توسط تغذیه هوای فشرده تغییر مکان مکانیکی را به فشار هوائی متناسب با حرکت تبدیل مینماید و یا ترانسدیوسر حرکت مکانیکی به شدت جریان الکتریکی، مستلزم دریافت انرژی الکتریکی از خارج دستگاه میباشد.

غالباٌ سیگنال خروجی این قسمت بصورت الکتریکی ؛ و قیاسی از شرایط متغیر فرآیند میباشد. برای مثال خروجی سنسور به ازای یک پوند فشار، یک ولت تغییر ولتاژ و یا به ازاء یک درجه تغییر دما یک میلی آمپر تغییر جریان میباشد. امروزه در سیستم های کنترل از مبدلها و یا ترانسدیوسرهای مختلفی استفاده میشود. بطور نمونه میتوان حس کننده های حرکت و نیرو ( شتاب، دامنه، تغییر مکان، نیرو، گشتاور، فشار، قدر مطلق سرعت، سرعت، کشش ) ، شرایط سیال ( جریان، فشار، سطح مایع ) ، رطوبت، بخار هوا، روشنائی ؛ پرتوزائی ؛ دما و صدا را نام برد.

برای انتقال اطلاعات به یک ریز کامپیوتر(Microcomputer)  بهترین وسیله ترانسدیوسری است که سیگنال یا کمیت ورودی را به یک سیگنال یا کمیت الکتریکی، مانند، ولتاژ، جریان، مقاوت و یا ....خروجی تبدیل نماید.

یکی از دلایل برای تبدیل سیگنالهای غیر الکتریکی به سیگنالهای الکتریکی قابلیت و امکانات وسیع موجود برای پروسس و تحلیل این گونه سیگنالها بوسیله سیستم های مدرن الکترونیکی میباشد.

ترانسدیوسر و یا مبدل یک کمیت فیزیکی و یا کمیت مورد اندازه گیری را عملاٌ حس کرده و آنرا به کمیت یا سیگنال الکتریکی قابل اندازه گیری شدن تبدیل مینماید.

اجزاء اندازه گیری و آماده سازی سیگنال (Signal Conditioner):

در تجهیزات ابزار دقیق و کنترل، به ندرت سیگنال های خروجی سنسور ها ، حسگرها و یا مبدلها به همان صورتی که هستند مورد استفاده قرار میگیرند. غالباٌ سیگنالهای خروجی مبدل، توسط مدارهای آماده سازی سیگنال ( Signal Conditioner) پردازش شده و بصورت قابل استفاده ای در می آیند.

 در سیستم های ابزار دقیق که بر مبنای ریز کامپیوتر هستند؛ فرآیند اندازه گیری ؛ شامل تبدیل مقادیر آنالوگ ( مثلا ولتاژ معادل فشار و غیره ) به مقادیر دیجیتال و برعکس نیز میباشد. بعبارت دیگر چون در کامپیوترها پالسهای دیجیتالی مورد استفاده قرار میگیرد، لذا در این سیستمها از مدارهای مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D) و برعکس استفاده میشود.

سیستم کنترل یا کنترل کننده یا کنترلر (Control System, Processor)

در فرآیند کنترل یک پروسه با استفاده از تجهیزات ابزار دقیق، وظیفه کنترل کننده ارسال سیگنالهای کنترلی به ورودیهای پروسه از طریق محرک و عناصر می باشد، بطوریکه خروجی پروسه به مقدار مطلوب برسد. کنترل کننده این فرمان را بر اساس سیگنال خطا (تفاوت بین خروجی واقعی پروسه و مقدار مطلوب) ارسال می کند

به طور کلی کنترلر یا کنترل کننده به مجموعه ای گفته میشود که بعد از عمل مقایسه بین مقدار مطلوب (Desired Value) و مقدار اندازه گیری شده (Measurement Value) ، در صورت وجود خطا بین آنها به نحوه مناسبی این سیگنال خطا را به محرک اعمال کند تا پروسه بدون نوسان و نا پایداری و خطای ماندگار (Offset) به مقدار مطلوب برسد.

 اولین گام در کنترل یک پروسه و طراحی کنترل کننده برای آن، درک صحیح و درست از خصوصیات آن می باشد. پس از شناخت پروسه و تعیین مدلی دقیق یا تقریبی از رفتار آن، نوبت به انتخاب نوع کنترل کننده، طراحی کنترل کننده و پیاده سازی آن متناسب با ماهیت پروسه میرسد. بر اساس قانون کنترلی مورد نیاز برای کنترل پروسه و انرژی محرکه، کنتر ل کننده ها به دسته های مختلفی تقسیم بندی می شوند.

تقسیمبندی کنترل کننده ها بر اساس انرژی محرکه : کنترل کننده ها از نظر نیرو و انرژی محرکه به سه دسته اصلی ذیل تقسیم میشوند:

  • کنترل کننده های نیوماتیکی  (بادی)
  • کنترل کننده های هیدرولیکی (روغنی)
  • کنترل کننده های الکتریکی و الکترونیک

تقسیم بندی فوق بر اساس نوع نیروی محرکه مورد نیاز در سیستمهای صنعتی میباشد. سیستم های نیوماتیکی، هیدرولیکی، الکتریکی و الکترونیکی هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرند.

تقسیمبندی کنترل کنندهها بر اساس قانون کنترلی : کنترل کننده ها بر اساس قانون کنترلی و عملی که بر روی سیگنال خطا انجام میدهند به چند دسته ذیل تقسی مبندی می شوند:

  • کنترل کننده های دو وضعیتی روشن / خاموش
  • کنترل کننده های تناسبی (Proportional)
  • کنترل کننده های انتگرالی (Integral)
  • کنترل کننده های مشتق گیر (Derivative)
  • کنترل کننده های تناسبی - انتگرالی (PI)
  • کنترل کننده های تناسبی - مشتق گیر (PD)
  • کنترل کننده های تناسبی - انتگرالی - مشتق گیر (PID)

کنترل کننده های PID یکی از کنترل کننده های اساسی در صنعت میباشد، که در عین سادگی کارایی بالایی در کنترل پروس ههای صنعتی دارد. شایان ذکر است که تنوع کنترل کننده ها به دسته بندی فوق ختم نمی شود ،بلکه انواع بسیاری از کنترل کننده ها نظیر کنترل کننده های بهینه، مقاوم، هوشمند و غیره در کنترل سیستمهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند.

کنترل ولو ها یا عملگرها یا شیرهای کنترل:

عملگر ها نیز یکی از مهم ترین اجزاء سیستم های کنترل بوده و در واقع نوعی ترانسدیوسر هستند که انرژی الکتریکی را به یک کمیت فیزیکی تبدیل میکند.

مطابق تعریف مندرج در استاندارد ISA-S75.05 شیر کنترل وسیله ای است که با اعمال نیرویی غیر از نیروی دست عمل مینماید و میزان جریان سیال را در یک سیستم کنترل فرایندی تنظیم می کند، شیر کنترل شامل یک شیر است که به یک مکانیزم محرکه  (actuator)که توانایی تغییر عنصر کنترل کننده سیال را دارد متصل می باشد .این تغییر بر مبنای سیگنالی است که از سیستم کنترل دریافت میشود.

شیر کنترل نقش مهم و اساسی در یک صنعت فرایندی ایفا می نماید و قسمت زیادی از هزینه های خرید قطعات و دستگاهها در صنا یع مربوط به شیر کنترل و سیستمهای جانبی آن می باشد.

استفاده از شیر کنترل حداقل به زمان رومیان بر می گردد، زمانی که آنها از شیرهای سماوری برنزی استفاده میکردند ولی استفاده از شیر کنترل اتوماتیک ابتدا توسط جیمز وات در اواخر قرن ١٨ میلادی انجام شد. وی در ماشین بخار خود جهت کنترل سرعت از شیرهای کنترل استفاده نمود. اجداد شیرهای کنترل امروزی در قرن نوزدهم میلادی همزمان با کاربرد بیشتر بخار گسترش یافت.

نشانگر و ثبات (Data Logger) ؛ وسایل نشان دهنده و کامپیوتر:

اصطلاح نشانگر و ثبات به وسایلی اطلاق میشود که سیگنالها را ثبت و یا نشان داده و یا باعث انتقال سیگنالی بین اجزاء مختلف سیستم میشوند.

ترانسمیتریا انتقال دهنده (Transmitter) :

اکثر وسایل و تجهیزاتی که برای کنترل یک پروسه بکار برده میشود، معمولا در اتاق فرمان و در فاصله ای دور از پروسه نصب می شوند، از طرفی عنصر اندازه گیر معمولا روی پروسه و یا در فاصله ای نزدیک به آن نصب می شود. بنابراین سیگنال ناشی از کمیت اندازه گیری شده می بایستی به گونه ای مطمئن به اتاق فرمان ارسال گردد، این کار توسط ترانسمیتر(Transmitter)  انجام می شود. ترانسمیترها سیگنال ناشی از سنسور را معمولا تقویت و گاهی تبدیل به کمیتی دیگر میکنند. مثلا در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی اکثر کمیت های اندازه گیری شده  تبدیل به سیگنال فشار هوا میشود. از دیدگاه تقویت کنندگی و تبدیل انرژی ممکن است نتوان یک ترانسدیوسر را از ترانسمیتر متمایز ساخت. اما معمولا ترانسدیوسرها به کمیت تحت اندازه گیری نزدیکترند و گاهی با آن تماس مستقیم دارند. ولی ترانسمیترها با کمیت مورد اندازه گیری تماس ندارند و بعلاوه میزان انرژی و توان ترانسمیترها بسیار بیشتر از ترانسدیوسرها است.

معمولا کمپانی های سازنده سنسور، مبدل و انتقال دهنده ها را بصورت یکجا و بصورت یک دستگاه می سازند.