ابزار دقیق (Instrumentation) برای نشان دادن، اندازه‌گیری و ثبت کمیت فیزیکی استفاده می‌شود. درس آموزش ابزار دقیق پیش‌نیاز مهندسی برق، الکترونیک، مهندسی مکانیک و … است. یادگیری این مبحث برای دانشجویان، تکنسین‌ها و مهندسان آینده بسیار ضروری است. در این مطلب چکیده‌ای از مطالب دوره‌های آموزش ابزار دقیق آماده است که با هم آن‌ها را مرور می‌کنیم. با ما همراه باشید.
آموزش ابزار دقیق
در مبحث آموزش ابزار دقیق پایه‌ترین مفاهیم اساس کار و اجزاء آن است. ابزار دقیق وسایل کنترل و اندازه‌گیری هستند. این وسایل در صنایع، خودروسازی پزشکی و … کاربرد دارند. ماهیت فیزیکی که ما در حال بررسی لحظه‌ای آن هستیم را می‌شود توسط ابزار دقیق کنترل کرد. این بررسی لحظه‌ای و کنترل روی متغیر مورد نظر با توضیح اساس کار و اجزا ابزار دقیق، بیان خواهند شد.
اساس کار
اساس کار این سیستم‌ها به این گونه است که اطلاعات فیزیکی را دریافت می‌کنند (سنسور یا مبدل)، آن را اندازه‌گیری کرده و با حد استاندارد مقایسه می‌کنند در بیشتر مواقع بر اساس این اطلاعات سیگنال می‌فرستند (اندازه‌گیری و آماده‌سازی سیگنال). این سیستم‌ها همچنین دارای بخش عملگر نیز هستند (وسایل کنترل). در برخی سیستم‌ها وسیله‌ای (بخش نشانگر و ثبات) سیگنال‌ها را ثبت کرده یا نشان داده و یا باعث انتقال آن بین اجزا می‌شود.
اجزا
یک ابزار دقیق مانند هر سیستم اندازه‌گیری دیگری دارای سه قسمت است:
- سنسور: قسمتی که در تماس با کمیت فیزیکی است. بخش حس‌کننده اطلاعات به دست‌آمده را تبدیل به سیگنال می‌کند.
- تقویت کننده: قسمتی است برای تبدیل سیگنال به شکل کارآمدتر.
- نمایشگر: قسمتی برای نشان دادن، ثبت و یا کنترل متغییر اندازه‌گیری شده است.
ابزار دقیق فشار
ترانسمیتر فشار
ترانسمیتر فشار یک دستگاه مکانیکی است که در بازه‌ی زیادی نیروی یک نمونه مایع یا گازی را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور که به عنوان مبدل فشار نیز شناخته می‌شود، به طور معمول از یک سطح حساس به فشار ساخته شده از فولاد، سیلیکون یا سایر مواد بسته به ترکیب آنالیت فرآیند صنعتی، تشکیل شده است. در پشت این سطوح اجزای الکترونیکی وجود دارد که می‌توانند نیروی اعمال شده بر روی سنسور فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل کنند.
در هنگام یادگیری آموزش ابزار دقیق برای اندازه‌گیری فشار لازم است مفاهیم پایه و فرمول‌های فشار را بلد باشیم. فشار به طور کلی به عنوان مقدار نیرو در واحد سطح گفته می‌شود و به عنوان مقدار مورد نیاز برای جلوگیری از انبساط مایع، گاز یا بخار تعریف می‌شود. واحدهای مشتق شده مختلفی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌شوند، از جمله:
- به عنوان نسبت به پاسکال (Pa)، یا یک نیوتن واحد در متر مربع (1 N/m2)
- مقدار پوند در اینچ مربع (psi)
گیج فشار
فشارسنج ابزاری است که فشار گاز یا مایع را نسبت به اتمسفر، خلاء یا تفاوت بین دو نقطه اندازه‌گیری می‌کند. انواع مختلف گیج‌های فشار به روش‌های مختلف کار می‌کنند. نسخه‌های آنالوگ گیج فشار از لوله بوردون و مدل‌های دیجیتال از سنسور استفاده می‌کنند.
گیج‌های فشار آنالوگ دارای لوله منحنی بوردون هستند. این یک لوله خمیده است که دارای سطح مقطع بیضی‌شکل است. هنگام استفاده، لوله بوردون تحت فشار صاف می‌شود. لوله بوردون به صفحه شماره‌گیری متصل است و با افزایش فشار، عقربه‌ها در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند تا میزان فشار را نمایش دهند.
گیج‌های فشار دیجیتال دارای ترکیبی از ریزپردازنده‌ها و حسگرهای پیشرفته هستند. از این ابزارها برای اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق استفاده می‌شود. بسیاری از مدل‌های دیجیتال از سنسورهای فشارسنج استفاده می‌کنند. این سنسور‌ها با نظارت بر تغییرات مقاومت الکتریکی هنگام اعمال فشار کار می‌کنند. بعد از اندازه‌گیری تغییرات، از نتایج برای محاسبه فشار نهایی استفاده می‌شود. اطلاعات تکمیلی از گیج‌های فشار در دوره آموزش ابزار دقیق، بیان می‌شود.
پرشر سوییچ
پرشر سوییچ ابزار مهمی برای کنترل فعال‌سازی و غیرفعال‌سازی پمپ‌ها در سیستم‌های سیال هستند. آن‌ها همچنین در سیستم‌های کنترل فرآیند برای حفظ فشار ثابت استفاده می‌شوند. این ابزار با فشار آب کار می‌کنند. دو نوع پرشر سوییچ مکانیکی و الکترونیکی وجود دارد.
پرشر سوییچ یک دستگاه منفعل است زیرا وجود یا عدم وجود فشار تنها چیزی است که برای عملکرد آن لازم است. فشار روی دیافراگم، یک فنر کالیبره شده را فشرده می‌کند. هنگامی که کشش فنر به نقطه تنظیم شده برسد یا از آن فراتر رود، اتصال را از یک کلید باز به بسته در یک سوییچ معمولا باز (NO switch) تغییر داده یا از یک کلید بسته به باز در یک سوییج معمولا بسته (NC switch) تغییر می‌دهد.
برای سهولت استفاده در مصارف مختلف، معمولا پرشر سوییچ‌ها حداقل دارای یک جفت کنتاکت باز (NO) و یک جفت کنتاکت بسته (NC) هستند.
ابزار دقیق فلو
میزان جریان (فلو)، حجم سیالی است که از واحد سطح مقطع معین در واحد زمان عبور می‌کند. اندازه‌گیری میزان دقیق جریان با استفاده از یک جریان‌سنج (فلومتر) مناسب، برای اطمینان از اینکه فرآیندهای کنترل یک سیال اجرای روان، ایمن و مقرون به صرفه دارند بسیار مهم است.
اندازه‌گیری جریان مایع یا گاز، معمولا یک پارامتر مهم در بسیاری از فرایندها است. در بیشتر فرایندها مهم است بدانید که مایع، در زمان مناسب در مکان مناسب قرار دارد. به همین خاطر تعداد بسیاری از جریان‌سنج‌ها برای مصارف مختلف و هدف معین برای اندازه‌گیری جریان ساخته شده‌اند.
فلومتر
لیستی از مواردی که یک فلومتر اندازه‌گیری می‌کند عبارتند از فشار، دما، چگالی، ویسکوزیته و فشار بخار که بعد از محاسبه به صورت یک عدد واحد نمایش داده می‌شود. عملکرد اصلی دستگاه‌‌های فلومتر، نظارت بر شرایط ایمنی مانند سمیت، حباب‌ها و کیفیت انتقال است.
دو نوع فلومتر وجود دارد: گاز و سیال یا مایع. فلومترهای سیال دارای پنج زیر گروه هستند: فشار تفاضلی، شتاب، جابجایی مثبت، جرمی و کانال باز. بقیه فلومترها زیر مجموعه این گروه‌ها هستند برای مثال فلومتر اریفیس پلیت یک فلومتر فشار تفاضلی است. توضیح، کاربرد و تعمیر هر کدام از این فلومترها در دوره آموزش ابزار دقیق بیان می‌شود.
فلوسوییچ
فلوسوییچ، گاهی اوقات به عنوان سنسور جریان یا نشانگر جریان نامیده می‌شود. از آن برای نظارت بر میزان جریان و فشار مایعات، هوا یا سایر محیط‌های گازی از طریق یک مجرا، سیستم یا حلقه استفاده می‌شود. فلوسوییچ این نظارت را از طریق ارسال سیگنال به پمپ انجام می‌دهد.
فلوسوییچ با انتقال جریان حرکت به دستگاه دیگری در سیستم، معمولا یک پمپ، عمل می‌کند. سیگنال به پمپ نشان می‌دهد که باید روشن باشد یا خاموش شود. لازم است حفاظت در برابر آسیب، یک خنک‌کننده مدار برای فلوسوییج مهیا شود یا فلوسوییچ برای جریان بسیار زیاد یا بسیار پایین تنظیم شود.
ابزار دقیق دما
تعیین دقیق دما یا اندازه‌گیری سردی یا گرمی، یک عامل مهم در بسیاری از صنایع است. کنترل‌کننده‌های دما با تنظیم و حفظ دما به اطمینان از ایمنی و کارایی فرایندهای تولید صنایع مختلف کمک می‌کند. صنایع مختلف مانند بسته‌بندی، غذا و نوشیدنی‌ها، تولید پلاستیک، ساخت فلزات و مراقبت‌های بهداشتی از واحدهای کنترل دما استفاده می‌کنند. در ادامه به بررسی دو مورد از ابزار دقیق دما می‌پردازیم.
تراسمیتر دما
ترانسمیترهای (ترانسمیتور) دما به دلیل دقت اندازه‌گیری، حفاظت عالی EMI (تداخلات الکترومغناطیسی) و ویژگی‌های ایزولاسیون الکتریکی (گالوانیک) به بقیه ابزار دقیق دما ترجیح داده می‌شوند. این دستگاه‌ها، ابزارهای الکتریکی هستند که دارای سنسورهای رابطند که دما را با تشخیص تغییرات در یک ماهیت فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند.
ترمیسترها مقاومت‌های وابسته به دما هستند که با تغییر دما مقاومت را تغییر می‌دهند. آن‌ها بسیار حساس هستند و به تغییرات بسیار کوچک دما واکنش نشان می‌دهند. بهتر است در مواقعی که نیاز به حفظ دمای خاص است استفاده شوند. بسته به نوع ترمیستر، آن‌ها می‌توانند دمای مایع، گاز یا جامدات را اندازه‌گیری کنند.
نحوه‌ی کار ترانسمیتر در دوره آموزش ابزار دقیق بیان می‌شود اما به صورت خلاصه این گونه است که در ترنسمیتر ضریب دمایی مثبت وقتی دما افزایش می‌یابد، مقاومت نیز افزایش یافته و وقتی دما کاهش می‌یابد، مقاومت نیز کاهش می‌یابد این نوع ترمیستر به طور کلی به عنوان فیوز استفاده می‌شود. در ترنسمیتر ضریب دمایی منفی رابطه دما و مقاومت برعکس است. این نوع ترنسمیترها کاربردی‌تر هستند.
گیج دما
گیج دما (دماسنج) دستگاهی است که برای نشان دادن دمای یک جسم استفاده می‌شود. صفحه نمایش آن می‌تواند شماره‌های آنالوگ یا دیجیتالی باشد. روش‌های متداول اندازه‌گیری دما شامل بی‌متال (خم شدن آن با افزایش دما) و دمانسنج با مایع پر شده(تغییر فشار) است.
گیج دمای بی‌متال از دماسنج‌های بدون دردسر و با دوام است. این دماسنج شامل دو نوار از فلزات مختلف است که به هم متصل شده و در یک انتها کنار هم نگه داشته شده‌اند. هنگامی که دماسنج گرم می‌شود (دما بالا می‌رود)، دو نوار با سرعت‌های مختلف منبسط می‌شوند و در نتیجه از خم شدن فلزات برای اندازه‌گیری استفاده می‌شود.
دماسنج‌های مایع زمانی رایج‌ترین نوع دماسنج بودند. آن‌ها ساده، ارزان، بادوام و قادر به اندازه‌گیری طیف وسیعی از دما بودند. مایع آن‌ها تقریبا همیشه جیوه یا الکل رنگی بود و در یک لوله شیشه‌ای با گازی مانند نیتروژن یا آرگون که بقیه حجم لوله را تشکیل می‌دهد، بسته می‌شد. در اوایل قرن 21، دماسنج‌های دیجیتالی الکترونیکی جایگزین دماسنج‌های جیوه‌ای شدند که هم دقیق‌تر بودند و هم حاوی جیوه سمی نبودند.
کلام آخر آموزش ابزار دقیق
در دوره آموزش ابزار دقیق تمامی مفاهیم پایه، موارد استفاده، تعمیر، کالیبره کردن آن‌ها و … به شکل مفصل‌تر و کاربردی آموزش داده می‌شود. یادگیری صحیح این مباحث برای برخی رشته‌های مهندسی دانشگاهی و برای دریافت دیپلم رسمی آموزش و پرورش و کمک به دریافت گواهینامه صلاحیت حرفه‌ای بین المللی نیاز است. لطفا نظرات و سوالات خود را برای ما بنویسید.