ابزار دقیق چیست و شامل چه ابزار آلاتی می شود؟

در واحدهای صنعتی، تنها داشتن وسایل الکتریکی برای کنترل صحیح یک سیستم کافی نیست. در بسیاری از خطوط تولید، اپراتور باید بداند فشار داخل یک خط لوله چقدر است، دمای سیال در چه محدوده ای قرار دارد، سطح مخزن چه میزان است، دبی عبوری از یک مسیر چقدر است و آیا متغیرها از محدوده تعیین شده خارج شده اند یا خیر. این اطلاعات توسط تجهیزات ابزار دقیق دریافت، اندازه گیری و به سیستم کنترل منتقل می شوند.

ابزار دقیق در واقع بخش اندازه گیری و کنترل یک واحد صنعتی را تشکیل می دهد و ارتباط نزدیکی با اتوماسیون صنعتی، PLC، سیستم های DCS و SCADA دارد. از ترانسمیتر فشار و دما گرفته تا فلومتر، لول ترانسمیتر، کنترل ولو و سوئیچ های صنعتی، هر تجهیز بر اساس یک متغیر مشخص انتخاب می شود و وظیفه متفاوتی در سیستم دارد.

در این مقاله از آرامک صنعت هوشمند، تجهیزات ابزار دقیق را از دید فنی بررسی می کنیم و تفاوت میان تجهیزات اندازه گیری، سوئیچ ها، ترانسمیترها و تجهیزات کنترلی را توضیح می دهیم.

تجهیزات ابزار دقیق شامل چه تجهیزاتی می شوند؟

تجهیزات ابزار دقیق را نمی توان فقط به چند نوع ترانسمیتر یا سنسور محدود کرد. یک سیستم ابزار دقیق ممکن است مجموعه ای از تجهیزات اندازه گیری، انتقال سیگنال، نمایش، کنترل و عملگرها را در کنار یکدیگر داشته باشد.

مهم ترین گروه های تجهیزات ابزار دقیق عبارتند از:

• ترانسمیتر فشار و اختلاف فشار
• ترانسمیتر دما
• ترانسمیتر سطح
• فلومتر و تجهیزات اندازه گیری جریان
• سنسورها و سوئیچ های صنعتی
• لول سوئیچ ها
• لول گیج
• کنترل ولو و تجهیزات جانبی آن
• پوزیشنر ولو
• فلو ایندیکیتور
• تجهیزات مربوط به اندازه گیری و کنترل سیگنال
• تجهیزات مورد استفاده در سیستم های PLC، DCS و SCADA

ترانسمیتر چیست و چه تفاوتی با سنسور دارد؟

یکی از مفاهیمی که در پروژه های ابزار دقیق زیاد با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند، سنسور و ترانسمیتر است.سنسور وظیفه تشخیص یک کمیت فیزیکی را دارد. برای مثال RTD تغییرات دما را از طریق تغییر مقاومت الکتریکی تشخیص می دهد. ترموکوپل نیز بر اساس اختلاف پتانسیل ایجاد شده در اثر اختلاف دما کار می کند.

اما ترانسمیتر معمولا سیگنال دریافت شده از سنسور یا عنصر اندازه گیری را به یک خروجی استاندارد تبدیل می کند تا بتوان آن را به سیستم کنترل ارسال کرد.یکی از رایج ترین استانداردهای صنعتی، خروجی 4 تا 20 میلی آمپر است. در این روش معمولا مقدار 4 میلی آمپر متناظر با صفر درصد محدوده اندازه گیری و 20 میلی آمپر متناظر با 100 درصد محدوده تنظیم شده است.

برای مثال، اگر یک ترانسمیتر فشار برای محدوده 0 تا 10 بار تنظیم شده باشد:

• 4 mA = فشار 0 بار
• 12 mA = فشار 5 بار
• 20 mA = فشار 10 بار

ترانسمیتر فشار؛ اندازه گیری دقیق فشار در خطوط و تجهیزات

ترانسمیتر فشار یکی از پرکاربردترین تجهیزات ابزار دقیق در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه، آب و فاضلاب، صنایع غذایی و بسیاری از واحدهای تولیدی است. این قطعه فشار وارد شده به دیافراگم یا عنصر حسگر را اندازه گیری کرده و آن را به سیگنال قابل استفاده برای سیستم کنترل تبدیل می کند.در انتخاب ترانسمیتر فشار باید مواردی مانند موارد زیر بررسی شود:

• محدوده اندازه گیری

ترانسمیتر باید متناسب با فشار واقعی سیستم انتخاب شود. انتخاب محدوده بیش از اندازه بزرگ می تواند دقت اندازه گیری را کاهش دهد و انتخاب محدوده بسیار نزدیک به فشار کاری نیز ممکن است حاشیه ایمنی کافی ایجاد نکند.

• نوع فشار

ترانسمیترها می توانند برای اندازه گیری فشار گیج، فشار مطلق یا اختلاف فشار مورد استفاده قرار گیرند. در اندازه گیری اختلاف فشار، دو ورودی فشار به تجهیز متصل می شود و اختلاف میان آنها اندازه گیری می شود.

• اتصال به فرآیند

نوع رزوه، فلنج، متریال قسمت در تماس با سیال و نحوه نصب نیز باید متناسب با شرایط خط انتخاب شود.

اندازه گیری دما با RTD، ترموکوپل و ترانسمیتر دما

دما یکی از مهم ترین متغیرهای قابل اندازه گیری در تجهیزات صنعتی است. اما برای اندازه گیری دما نمی توان بدون توجه به شرایط محیط یک سنسور را انتخاب کرد.

RTD به دلیل دقت و پایداری مناسب، در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. PT100 یکی از شناخته شده ترین انواع RTD است که مقدار مقاومت آن در برابر تغییرات دما تغییر می کند.در مقابل، ترموکوپل بر اساس اثر سیبک عمل می کند و برای محدوده های دمایی گسترده و کاربردهایی که پاسخ سریع یا دمای بالا مورد نیاز است، گزینه مناسبی است

در بسیاری از تابلوهای کنترل، سیگنال سنسور ابتدا به یک ترانسمیتر دما وارد می شود. ترانسمیتر این سیگنال را به خروجی استاندارد مانند 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل می کند.بنابراین در طراحی سیستم اندازه گیری دما باید نوع سنسور، محدوده دمایی، کلاس دقت، نوع اتصال، طول غلاف، جنس ترموول و روش انتقال سیگنال همزمان بررسی شوند.

تجهیزات اندازه گیری سطح؛ از مخزن آب تا سیلوهای صنعتی

کنترل سطح در مخازن و سیلوها از جمله کاربردهای مهم ابزار دقیق است. روش اندازه گیری سطح به نوع ماده، شکل مخزن، ارتفاع، فشار، دما، وجود بخار یا گرد و غبار و ویژگی های فیزیکی ماده بستگی دارد.

برای اندازه گیری سطح می توان از روش های مختلفی استفاده کرد:

• راداری
• اولتراسونیک
• هیدرواستاتیک
• خازنی
• مغناطیسی
• شناوری
• لول سوئیچ های مکانیکی یا الکترونیکی

• لول ترانسمیتر راداری

در تجهیزات راداری، موج الکترومغناطیسی به سمت سطح ماده ارسال شده و سیگنال بازتاب شده برای محاسبه فاصله سطح تا تجهیز مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی از مزایای روش راداری، امکان استفاده از آن در مخازن با شرایط سخت عملیاتی است. البته انتخاب مدل مناسب به عواملی مانند ثابت دی الکتریک ماده، وجود کف یا بخار، محدوده اندازه گیری و نوع آنتن وابسته است.

• لول سوئیچ

لول سوئیچ برخلاف لول ترانسمیتر معمولا برای اندازه گیری پیوسته سطح استفاده نمی شود. وظیفه آن تشخیص رسیدن سطح ماده به یک نقطه مشخص است.برای مثال می توان از آن برای جلوگیری از سرریز مخزن یا جلوگیری از کارکرد خشک پمپ استفاده کرد.

فلومتر؛ اندازه گیری دبی سیال در خطوط صنعتی

فلومتر برای اندازه گیری میزان جریان سیال در یک خط استفاده می شود. اما انتخاب فلومتر تنها بر اساس قطر لوله انجام نمی شود.نوع سیال، هدایت الکتریکی، ویسکوزیته، دمای کاری، فشار، محدوده دبی و دقت مورد انتظار، همگی در انتخاب فلومتر تاثیر دارند.

برخی از فناوری های متداول اندازه گیری دبی عبارتند از:

• فلومتر مغناطیسی

فلومتر مغناطیسی برای سیالات رسانا کاربرد گسترده ای دارد. این تجهیز بر اساس قانون فارادی، ولتاژ القایی ایجاد شده در اثر عبور سیال رسانا از میدان مغناطیسی را اندازه گیری می کند.

• فلومتر کوریولیس

در فلومترهای کوریولیس، اثر نیروهای کوریولیس برای اندازه گیری جریان مورد استفاده قرار می گیرد. این فناوری می تواند امکان اندازه گیری دقیق جرمی سیال را فراهم کند و در برخی مدل ها چگالی نیز قابل اندازه گیری است.

• فلومتر ورتکس

فلومتر ورتکس با ایجاد گردابه در مسیر جریان، فرکانس گردابه ها را اندازه گیری می کند. این نوع فلومتر در برخی کاربردهای بخار، گاز و مایعات مورد استفاده قرار می گیرد.

• فلومتر توربینی

در این فلومتر، جریان سیال باعث چرخش روتور می شود و سرعت چرخش برای محاسبه دبی مورد استفاده قرار می گیرد.

بنابراین عبارت «فلومتر مناسب» بدون شناخت سیال و شرایط خط، از نظر فنی معنی دقیقی ندارد.

کنترل ولو؛ جایی که اندازه گیری به کنترل واقعی تبدیل می شود

اندازه گیری به تنهایی نمی تواند شرایط یک خط صنعتی را تغییر دهد. زمانی که سیستم کنترل بر اساس اطلاعات دریافت شده تصمیم می گیرد، باید یک قطعه یا سنسور اجرایی نیز وجود داشته باشد.کنترل ولو یکی از مهم ترین عملگرهای مورد استفاده در این بخش است.

برای مثال فرض کنید دمای یک مخزن باید روی مقدار مشخصی ثابت بماند. سنسور دما مقدار واقعی را اندازه گیری می کند، ترانسمیتر این مقدار را به سیستم کنترل می فرستد و کنترلر پس از مقایسه مقدار اندازه گیری شده با مقدار تنظیمی، فرمان لازم را صادر می کند. کنترل ولو نیز با تغییر میزان عبور سیال گرم کننده، شرایط را اصلاح می کند.

در این ساختار، چند تجهیز در کنار هم یک حلقه کنترل تشکیل می دهند:

سنسور → ترانسمیتر → کنترلر → پوزیشنر → کنترل ولو → فرآیند

سیگنال های ابزار دقیق و نقش 4 تا 20 میلی آمپر

در بسیاری از پروژه های صنعتی، انتقال اطلاعات میان تجهیزات فیلد و سیستم کنترل با سیگنال استاندارد انجام می شود.سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر هنوز یکی از متداول ترین روش های انتقال سیگنال آنالوگ در تجهیزات صنعتی است. دلیل استفاده گسترده از این استاندارد، امکان تشخیص برخی خطاهای مربوط به قطع شدن مسیر سیگنال و سازگاری مناسب با سیستم های کنترل است.

در کنار سیگنال های آنالوگ، ارتباطات دیجیتال نیز در سیستم های جدید اهمیت بیشتری پیدا کرده اند. پروتکل هایی مانند HART می توانند علاوه بر مقدار اصلی اندازه گیری، اطلاعاتی درباره تنظیمات و وضعیت تجهیز نیز منتقل کنند.

انتخاب تجهیزات ابزار دقیق بر چه اساسی انجام می شود؟

انتخاب تجهیزات ابزار دقیق باید بر اساس شرایط واقعی محل نصب انجام شود، نه صرفا نام قطعه یا برند آن.

موارد مهم عبارتند از:

1. متغیر مورد اندازه گیری؛ فشار، دما، سطح، دبی یا متغیر دیگر
2. محدوده اندازه گیری
3. دقت مورد نیاز
4. فشار و دمای کاری
5. مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیال
6. جنس قسمت های در تماس با سیال
7. نوع اتصال به خط یا مخزن
8. نوع خروجی و پروتکل ارتباطی
9. درجه حفاظت تجهیز
10. شرایط محیط نصب
11. نیاز یا عدم نیاز به تاییدیه های خاص
12. نحوه اتصال تجهیز به PLC، DCS یا سیستم مانیتورینگ

در محیط های مستعد انفجار، موضوعاتی مانند Explosion Proof و استانداردهای مربوط به تجهیزات ضد انفجار نیز باید در انتخاب تجهیز لحاظ شوند.

تفاوت تجهیزات ابزار دقیق با تجهیزات اتوماسیون صنعتی چیست ؟

این دو حوزه ارتباط بسیار نزدیکی با یکدیگر دارند اما یکسان نیستند.ابزار دقیق بیشتر بر اندازه گیری، انتقال اطلاعات و کنترل متغیرهای فیزیکی تمرکز دارد؛ در حالی که اتوماسیون صنعتی دامنه گسترده تری دارد و PLC، HMI، سیستم های SCADA، شبکه های صنعتی، درایوها و سایر اجزای کنترلی را نیز شامل می شود.

به عنوان نمونه، یک ترانسمیتر فشار اطلاعات فشار خط را اندازه گیری می کند، اما PLC می تواند این اطلاعات را پردازش کرده و بر اساس برنامه کنترلی، فرمان باز یا بسته شدن یک شیر را صادر کند.

در پروژه صنعتی، ابزار دقیق و اتوماسیون زمانی عملکرد مناسبی خواهند داشت که انتخاب و تنظیم تجهیزات آنها از ابتدا هماهنگ با یکدیگر انجام شود.

جمع بندی

تجهیزات ابزار دقیق مجموعه ای از سنسورها، ترانسمیترها، سوئیچ ها، تجهیزات اندازه گیری، کنترلرها و عملگرهایی هستند که برای اندازه گیری و کنترل متغیرهای صنعتی به کار می روند. فشار، دما، سطح و دبی از مهم ترین پارامترهایی هستند که در خطوط تولید و تجهیزات صنعتی اندازه گیری می شوند.

با این حال، انتخاب تجهیزات ابزار دقیق صرفا با توجه به نام یا محدوده اندازه گیری آن صحیح نیست. شرایط نصب، نوع سیال، دما و فشار کاری، دقت مورد نیاز، جنس قطعات در تماس با سیال، نوع سیگنال خروجی و نحوه ارتباط با سیستم کنترل باید همزمان بررسی شوند.

آرامک صنعت هوشمند می تواند در انتخاب و تامین تجهیزات ابزار دقیق متناسب با مشخصات فنی پروژه، نوع کاربرد و شرایط عملیاتی، اطلاعات فنی لازم را در اختیار مجموعه های صنعتی قرار دهد.