تجهیزات ابزار دقیق

در بخش اول این مجموعه ابزار دقیق و کنترل (I&C) ، به اصطلاحات اساسی و مفاهیم مورد استفاده در کار با کارخانجات صنعتی خواهیم پرداخت.

این اولین بار از یک سری مقالات فنی در مورد ابزار دقیق و کنترل است. در این مجموعه در مورد مفاهیم و اصول اساسی حاکم بر کارخانه های صنعتی صحبت خواهیم کرد. مفاهیم مرتبط با اندازه گیری جریان ، سطح ، دما و فشار ، ابزارهای الکترونیکی و پنوماتیک ، حلقه های کنترل ، کنترل PID و موارد دیگر.

دامنه مقاله

شخصی یک بار از یک همکار سؤال کرد که شغل وی چیست؟ وی بدون تردید پاسخ داد: “من یک مهندس ابزار دقیق و کنترل هستم.” “و این چیست؟” از همرزم خود پرسید. مهندس فکر کرد: “… اوه اوه … من مشکل دارم”

برای توضیح اینکه یک مهندس مکانیک ، برق ، شیمیایی یا برق چه کار می کند نسبتاً آسان است ، اما داستان دیگری است که بطور خلاصه می توان کارهایی را انجام داد که توسط یک مهندس متخصص در زمینه ابزار دقیق و کنترل انجام می شود.

ابزار دقیق و کنترل رشته های بین رشته ای هستند. آنها به دانش شیمی ، مکانیک ، برق و مغناطیس ، الکترونیک ، میکروکنترلر و میکروپروسسور ، زبانهای نرم افزاری ، کنترل فرآیند و حتی موارد دیگر مانند اصول پنوماتیک و هیدرولیک و ارتباطات نیاز دارند.

این همان چیزی است که ابزار دقیق و کنترل را بسیار جالب و آموزنده می کند.

در این مقاله و مقاله بعدی ، من به طور کلی درباره اصول اساسی ابزار دقیق و کنترل (I&C) که برای عملکرد و بهره برداری از گیاهان صنعتی از قبیل مواردی که شامل نفت و گاز ، خمیر کاغذ و کاغذ ، قند ، دارویی است استفاده می شود. محصولات ، مواد غذایی و مواد شیمیایی

در مرحله اول ، ما باید نحوه اندازه گیری را توضیح دهیم و اندازه گیری نیاز به یک ابزار اندازه گیری را داشته باشیم.

ابزار اندازه گیری چیست؟

یک ابزار اندازه گیری وسیله ای است که قادر است در یک فرآیند خاص ، تغییرات بدنی یا دیگری را تشخیص دهد. سپس این تغییرات بدنی را به نوعی از اطلاعات قابل فهم توسط کاربر تبدیل می کند

با بسته شدن سوئیچ ، مقاومت گرما تولید می کند و دمای مایع موجود در مخزن را افزایش می دهد. این افزایش توسط ابزار اندازه گیری شناسایی شده و در مقیاس آن ساز نشان داده شده است.

ما می توانیم با استفاده از نشانگر مستقیم یا ضبط کننده ، اطلاعات مربوط به تغییرات فیزکی را در یک فرآیند بدست آوریم.

نمایشگر

این ساده ترین شکل اندازه گیری است. این امکان را به ما می دهد تا وضعیت فعلی متغیر را بدانیم.

رکوردر

دستگاهی که می تواند داده ها را ذخیره کند به ما این امکان را می دهد تا وضعیت فعلی متغیر و نحوه رفتار آن در گذشته را مشاهده کنیم. یک ضبط کننده سابقه متغیر را برای ما فراهم می کند.

المان های یک ابزار اندازه گیری

ابزار اندازه گیری در درجه اول از بخش های زیر تشکیل شده است:

• سنسور: این عنصر وسیله ای است که در نتیجه تغییر در فرایندی که اندازه گیری می کند ، تغییراتی در خصوصیات بدنی آن ایجاد می کند.
• تقویت کننده: تغییراتی که توسط سنسور تشخیص داده می شود ممکن است بسیار اندک باشد ، بنابراین باید تقویت شوند و سپس به شرطی انجام شوند که به درستی نمایش داده شوند.
• نمایش: داده های اندازه گیری شده باید به روشی قابل فهم ارائه شوند. این کار با استفاده از یک ابزار یا یک صفحه نمایش الکترونیکی قابل انجام است. گاهی اوقات صفحه نمایش علاوه بر این به عنوان رکوردر عمل می کند تا تاریخ یا روند اندازه گیری را انتقال دهد.

معمولاً اطلاعات اندازه گیری تولید شده توسط باید به مركز كنترل (یا اتاق كنترل) ارسال شود كه فاصله دارد. به طور کلی ، این اطلاعات باید مطابق با مشخصات تعیین شده باشد.

وقتی یک ابزار توانایی ارسال اطلاعات را دارد ، ما آنرا ترانسمیتر (XMTR) می نامیم.

طبقه بندی تجهیزات

برای ابزارهای اندازه گیری طبقه بندی های مختلفی وجود دارد. برای مثال می توانیم آنها را به عنوان ابزار درون شهری یا تجهیزات پانلی طبقه بندی کنیم. ابزار درون میدان نزدیک به نقطه پردازش یا نقطه اندازه گیری نصب می شود. اگر در معرض شرایط سخت محیطی قرار داشته باشد ، باید از نظر جسمی قوی باشد. وسایل پانل در یک اتاق با محیط کنترل شده (اغلب فضای تمیز با تهویه هوا و رطوبت کنترل شده) قرار دارند.

طبقه بندی دیگر ابزارهای پنوماتیک در مقابل ابزارهای الکتریکی / الکترونیکی است.

تجهیزات پنوماتیکی

همانطور که از نام این دستگاه پیداست ، این دستگاه هایی هستند که از طریق هوا تغذیه می شوند.

یکی از مزایای این ابزارها این است که آنها الکتریسیته مصرف نمی کنند ، بنابراین می توان از آنها در مناطقی استفاده کرد که استفاده از برق الکتریکی خطرناک یا ناخوشایند باشد. آنها با یک متغیر واحد کار می کنند ، ابزار دقیق نیستند ، تحت تأثیر لرزش ها و تغییرات دما قرار می گیرند و نیاز به نگهداری بالایی دارند. سیگنال خروجی ترانسمیتر ها بین 3 تا 15 psi و حداکثر فاصله انتقال تقریباً 200 متر است.

ابزارهای برقی / الکترونیکی

ابزارهای الکترونیکی را می توان به سه دسته کلی تقسیم کرد: آنالوگ ، آنالوگ هوشمند و دیجیتال.

انالوگ

• سیگنال خروجی 4-20 میلی امپر
• فاصله انتقال: 1200 متر (معمولی)
• داده ها برای یک متغیر منتقل می شود
• نگهداری آسان
• دقت خوب

انالوگ هوشمند

• خصوصیات سنسور به عنوان اندازه گیری دما ، فشار استاتیک و غیره
• دقت عالی
• تشخیص خود (به عنوان مثال ، سنسور می تواند مشکلات را در عملکرد خودش تحلیل کند)
• یک متغیر

دیجیتال

• چندین ساز می توانند از یک کابل واحد استفاده کنند
• انتقال مقادیر متعدد برای هر ساز (متغیرهای فرآیند ، کالیبراسیون ، تشخیص ، دامنه)
• فاصله: تقریباً 1900 متر بدون تکرار
• ظرفیت داده ها تحت تأثیر نحوه انتقال (کابل ، فیبر نوری ، بی سیم) است.

مفاهیم عمومی

محدوده: منطقه بین محدوده هایی که یک متغیر در آن اندازه گیری می شود. این حداقل و حداکثر مقادیر محدود کننده منطقه را نشان می دهد. دامنه با دو عدد بیان می شود ، مثلاً 10 تا 20 درجه سانتیگراد ، 10 تا 150 ولت ، 0 تا 100 درصد

spam: حداکثر مقدار دامنه منهای حداقل مقدار دامنه محاسبه می شود. دهانه با تعداد واحد در واحدهای فرآیند ، به عنوان مثال ، 120 درجه سانتیگراد ، 30 ولت ، 150 لیتر در ثانیه بیان می شود.

Elevation: اگر حد پایین دامنه یک مقدار مثبت باشد ، این حد پایین ارتفاع است. مثال: اگر دامنه از 50 تا 200 درجه سانتیگراد باشد ، می توان گفت ارتفاع از 50 درجه سانتیگراد یا 33.3 درصد از دهانه است.

Depression  (همچنین به آن سرکوب گفته می شود): اگر حد پایین دامنه منفی باشد ، مقدار مطلق این حد پایین افسردگی است. مثال: اگر دامنه بین -10 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد باشد ، می توان گفت که میزان افسردگی 10 درجه سانتیگراد یا 11.1٪ دهانه است.

Overrange: هنگامی که یک وسیله برای کالیبراسیون کار می کند تا در محدوده مشخصی کار کند اما ممکن است در معرض مقادیر بالاتر یا پایین تر از آن محدوده باشد ، در این صورت به یک مکانیزم محافظت نیاز دارد تا از صدمه به ساز جلوگیری کند یا مانع از این شود که شاخص از حد بالایی یا پایین خود جلوگیری کند. وقتی مقادیر اندازه گیری شده بالاتر از حداکثر مقدار هستند ، از این نظر مثبت بیش از حد داریم. هنگامی که مقادیر اندازه گیری شده زیر حداقل مقدار هستند ، ما بیش از حد منفی داریم.

خطا: تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعی (یا مورد انتظار یا دلخواه) یک متغیر فیزیکی است. خطا می تواند مثبت یا منفی باشد. وقتی مقدار اندازه گیری شده از مقدار واقعی بیشتر باشد ، خطا مثبت است. وقتی مقدار اندازه گیری شده کمتر از مقدار واقعی باشد ، خطا منفی است.

If measured > actual, error > 0

If measured < actual, error < 0

خطا می تواند بیان شود

در واحدهای مهندسی (به عنوان مثال ، درجه سانتیگراد ، روانگردان)

به عنوان درصد از دهانه (به عنوان مثال ، 3/3 درصد از طول)

به عنوان درصد اندازه گیری (به عنوان مثال ، 5/5 درصد اندازه گیری)

مقدار مرجع: به معنای کلی ، این به مقدار واقعی ، مورد انتظار یا مورد نظر یک متغیر اشاره دارد. در زمینه سیستم کنترل بازخورد ، مقدار تولید شده به منظور تولید سیگنال خطا از مقدار مرجع تغذیه می شود.

دقت: عددی است که حدود خطا را مشخص می کند. وقتی می گوییم یک تجهیز دارای دقت 0.1٪ از spam است ، این بدان معنی است که در هر نقطه ای از محدوده ، خوانش ها بیش از 0.1٪ از spam با مقدار واقعی تفاوت نمی کنند.

یک مثال

برای درک بهتر مفاهیم بیان شده در بالا ، مثال زیر را در نظر بگیرید.

ما یک مخزن روغن داریم که در آن ما نیاز به اندازه گیری مداوم دما داریم. شرایط عملیاتی این فرآیند به شرح زیر است:

• کمترین دما -10 درجه سانتی گراد
• ماکزیمم دما 90 درجه سانتی گراد
• دقت اندازه گیری باید 1٪ از spam یا بهتر باشد
• اندازه گیری دما باید به صورت محلی و از راه دور نمایش داده شود

ابتدا باید یک ابزار اندازه گیری را انتخاب کنیم که به ما امکان اندازه گیری دمای مایع موجود در مخزن را می دهد. از آنجا که اطلاعات باید به صورت محلی و از راه دور در دسترس باشند ، ما یک ترانسمیتر دما را انتخاب می کنیم.

این ترانسمیتر  باید دارای مشخصات زیر باشد:

رنج: -10 درجه سانتی گراد تا 90 درجه سانتی گراد

spam: 90 درجه سانتیگراد – (-10 ° C) = 100 ° C

Depression: 10 درجه سانتیگراد یا 10٪ دهانه

دقت: 1٪ از دهانه = 1٪ × 100 ° C = 1 ° C

این دقت 1٪ تضمین می کند که در هر اندازه گیری یا خواندن دما ، تغییر یا خطا از +/- 1 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند.

در یک یادداشت اضافی ، ما باید از ارتباط مناسب بین دامنه و خروجی ترانسمیتر  استاندارد اطمینان حاصل کنیم. برای کالیبراسیون تجهیز ، باید حداقل مقدار دامنه (-10 درجه سانتیگراد) را با حداقل مقدار خروجی (4 میلی آمپر) و حداکثر مقدار دامنه (90 درجه سانتیگراد) با حداکثر مقدار خروجی مرتبط کنیم. (20 میلی آمپر).