ابزار دقیق و کاربرد آن

تاریخچه 

هنوز نمی‌توان به طور یقین گفت که رشته کنترل و اندازه‌گیری توسط چه کسی اختراع شد اما ۲۶۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، مهندسان روم باستان اولین کسانی بودند که با استفاده از وسایل اندازه‌گیری ساده و به طور دقیق، توانستند ارتفاع فونداسیون ساختمان های هرمی شکل خود را اندازه‌گیری کنند و سنگ‌های عظیم را انتقال دهند. رومیان همچنین توانسته بودند فلومترهای ابتدایی بسازند و به‌وسیله ی آن آب را هدایت و توزیع کرده و سرزمینشان را آبیاری کنند.

جنگ جهانی دوم تاثیر به سزایی در پیشرفت سریع و رو به ‌جلوی ابزار دقیق داشت. ظهور عملیات‌های مبتنی بر نرم‌افزار و پیشرفت تکنولوژی، این رشته را بیش از هر زمانی تخصصی‌تر کرد. رشته ابزار دقیق در ایران تا قبل از سال ۱۳۸۵، زیرمجموعه ی رشته برق به ‌حساب می‌آمد اما بعد از گسترش ابزار دقیق و ارتباط آن با صنایع زیاد، تصمیم گرفتند تا رشته‌ای مجزا در صنعت برای آن در نظر بگیرند. مهندسین این حوزه را تحت عنوان مهندس ابزار دقیق و کنترل می‌شناسند.

اجزای تشکیل‌دهنده 

این علم از سه بخش زیر تشکیل شده است:

• اندازه‌گیری پارامترهای مختلف.
• کنترل پارامترها و پردازش مقادیر اندازه‌گیری شده توسط تجهیزات کنترلی.
• ارسال پاسخ مناسب به تجهیزات کنترل‌کننده توسط محرک‌ها.

این ۳ فرآیند در کنار هم یک سیستم مکمل هستند که آن را سیستم کنترل اتوماتیک می‌نامیم و وظیفه ی آن انجام کنترل بر فرآیندی در یک مجموعه عملیاتی است.

اندازه‌گیری:

قسمت اندازه‌ گیر، مقدار کمیت مورد نظر را اندازه‌ گیری می‌کند. در صنایع پارامترهای مختلفی جهت کنترل اندازه‌گیری می‌شود. این پارامترها عبارت‌اند از:

• اندازه‌گیری فشار.
• اندازه‌ گیری درجه حرارت.
• اندازه‌ گیری جریان سیالات.
• اندازه‌ گیری ارتفاع مایعات.
• اندازه‌ گیری سرعت.
• اندازه‌ گیری لرزش.
• و … .

کنترل‌کننده‌ها:

در تاریخچه ی علم ابزار دقیق به دوره‌های خاصی اشاره کردیم که به ‌واسطه ی آن، ابزارها دقیق‌تر و اتوماتیک شدند. قبل از نرم‌افزاری شدن این ابزارها، کنترل در صنعت به‌ صورت دستی و توسط عوامل انسانی صورت می‌گرفت. اما با اختراع ترانزیستور و کارت‌های الکترونیکی برای کنترل، استفاده از عوامل انسانی به طرز چشمگیری کاهش یافت. با ورود کامپیوترهای صنعتی به نام PLC، واحدها به‌ سادگی کنترل می‌شدند. امروز نیز کنترل‌کننده‌های جدیدی به نام سیستم کنترل‌کننده توزیع‌پذیر (DCS) و کنترل‌کننده‌های فازی (FCD) وارد حوزه ی صنعت شده و وظیفه ی کنترل را به دست گرفته‌اند.

ابزار دقیق چیست؟

اگر شما در حوزه برق فعالیت داشته باشید، قطعا تا به‌ حال کلمه ی ابزار دقیق زیاد به گوشتان خورده است. این لغت از دو واژه ی ابزار و دقیق تشکیل شده است و منظور ابزارهایی هستند که دقیق کار می‌کنند اما منظور از دقیق کارکردن چیست؟ منظورمان اندازه‌گیری دقیق و با کمترین میزان خطاست؛ بنابراین می‌توان ابزار دقیق را ترکیب هنر و علم استفاده از تجهیزات دانست که به‌موجب آن کمیت‌های موردنظر با کمترین خطا و به‌خوبی اندازه‌گیری می‌شوند. این کمیت‌ها می‌توانند پارامترهایی مانند دما، فشار، فلو، سطح سیالات، غلظت گازها و مقادیر PH باشد. به طور مثال:

• سطح یک مخزن.
• دمای یک کوره.
• یا فشار مربوط به یک مخزن.

پس به طور رسمی‌تر و علمی‌تر می‌توان گفت که این نوع ابزار، تجهیزاتی هستند که برای نظارت، کنترل و اندازه‌گیری از آن ها استفاده می‌شود.

کاربردهای ابزار دقیق

در بعضی موارد، سنسورها یک المان خیلی کوچک از مکانیزم هستند. دوربین های دیجیتال و ساعت مچی ممکن است از نظر فنی تعریف بی قاعده از ابزار دقیق را  برطرف کنند چون آنها اطلاعات حس شده را ثبت و نمایش می­کنند.

تحت اغلب شرایط، می­تواند ابزار دقیق نامیده شود ولی وقتی برای اندازه ­گیری مدت سپری شده­­ از یک مسابقه و ثبت برنده در خط پایان استفاده شود، هر دو ابزار دقیق نامیده می­شوند.

استفاده­ ابزار دقیق در خانه

یک مثال خیلی ساده از سیستم ابزار دقیق یک ترموستات مکانیکی است که برای کنترل یک تنور خانگی و در نتیجه کنترل دمای اتاق استفاده می­شود. یک بخش شاخص که دما را با یک نوار دو فلزی حس می­کند.این وسیله دما را به وسیله­ سوزن گر انتهای آزاد نوار نمایش می­دهد.

تنور را به وسیله­ یک سوییچ جیوه ­ای فعال می­کند. وقتی که سوییچ به وسیله­ نوار چرخانده شد، جیوه تماس فیزیکی (و در نتیجه الکتریکی) بین الکترودها برقرار می­کند.

لوازم آشپزخانه از سنسور برای کنترل استفاده می­کنند. یک یخچال در یک دمای ثابت با اندازه­ گیری دمای داخلی، نگه داشته می­شود.یک مایکرویو اغلب از راه یک سیکل حرارت-حس-حرارت پخت می­کند تا وقتی که حس کردن انجام شود.یک ماشین یخ اتوماتیک تا زمانی که حد سوییچ در کار است یخ تولید می­کند.

توسترهای نان می­توانند بر اساس زمان یا اندازه ­گیری حرارت عمل کنند.

جسم شناور به عنوان سنسور سطح آب عمل می­کند.

استفاده ابزار دقیق در اتوموبیل ها

اتومبیل های مدرن دارای ابزار دقیق پیچیده­ ای هستند.

علاوه بر نمایش سرعت دور موتور و سرعت خطی، نمایش ولتاژ و جریان باطری، سطح آب، دمای مایع، مسافت طی شده و فیدبک هایی از کنترلهای مختلف (مانند روشن شدن سیگنال، هشدار پارک، چراغ جلوی ماشین، موقعیت عبور) وجود دارد.

اخطارها ممکن است برای مسائل خاصی نمایش داده شوند (بنزین کم، بررسی موتور، باد کم لاستیک، باز بودن در، بسته نشدن کمربند). مسائل ثبت می­شوند و در نتیجه می­توانند برای تجهیزات تشخیصی گزارش شوند.

سیستم مسیریابی می­تواند فرمانهای صدادار برای رسیدن به مقصد ایجاد کنند.

ابزار دقیق اتومبیل باید ارزان و در طی زمانی طولانی و در شرایط محیطی سخت، قابل اعتماد باشد.

در آنجا ممکن است سیستم ایربگ مستقل وجود داشته باشد که شامل سنسورها ، منطق و محرکهاست.

سیستم ترمز ضد لغزش از سنسور برای کنترل ترمزها استفاده می­کند، درحالیکه کنترل CRUISE روی موقعیت دریچه کنترل بنزین(throttle) تاثیر می­گذارد. تنوع گسترده­ خدمات می­تواند از طریق لینکهای ارتباطی مانند سیستم OnStar فراهم شود. ماشین های خودکار (با ابزار دقیق عجیب و مرموز) ارائه شده است.