اندازه گیری دقیق

اندازه گیرها:

اندازه گیرها در واقع چشم سیستم های کنترل محسوب می شوند و با کمی سازی مقادیر فرایندی کنترل کننده را از وضعیت موجود در فرایند آگاه ساخته و در نتیجه کنترل کننده فرمان مورد نیاز را به محرک جهت کنترل فرایند و رسیدن به نقطه ی تنظیم مورد نظر ارسال می نماید. هر دستگاه اندازه گیری شامل سه جزء اساسی سنسور، ترانسدیوسر و ترانسمیتر می باشد.

الف ) سنسور(Sensor)

سنسور قطعه ای است که به پارامترهای فیزیکی نظیر حرکت، حرارت، نور، فشار، الکتریسیته، مغناطیس و دیگر حالات انرژی حساس است و در هنگام تحریک آنها از خود عکس العمل نشان می دهد و برای این عکس العمل نیاز به انرژی خارجی ندارد.

ب) ترانسدیوسر(Transducer)

ترانسدیوسر قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد، سنسور پارامتر مورد اندازه گیری را به ترانسدیوسر تحویل می دهد، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال قابل درک برای کنترلر تبدیل می کند لذا برای انجام این تبدیل نیاز به یک منبع انرژی خارجی دارد.

ج) ترانسمیتر(Transmitter)

ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال خروجی ترانسدیوسر را به سیگنال استاندارد قابل انتقال تبدیل می نماید. از معروفترین استانداردهای ترانسمیترها می توان به استاندارد ۴ -۲۰mA و ۳-۱۵ psi اشاره کرد.

مشخصات دستگاه های اندازه گیری ابزار دقیق:

یک وسیله اندازه گیری یا یک ابزار دقیق می بایست دارای ویژگی ها و قابلیت هایی باشد تا بتواند نیازهای طراح را برآورده کند مهمترین این ویژگی ها عبارتنداز:

 دامنه اندازه گیری :(Range)

محدوده ای از دامنه ای تغییرات کمیت مورد اندازه گیری است که عنصراندازه گیر قادر به اندازه گیری آن می باشد یا به عبارت دیگر تفاضل بین کمترین و بیشترین کمیت اندازه گیری را که دستگاه در آن محدوده عمل می کند دامنه نامیده می شود.

دامنه دارد. بنابر این در یک دستگاهی که صفحه مدرج آن بین ۰ تا ۱۰۰ درجه بندی شده است، خطایی به اندازه یک واحد از صفحه مدرج به عنوان دقت یک درصد در نظر گرفته می شود. با توجه مطلب بالا در دستگاهی با صفحه مدرج بین ۰ تا ۱۰۰ خطایی ناشی از خواندن ۴۹ برای مقدار واقعی ۵۰ به معنای %۱ است نه دقت %۲ به بیان دیگر در هر حالت دقت بستگی به حداکثر دامنه صفحه مدرج دارد.۲ دقت :(Accuracy)۲ دقت :(Accuracy)

دقت به عنوان خطای مقدارخوانده شده به مقدار واقعی به شمار می آید. این کمیت به شکل درصد بیان می شود و بستگی به حداکثر دامنه دارد. بنابر این در یک دستگاهی که صفحه مدرج آن بین ۰ تا ۱۰۰ درجه بندی شده است، خطایی به اندازه یک واحد از صفحه مدرج به عنوان دقت یک درصد در نظر گرفته می شود. با توجه مطلب بالا در دستگاهی با صفحه مدرج بین ۰ تا ۱۰۰ خطایی ناشی از خواندن ۴۹ برای مقدار واقعی ۵۰ به معنای %۱ است نه دقت %۲ به بیان دیگر در هر حالت دقت بستگی به حداکثر دامنه صفحه مدرج دارد.

۳ تکرار پذیری(Repeatability):

تکرار پذیری یک دستگاه اندازه گیری عبارات از این است که دستگاه حد معینی را همیشه و در هر حال یک اندازه بخواند. این بدان معنی است که اگرکمیت اندازه گیری چه درحال زیاد شدن، چه کم شدن و چه تند و یا کند به آن حد معین برسد، مقداری که می خواند در هر حال یک اندازه باشد.

۴ حساسیت :(Sensitivity)

حساسیت به معنای توانایی دستگاه در پاسخ به تغییرات جزیی در کمیت مورد اندازه گیری است. حساسیت کمترین مقدار تغییر در کمیت ورودی دستگاه اندازه گیر است که می تواند قطعات آن را به مقدار مؤثری حرکت دهد، این میزان حرکت در بسیاری موارد به اندازه ای کم است که با چشم قابل دیدن نیست. داشتن ضریب حساسیت به ویژه برای دستگاههای کنترل کننده ضروری است.

۵ پایداری :(Performance)

پایداری توانایی کار دستگاه در دراز مدت و با دقت کافی است یا به عبارت دیگر توانایی یک دستگاه در کار کردن برای مدتهای طولانی بدون تغییر در دقت و حساسیت آن دستگاه می باشد. برای دسترسی به پایداری باید قطعات به کار رفته در دستگاه از جنسی ساخته شوند که در برابر خوردگی مقاوم بوده و خواص فیزیکی آن در حین کار دچار تغییر نشود.خواص فیزیکی عبارتنداز: مقاومت در برابر خستگی، مقاومت کششی، مقاومت در برابر ارتعاشات و پایداری در برابر تغییرات دما.

۶ پاسخ دهی:Response

یک اندازه گیر خوب باید کمیت مورد اندازه گیری را به سرعت اندازه گیری نماید. امادر عمل اندازه گیرها با تاخیر زمانی این کار را انجام می دهند. تاخیر زمانی عنصراندازه گیر باید از کوچکترین تاخیر زمانی موجود در حلقه کنترل بسیار کوچکتر باشد. خوشبختانه در فرآیندهای صنعتی معمولا تاخیر زمانی فرآیند و سایر قطعات حلقه کنترل، بسیار بزرگتر از تاخیر زمانی اندازه گیر است بنابر این مشکلی ایجاد نمی شود، اما به هر حال هنگام استفاده از یک اندازه گیر می بایست به تاخیر زمانی آن توجه نمود.

در اندازه گیریها جواب کامل نداریم، هر کسی که نتیجه اندازه گیری خود را گزارش می‌کند، همواره بهترین تخمین خود را از مقدار اصلی ، همراه با خطایاندازه گیری آن ، ارائه می‌دهد. یعنی اگر طول جسمی بصورت 183±5mm نوشته شود، منظور نویسنده این است که مقدار واقعی طول بین 178 و 188mm قرار دارد. صحت اندازه گیری از روی تطابق آن با واقعیت نتیجه می‌شود. خطای زیاد بیانگر عدم اعتماد آزمایشگر بر اندازه گیری است. اندازه گیری دقیق ، اندازه گیریی است که خطای آن ، در مقایسه با مقدار اندازه گیری شده بسیار کوچک باشد.

اگر تمامی فواصل در متریک SI نوشته شود، هنگام نوشتن فاصله تا نزدیکترین ستاره (عدد بزرگ) یا هنگام نوشتن قطر هسته اتم (عدد کوچک) کار مشکل خواهد بود. در مورد ستاره 15 صفر در پایان و در هسته 15 صفر در ابتدای عدد وجود دارد. تنها تکلیف این صفرها مشخص نمودن محل ممیز می‌باشد. بهترین راه برای حل مشکل استفاده از نماد گذاری علمی است. در این روش در هر عدد ممیز را بعد از اولین رقم غیر صفر نوشته و سپس آنرا در توانی از 10 ضرب می‌کنند تا محل ممیز را نشان دهند .

 تعریف فشار: فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که آنرا با علامت اختصاری P نشان می دهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا می کند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز می باشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده می شود. می توان از قابلیت تراکم پذیری گازها تاثیرات ویژه ی فشار در رفتار گازها به جایگاه فشار در گازها پی برد.

اندازه گیری ارتعاشات و فاصله

تئوری اندازه گیری: پراکسی میتر سیگنال رادیویی را تولید و از طری ق کابل رابط به پروب می رساند و پروب که نقش یک آنتن فرستنده و گیرنده را دارد، سیگنال را به سمت محور گردان ارسال می نماید. امواج الکترومغناطیسی منتشر شده روی محور گردان که از آلیاژهای فلزی می باشند جر یان فوکو تولید می کند و در نتیجه موج برگشتی را تضعیف می کند. موج برگشتی در پروب دریافت و دامنه ی آن آشکار می شود، در واقع گیرنده سیگنال مدوله شده AM را دمدوله می نماید. میزان دامنه سیگنال دریافت ی نشانگر فاصله پروب از محور می باشد.

روش های انتقال سیگنال در سطح فیلد

در آغاز سیستم های کنترلی صنعتی، عموماً سیستم های نیوماتیک (بادی) بودند که هم برای انتقال فرمان ها (سیگنال ها) و هم برای تنظیم شیرکنترل مورد استفاده قرار می گرفتند. سیگنال های نیوماتیک همگی فشاری هستند و با فشاری بین ۳ تا psi 15 قادر به تنظیم فرمان ها می باشند. سیستم های نیوماتیک با وجود ایمنی زیاد (به خاطر استفاده از هوا) دارای مشکلات فراوانی می باشند. زیرا تمامی قسمت های سیستم مکانیکی هستند و اصطکاک زیاد و به هم خوردن کالیبراسیون همواره برای واحدهای صنعتی ایجاد مشکل می کنند. مشکل مهم این سیستم ها هنگام انتقال سیگنال ها و (فرمان ها) از قسمت دستگاه ها تا اتاق کنترل می باشد که زمان طولانی احتیاج دارد و مشکلات زیادی برای کنترل سیستم به وجود می آورد. در دهه ۶۰ به علت مشکلات به وجود آمده توسط سیستم های کنترلی بادی و همگام با گسترش صنایع الکترونیکی مهندسان به استفاده بیشتر از تجهیزات الکتریکی روی آوردند. در این زمان با استفاده از قطعات الکترونیکی مثل مقاومت، دیود و سلف تواستند سیگنال های الکتریکی را جهت تنظیم و کنترل به کار گیرند.

شیرهای کنترل و پوزیشنر I/P، شیرهای قطع و وصل و سولنوئیدی و MOV