ابزار دقیق و کاربرد آن در صنعت

ابزار دقیق یک اصطلاح جمعی برای اندازه گیری ابزار است که برای نشان دادن، اندازه گیری و ثبت کمیت های فیزیکی استفاده می شود. این اصطلاح ریشه در هنر و علم ساخت ابزار علمی دارد. این علم تقریباً در هر فرآیند صنعتی و سیستم تولیدی، جایی که عملیات ثابت و قابل اعتماد مورد نیاز است، استفاده می شود.
این علم برای طراحی، تجهیز و استفاده از ابزارهای اندازه گیری در تعیین شرایط واقعی در فرآیند یک کارخانه مانند مشاهده، اندازه گیری و کنترل مورد استفاده قرار می گیرد. تکنسین های این رشته دستگاه های مورد استفاده در اتوماسیون فرآیندهای صنعتی را نصب، نگهداری و کالیبره خواهند کرد. دستگاه‌هایی به سادگی دماسنج‌های خوانش مستقیم، یا به پیچیدگی اجزای چند سنسوری سیستم‌های کنترل صنعتی در دسته این علم اندازه گیری قرار میگیرند. امروزه ابزارها را می توان در آزمایشگاه ها، پالایشگاه ها، کارخانه ها و وسایل نقلیه و همچنین در مصارف روزمره خانگی (مانند آشکارسازهای دود و ترموستات ها) یافت.

عناصر این حوزه در صنعت دارای تاریخچه طولانی هستند. ترازو برای مقایسه وزن ها و نشانگرهای ساده برای نشان دادن موقعیت، فناوری های قدیمی هستند. برخی از اولین اندازه گیری ها مربوط به زمان بود. به طور مثال یکی از قدیمی ترین ساعت های آبی در مقبره فرعون مصر باستان آمنهوتپ اول یافت شد که در حدود 1500 سال قبل از میلاد دفن شده بود. امروزه تجهیزاتی از جمله تجهیزات اندازه گیری سطح، تجهیزات اندازه گیری فشار، تجهیزات اندازه گیری دما، تجهیزات اندازه گیری فلو، تجهیزات کالیبراسیون، تجهیزات آنالایزر سیالات، تجهیزات اندازه گیری پرتابل برای پارامترهای فیزیکی، شیمیایی، برق و الکترونیک جزو عناصر ابزار دقیق است.

تجهیزات ابزار دقیق

رایج ترین تجهیزات ابزار دقیق شامل موارد زیر است:

• تجهیزات اندازه گیری سطح: گیج مغناطیسی، فرستنده رادار، فرستنده اولتراسونیک، برد و ….
• تجهیزات و لوازم اندازه گیری دما: دماسنج، ترموکوپل، فرستنده دما، کنترل کننده دما، سوئیچ دما، ترموول و ….
• تجهیزات و لوازم اندازه گیری فشار: گیج فشار، فرستنده فشار، مویرگی، دیافراگم سیل، تک تیرانداز، سیفون کویل و ….
• تجهیزات اندازه گیری جریان سیال: فرستنده رادار، فرستنده اولتراسونیک، فرستنده گردابی، فرستنده توربین، نازل جریان، غیره.

به طور کلی تجهیزات اندازه گیری به سه گروه عمده تقسیم می شوند:

•  ١- تجهیزاتی که نمایش دهنده  و از همه وسیع تر هستند.
•  ۲- تجهیزاتی که نمایش دهنده هستند و اطلاعات کمیت اندازه گیری شونده را ثبت میکنند.
•  ٣- تجهیزات خاصی که هر سه وظیفه فوق یعنی نمایش، ثبت و کنترل را انجام می دهند.

وظایف این تجهیزات در کاربردهای فنی و مهندسی به سه کلمه خلاصه میشود:

• نمایش ،
• ثبت،
• کنترل

نمایش اطلاعات کمیت اندازه گیری شونده بسیار پر اهمیت است. سیستم ها و وسیله ها برای نمایش اطلاعات کمیت اندازه گیری شونده از روش های متنوعی استفاده می کنند. مانند انحراف عقربه سرعت سنج برای نمایش سرعت اتومبیل. یکی دیگر از وظایف دستگاه اندازه گیری ثبت مقادیر کمیت اندازه گیری شونده بر حسب زمان یا متغییر دیگر است. مانند ثبات پتانسیومتری که برای نظارت، دما را بر روی یک ثبات نواری ذخیره می کند.

کنترل مهمترین وظیفه سیستم ها و وسیله های اندازه گیری در کاربردهای مهندسی، خصوصاً در زمینه فرآیندهای صنعتی، کنترل است. در این حالت، سیستم کنترلی از اطلاعات اندازه گیری شده برای کنترل کمیت اصلی استفاده می کند.

آشنایی با تجهیزات ابزار دقیق

ابزار دقیق در حقیقت زیر ساخت یک سیستم کنترل و اتوماسیون را تشکیل میدهند و شامل ابزاری نظیر : انواع کنترلر، نشان دهنده ، ترانسمیتر، رکوردرو… می باشند که این ابزار وظیفه اندازه گیری ، انتقال ، نمایش ، ثبت و کنترل پارامترهای مهم فیزیکی نظیر دما ، فشار، فلو ، سطح مایعات و … را در پروسه های صنعتی به شکلی دقیق بر عهده دارند.
یکی از تجهیزات بسیار پر کاربرد این حوزه سنسور می باشد. هر وسیله ای که قادر به اندازه گیری و تبدیل کمیت های فیزیکی به الکتریکی باشد، سنسور نامیده می شود. به عنوان مثال وظیفه یک سنسور دما اندازه گیری مقدار دما و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی می باشد. یکی دیگر از این تجهیزات ترانسمیتر ها هستند .ترانسمیترها به طور کلی به تجهیزاتی گفته می شود که عمل اندازه گیری (سنسور)، تبدیل و تقویت سیگنال ها را در یک مجموعه انجام می دهند. این دسته از تجهیزات پروسه های بزرگ صنعتی کاربرد زیادی دارند زیرا فاصله ترانسمیترها از اتاق های کنترل بسیار زیاد بوده و فقط استفاده از ترانسمیتر است که در این شرایط منطقی به نظر می رسد.

از دیگر تجهیزات این حوزه تراندیوسر ها هستند. ترانسدیوسر ها در واقع مبدل هایی هستند که سیگنال های خروجی سنسورها به سیگنال های استاندارد تبدیل میکنند. برای مثال استفاده از یک ترموکوپل با خروجی هایی در حد میلی ولت در صنعت کاملا اشتباه بود لذا در این مواقع می توان از مبدل ترموکوپل به سیگنال ۰ - ۱۰ ولت استفاده کرد.  در نتیجه ترانسدیوسر ها در کل یک مبدل هستند.

یکی دیگر از این تجهیزات نمایشگر ها هستند.برای نمایش مقدار پارامترهای اندازه گیری شده تجهیزات ابزاردقیق باید از نمایشگرهایی که ورودی های آنها استاندارد می باشد استفاده کرد. برای مثال برای نمایش مقدار فشار یک سنسور و یا مقدار دمای اندازه گیری شده توسط سنسور از نمایشگرهایی باید استفاده کرد که همان سنسور را پشتیبانی کرده و یا ورودی های استانداردی همچون ۰-۱۰ ولت، ۴-۲۰ میلی آمپر را پشتیبانی می کنند.

کنترلر ها از دیگر تجهیزات هستند و در واقع مرحله بعد از اندازه گیری کنترل می باشد.

کاربرد ابزار دقیق در صنعت

ابزار دقیق به طور کلی در صنعت سه کاربرد اصلی دارد

• تحلیل مهندسی ،
• پایش فرآیندهای صنعتی ،
• کنترل خودکار فرآیند

این علم در صنایع زیر کاربرد دارد:

• ماشین آلات و کارخانه‌های تولیدی
• ·تاسیسات دریایی و کشتی سازی
• ·صنایع دارویی و بیمارستانی
• ·صنایع پتروشیمی
• ·کارخانه‌های فولاد
• ·تولید و انتقال انرژی
• ·صنایع نفت و گاز
• ·تجهیزات سرمایشی و نیروگاه‌های حرارتی
• ·تابلو برق

به طور مثال معمولا برای اندازه گیری دقیق پارامتر هایی همچون ولتاژ ، جریان و توان در یک تابلو برق از ابزار دقیق استفاده میشود. هرچند که نمیتوان سیستم های اندازه گیری، نمایش و کنترلی بکار رفته در تابلو برق ها را از المان های ابزاردقیق مستثنی کرد.

 و یا در صنعت دارو سازی نیز این تجهیزات به بالاترین سطح دقت، قابلیت اطمینان و کیفیت نیاز دارد. مثالی دیگر، در نیروگاه ها دما یکی از پارامترهای اندازه‌ گیری گسترده در یک نیروگاه است. صرف نظر از نوع کارخانه، اندازه‌گیری دقیق و قابل اعتماد دما برای کنترل عملیات ضروری است. به همین ترتیب در هر کدام از صتایع گفته شده برای اندازه گیری دقیق و با بیشترین دقت به تجهیزات این حوزه نیاز است.

جمع بندی

امروزه حوزه صنعت و ابزار دقیق چنان با هم مانوس شده‌اند که نمی‌توان آن ها را از هم جدا کرد. این حوزه قلب تپنده ی هر پروژه صنعتی است و  صنعت بدون کاربردهای این حوزه  بی معنی است. وظیفه ی هر مهندسی ، آشنایی با تجهیزات ابزار دقیق و انتخاب مناسب آن، برای هر پروژه صنعتی می باشد.

نویسنده: سمانه خان بیگی، کارشناس دپارتمان مهندسی پزشکی گروه آموزشی پارس پژوهان