مهندسی ابزار دقیق (به انگلیسی: Instrumentation engineering)علمی میان رشته‌ای است که با اندازه گیری کمیتهای فیزیکی(فشار،دما،سطح مواد در مخارن و فلو) و کنترل آنها سرو کار دارد. این رشته زیر شاخه مهندسی کنترل میباشد که نسبت به خود رشته کنترل دارای جنبه‌های عملی بیشتری است و جذابیت بیشتری برای کار ایجاد می‌کند.این رشته به دلیل وجود سنسور های الکتریکی با رشته برق و الکترونیک ارتباط بسیار نزدیکی دارد. اما موضوع اصلی کنترل وابستگی شدیدی به حسگرها دارد.
این گرایش بطور گسترده به طراحی و کنترل سیستمهای صنعتی میپردازد.سنسورها، ترانسمیتر ها، دستگاه های اندازه گیری و کنترل کننده های نوین نقش بسیار پر اهمیتی در این گرایش دارند. این گرایش در مقایسه با دیگر گرایش های مهندسی برق بیشتر عملی بوده و از بازار کار بهتری برخوردار است.
سنسور
سنسور ابزاری است که در همه دستگاههای اندازه‌گیری وجود دارد و وظیفه تبدیل یک کمیت فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی را در تجهیزات الکترونیکی و یا تبدیل کمیت فیزیکی به یک سیگنال نیوماتیکی در تجهیزات نیوماتیکی را دارد. انواع دستگاههای اندازه‌گیری دارای سنسور یا حس کننده‌های متفاوتی هستند که کمیت‌هایی مانند دما، فشار، دبی و غیره را اندازه‌گیری می‌کنند. این سنسورها بر حسب نوع عملکرد، دارای خروجی‌های متفاوتی از قبیل مقاومت، ظرفیت الکتریکی، جابجایی و غیره است. سنسورها البته کاربردهائی نظیر آشکار سازی وجود و یا عدم وجود نیز دارند نظیر سنسور نوری . سنسورهای دما نظیر انواع ترموکوپل و RTD
ترانسدیوسر
یک ترانسدیوسر (مبدل)بنا به تعریف ، وسیله ای است که سیگنال الکتریکی حاصله از سنسور را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی استاندارد(ولتاژ 5-0،جریان 20-4 میلی امپر) می کند، یعنی اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور، پارامتر فشار را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع سنسورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد . ترانسدیوسر یکی از تجهیزات اصلی در سیستم های اتوماسیون برق صنعتی می باشد که بوسیله آن می توان از پارامترهای شبکه برق نمونه برداری کرد (شبکه تک فاز و شبکه سه فاز) و آنها را تبدیل به سیگنال های استاندارد نمود و در ورودی دستگاه های اندازه گیری مانند نمایشگرها و کنترلرها و سیستم های PLC و اسکادا SCADA از آنها استفاده نمود.
ترانسمیتر
ترانسمیتر از ترکیب دو واژه TRANSFER+METER گرفته شده است.یعنی تجهیزی که بتواند یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری کرده(METERING)وآن را به مکانی دورتر مثل اتاق کنترل انتقال(TRANSFER) دهد.می تواند نیوماتیکی و یا الکترونیکی باشد. در هر دو مورد،سیگنال ارسالی استاندارد بوده و برای تجهیزاتی که در LOOP کنترل قرار دارند قابل فهم می باشد.در نوع الکترونیکی جریان 20-4 میلی امپر و در نوع نیوماتیکی فشار هوای 15-3 (PSI)یا (bar)از سوی TRANSMITTER به کنترلرهای الکترونیکی و نیوماتیکی ارسال می شود. ترانسمیتر ایزوله (TRANSMITTER) جهت تبدیل انواع سیگنال های آنالوگ با دقت و کیفیت عالی به کار می رود. با پشتیبانی از تمامی سیگنال ها و رنج های مختلف اندازه گیری شامل سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر DC، 0 تا 20 میلی آمپر DC، 0 تا 5 ولت DC، 0 تا 10 ولت DC، انواع ترموکوپل (Thermocouple) J,K,B,R,S,T,E,N، انواع RTD و PT100، پتانسیومتر (Potentiometer)، مقاومت (Resistance) . ورودی و خروجی کاملا ایزوله در برابر نویز و نوسانات برق، فیلترینگ و تقویت سیگنال از نکات مهم در ترانسمیتر می باشد. خروجی بدست آمده از ترانسمیترها قابل استفاده در نمایشگرها، سیستم های پی ال سی (PLC) و تمام تجهیزات کنترلی می باشد و امروزه ترانسمیتر مصرف زیادی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد، سیمان، ریخته گری، داروسازی، مهندسی پزشکی و بطور کلی هر سیستمی که نیاز به اتوماسیون صنعتی دارد، پیدا نموده است.
کنترلر
کنترلر یا کنترل کننده ها مغز متفکر سیستم های کنترلی می باشند. خروجی‌ها یا سیگنالهای اندازه گیری توسط ترانسمیتر به کنترلر، انتقال می یابند تا کنترلر به کمک این اطلاعات و براساس تابعی که برای آن تعریف شده است، تصمیمات لازم برای عکس العمل مورد نیاز را بگیرد. کنترل کننده با مقایسه سیگنال اندازه گیری با مقدار مطلوب و انجام محاسبات لازم، مقادیر متغیرهای تنظیم شونده را تعیین می کند.;ورودی کنترل کننده سنسورها وترانسمیترها وغیره..وخروجی کنترل کننده ها کنترل ولوها و موتورها وغیره میباشد
عنصر نهایی
تصمیمات گرفته شده توسط کنترلر، به وسیله عنصر نهایی به اجرا گذاشته میشود. این المان آخرین عضو یک حلقه کنترل میباشد. در فرآیندهای شیمیایی معمولاً عنصر نهایی کنترلی یک شیر میباشد.به وسیله عنصر نهایی فرمانهای کنترلی را می توان به عنصر اثر گذار بر سیستم تبدیل کرد.
محرک
زمانی که در یک سیستم کنترل، عضو کنترل نهایی یک شیر باشد، امکان انتقال مستقیم فرمان به آن وجود ندارد. به همین علت از دستگاهی که به آن محرک یا Actuator گفته میشود، استفاده می‌کنند تا فرمان ارسالی از کنترلر را دریافت نموده و موجب به حرکت درآمدن بندآور شیر شود. به عبارت دیگر وظیفه مهم محرک، تامین انرژی لازم برای به حرکت درآوردن بندآور شیر میباشد. این انرژی می تواند از یک منبع انرژی الکتریکی و یا هوای فشرده مداری نیوماتیکی باشد.
رکوردر یا ثبات
ثبات یا رکوردر و نمایشگرها از دیگر اجزاء یک سیستم کنترل می باشند.ثبات ها تجهیزاتی هستند که به منظور ثبت تغییرات و رفتار فرآیندها در طول شبانه روز استفاده می شوند.
نمایشگرها
ایندکیتور و یا نمایشگرها از دیگر اجزاء یک سیستم کنترل می باشند. نمایشگر ها تجهیزاتی هستند برای نمایش مقادیر عددی یک پارامتر در تابلو کنترل و یا اتاق فرمان مورد استفاده قرار میگریند . از نمایشگرهای برای مانیتور متغیرهای مختلف نظیر فشار ، دما ، و … در صنعت مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال گیج فشار یک نمایشگر یا ایندیکیتور است که مقادیر فشار را نمایش میدهد
- در قسمت ابزار دقیق انواع ابزاردقیق مورد نیاز پروسه های صنعتی معرفی میگردد . ابزار دقیق در حقیقت زیر ساخت یک سیستم کنترل و اتوماسیون را تشکیل میدهند و شامل ابزاری نظیر : انواعکنترلر، نشاندهنده ، ترانسمیتر، رکوردرو… میباشند که این ابزار وظیفه اندازه گیری ، انتقال ، نمایش ، ثبت و کنترل پارامترهای مهم فیزیکی نظیر دما ، فشار،فلو، سطحمایعات و … را در پروسه های صنعتی به شکلی دقیق بر دوش دارند. ابزار دقيق را ميتوان به دو صورت دسته بندي كرد يكي 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 برای مثال فشار ، فلو ، دما ، و سطح به صورت سیگنال های استاندارد که ، ترانسميتر یا منتقل کننده نامیده میشوند .
ابزار دقیق را همچنين میتوان از نظر پارامتري كه این ابزار بايستي عملياتي بر روي آن انجام دهد دسته بندی کرد برای مثال بخشهای : 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 …. - اولین فاکتور در انتخاب ابزار دقیق همانگونه که از نامش متوجه میشویم دقیق (Accurate) بودن آن یا است این مفهوم با نام accuracy یا دقت معمولا به صورت درصدی از مقادیر خوانده شده یا کل رنج اندازه گیری ابزار به صورت درصد در اطلاعات فنی تجهیز می آیند . برای مثال یک فشار سنج در محدوده اندازه گیری 100 بار با دقت یک درصد فول اسکیل ( کل رنج اندازه گیری ) با دقت مثبت و منفی یک بار برای هر عدد اندازه گیری شده دقیق است .
کنترل فرآیند چیست؟
کنترل متغیرهای فرآیند از جمله فشار.دما.سطح.جریان……در فرآیند صنعتی را کنترل فرآیند میگویند.
در صنعت پالایش وبهره برداری نفت و گازاندازه گیری و کنترل کمیتهای اصلی زیر حایز اهمیت فوق العاده میباشند:
1-اندازه گیری فشار و کنترل آن
Measuroment of the pressure and its control
2-اندازه گیری جریان مایعات وکنترل آنها
Measuroment of the flow and its control
3-اندازه گیری درجه حرارت(دما)وکنترل آنها
Measuroment of the temperature and its control
4-اندازه گیری ارتفاع سطح مایعات و کنترل آنها
Measuroment of the level and its control
و در صنایع دیگر ممکن است کمیتها یا متغیرهای دیگری مانند سرعت یا موقعیت در سیستم های سرومکانیسم مورد نظر باشد.
| ( پرشر گیج , مانومتر ) Pressure & diffirantial pressure gauge Dial: 2”,2 ½”,3”,4”,6” Accuracy: 1.0% , 1.6% all stainless steel canection: back & bottom wika , tg1 , delta | ( پرشر گیج , مانومتر ) Heavy duty pressure gauge dial: 4”, 6” accuracy: 1.0% connection: back & bottom case: steel black wika , tg1 , delta |
| ( شیر برقی ) Solenoid valve body: st.steel , brass ”conection: ¼”, 3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2 standard voltage: 24vdc, 24vac, 42vac, 110vac,230vac oil , gas , water , stem asco , Emc , parkker | ( کنترل ولو , شیر کنترلی ) penumatic & electric control valve material: cast iron, c.steel, s.steel ”conection: ½”-20 flanged pn 16,pn40 class 150,300,600,900 type: globe, ball, butterfly, gate Samson , masoneilan , fisher , sirka , s1 |
| ( پرشر ترانسمیتر , ترانسمیتر فشار ) pressure & d/p transmitter output: 4-20 ma & digital communication Hart protocol instrument absolot & gauge pressure local zero and span adjustment rosemount 3051, 1151, 2088 | ( رکوردر کاغذی ) circular chart & paperless strip chart recorder single,two or three pen pneumatic control output (3-15 psi) up to 12 inputs 16 digital input/output Foxboro , indumart , abb |
| ( پرشر سوئیچ , سوئیچ فشار ) pressure switchs compact , easy installation, Exd,Ex,Exia adjustable setpoint , spdt, dpdt UE , fantini cosmi , saginumiya , delta-control , danfoss | ( پوزیشنر و آی تو پی ) electro-penumatic i/p positioner input: 4-20 ma (standard) adjustment: zero and span output: 0-100% of supply pressure fisher , Siemens , Samson , masoneilan |
| ( ترمومتر , تمپرچر گیج ) (temperature gauge (thermometer Dial: 2”,2 ½”,3”,4”,6” connection: every angle , fixed, movable, or plain case & stem: all stanless steel wika , tg1 , delta | ( فلومتر ) flow meter rothary , ultrasonic , mass , electro magnetic rosemount , E+H , henrichs , krohne . tg1 |
| ( دستگاه کالیبره ) field & hart communicator Universal – HART® and FOUNDATION fieldbus User upgradeable Intrinsically safe rosemount 375 – 475 | ( ترانسمیتر حرارت , تمپرچر ترانسمیتر ) temperature transmitter output: 4-20 ma & digital communication Hart protocol instrument gauge tempraure , rosemount local zero and span adjustment rosemount , E+H , indumart , abb , wika |
| (فلو سوئیچ تیغه ای ) liquid flow switches case in shock-proof thermoplastic maximum oprating pressure: 10bar degree of protection: ip54 temperature range: -20+110
| ( فلوتر سوئیچ ) sealed float switchs for open tanks sealed outer chamber in pressure-blown moplen resistant to chemical agents and shock-proof. Cable lengh: 3mt ,5mt , 10mt , 15mt degree of protection: ip67 |
| ( ترانسمیتر فشار ) pneumatic pressure transmitter Foxboro 13a , 15a | ( کنترلر ) pneumatic indicating controller pressure or temperature input pneumatic controll output indumart , foxboro , masoneilan |