مهندسی ابزار دقیق چیست؟

مهندسی ابزار دقیق چیست؟ اجزاء و نمونه ابزار دقیق
  • 30 خرداد 1402
  • زمان مطالعه : 15 دقیقه
  • نویسنده : سمیرا شیری
  • تعداد بازدید : 379

طبق تعریف ، مهندسی ابزار دقیق، شاخه ای است که اندازه گیری و کنترل پارامترهای مختلف و سیستم های مرتبط با آنها را بررسی می کند.

ابزار دقیق چیست؟

به بیان ساده، بگذارید بگویم که نمونه کامل ابزارسازی بدن ما است. یکی از این مثال های خاص این است که چگونه بدن ما دما را تنظیم می کند. برای اینکه ما سالم بمانیم دمای بدن ما باید بین 970 فارنهایت و 990 فارنهایت باشد. بنابراین بدیهی است که کسی دائماً این دما را زیر نظر دارد و آن را حفظ می کند.

اما کیست؟ یک کنترلر وظیفه آن این است که به طور مداوم مقدار اندازه گیری را با یک نقطه تنظیم مطابقت دهد و سپس یک خروجی اصلاحی برای برآورده کردن نیازهای ما ارائه دهد. در مورد ما، هیپوتالاموس کنترل کننده ای است که دمای بدن ما را تنظیم می کند. ببینیم چطور ، محیط گرم باعث می شود که هیپوتالاموس سیگنال هایی را به غدد عرق ارسال کند و باعث تعریق و خنک شدن شما شود. و در حالت عکس، زمانی که احساس سرما می کنید، سیگنال هایی به عضلات شما می فرستد که گرما ایجاد می کنند.

اجزای ابزار دقیق

به همین ترتیب، در هر فرآیند شیمیایی یا نیروگاهی، پارامترهای زیادی وجود دارد که باید به طور موثر اندازه گیری و کنترل شوند تا نتایج مطلوب حاصل شود. همانطور که در بدن ما دما، فشار خون، قند و غیره داریم. در صنایع برای به دست آوردن کنترل موثر و به دست آوردن محصول مورد نظر باید به پارامترهای ذکر شده در زیر توجه کنیم.

  • جریان

  • مرحله

  • فشار

  •  درجه حرارت

  • آنالایزرها

اجزای ابزار دقیق

از آنجایی که اصطلاح "Instrumentation" با Instruments شروع می شود، اجازه دهید ابتدا آن را تعریف کنیم. ابزار وسیله ای است که به اندازه گیری هر یک از پارامترهای فرآیند کمک می کند. سوپاپ ها، ترموکوپل ها، فرستنده ها، آنالایزرها و غیره نمونه های معمولی ابزار هستند. این ابزارها جزء ضروری طراحی سیستم های ابزار دقیق و کنترل در نیروگاه ها و فرآیندها هستند. برای نظارت و کنترل رفتار سیستم، مهندسان به مقادیر نمایش داده شده در چنین ابزارهایی وابسته هستند

سه جزء اصلی در هر چرخه ابزار دقیق وجود دارد که فعالیت حفظ و کنترل پارامترهای فرآیند را به طور موثر انجام می دهد:

  • سنسور

  • کنترل کننده

  • عنصر کنترل نهایی

ابزار دقیق اساساً کاربرد ابزارهایی برای آزمایش، اندازه گیری و کنترل فشار، دما، جریان، چگالی، سرعت، نیرو، pH، رطوبت یا هر متغیر فرآیند دیگری از یک سیستم به درستی تعریف شده است. هر پارامتر را می توان از طریق یک سنسور اندازه گیری کرد که بر اساس اصول مختلف است و می تواند بر اساس کاربرد فرآیند انتخاب شود. اجازه دهید ابتدا مفهوم سنسور را روشن کنیم. حسگرها وسایلی هستند که انرژی فیزیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. از سنسورها در زندگی روزمره ما نیز استفاده می شود. ژیسر، دماسنج و ...

مهمترین نقش یک مهندس ابزار دقیق انتخاب سنسور مناسب برای کاربرد مناسب است. و این به عوامل زیادی از جمله بستگی دارد :

  1. خدمات رسانه اندازه گیری چیست؟
  2. خروجی مورد نظر چیست؟
  3. حالت انتقال مورد نیاز چیست؟
  4. آیا باید از نوع تماسی باشد یا غیر تماسی؟
  5. چه نوع اصولی با نیازهای ما مطابقت دارد؟

نمونه ای از ابزار دقیق

مرحله بعدی بعد از سنسور فرستنده می آید. یک خط بسیار نازک بین سنسورها و فرستنده ها وجود دارد که اکثر مردم تمایل دارند از آن چشم پوشی کنند. همانطور که قبلا گفته شد، حسگرها وسایلی هستند که انرژی فیزیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. فرستنده ها دستگاه هایی هستند که سیگنال الکتریکی را به سیگنال ابزار دقیق که 4-20ma است تبدیل می کنند. فرستنده ها و سنسورها معمولاً در یک مجموعه قرار می گیرند که سیگنال را بر اساس مشخصات آن اندازه گیری و ارسال می کند.

سیگنال از سنسور به یک سیستم کنترل کننده مانند PLC/DCS ارسال می شود. این سیستم ها مغز فرآیند هستند که با فرمول هایی برای تولید خروجی های مورد نظر تغذیه می شوند. یک نقطه تنظیم یعنی مقدار مورد نظر یک پارامتر خاص به این کنترل کننده داده می شود. سپس کنترلر آن را با مقداری که توسط سنسور اندازه گیری می شود مقایسه می کند. بر اساس تفاوت بین مقدار اندازه گیری و نقطه تنظیم، کنترل کننده یک خروجی اصلاحی تولید می کند.

این خروجی به یک عنصر کنترل نهایی ارسال می شود که اقدامات اصلاحی را برای مطابقت با نقطه تنظیم داده شده توسط کاربر و مقدار اندازه گیری شده توسط سنسور انجام می دهد. در یک سیستم کنترل، یک عنصر کنترل نهایی یک وسیله مکانیکی است که فرآیند را برای مطابقت با نقطه تنظیم و مقدار اندازه گیری تغییر می دهد. به عنوان مثال، سوپاپ ها، دمپرها، دروازه ها. این چرخه باید به طور مداوم ادامه یابد تا محصول مورد نظر به دست آید.

جدا از دستیابی به خروجی و سطح تولید مطلوب، چیزی که یک مهندس ابزار دقیق باید به آن توجه کند، ایمنی کارخانه است. عدم مراقبت مناسب از سیستم ها و نادیده گرفتن هنجارهای ایمنی می تواند منجر به رویدادی مانند تراژدی گاز بوپال شود. حتی اگر همه چیز در یک فرآیند خودکار کار می کند، درک ضررهای فاجعه بار در صورت توقف ناگهانی سیستم خودکار بسیار مهم است. باید به اندازه کافی اینترلاک، آلارم ایمنی و سفرهای ایمنی در سیستم وجود داشته باشد تا از خطاهای ابزاری و انسانی جلوگیری شود.

یک مطالعه HAZOP – مطالعه خطر و عملیات توسط گروهی از متخصصان از جمله مهندسان فرآیند، مهندسان ابزار دقیق و مهندسان ایمنی انجام می شود تا از سطوح ایمنی مورد نیاز در یک کارخانه فرآیند قبل از شروع طراحی کارخانه اطمینان حاصل شود. در کنار HAZOP، مطالعات مختلفی مانند LOPA، محاسبات درونی و غیره وجود دارد که بعد از HAZOP انجام می شود. این مقدمه کوتاهی بود برای اینکه Instrumentation Engineering چیست. هر موضوعی که در اینجا ذکر می شود ریشه های خاص خود را دارد و در مقالات بعدی به طور عمیق توضیح داده خواهد شد.

نمونه ای از ابزار دقیق

بیایید سعی کنیم آنچه را که در بالا خواندیم با یک مثال درک کنیم.

یک سیستم ابزار دقیق

فرض کنید یک مخزن دارید که سطح آن باید به گونه ای حفظ شود که آب داخل مخزن نباید از 75 درصد ارتفاع مخزن بالاتر برود. اکنون مانند این تصویر (شکل 2) یک سنسور سطح را در بالای مخزن نصب کردیم. این سنسور به گونه ای کالیبره می شود که زمانی که آب به نقطه تنظیم مورد نظر می رسد را حس کند. در اینجا نقطه تنظیم 75 درصد مخزن است. با رسیدن آب به نقطه تنظیم مورد نظر، سیگنالی را به کنترل کننده ارسال می کند.

اکنون کنترل کننده یک خروجی اصلاحی تولید می کند و آن را به عنصر کنترل نهایی که در این حالت شیر ​​است می فرستد. از آنجایی که آب بیشتر از نقطه تنظیم شده است، دریچه باز می شود و آب در مخزن تا زمانی که به زیر 75 درصد ارتفاع مخزن برسد، تخلیه می شود. این با نوسانات سطح آب در مخزن ادامه خواهد داشت. راه‌های زیادی برای بهینه‌سازی فرآیند در زیر وجود دارد که در مقاله‌های آینده با آن‌ها آشنا خواهیم شد.

از این رو، به طور کلی، مهندسی ابزار دقیق یک شاخه مهندسی تخصصی برای مطالعه اصول ابزارهای اندازه گیری مورد استفاده در طراحی و پیکربندی سیستم های خودکار در حوزه های برق، الکترونیک و پنوماتیک و غیره است. اکثر مهندسین ابزار دقیق در صنایع اتوماسیون و کنترل کار می کنند. از فرآیندها سیستم های ابزار دقیق و کنترل سیستم ها را برای افزایش بهره وری، قابلیت اطمینان، ایمنی و پایداری بهینه می کنند. چندین دستگاه مانند ریزپردازنده ها، میکروکنترلرها یا PLC ها برای اندازه گیری و کنترل پارامترهای سیستم استفاده می شوند.

با تشکر از شما برای خواندن! نظرات خود را در مورد این پست در بخش نظرات زیر به اشتراک بگذارید! به من اطلاع دهید که می خواهید در مورد چه چیزی بیشتر بدانید!


 

 
اشتراک

0 نظرات

پاسخ دهید