ابزار دقیق چیست؟

به ابزارهایی که جهت نشان دادن، اندازه‌گیری و ثبت کمیت های فیزیکی استفاده می‌شوند، ابزار دقیق گفته می شود. این شاخه به دلیل وجود سنسورهای الکتریکی، ترانسمیترها و کنترل‌کننده‌ها زیر شاخه ای از تجهیزات برق و الکترونیک می باشد. ابزار دقیق را می توان بر اساس ماهیتی که اندازه گیری می کنند، دسته بندی کرد.

ابزار دقیق مربوط به دما مثل کنترلر دما، ترانسمیتر دما و ترمومتر یا نمایشگر دما

ابزار اندازه‌گیری و کنترل دقیق فشار

فلومتر یا سنجش جریان سیالات، انتقال مقادیر جریان یا کنترل آن

ابزار سطح سنجی یا اندازه‌گیری سطح مواد درون مخازن و کنترل دقیق آن‌ها

ابزار سرعت سنجی

ابزار رطوبت سنجی

و …

مهندسی ابزار دقیق زیر شاخه‌ای از مهندسی کنترل است، که با بهره‌گیری از ابزارهای اندازه‌گیری به کنترل کمیت‌های فیزیکی می‌پردازد. مهندسی ابزار دقیق به‌طور گسترده به طراحی و کنترل سیستم‌های صنعتی نظیر سنسورها، ترانسمیترها، دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترل‌کننده‌ها، می‌پردازد. در این مطلب به معرفی انواع ابزار دقیق رایج و پرکاربرد در صنعت می پردازیم.

سنسورهای القایی و خازنی

برای تشخیص اجسام در فاصله های کوتاه استفاده از سنسورهای القایی و سنسورهای خازنی بسیار پر کاربرد می باشد، این دو نوع سنسور با عملکرد های متفاوت و شرایطی که دارند هر کدام برای مصارف و ویژگی های خاصی مناسب هستند.

عملکرد سنسور های القایی بر مبنای سیم پیچ داخلی آن ها می باشد که یک میدان مغناطیسی در اطراف سنسور ایجاد می کند، این سنسورها با قرار گرفتن جسم فلزی در نزدیکی خود و در فاصله مناسب در بخش گیرنده خود آشفتگی و تغییرات در میدان مغناطیسی القایی را دریافت کرده و به این ترتیب نزدیک شدن جسم فلزی به سنسور القایی را احساس می کنند و در نتیجه آن فرمان مناسب در مدار صادر خواهد شد.

سنسورهای خازنی بر اساس تغییر دی الکتریک بین دو صفحه فلزی عمل می کند به این ترتیب که هوا با ضریب دی الکتریک 1 به عنوان مبنا می باشد و هرگاه جسمی با ضریب دی الکتریک بیشتر (معمولا بالاتر از 2) در مجاورت سنسور قرار بگیرد این سنسورها فرمان مجاورت و نزدیکی را صادر می کنند، سنسورهای خازنی علاوه بر فلزات قابلیت تشخیص اجسام غیر فلزی و حتی تشخیص سرعت حرکت سیال را نیز دارا می باشند که این اساسی ترین تفاوت سنسورهای القایی و سنسورهای خازنی می باشد. سنسورهای القایی و خازنی با توجه به قیمت مناسبی که دارند بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

سنسورهای فشار

به زبان ساده سنسور فشار وسیله یا ابزاری است که قادر است فشار گازها یا مایعات را اندازه گیری کند. هر سنسور فشار از یک عنصر حساس به فشار که می تواند فشار اعمال شده را حس کرده و اجزایی برای تبدیل اطلاعات آن به سیگنال الکتریکی خروجی تشکیل شده است. یک سنسور فشار بر اساس اندازه گیری فشار اعمال شده سیگنالی تولید می کند.

انواع مختلفی از سنسور فشار در ابزار دقیق وجود دارد، یکی پرشر سوئیچ و دیگری مبدل فشار که به آن ترنسمیتر فشار نیز گفته می شود.

پرشر سوئیچ قطعه ای است که فشار واقعی را محاسبه نمی کند بلکه بر این اساس طراحی شده است که با قرار گرفتن فشار در محدوده ای مشخص فرمان قطع یا وصل یک سوئیچ صادر می شود. پرشر سوییچ ها به دلیل زمان پاسخ سریع خود به خوبی شناخته شده هستند و قابلیت اعتماد بالا همراه با  عمر کاری طولانی را ارائه می دهند. سوئیچ های فشار نسبت به سایر دستگاه های سنجش فشار قیمت پایین تری دارند. یکی از موارد استفاده از آن ها در پمپ های آب خانگی با فشار ثابت است.

مبدل فشار (پرشر ترنسمیتر) از طریق خروجی آنالوگ یا دیجیتال بازخورد فشار واقعی سیستم را ارائه می دهد. مبدل‌های فشار معمولاً گران‌تر از پرشر سوئیچ‌ها هستند اما در بازه کاری گسترده تر و دقیق تری کار میکنند. مبدل های فشار قادر به مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی هستند و در برابر آب و خاک مقاوم هستند. مبدل های فشار برای کاربردهای صنعتی و کاربردهای خودرویی که دقت و استحکام بالایی را نیاز دارند مناسب هستند. یکی از موارد پرکاربرد پرشر ترانسمیترها در بوستر پمپ ها می باشد.

انواع اینکدر

به زبان ساده، اینکدر یک دستگاه اندازه گیری است که بازخورد یا فیدبک ارائه می کند. اینکدر ها موقعیت را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند که می تواند توسط برخی از انواع دستگاه های کنترل در یک سیستم کنترل حرکت، مانند شمارنده یا PLC خوانده شود. اطلاعات ارسال شده از اینکدر می تواند برای تعیین موقعیت، شمارش، سرعت یا جهت استفاده شود. دستگاه کنترل کننده می تواند از این اطلاعات برای ارسال فرمان برای یک عملکرد خاص استفاده کند.

اینکدرها از فناوری‌های مختلفی برای ایجاد سیگنال استفاده می‌کنند، از جمله: مکانیکی، مغناطیسی، مقاومتی و نوری، که رایج‌ترین آن ها نوری است. در سنجش نوری، اینکدر یا رمزگذار بازخوردی را بر اساس قطع شدن نور ارائه می کند.

عبور نور از سوراخ های مشخصی که در محل های تعریف شده قرار دارند توسط یک گیرنده حس شده و بر موقعیت مکانی و شرایط خاص آن سوراخ، موقعیت مکانی برای سیستم تعریف می شود که با استفاده از تغییرات این موقعیت مکانی می توان به سرعت و شتاب نیز دست یافت.

در تعریف کلی می توان در ابزار دقیق اینکدر را به عنوان سیستمی تعریف کرد که با دریافت تعدادی ورودی آن ها را به خروجی با تعداد کمتر تبدیل می کند که این عمل رمز گذاری نامیده می شود به همین دلیل به این قطعات اینکدر یا رمزنگار گفته می شود. اینکدر ها در انواع خطی مانند بال اسکرو و دوار مانند سروموتور ها بسیار پر کاربرد می باشند و با توجه به تعداد پالس خروجی در هر سانت یا دور دقت و قیمت متفاوتی دارند. یکی از موارد بسیار پر کاربرد آن ها در دستگاه های تراش  CNCمی باشد.

ترموکوپل ها

ترموکوپل یا دماپا سنسوری در ابزار دقیق است که برای اندازه گیری دما استفاده می شود. ترموکوپل ها از دو پایه ساخته شده که از فلزات ناهمسان تشکیل شده اند. پایه های فلزی در یک انتها به هم جوش داده می شوند و یک اتصال ایجاد می کنند. این محل اتصال جایی است که دما اندازه گیری می شود. هنگامی که محل اتصال دچار تغییر دما می شود، جریان الکتریکی ایجاد می شود به این پدیده اثر سیبک گفته مشود که اساس کار ترموکوپل ها است. سپس جریان را می توان با استفاده از جداول مرجع ترموکوپل برای محاسبه دما تفسیر کرد.

انواع مختلفی از ترموکوپل ها وجود دارد که هر کدام از نظر محدوده دما، دوام، مقاومت در برابر لرزش، مقاومت شیمیایی و سازگاری یا کاربرد، ویژگی های منحصر به فرد خود را دارند. نوع J، K، T و E ترموکوپل‌های «فلز پایه»، رایج‌ترین انواع ترموکوپل‌ها هستند. ترموکوپل‌های نوع R، S و B، ترموکوپل‌های «متال نوبل» هستند که در کاربردهای دمای بالا استفاده می‌شوند (برای جزئیات به محدوده دمایی ترموکوپل مراجعه کنید.)

ترموکوپل ها در بسیاری از کاربردهای صنعتی، علمی و عملیاتی استفاده می شوند. آنها را تقریباً در تمام بازارهای صنعتی می توان یافت: تولید برق، نفت/گاز، داروسازی، بیوتکنولوژی، سیمان، کاغذ و خمیر کاغذ، و غیره.

ترموکوپل ها معمولاً به دلیل قیمت پایین، عدم محدودیت دمای بالا، محدوده دمایی وسیع و ماهیت بادوام بسیار کاربردی می باشند.

سنسور رطوبت

سنسور رطوبت یک دستگاه الکترونیکی است که رطوبت محیط خود را اندازه گیری می کند و یافته های آن را به سیگنال الکتریکی مربوطه تبدیل می کند. سنسورهای رطوبت در ابزار دقیق از نظر اندازه و عملکرد بسیار متفاوت هستند. برخی از سنسورهای رطوبت را می توان در دستگاه های دستی (مانند تلفن های هوشمند) یافت، در حالی که برخی دیگر در سیستم های تعبیه شده بزرگتر (مانند سیستم های نظارت بر کیفیت هوا) ادغام شده اند. سنسورهای رطوبت معمولاً در صنایع هواشناسی، پزشکی، خودرو، HVAC و صنایع تولیدی استفاده می شوند.

سنسورهای رطوبت را می توان به دو گروه تقسیم کرد، زیرا هر دسته از روش متفاوتی برای محاسبه رطوبت استفاده می کنند: سنسورهای رطوبت نسبی (RH) و سنسورهای رطوبت مطلق(AH)

رطوبت نسبی با مقایسه میزان رطوبت لحظه ای در یک دمای معین با حداکثر مقدار رطوبت هوا در همان دما محاسبه می شود. بنابراین حسگرهای RH باید دما را اندازه گیری کنند تا رطوبت نسبی را تعیین کنند. در مقابل، سنسورهای رطوبت مطلق (AH) مستقل از دما صرفا میزان بخار آب در هوا رااندازه گیری می کنند.

دو سنسور معمولی RH سنسورهای رطوبت خازنی و مقاومتی هستند. حسگرهای خازنی از دو الکترود برای نظارت بر ظرفیت (یعنی توانایی ذخیره بار الکتریکی) یک نوار فلزی نازک بین آنها استفاده می کنند. ظرفیت خازن با سرعت افزایش یا کاهش رطوبت در محیط متناسب میباشد. اختلاف شارژ (ولتاژ) ایجاد شده در اثر افزایش رطوبت، تقویت شده و برای پردازش به رایانه تعبیه شده ارسال می شود. سنسورهای رطوبت مقاومتی بر اساس اصول متفاوتی کار می کنند. این سنسورها از یک شانه پلیمری کوچک استفاده می‌کنند که با تغییر رطوبت، اندازه آن افزایش و کاهش می‌یابد، که مستقیماً بر توانایی سیستم برای ذخیره شارژ تأثیر می‌گذارد.

تایمر و کانتر

تایمرها و کانترها قطعات الکترونیکی هستند که در انواع دیجیتال و آنالوگ  قابل برنامه ریزی و ثابت بسته به نوع کاربری و طراحی سیستم مورد استفاده می گیرند و در سیستم های ساده که نیاز به  PLCنباشد بسیار کاربردی و مقرون به صرفه می باشند، به طوری که امروزه به صورت گسترده در بخش های مختلف صنعتی و خانگی به کار گرفته می شوند از جمله؛ در گلخانه ها، مرغداری ها، دامداری ها، مغازه ها و فروشگاه ها، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی کاربرد های گوناگونی دارند.

نمایشگرهای تابلویی

هر آنچه در تابلو برق اتفاق می افتد درصورتی برای اپراتور قابل درک و مشاهده است که بر روی یک صفحه نمایش نشان داده شود، از این رو از نمایشگرهای تابلویی استفاده می شود تا عملکرد ها و شاخصه های مختلف را بتوان به وسیله آن ها نمایش داد.

نمایشگر های تابلویی که امروزه در ابزار دقیق اغلب دیجیتال هستند در انواع گوناگونی طراحی شده اند تا پارامتر های مختلفی را بسته به نیاز طراح تابلو نمایش دهند.

از جمله مرسوم ترین نمایشگر های تابلویی مربوط به نمایش ولتاژ، آمپر، دما و رطوبت و زمان هستند ولی می توان نمایشگرهایی برای سایر پارامتر ها نیز استفاده نمود.

بسیاری از مشکلات پیش آمده در سیستم قدرت توسط نمایشگرها قابل رویت می باشند و به خصوص توسط نمایشگرهای جریان(آمپرمترها) می توان جریان های نشتی یا اضافه جریان کشیده شده توسط موتورهای الکتریکی را تشخیص داد و نسبت به رفع به موقع مشکل اقدام نمود.

کنترلر دما و فشار

در سیستم های مختلف الکترومکانیکی در بسیاری موارد نیاز است تا پارامتر های مهمی از جمله دما و فشار تحت کنترل باشند و در صورتی که این مقادیر از محدوده های مشخصی خارج شوند عملکرد های مختلفی فرمان داده شوند، برای این مورد از کنترلر دما یا بر حسب اقتضا از کنترلر فشار استفاده می شود.

مثلا در یک کوره می توان با استفاده از ابزار دقیق، تنظیم کرد اگر دما از مقدار مشخصی کمتر شد هیتر روشن شود و اگر دما از مقدار دیگری بیشتر شد هیتر خاموش شود. به این ترتیب با خاموش و روشن شدن هیتر در محدوده های تعریف شده می توان دمای کوره را در یک محدوده دلخواه ثابت نگه داشت.

در مورد کنترلر فشار نیز به همین ترتیب می توان فشار را در یک محدوده دلخواه کنترل نمود.

یکی از کاربرد های مهم این سنسور ها، در سیستم های تهویه مطبوع یا HVAC می باشد.

این نوع کنترلر ها معمولا در انواع مختلفی وجود دارند که برخی تنها یک سیستم را کنترل می کنند و برخی می توانند به طور هم زمان چند مجموعه را تحت کنترل داشته باشند.

امیدواریم مطلب « ابزار دقیق چیست » مورد توجه شما قرار گرفته باشد. در صورتی که این مطلب مفید بود، از این لینک می توانید مطالب متنوع بیشتری در آتورمگ مطالعه کنید.