تجهیزات ابزار دقیق
ابزار دقیق یک زیرساخت برای سیستم کنترل و اتوماسیون شامل ابزاری مانند فلومتر، فلوکنترلر، کنترلر فشار، پمپ، راکتور آزمایشگاهی و غیره می باشد. که با کمک این ابزار امکان اندازه گیری، انتقال، نمایش، ثبت و کنترل پارامترهای مهم فیزیکی همچون دما، فشار، فلو، سطح مایعات و غیره در پروسه های صنعتی به شکلی دقیق فراهم شده است.
به زبان ساده، به وسایل و ابزارهای صنعتی (الکترونیکی، الکتریکی و پنوماتیکی) که برای کنترل و اندازه گیری دقیق کمیت‌های فیزیکی در صنایع و کارخانه های مختلف به کار برده میشوند، تجهیزات ابزار دقیق می‌گوییم. پس وقتی کلمه دقیق اشاره شد، یعنی باید اندازه گیری و کنترل کاملا دقیق باشد.
متغیرهای بسیاری وجود دارند که بایستی در صنعت به طور دقیق اندازه گیری شوند. از دما، جریان، سطح و فشار گرفته تا اندازه گیری رطوبت، سرعت و یا تشخیص وجود گازهای انفجاری و یا سمی. به همین دلیل، تجهیزات ابزار دقیق شامل طیف بسیار گسترده‌ای از تجهیزات میشوند.
ابزار دقيق را می توان به دو صورت دسته بندی كرد، يكی از نظر نوع عملکرد این ابزار؛ برای مثال ابزاری که عمل کنترل دما یا فشار و رطوبت و یا سطح را بر عهده دارند به كنترلر مشهورند و به همین ترتیب ابزار نمایش این مقادیر که به ایندیکیتور یا نمایشگر معروفند و ابزار انتقال اطلاعات مقادیر به صورت سیگنال های استاندارد که ترانسميتر یا منتقل کننده نامیده می شوند.
ابزار دقیق را همچنين می توان از نظر پارامتری كه این ابزار بايستی عملياتی بر روی آن انجام دهد دسته بندی کرد. برای مثال بخش های ابزار دقیق مربوط به دما نظیر کنترلر دما، ترانسمیتر دما و ترمومتر یا نمایشگر دما، ابزار اندازه گیری و کنترل دقیق فشار، فلومتر یا سنجش جریان سیالات و انتقال مقادیر فلو یا کنترل فلو، ابزار سطح سنجی یا اندازه گیری سطح مواد درون مخازن و کنترل دقیق آنها و ابزار سرعت سنجی، ابزار رطوبت سنجی و غیره.
تجهیزات ابزار دقیق به دلیل کارایی گسترده و داشتن انواع مختلف، کاربردهای گوناگونی دارند و در زمینه ها و صنایع زیادی مورد استفاده قرار می گیرند. این کاربردها و موارد استفاده عبارتند از:
- صنایع غذایی
- آب و فاضلاب همچون سنسور اندازه گیری میزان bod5 درون پکیج های تصفیه فاضلاب
- صنایع دارویی و داروسازی
- صنایع خودروسازی
- صنعت نفت، گاز و پتروشیمی
- پالایشگاه ها و نیروگاه ها
- صنعت تولید سیمان و فولاد
- صنعت الکترونیک
- صنعت مکانیک
- مهندسی پزشکی
- ریخته گری
- تولید کاغذ
- پایش فرآیندهای صنعتی
- کنترل خودکار فرآیندها و به صفر رساندن خطاها
- تحلیل مهندسی عملکرد یک ماشین، سیستم یا فرآیند صنعتی
- بررسی و مشاهده آنلاین نحوه کارکرد سیستم ها و سیگنال های کنترلی
معرفی انواع تجهیزات اندازه گیری
1) تجهیزات اندازه گیری دما:
در اکثر محیط های صنعتی دما (Temperature) یکی از شاخصه ها و کمیت های مهم است که می بایست با اندازه گیری آن، فرآیند های کنترلی انجام شوند به دنبال اهمیت این موضوع از انواع تجهیزات اندازه گیری دما برای کنترل دقیق درجه حرارت سیالات و جامدات مختلف، استفاده می شود. به طور کلی تجهیزات اندازه گیری دما را می توان به دو دسته تماسی (CONTACT) و غیر تماسی (NON-CONTACT) تقسیم بندی نمود. دماسنج مقاومتی، دماسنج ترموالکتریکی و یا دماسنج های معمولی که برای اندازه گیری دمای اتاق مورد استفاده قرار می گیرند جز دماسنج های تماسی هستند. دما سنج هایی که از روش های مانند لیزر و یا مادون قرمز برای اندازه گیری دما استفاده میکنند جز دماسنج های غیر تماسی هستند.
از دیگر انواع تجهیزات اندازه گیری دما می توان به ترموکوبل ها ( متشکل از دو فلز عیز همجنس)، ترمومتر ها (اتصال پراب به سطح جسم، دادای انواع جیوه ای، الکلی و گازی)، دماسنج های کوارتزی (بر مبنای حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز)، ترمیستورها و پیرومترها اشاره کرد.
2) تجهیزات اندازه گیری رطوبت:
میزان بخار آب موجود در هوا به عنوان رطوبت (Humidity)شناخته شده است. برای اندازه گیری رطوبت، میزان رطوبت موجود در هوا که به شکل های رطوبت نسبی، رطوبت مطلق و نقطه شبنم بیان می شود مورد بررسی قرار می گیرند.
3) تجهیزات اندازه گیری فشار:
فشار (Pressure) یکی از مهم ترین کمیت های فیزیکی است که در صنعت مورد اندازه گیر واقع می شود از این رو تجهیزات اندازه گیری فشار جهت سنجش و اندازه گیری فشار مخازن و لوله های انتقال، خطوط احتراق کوره و غیره مورد استفاده قرار می گیرند از اهمیت بالایی برخوردار هستند. تجهیزات اندازه گیری فشار شامل مانومتر (فشار سنج صنعتی، گیج فشار) نصب ثابت و پرتابل، ترانسمیترفشار، پرشرسوئیچ ها (سوئیچ فشار) و تجهیزات جانبی فشار می باشد.
4) تجهیزات اندازه گیری فلو ( جریان):
فلو (flow) یا همان جریان سیال یکی دیگر از مهم ترین متغیر های اندازه گیری در صنعت می باشد. در واقع فلو یا دبی لحظه ای، میزان عبور سیال در واحد زمان می باشد. تجهیزات اندازه گیری فلو شامل، فلو متر یا دبی سنج (جریان سنج)، فلو سوئیچ (سوئیچ جریان)، فلو ترانسمیتر (ترانسمیتر سطح) می شود. تجهیزات اندازه گیری فلو تقریبا در همه صنایعی که با سیالات سر و کار دارند مانند صنایع نفت وگاز، پتروشیمی و پالایشگاه، صنایع غذایی و دارویی، آب و فاضلاب، صنایع کاغذ سازی، صنایع برودتی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.
5) تجهیزات اندازه گیری سطح ( ارتفاع):
اندازه گیری ارتفاع سطح سیال (level) یا همان سطح سنجی از جمله فرآیند هایی است که در صنعت به منظور کنترل سطوح مخازن و جلوگیری از سرریز شدن آن ها صورت می گیرد. تجهیزات اندازه گیری سطح شامل سطح سنج یا لول متر، سوئیچ سطح (لول سوئیچ) و ترانسمیتر سطح هستند. تجهیزات اندازه گیری ارتفاع نیز مانند تجهیزات اندازه گیری فلو در صنایعی که با سیالات و مایعات سر و کار دارند مورد استفاده قرار می گیرند.
تجهیزات ابزار دقیق در صنعت نفت
ترانسیمتر
برای اندازه گیری هر نوع کمیتی در صنایع مختلف از ترانسمیترها (transmitter) استفاده می شود. ترانسمیتر ابزاری است که می تواند یک کمیت فیزیکی را در یک منطقه ی عملیاتی اندازه گیری کند و اطلاعات مربوط به اندازه گیری را به قسمتی دورتر از منطقه ی عملیاتی مثل اتاق کنترل بفرستد.
ترانسمیتر در صنایع به عنوان یک ابزار شناخته می شود و وظیفه ی آن اندازه گیری کمیت ها و پارامترهای مختلف از جمله دما، فشار سطح، میزان جریان و غیره است.
بر این اساس ترنسیمترها را بر اساس نوع اندازه گیری که انجام می دهند به انواع ترنسیمترهای حرارت، فشار، جریان و سطح تقسیم می کنند.
نمایشگر
نمایشگر یا indicator عضو دیگری از پروژه های ابزار دقیق است که مقادیر اندازه گیری شده را در معرض دید می گذارد.
دیگر تجهیزات ابزار دقیق که در صنعت نفت مورد استفاده قرار می گیرند عبارت اند از:
سنسور
سنسورهای مورد استفاده در صنعت نفت شامل سنسورهای دما ، فشار ، سطح و جریان می باشند. این سنسورها کمیت اندازه گیری شده ی مورد نظر را به یک سیگنال الکتریکی در یک دستگاه الکتریکی و یا به یک سیگنال نیوماتیکی در یک دستگاه نیوماتیکی تبدیل می کنند. انواع سنسورهایی که جز تجهیزات ابزار دقیق در صنایع نفت هستند شامل موارد زیر می باشند:
سنسورهای دمایی به دو نوع الکتریکی و غیر الکتریکی تقسیم می شوند. انواع الکتریکی این سنسورها ترموکوپل ، ترمیستور ، RTD و سنسورهای IC هستند.
انواع غیر الکتریکی سنسورهای دمایی در تجهیزات ابزار دقیق صنعت نفت ، با استفاده از انبساط مایعات و فلزات اندازه گیری خود را انجام می دهد. ترمومتر یک نوع سنسور غیر الکتریکی است که با استفاده از انبساط مایعات کار اندازه گیری را انجام می دهد و بیمتال تجهیز ابزار دقیق دیگری است که با استفاده از انبساط فلز اندازه گیری را انجام خواهد داد.
سنسورهای فشار از دیگر تجهیزات ابزار دقیق در صنعت نفت هستند که می توانند فشار سیالات درون یک مخزن یا لوله را اندازه گیری کنند. این سنسورها شامل مانومترها و بردن تیوب ها هستند. مانومترها را برای اندازه گیری فشار کم به کار می برند. بردن تیوب ها نیز از طریق تغییر شکل مکانیکی فشار را اندازه گیری می کنند.
سنسورهای جریان سنج اندازه گیری فشار سیالات درون یک مخزن یا لوله در پالایشگاه های نفت و گاز ، با استفاده از تجهیزات ابزار دقیق جریان سنج انجام می شود.سنسورهای جریان سنج به سه نوعِ با صفحه ی سوراخ دار ، توربینی و مغناطیسی تقسیم می شوند.
سنسورهای سطح سنج از تجهیزات ابزار دقیق دیگری است که برای سنجش سطح مایعات درون مخازن مورد استفاده قرار می گیرد.
ترنس دیوسر ( مبدل )
ترنس دیوسر تجهیزی است که سیگنال های خروجی از یک سنسور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرده و آن ها را با استفاده از مسیرهای فلزی برای تجزیه و تحلیل به یک مدار الکتریکی می فرستد. ترنس دیوسرها را بر حسب نوع تبدیلی که انجام می دهند در ۴ دسته قرار می دهند.
- ترنس دیوسرهایی که کمیت غیر الکتریکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند.
- ترنس دیوسرهایی که کمیت فیزیکی را به علائم نیوماتیکی تبدیل می کنند.
- ترنس دیوسرهایی که علائم نیوماتیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.
- و ترس دیوسرهایی که سیگنال های الکتریکی را به علائم نیوماتیکی تبدیل می کنند.
کنترلر controller
کنترلر یکی از تجهیزات ابزار دقیق است که خروجی ترنسیمتر وارد آن می شود تا بر اساس توابعی که از پیش برای آن تعریف شده ، اعمال کنترلی لازم و عکس العمل های مناسب را اجرایی کند.
عنصر نهایی
عنصر نهایی به عنوان یکی از آخرین تجهیزات ابزار دقیق در صنعت نفت شناخته می شود که تصمیمات اتخاذ شده از سمت بخش کنترل کننده را عملی خواهد ساخت.
رکوردر recorder
ثبت تغییرات و رفتار فرایندها در کل مجموعه ی پالایشگاه به صورت شبانه روزی بر عهده ی رکوردر است.
ولو ها Valves
شیر های کنترلی (کنترل ولو)، تجهیزی مکانیکی هستند که برای بستن، کنترل و وصل جریان سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تجهیزات بوسیله عملگر ها کنترل میشوند پنج نوع عملگر (Actuator) برای کنترل شیر ها وجود دارد که عبارتند از: دستی (مکانیکی)، الکتریکی، گرمایی، پنوماتیکی و هیدرولیکی.
از لحاظ ساختار نیز شیرکنترل در دو نوع: دارای حرکت خطی و دورانی تولید شده‌اند.
انواع شیر کنترلی از لحاظ کاربرد
- ON/OFF ولوها (بال ولو Ball Valve و باترفلای ولو Butter Fly Valve از این نوع هستند)
- شیر ایمنی Safety valve
- شیر ایزوله (شیرهای اسپلیت، شیر های تک نشیمنگاه یا سینگل سیت Single Seat و شیر چاقویی Knife Valve از شیرهای ایزوله محسوب میشوند)
- شیر های کنترل جریان (گلوب ولو Globe Valve و شیر سوزنی Needle valve)
- شیرهای خود کنترل یا چک ولو Check Valve
پوزیشنر
پوزیشنر ها بر روی اکچویتور نصب می شوند و با انجام عملیات کاهش و یا افزایش، شیر را در وضعیت درست و مناسب قرار می دهند. و در چهار نوع نوع: آنالوگی، دیجیتالی، پنوماتیکی و موتور دار ساخته میشوند.
یک اندازه‌گیر خوب باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
- حوزه ی اندازه‌گیری (Range): محدوده‌ای که تجهیز قابلیت اندازه‌گیری آن را دارد.
- صفر اندازه‌گیری (Zero): نقطه ی مشخصی را در حوزه ی اندازه‌گیری به عنوان نقطه ی صفر در نظر می‌گیرند که الزاما صفر نیست و ممکن است دارای مقادیری باشد.
- انحراف صفر (Zero Drift): اندازه ی خروجی در نقطه صفر با گذشت زمان یا دیگر عوامل تغییر می‌کند که به آن پدیده ی انحراف صفر گویند.
- حساسیت (Sensitivity): به تغییرات خروجی اندازه‌گیر به واحد تغییرات در کمیت مورد اندازه‌گیری حساسیت می‌گویند.
- حد تفکیک (Resolution): به کوچک‌ترین اندازه تغییرات کمیت مورد اندازه‌گیری که تجهیز می‌تواند اندازه‌گیری کند حد تفکیک می‌گویند.
- پاسخ‌دهی (Response): در عمل، تجهیزها دارای ثابت زمانی و بعضا تاخیر خالص هستند. ثابت زمانی عنصر اندازه‌گیر، باید از کوچک‌ترین ثابت زمانی موجود در حلقه ی کنترل بسیار کوچک‌تر باشد.
- درستی (Accuracy): به تطابق مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار واقعی کمیت مورد اندازه‌گیری، درستی می‌گویند.
- تکرارپذیری (Repeatability): به نتیجه ی یکسان گرفتن در اندازه‌گیری یک کمیت در شرایط ثابت، تکرارپذیری گویند.
- گستره (Range Of Span): به فاصله ی بین مقادیر ماکزیمم و مینیمم که یک دستگاه می‌تواند اندازه‌گیری کند، گستره گویند.
استاندارهای تجهیزات ابزار دقیق
API استاندارد شرکت نفت آمریکا AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE،
ISA استاندارد انجمن ابزاردقیق آمریکا INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA
IPS استاندارد نفت ایران IRANIAN PETROLEUM STANDARDS
EN استاندارد حفاظتی اروپایی European Committee for Standardization
BSI استاندارد موسسه استاندارد بریتانیا BRITIHSH STANDARD INSTITUTE
NFPA استاندارد انجمن حفاظت از آتش سوزی ملی National Fire Protection Association، که به نوعی شبیه به استاندارد EN می باشد.
IEC استاندار برقی توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک International Electrotechnical Commission
ASTM استاندارد انجمن آزمایش و متریال آمریکا American Society Testing and Materials
ASME استاندارد انجمن مکانیک آمریکا AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS
NACE استاندارد نیس (نِیس) NACE انجمن ملی کالج ها و کارفرمایان National Association of Colleges and Employers
مهم‌ترین تولید کنندگان تجهیزات ابزار دقیق در سطح جهان کدامند؟
شرکت‌های بسیاری هستند که در زمینه تولید این تجهیزات فعالیت دارند. چند نمونه از مهم‌ترین تولیدکنندگان جهانی تجهیزات ابزاردقیق عبارتند از: وگا (VEGA)، اندرس هاوزر (E+H)، زیمنس (Siemens) و درگر (Dräger) آلمان، هانیول (Honeywell) آمریکا، اندومارت (INDUMART) کانادا، یوشیتاکه (Yoshitake)، یوکوگاوا (Yokogawa) و یاسکاوا (Yaskawa) ژاپن، اپکس (Apex)، فستو (Festo)، آی اف ام (IFM) و رکس روث (Rexroth).
هنگام خرید تجهیزات ابزار دقیق به چه نکاتی توجه کنیم؟
خرید تجهیزات ابزار دقیق به صرف وقت و هزینه کافی نیاز دارد. شما بدون گذاشتن وقت و فراهم کردن بودجه کافی، نمی توانید تجهیزات خوب و باکیفیتی بخرید و ممکن است در آینده ای نزدیک با خسارت های غیر قابل جبران و مشکلات قابل توجهی مواجه شوید. برای داشتن یک انتخاب و خرید خوب و جلوگیری از بروز این مشکلات و خسارات، بهتر است نکات زیر را دانسته و با توجه به آنها خرید خود را انجام دهید. این نکات و موارد مهم عبارتند از:
- قبل از اقدام به خرید، زمان کافی برای تحقیق بگذارید و تحقیقات خود را کامل کنید.
- در حد توان و دانش خود، نحوه کار و عملکرد تجهیزات را بررسی کنید.
- هنگام خرید حتما نو یا کار کرده بودن تجهیزات و اورجینال یا فیک بودن آنها را بررسی کنید.
- اگر می توانید هنگام خرید، یک مهندس ابزار دقیق، همراه خود ببرید تا به شما کمک کند.
- اگر قصد دارید این تجهیزات را از خارج از کشور سفارش دهید و خریداری کنید، حتما به گواهی مبداء نیاز خواهید داشت. بنابراین قبل از انجام معامله، درخواست خود را مبنی بر نیاز به گواهی مبداء به فروشنده اعلام کنید. هزینه دریافت گواهی مبداء از کشور شرکت فروشنده معمولا بر عهده خریدار می باشد.
- بعد از خرید و قبل از استفاده، نقاط کانکشن سنسور به کابل ابزار دقیق را بررسی کنید و از اتصال آن اطمینان حاصل کنید. زیرا لرزش سنسورها و تفاوت دمایی شب و روز می تواند باعث قطع شدن نقاط کانکشن و عدم ارسال سیگنال به کنترلر شود.
