ابزار دقیق یک عبارت برای ابزارهای اندازه‌گیری است که برای نشان دادن، اندازه‌گیری و ثبت مقادیر فیزیکی استفاده می‌شود. ابزار دقیق می‌توانند به سادگی دماسنج‌ها یا مانند دستگاه‌هایی اجزای چند سنسور سیستم‌های کنترل تجهیزات صنعتی پیچیده باشند. امروزه ابزار دقیق در خیلی از مکان‌ها مانند آزمایشگاه‌ها، پالایشگاه‌ها، کارخانه‌ها و خودروها کاربرد داردند. همچنین می‌شود آن‌ها را در مصارف خانگی روزمره مانند سنسور دود و ترموستات پیدا کرد. در ادامه به آموزش ابزار دقیق می‌پردازیم.

ابزار دقیق چیست؟

در برخی موارد سنسور یک عنصر بسیار جزئی از مکانیسم است. دوربین‌های دیجیتال و ساعت‌های مچی ممکن است از نظر فنی با تعریف ابزار مطابقت داشته باشند زیرا اطلاعات به دست آمده را ضبط و یا نمایش می‌دهند. این‌ها را ابزار دقیق نمی‌نامند، اما اگر از آن‌ها برای اندازه‌گیری زمان سپری شده یک مسابقه و تعیین کردن برنده در خط پایان استفاده ‌شود هر دو آن‌ها ابزار دقیق نامیده می‌شوند.

انواع مختلف سنسور صنعتی

سنسور یا حسگر که ابزار دقیق هستند در وسایل و دستگاه‌های اندازه‌گیری، کمیت فیزیکی را به شکل آنالوگ یا دیجیتال نشان می‌دهد. انواع مختلفی از سنسورها وجود دارند که کمیت‌هایی مانند دما، فشار، رطوبت و ... را حس می‌کنند. سنسورها می‌توانند تغییرات را حس کنند و با اعلام کردن آن به واحد کنترل باعث تغییر عملکرد دستگاه شوند.

سنسورهای صنعتی به دو نوع تماسی و غیر تماسی تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح آن‌ها می‌پردازیم

• سنسور غیر تماسی

سسنسور غیر تماسی یا مجاورتی یا سنسور بدون تماس همان طور که از نامش پیداست برای تشخیص نیاز به تماس با ماهیت فیزیکی ندارد و در ناحیه تشخیص خود اجسام را حس کرده و فعال می‌شود. این سنسورها زیاد عمر می‌کنند و تولید نویز نمی‌کنند.

• سنسور تماسی

سنسور تماسی با تماس فعال می‌شود و به همین دلیل دچار اصطحکاک شده و عمر کوتاهی دارد.

کالیبراسیون در آموزش ابزار دقیق

در حوزه‌ی اندازه‌گیری و اندازه‌شناسی، کالیبراسیون، مقایسه مقادیر اندازه‌گیری ارائه شده توسط دستگاه تحت آزمایش با استانداردهای کالیبراسیون با دقت شناخته شده است. کالیبراسیون در آموزش ابزار دقیق مساله مهمی است. کالیبراسیون صحت و دقت اندازه‌گیری یک دستگاه یا ابزار را با اندازه استاندارد مرجع آن مقایسه می‌کند. هر دستگاه، ابزار یا وسیله‌ای که برای اندازه‌گیری به کار می‌رود باید کالیبره شود.

نتیجه مقایسه می‌تواند منجر به یکی از موارد زیر شود:

• خطای قابل توجهی در دستگاه تحت آزمایش مشاهده نشده است
• خطای قابل توجهی مشاهده شده اما تنظیم نشده است
• تنظیم برای تصحیح خطا در سطح قابل قبول انجام شده است

به عبارت دقیق‌تر، واژه «کالیبراسیون» فقط به معنی مقایسه است و هیچ گونه تنظیمات بعدی را شامل نمی‌شود. استاندارد کالیبراسیون معمولا با یک استاندارد ملی یا بین‌المللی که توسط یک سازمان اندازه‌شناسی نگهداری می‌شود قابل دستیابی است.

سنسور حرکتی در آموزش ابزار دقیق

ژیروسکوپ

در دوره آموزش ابزار دقیق به ژیروسکوپ یا دوران‌نما که وظیفه نشان دادن دوران را دارد پرداخته میشود. این وسایل سنسور سرعت زاویه‌ای و موقعیت زاویه‌ای هستند. این سنسور جزو سیستم‌های هدایت اینرسی است. این سیستم‌ها موقعیت یک متحرک مانند کشتی و هواپیما را مشخص می‌کنند.

پتانسیومتر

پتانسیومتر نوعی مقاومت متغیر است. این دستگاه یه قطعه آنالوگ است که قابلیت چرخش دارد و با چرخاندن که مقدار مقاومت در مدار تغییر می‌کند. از آن‌ها برای کنترل ولتاژ، جریان و ... استفاده می‌شود. از پتانسیومترها به ندرت برای کنترل مستقیم بیش از یک وات نیرو استفاده می‌شود. آن‌ها برای تنظیم سطح سیگنال‌های آنالوگ و ورودی کنترل مدار الکترونیکی کاربرد دارند.

شتاب سنج ها

شتاب‌سنج سنسور تبدیل شتاب مکانیکی به سیگنال الکتریکی است. شتاب تغییرات سرعت در واحد زمان است. از شتاب‌سنج‌ها برای اندازه‌گیری ارتعاش، شوک و ضربه استفاده می‌شود. امروزه شتاب‌سنج‌ها کاربردهای بسیار فراوانی در لوازم الکترونیکی و صنایع مختلف دارند. شتاب‌سنج‌های جدید بر پایه سیستم‌های میکروالکترومکانیکی ساخته می‌شوند.

اندازه گیری فشار در آموزش ابزار دقیق

مانومتر

مانومتر وسیله برای اندازه‌گیری فشار حاصل از ستون مایع است. مانومتر برای اندازه‌گیری فشار، از آب یا جیوه استفاده می‌کند. ارتفاع این مایعات در ستون مانومتر میزان فشار را مشخص می‌کند. مانومتر یک فشارسنج صنعتی است که انواع مختلفی از جمله مانومتر U شکل، مخزن‌دار، مایل دارد که هر کدام برای بازه مشخصی از فشار مناسب هستند. در دوره‌های آموزش ابزار دقیق به توضیح هر کدام پرداخته ‌می‌شود ما در اینجا مختصرا به توضیح مانومتر U شکل می‌پردازیم . درلوله U شکل مانومتر، مایعی (آب یا جیوه) ریخته می‌شود که می‌توانیم با آن اختلاف فشار بین دو محیط را محاسبه نماییم. معمولا هنگامی که فشار دو گاز در سمت لوله مانومتر برابر است فشار برابر ۷۶۰ میلی‌متر جیوه خواهد بود.

لوله بوردون

بازه اندازه‌گیری فشارسنج بوردون از 0.6 تا 7000 بار است. لوله بوردون یک سنسور مکانیکی و الاستیکی است. به فشارسنج بوردون فشارسنج تفاضلی نیز گفته می‌شود. این وسیله از سمتی ثابت و از سمت دیگر متحرک است فشار وارد شده باعث حرکت قسمت متحرک آن می‌شود و این حرکت چرخ‌دنده عقربه فشارسنج را تکان می‌دهد. لوله بوردون در یک لوله قرار می‌گیرد و وقتی فشار لوله زیاد می‌شود تمایل به باز شدن دارد وقتی فشار لوله کم می‌شود به شکل فنری جمع می‌شود. در فشارسنج تفاضلی که دارای دو لوله بوردون است اختلاف آن‌ها مقدار فشار را نشان می‌دهد.

اندازه‌گیری سطح در آموزش ابزار دقیق

ابزار اندازه‌گیری سطح بسیارند که در دوره‌های آموزش ابزار دقیق به آن‌ها می‌پردازیم در اینجا دو مورد از آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

سطح‌سنج رادار

ابزارهای سطح‌سنج رادار با اندازه‌گیری فاصله فرستنده (واقع در نقطه‌ای بلند) تا سطح یک ماده فرآیندی را که در محل پایین‌تری واقع شده است، دقیقا مشابه فرستنده‌های اولتراسونیک، توسط زمان پرواز « Time of flight (ToF)» موج در حال حرکت،  اندازه‌گیری می‌کنند. این ابزار را در مواردی که دما و فشار زیاد است و از روش دیگری نمی‌شود استفاده کرد به کار می‌برند.

تفاوت اساسی بین یک ابزار راداری و یک دستگاه مافوق صوت در نوع موج مورد استفاده است: امواج رادیویی به جای امواج صوتی. امواج رادیویی دارای ماهیت الکترومغناطیسی (متشکل از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متناوب) و فرکانس بسیار بالا (در محدوده فرکانس مایکروویو، گیگاهرتز) هستند.

سطح سنج خازنی

همانطور که از نامش مشخص است، سطح سنج خازنی به عنوان یک خازن عمل می‌کند. میله آن به عنوان یکی از صفحات خازن و دیواره ظرف فلزی به عنوان دومین خازن عمل می‌کند. ما محیط جدا‌کننده این صفحات را ماده عایق می‎نامیم.

سطح‌سنج خازنی نوعی سنسور سطح است که تغییر ظرفیت را که با تغییر سطح مخزن رخ می‌دهد اندازه گیری می‌کند. اصل اندازه‌گیری این ابزار دقیق بر اساس تغییر ظرفیت یک خازن است. میله و دیواره مخزن خازنی را تشکیل می‌دهند که ظرفیت آن بستگی به مقدار محصول در مخزن دارد: یک مخزن خالی دارای ظرفیت پایین‌تر و یک مخزن پر شده دارای ظرفیت بیشتر است.

اندازه‌گیری دما در آموزش ابزار دقیق

در دوره‌های آموزش ابزار دقیق به انواع دماسنج‌ها می‌پردازیم اما در این مطلب به توضیح دو مورد از وسایل اندازه‌گیری دما بسنده شده.

ترموکوپل

ترموکوپل یک وسیله الکتریکی است که از دو رسانای الکتریکی غیر مشابه تشکیل شده است که یک اتصال الکتریکی را تشکیل می‌دهند. یک ترموکوپل ولتاژ وابسته به دما را در نتیجه «اثر گرمابرقی» تولید می‌کند و این ولتاژ را می‌توان برای اندازه‌گیری دما تفسیر کرد. ترموکوپل‌ها به طور گسترده‌ای به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترموکوپل‌ها به طور گسترده‌ای در علم و صنعت استفاده می‌شوند. کاربرد آن‌ها شامل اندازه‌گیری دما برای کوره‌ها، خروجی توربین گاز، موتورهای دیزلی و دیزل ژنراتور و سایر فرآیندهای صنعتی است.

دماسنج تشعشعی

دماسنج تشعشع (که قبلا با نام پیرومتر شناخته می‌شدند) بر اساس تغییر دما کار نمی‌کنند، بلکه از تابش الکترومغناطیسی جسم برای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند. با گرم شدن جسم تابش‌های ساطع شده به سرعت افزایش می‌یابد و توزیع طیفی به طول موج‌های کوتاه‌تر تغییر می‌کند. بنابراین می‌توان دما را با اندازه‌گیری تششعات تعیین کرد و این دماسنج یک دماسنج بدون تماس است.

اندازه‌گیری فلو در آموزش ابزار دقیق

مانند موارد قبل در این مطلب مختصرا به توضیح دو مورد از وسایل اندازه‌گیری فلو اکتفا شده اما در دوره آموزش ابزار دقیق بیشتر آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

فلومتر حرارتی

جریان‌سنج‌های حرارتی در درجه اول برای اندازه‌گیری جریان هوا و گاز استفاده می‌شوند. این‌ها شامل یک فرستنده و میله با سنسورهای دما (RTDs) هستند که در میخ‌های پایین میله قرار دارند. یک سنسور، دمای فرآیند را اندازه‌گیری می‌کند و سنسور دیگر تا دمای خاصی بالاتر از این گرم می‌شود. با افزایش سرعت جریان، گرما به صورت انتقال حرارت جابجایی از سنسور گرم شده خارج می‌شود.

جریان‌سنج‌ حرارتی جریان گاز را بر اساس مفهوم انتقال حرارت جابجایی اندازه‌گیری می‌کند. گاز توسط سنسورِ جریانِ گرم شده، جریان می‌یابد و مولکول‌های گاز گرما را از خود دور می‌کنند، سنسور سرد می‌شود و انرژی از بین می‌رود.

فلومتر توربین

جریان‌سنج توربین برای اندازه‌گیری جریان کل و/یا دبی جریان مورد استفاده قرار می‌گیرد و یک اصل کار نسبتا ساده دارد. همانطور که سیال از طریق فلومتر توربین جریان می‌یابد، به پره‌های توربین برخورد می‌کند که آزادانه می‌توانند حول یک محور در امتداد خط مرکزی محفظه توربین بچرخند. سرعت زاویه‌ای (چرخشی) روتور توربین با سرعت سیال جریان یافته در توربین متناسب است. خروجی حاصله توسط پیکاپ (های) برقی نصب شده بر روی بدنه جریان‌سنج اندازه گرفته می‌شود.

اندازه‌گیری رطوبت در آموزش ابزار دقیق

نم‌سنج

رطوبت‌سنج ابزاری است که برای اندازه‌گیری میزان بخار آب در هوا، خاک یا فضاهای محدود استفاده می‌شود. ابزارهای اندازه‌گیری رطوبت معمولا به اندازه‌گیری برخی مقادیر دیگر مانند دما، فشار، جرم، تغییرات مکانیکی یا الکتریکی در یک ماده با جذب رطوبت متکی هستند. با کالیبراسیون و محاسبه، این مقادیر اندازه‌گیری شده می‌تواند منجر به اندازه‌گیری رطوبت شود. دستگاه‌های الکترونیکی مدرن از دمای تراکم (نقطه شبنم) یا تغییر در ظرفیت الکتریکی یا مقاومت برای اندازه‌گیری اختلاف رطوبت استفاده می‌کنند.

کلام آخر

در این مطلب سعی شد به مفاهیم اولیه علم اندازه‌گیری اشاره شود و همچنین به آموزش ابزار دقیق و کاربرد و نحوه کار برخی از آن‌ها پرداخته شد.  برای یادگیری ابزار دقیق خواندن مطالب به انگلیسی بسیار بهتر است. برای یادگیری زبان انگلیسی به این سایت بروید. ابزار دقیق امروزه جزء جدانشدنی پزشکی و صنعت هستند. امیدواریم خواندن این مطلب برای شما مفید بوده باشد. لطفا نظر خود را برای ما بنویسید.