ابزار دقیق چیست؟ لیست ابزار دقیق، آموزش فنی، کاربرد و قیمت
ابزار دقیق یکی از مهمترین و کاربردی ترین زیرشاخه‌های مهندسی کنترل و الکترونیک بشمار می‌آید که در تمام صنایع، از کوچک‌ترین کارگاه‌ها تا بزرگ‌ترین کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی، نقش کلیدی ایفا می‌کند. اما ابزار دقیق دقیقاً چیست و چرا در فرآیندهای صنعتی و تولیدی اهمیت بسیار بالایی دارد؟
در این مقاله از آداک فرآیند سپهر، با نگاهی جامع و دقیق، به بررسی مفاهیم اساسی، اصول پایه و کاربردهای گسترده و متنوع این تجهیزات در صنایع مختلف می‌پردازیم و اهمیت آن را در بهبود فرآیندهای صنعتی مورد ارزیابی قرار می‌دهیم.
ابزار دقیق چیست؟
ابزار دقیق به وسایل و حسگر‌های الکترونیکی و الکتریکی اطلاق می‌شود که برای کنترل و اندازه‌گیری دقیق کمیت‌های فیزیکی و شیمیایی در فرآیندهای صنعتی بکار می‌روند. تجهیزات ابزار دقیق با دقت بالا و قابلیت تکرارپذیری ساخته می‌شوند تا اندازه‌گیری بصورت صحیح و قابل اعتماد انجام شود. بزبان ساده، وقتی به کلمه دقیق اشاره شد، یعنی باید اندازه گیری، کنترل و ثبت مقادیر فرایندی با دقت بالایی انجام شود.
حسگر و ترانسمیترهای هوشمند با امکانات بهتر و دقت بالا، در صنایع نفت و گاز، داروسازی و خودروسازی بطور گسترده بکار گرفته شداند. علاوه بر این، فناوریهای جدیدی مانند اینترنت اشیا (IoT) امکان نظارت و کنترل فرآیندها را از راه دور فراهم کرده و کارایی سیستم‌های صنعتی را بطور چشمگیری افزایش داده است. مثلا: تشخیص مقدار دما، فشار، فلو یا جریان و چندین پارامتر دیگر و ارسال برای کنترل و مانیتورینگ آن فرسخ‌ها دورتر از محل نصب سنسور.
کار ابزار دقیق چیست؟
اساس کار تجهیزات ابزار دقیق در استفاده از حسگرها و تجهیزات برای اندازه‌گیری و کنترل ویژگی‌های مختلف مواد (خواص فیزیکی و شیمیایی) است. این تجهیزات معمولاً اطلاعات دقیق و قابل اعتمادی از متغیرهای مورد اندازه‌گیری فراهم می‌کنند، که این اطلاعات برای تصمیم‌گیری و کنترل فرایندها در صنایع مختلف استفاده می‌شود.
یعنی استفاده از تجهیزات سنجش با دقت بالا برای اندازه‌گیری مقادیر مختلف فیزیکی و شیمیایی مواد. هدف اصلی این عملیات، بدست آوردن اطلاعات دقیق و قابل اعتماد از متغیرهای مورد اندازه‌گیری و نهایتا کنترل و ذخیزه سازی آنها است.
لیست تجهیزات ابزار دقیق کدام‌ها هستند؟
بطور کلی دستگاه‌های ابزار دقیق به 9 دسته اصلی تقسیم می‌شوند.
سنسورها و ترانسمیترهای اندازه‌گیری (دما، فشار، فلو، سطح، رطوبت، چگالی، گازها و سرعت)
کنترلرها
دستگاه‌های انتقال داده و ارتباطی
نمایشگرها
دیتالاگرها
تجهیزات کالیبراسیون و تست
شیرها و محرک‌ها
تجهیزات تشخیص گاز و آتش F&G و ایمنی
تجهیزات ضد انفجاری
نرم افزار‌های مدیریت داده
سنسور و ترانسمیترهای اندازه‌گیری به نوبه خود ابزارهای وسیعی از این تجهیزات هستند، بررسی جدول زیر در جهت شناخت کلی این بخش ضرروری است.
انواع سنسور و ترانسمیتر ابزار دقیق
نوع اندازه‌گیریانواع
دماترموکوپل – RTD – ترمیستور – ترانسمیتر دما – پایرومتر – دماسنج مادون قرمز – ترمومتر مایع در شیشه
فشارمانومتر – ترانسمیتر فشار – گیج فشار – سوئیچ فشار – ترانسدیوسر فشار
دبیفلومترهای مکانیکی – التراسونیک – مغناطیسی – جرمی کوریولیس – ونتوری
تشخیص سطحلول گیج – لول ترانسمیتر اولتراسونیک – لول ترانسمیتر راداری – لول سوئیچ خازنی و دیاپازونی – لول ترانسمیتر دیفرانسیلی – لول سوئیچ شناوری
رطوبت و نقطه شبنمرطوبت سنج خازنی، مقاومتی – ترانسمیتر رطوبت – نقطه‌شبنم‌سنج – رطوبت سنج روان‌سنج
چگالی و ویسکوزیتهدانسیمتر – ویسکوزیمتر – چگالی سنج نوری
سرعت و ارتعاشتاکومتر – حسگر سرعت خطی – حسگر ارتعاش – شتاب سنج
ترانسمیتر Transmitter
ترانسمیترها هم متغیر موردنظر را اندازه گیری می‌کنند و هم یک خروجی استاندارد الکتریکی مانند جریان 4 الی 20 میلی آمپری ارائه می‌کنند. این خروجی سپس در نمایشگر، سیستم های PLC و یا سایر ابزار های کنترلی تفسیر و از آن استفاده می‌شود.
کنترلر Controller
سیستم کنترلر مبتنی بر PLC (تجهیزات ابزاردقیق)
کنترلر در حقیقت یک مدار الکترونیکی است که در جهت کنترل مقادیر ورودی و خروجی استفاده می‌شود. کنترلر با توجه به مقادیر اندازه گیری شده، می‌تواند سیستم را کنترل کرده و دستورهای از پیش تعریف شده برای پیشبرد فرآیند صادر کند. مثالی بارز برای کنترلرها، میتوان به انواع PLCها اشاره نمود.
ترانسدیوسر Transducer
ترانسدیوسر از تجهیزات ابزار دقیق
ترانسدیوسرها برای تبدیل مقادیر اندازه گیری شده به سیگنال الکتریکی کاربرد دارند. در حقیقت، ترانسدیوسر خود نمی‌تواند متغیری را اندازه گیری کند؛ بلکه صرفا برای تبدیل سیگنال کاربرد دارد. مثلا سیگنال حاصل از یک ترموکوپل را در نظر بگیرید. یک ترانسدیوسر می‌تواند این سیگنال را از حد میلی ولت به یک سیگنال 20mA-4 تبدیل کرده و منتقل نماید؛ اما دخالتی در امر اندازه گیری ندارد.
رکوردر Recorder & Datalogger
دیتا لاگر
رکوردر یا دیتا لاگر از تجهیزات ابزار دقیق هستند که برای ذخیره اطلاعات و مقادیر اندازه گیری شده کاربرد دارند. بعبارتی دیتا لاگر (Data Logger) به دستگاهی گفته می‌شود که برای ذخیره‌سازی داده‌هایی که از سنسور ها، دستگاه‌های اندازه‌گیری و سایر منابع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها بصورت معمول با استفاده از حافظه‌های داخلی یا کارت حافظه(مموری)، اطلاعات را ذخیره کرده و بحالت دوره‌ای با استفاده از روش‌های انتقال داده مانند USB، Ethernet یا Wi-Fi به دستگاه‌های دیگر انتقال می‌دهند.
مثلا تصور کنید که می‌خواهید با ثبت مقادیر اندازه گیری شده یک ماهه توسط یک یا چند سنسور، عملکرد سیستم را بررسی کنید. در این حالت، شما به یک رکوردر نیاز خواهید داشت. از نکات بسیار مهم در انتخاب یک رکوردر تعداد ورودی‌ها و فضای حافظه آن می‌باشد.
دیتا لاگرها بعنوان یکی از ابزارهای مهم در زمینه‌های مختلفی مانند اتوماسیون صنعتی، کنترل فرآیند، پایش محیطی و علوم پزشکی استفاده می‌شوند. همچنین، دیتا لاگرها برای جمع‌آوری و ذخیره‌سازی داده‌های محیطی مانند دما، رطوبت، فشار، جریان و سطح نیز استفاده می‌شوند.
نمایشگر Display در ابزار دقیق
همانطور که از نامشان پیداست، کار نمایشگر دریافت سیگنال الکتریکی از سنسور یا ترانسمیتر و تبدیل آنها به مقادیر قابل درک و نهایتا نمایش آنها بصورت عدد یا گرافیک است. برخی از نمایشگرها قابلیت برنامه ریزی نیز دارند که با استفاده از آنها شما قادر خواهید بود پارامترهای خاصی را تعریف کرده و با استفاده از مقادیر ورودی، امر کنترل را نیز انجام دهید.
در ادامه لیست و اسامی ابزار دقیق برحسب کاربرد را نام برده و هرکدام را شرح می‌دهیم. با ما همراه باشید!
انواع تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون بر حسب کاربرد
ترموکوپل
ترانسمیتر دما
ترانسمیتر فشار
پرشر سوئیچ
سنسور فشار مذاب
سطح سنج
فلومتر
دتکتور گازی
شیر یا ولو
سنسور پراکسیمیتی
حال که با مهمترین انواع این ابزار ها در صنعت آشنا شدیم، شاید برایتان سوال باشد که معروف‌ترین و پرکاربردترین تجهیزات ابزار دقیق کدامند؟ بدلیل گستردگی متغیرها و تکنولوژی و ابزارهای مختلف موجود برای اندازه گیری هرکدام از آنها، دسته بندی یکجای تمامی این وسایل بسیار دشوار خواهد بود؛ ولی ما در آداک فرآیند سپهر پرکاربردترین ابزارهای دقیق را در ادامه بزبان ساده به شما خواهیم گفت تا با کارکرد هرکدام آشنا شوید!
مهمترین تجهیزات اندازه گیری دما
دما یکی از مهمترین متغیرهایی است که در صنعت بایستی بطور دائم تحت نظارت بوده و مقادیر آن در رنج نرمال نگه داشته شود. بسته به موارد مختلفی مانند شرایط محیط و نیز دمای مدنظر میتوان برای اندازه گیری دما از تجهیزات مختلفی استفاده نمود. چند نمونه از این تجهیزات اندازه‌گیری دما را با هم بررسی می‌کنیم.
ترموکوپل Thermocouple
ترموکوپل از تجهیزات پر کاربرد ابزار دقیق در اکثر صنایع
ترموکوپل‌ها از پرکاربردترین سنسورها برای اندازه گیری دما هستند. ترموکوپل ها از نوع غیرتماسی بوده و می‌توانند رنج وسیعی از دماها را اندازه گیری کنند. ترموکوپل ها دارای تیپ‌های مختلفی هستند؛ مثلا انواع R – S – B دارای قابلیت اندازه‌گیری دما در محدوده (200-) الی (1800) بوده و انواع L – K- J قابلیت اندازه‌گیری دما در محدوده (180-) الی (1000) درجه سلسیوس را دارند. همانطور که می‌بینید، هر کدام از تیپ‌ها می‌توانند دما را در بازه مشخصی اندازه گیری کنند.
از معایب ترموکوپل‌ها میتوان به غیرخطی بودن خروجی آنها نسبت به دما اشاره کرد. اما این موضوع به چه معناست؟ تصور کنید که تفاوت ولتاژ خروجی ترموکوپل در دمای 100 و 200 درجه سلسیوس برابر 0/1 ولت باشد. این تفاوت در ولتاژ بین دمای 1000 و 1100 بسیار کمتر از 0/1 ولت خواهد بود. بعبارتی نمودار خروجی نسبت به دما در ترموکوپل‌ها بشکل خطی نبوده و حالت لگاریتمی دارد. به همین خاطر، برای نظارت دقیق استفاده از کالیبراتور در اولویت است.
ترانسمیتر دما Temperature Transmitters
ترانسمیترهای دما نیز از دسته پرکاربرد تجهیزات ابزار دقیق هستند که وظیفه تبدیل سیگنال‌های الکتریکی از ترموکوپل را به سیگنال استاندارد را برعهده دارند. همانطور که می‌دانید، سیگنال خروجی از ترموکوپل در حد میلی ولت بوده و به هیچ‌وجه برای انتقال مناسب نیستند.
ترانسمیترهای دما می‌توانند این مشکل را حل کنند. ترانسمیتر دما می‌تواند بصورت دو سیمه، سه سیم و چهار سیم عمل کند. در حالت دو سیم، ترانسمیتر دارای دو سیم خروجی است که یک سیم آن به پایه منفی منبع تغذیه و سیم دیگر به دستگاه کنترلی متصل می‌شود. در حالت سه سیمه، یک سیم آن با سیم منفی منبع تغذیه و سیم دیگر با سیم مثبت منبع تغذیه و سیم دیگر به دستگاه کنترلی متصل می‌شود. در حالت چهار سیمه، دو سیم خروجی به سیم منبع تغذیه و دو سیم دیگر به دستگاه کنترلی متصل می‌شود.
این دستگاه‌ها معمولاً دارای ورودی سنسور دمایی مانند رزیستانس دما، ترموکوپل یا ترمیستور هستند و سیگنال خروجی آنها بشکل سیگنال جریان یا ولتاژ است که باید به سیگنال استاندارد مانند 4 الی 20 میلی آمپر یا 10-0 ولت تبدیل شود. ترانسمیتر دما علاوه بر تبدیل سیگنال دما به سیگنال استاندارد، امکانات دیگری نیز دارد که میتوان به: تنظیم محدوده خروجی، امکان کالیبراسیون، تشخیص خطا و تعیین مقدار حداکثر و حداقل دما اشاره کرد.با استفاده از ترانسمیتر دما، دقت اندازه‌گیری دما افزایش می‌یابد و در نتیجه، کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی بهبود می‌یابد.
همچنین، با استفاده از ترانسمیتر دما، مشکلاتی مانند تداخل الکترومغناطیسی و تاثیر تغییرات دما در سیستم کنترل کاهش می‌یابد. ترانسمیتر دما می‌تواند بحالت آنالوگ یا دیجیتال عمل کند. در حالت آنالوگ، سیگنال خروجی می‌تواند ولتاژی یا جریانی با مقدار متناسب با دمای اندازه‌گیری شده باشد. در حالت دیجیتال، سیگنال خروجی بصورت دیجیتال با استفاده از پروتکل‌هایی مانند HART، FOUNDATION Fieldbus، PROFIBUS PA و یا MODBUS RTU ارسال می‌شود.
ترانسمیتر دما می‌تواند بعنوان یک ابزار مهم در بسیاری از صنایع استفاده شود، از جمله صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع دارویی و غیره. یکی از شناخته‌شده‌ترین برندها در زمینه تولید ترانسمیترهای دما، برند PR است که از شهرت جهانی در این زمینه برخوردار است.
فشار یکی دیگر از متغیرهای مهم در صنعت است. برخی از این تجهیزات برای اندازه‌گیری فشار در یک مخزن کاربرد دارند. همانطور که می‌دانید، اندازه‌گیری فشار در جامدات مفهوم ندارد، بنابراین از این نوع ترانسمیترها در مخازنی استفاده می‌شود که دارای گاز، بخار، مایع و یا مخلوطی از این موارد باشند. در ادامه مهمترین انواع ترانسمیترهای فشار را بررسی خواهیم نمود.
پرشر ترانسمیتر (ترانسمیتر فشار) Pressure Transmitter
تجهیزات ابزار دقیق برای اندازه گیری فشار
ترانسمیترهای فشار دقیق ترین و مهمترین ابزارهای موجود برای اندازه‌گیری فشار هستند؛ بهمین دلیل معمولا در جاهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که اندازه‌گیری دقیق فشار از اهمیت خاصی برخوردار است. پرشر ترانسمیترها از جمله پراستفاده‌ترین تجهیزات در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی هستند. استفاده از ترانسمیتر فشار در مخازن LPG بسیار ضروری است تا حد فشار درون مخزن همیشه در سطح نرمال باقی بماند.
منبع : ابزار دقییق چیست