ابزار دقیق در تحقیقات علمی، کنترل کیفیت تولید، ایمنی صنعتی و سایر حوزه‌ها نقش اساسی دارد و بدون آن‌ها، اندازه‌گیری و کنترل دقیق فرآیندها غیرممکن است. تجهیزات ابزار دقیق، که شامل انواع مختلف حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی می‌شود، به عنوان قلب تپنده هر پروژه صنعتی عمل کرده و تأثیر شگرفی در عملکرد صحیح صنایع دارند. مهندسان باید با این تجهیزات آشنا بوده و برای هر پروژه به‌درستی انتخاب کنند. در این مقاله به بررسی فناوری ابزار دقیق، انواع آن و کاربردهای مختلف آن در زمینه‌های اندازه‌گیری، ارتباطات و کنترل خواهیم پرداخت.

فهرست مطالب

1. ابزار دقیق چیست؟
2. اهمیت ابزار دقیق در صنعت
3. لیست تجهیزات ابزار دقیق
4. انواع تجهیزات ابزار دقیق بر حسب کاربرد آنها

ابزار دقیق چیست؟

ابزاردقیق instrumentation از ترکیب دو کلمه ابزار و دقیق گرفته شده است و به تجهیزاتی اطلاق می شود که برای انجام اندازه گیری های دقیق با کمترین خطا طراحی شده اند. به عبارت دیگر ابزار دقیق به هنر و علم استفاده از تجهیزات برای اندازه گیری پارامترهایی مانند دما، فشار، جریان، سطح سیال، غلظت گاز و مقادیر pH با دقت بالا و خطای کم اشاره دارد. به عنوان مثال، از این ابزارها می توان برای نظارت بر سطح یک مخزن، دمای یک کوره یا فشار داخل یک مخزن استفاده کرد. بنابراین این تجهیزات برای نظارت، کنترل و اندازه گیری دقیق و بهینه پارامترهای مختلف طراحی شده اند.

در تاریخ سازهای دقیق، می توان به مهندسان روم باستان اشاره کرد که در حدود 2600 سال پیش با استفاده از وسایل اندازه گیری ساده توانستند ارتفاع پایه های ساختمان را اندازه گیری کرده و سنگ های بزرگ را جابجا کنند. رومی ها همچنین اولین دبی سنج های اولیه را ساختند و از آنها برای هدایت و توزیع آب استفاده کردند که به آبیاری زمین های آنها کمک کرد.

تحولات مذکور، نقطه عطفی در توسعه ابزار دقیق بود و پایه و اساس فناوری های مدرن در این زمینه شد. در حال حاضر شرکت ساها برند یکم انرژی با تکیه بر این سابقه غنی و تجربه اندوخته، پیشرفته ترین و دقیق ترین تجهیزات ابزار دقیق را برای صنایع مختلف ارائه می کند.

اهمیت تجهیزات ابزار دقیق در صنعت 

در فرآیندهای صنعتی، کنترل دقیق پارامترهای مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا حتی یک خطای کوچک در اندازه گیری یا کنترل می تواند منجر به خرابی تجهیزات، اتلاف منابع و حتی خطرات جانی شود. به همین دلیل استفاده از تجهیزات ابزار دقیق با دقت و اطمینان بالا ضروری است. این ابزارها نه تنها به افزایش کارایی و بهره وری کمک می کنند، بلکه به طور قابل توجهی ایمنی فرآیند را بهبود می بخشند.

اساس کار ابزار دقیق 

ابزار دقیق عمدتاً بر استفاده از حسگرها و تجهیزات برای اندازه گیری و کنترل خواص مختلف مواد از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی متکی است. این تجهیزات معمولاً اطلاعات دقیق و قابل اعتمادی از متغیرهای مورد نظر ارائه می دهند که برای تصمیم گیری و کنترل مؤثر فرآیندها در صنایع مختلف حیاتی است. عملکرد ابزار دقیق به معنای استفاده از ابزارهای پیشرفته برای اندازه گیری دقیق مقادیر مختلف فیزیکی و شیمیایی مواد است. هدف اصلی این فرآیند بدست آوردن اطلاعات صحیح و قابل اعتماد در مورد متغیرهای اندازه گیری شده و بهینه سازی کنترل آنها می باشد.

لیست تجهیزات ابزار دقیق

تجهیزات ابزار دقیق شامل مجموعه‌ای از ابزارها هستند که هر کدام نقش خاصی در فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کنند. این تجهیزات عبارتند از:

• سنسور
• ترانسمیتر
• ترانسدیوسر
• کنترلر
• رکوردر
• نمایشگر

در ادامه، توضیحات دقیق‌تری درباره هر یک از این تجهیزات ارائه خواهیم داد. علاوه بر این، ابزار دقیق به دسته‌های مختلفی بر اساس کاربرد تقسیم می‌شود، از جمله فلومتر، سطح‌سنج، دتکتور گاز، ترموکوپل و سایر ابزارها. هر یک از این ابزارها نقش خاصی در اندازه‌گیری و کنترل پارامترهای مختلف دارند.

سنسور (Sensor)  یا حسگر 

سنسور به ابزارهایی اطلاق می شود که قادر به اندازه گیری کمیت های فیزیکی و تبدیل آنها به سیگنال های الکتریکی هستند. به عنوان مثال، سنسور دما دما را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. این ابزارها در تجهیزات ابزار دقیق صنعتی نقش حیاتی دارند و برای اندازه گیری پارامترهای مختلف در فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی استفاده می شوند. حسگرها قادرند پارامترهای فیزیکی و شیمیایی مختلفی را اندازه گیری کرده و بسته به عملکردشان خروجی های متفاوتی ارائه دهند.

ترانسمیتر Transmitter

فرستنده یا ترنسمیتر ها دستگاه هایی هستند که وظیفه تقویت سیگنال های دریافتی از مبدل ها را بر عهده دارند تا این سیگنال ها در فواصل طولانی بدون افت کیفیت یا تداخل ارسال شوند. این دستگاه ها دارای ویژگی های کلیدی شامل محدوده اندازه گیری، نقطه صفر، انحراف صفر، حساسیت، حد تفکیک، پاسخ، دقت، تکرارپذیری و برد هستند که هر یک بر عملکرد آنها در فرآیندهای صنعتی تأثیر می گذارد. فرستنده ها به دلیل نقشی که در اندازه گیری، تبدیل و تقویت سیگنال ها دارند، به ویژه در فرآیندهای صنعتی که از اتاق های کنترل دور هستند، بسیار ضروری و کاربردی هستند.

ترانسدیوسر Transducer

مبدل‌ها یا ترانسدیوسرها دستگاه‌هایی هستند که خروجی‌های سنسورها را به سیگنال‌های الکتریکی انتقال می‌دهند. به عنوان مثال، وقتی فشار سنسور مقداری فشار را اندازه‌گیری کرده و به مبدل ارسال می‌کند، این مقدار را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند می‌توان آن را به راحتی در شبکه‌های ارتباطی انتقال داد. این ترانسدیوسرها به ویژه برای تبدیل‌های خروجی سنسورها به کنترل‌های استاندارد کاربرد دارند، مانند تبدیل‌های میلی‌ولتی ترموکوپل به سیگنال‌های ۰-۱۰ ولت، که این کار برای هماهنگی و سازگاری با تجهیزات صنعتی مختلف مورد نیاز است.

کنترلر Controller

بعد از مرحله اندازه‌گیری، مرحله کنترل به اجرا درمی‌آید. فرض کنید که قصد دارید دمای یک مخزن آب را کنترل کنید؛ برای این منظور به تجهیزاتی مانند کنترلر، ترانسمیتر دما و کنترل ولو نیاز دارید. کنترلر، که یک مدار الکترونیکی است، بر اساس مقادیر اندازه‌گیری شده توسط ترانسمیتر، سیستم را کنترل کرده و دستورات لازم برای تنظیم فرآیند را صادر می‌کند. این کنترلر می‌تواند شامل PLCها باشد.

نمایشگر Display

در ابزار دقیق، نمایشگرها نقش اساسی در نمایش مقادیر پارامترهای اندازه گیری شده دارند. این نمایشگرها باید بتوانند سیگنال های استاندارد را از سنسورها یا فرستنده ها مانند ورودی های 0-10 ولت یا 4-20 میلی آمپر دریافت کنند و آنها را به مقادیر قابل فهم تبدیل کنند. نتیجه این تبدیل به صورت عددی یا گرافیکی ارائه می شود. علاوه بر این، برخی از نمایشگرها دارای قابلیت های قابل برنامه ریزی هستند که به کاربران اجازه می دهند پارامترهای خاصی را تعریف کرده و فرآیند را از طریق مقادیر ورودی کنترل کنند.

رکوردر Recorder & Datalogger

ضبط کننده ها یا دیتالاگرها ابزارهایی هستند که برای ثبت و ذخیره داده های اندازه گیری شده استفاده می شوند. این دستگاه ها که به عنوان دیتالاگر شناخته می شوند، برای ذخیره داده های دریافتی از حسگرها، دستگاه های اندازه گیری و سایر منابع طراحی شده اند. آنها معمولاً از حافظه های داخلی یا کارت های حافظه (حافظه) برای ذخیره داده ها استفاده می کنند و سپس به صورت دوره ای اطلاعات را از طریق روش های انتقال داده مانند USB، Ethernet یا Wi-Fi به دستگاه های دیگر ارسال می کنند.

به عنوان مثال، اگر نیاز به بررسی عملکرد یک سیستم با ضبط داده ها به مدت یک ماه دارید، استفاده از ضبط کننده ضروری است. هنگام انتخاب دیتالاگر توجه به ویژگی هایی مانند تعداد ورودی ها و ظرفیت حافظه بسیار مهم است. این ابزارها در زمینه های مختلفی مانند اتوماسیون صنعتی، کنترل فرآیند، پایش محیطی و علوم پزشکی و همچنین برای جمع آوری و ذخیره داده هایی مانند دما، رطوبت، فشار، جریان و سطح محیطی کاربرد دارند.

انواع تجهیزات ابزار دقیق بر حسب کاربرد آنها

به عنوان یک مهندس در زمینه ابزار دقیق، دانستن تجهیزات اولیه و کلیدی این رشته بسیار مهم است تا بتوانید ابزار مناسب برای هر پروژه را انتخاب کنید. از جمله این تجهیزات می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• فلومتر
• ترموکوپل
• ترانسمیتر دما
• ترانسمیتر فشار
• پرشر سوئیچ
• سطح سنج
• شیر یا ولو

فلومتر یا دبی سنج : ترانسمیتر جریان یا فلومترها در تجهیزات ابزار دقیق وسایلی هستند که برای اندازه گیری دبی سیالات (مایعات و گازها) استفاده می شوند و قابلیت اندازه گیری دقیق حجم، جرم یا سرعت جریان سیال را دارند. یکی از انواع مهم جریان سنج ها، فلومتر مغناطیسی است که برای اندازه گیری دبی مایعات مورد استفاده قرار میگرد. جریان سنج مگنتیک با استفاده از میدان مغناطیسی، دبی را بدون نیاز به قطعات متحرک اندازه گیری می کند که نیاز به تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.

کنتور هوشمند الکترومغناطیسی با ویژگی های هوشمند و قابلیت اتوماسیون، می تواند جریان سیالات را در صنایعی مانند نفت و گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب و … نظارت و کنترل کند. صنایع غذایی با دقت بیشتری  می دهد این کنتور عملکرد بهینه و کارآمد را با دقت بالا، مقاومت در برابر سایش و خوردگی و قابلیت مدیریت هوشمند ارائه می دهد.

ترموکوپل: ترموکوپل ها برای اندازه گیری دما استفاده می شوند و با تبدیل تغییرات دما به سیگنال الکتریکی، دمای محیط یا جسم را اندازه گیری می کنند. این ابزارها به دلیل دقت و سرعت بالا و همچنین محدوده دمایی وسیع در سیستم های صنعتی مانند کوره ها و موتورهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند.

ترنسمیتر دما: فرستنده دما وظیفه تبدیل سیگنال دمای اندازه گیری شده توسط سنسورهایی مانند ترموکوپل یا RTD را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد (مانند 4-20 میلی آمپر) بر عهده دارد. این تجهیزات در فرآیندهای صنعتی که نیاز به کنترل دقیق دما دارند به ویژه در صنایع شیمیایی و پالایشگاه ها استفاده می شود.

ترنسمیتر فشار: از فرستنده های فشار برای اندازه گیری فشار سیالات و گازها و انتقال سیگنال های آنالوگ یا دیجیتال به سیستم های کنترل استفاده می شود. این دستگاه ها در تاسیسات صنعتی، سیستم های لوله کشی، مخازن تحت فشار و کاربردهای هیدرولیک و پنوماتیک بسیار حائز اهمیت هستند.

سوئیچ فشار: سوئیچ فشار دستگاهی است که با رسیدن فشار به مقدار مشخصی، عملکرد خاصی را فعال یا غیرفعال می کند. این تجهیزات نقش حیاتی در حفاظت از سیستم های فشار قوی و کم فشار نفت، گاز و سایر تاسیسات اتوماتیک دارند.

ارتفاع سنج یا سطح سنج: از سطح سنج ها برای اندازه گیری ارتفاع یا سطح مایعات و جامدات در مخازن استفاده می شود. این ابزارها به صورت رادار، اولتراسونیک و هیدرواستاتیک وجود دارند و در صنایعی مانند آب و فاضلاب، مواد شیمیایی و صنایع غذایی بسیار کاربرد دارند.

شیر یا ولو: شیرها برای کنترل جریان سیالات در خطوط لوله استفاده می شوند و می توانند جریان را متوقف یا تغییر دهند. این تجهیزات در صنایعی مانند نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه ها و سیستم های آبرسانی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. انواع مختلفی از شیرها شامل شیرهای دستی، اتوماتیک و کنترلی وجود دارد که بر اساس نیازهای مختلف انتخاب می شوند.