مهمترین بخش مهندسی صنعت جهان ، اعم از صنایع پتروشیمی ، پالایشگاه ، نیروگاه ، صنایع فولاد ، داروسازی ، صنایع بهداشتی و غذایی و … را واحدهای کنترل این مجموعه ها عهده دار می باشند. کنترل پروسه های مختلف در صنایع ، همواره نیازمند ادواتی دقیق می باشند تا بتوان ، فرایند های مختلف را تحت کنترل در آورد ، به گونه ای می توان گفت واژه کنترل با ابزاردقیق معنی پیدا می کند.

تجهبزاتی هستند که بر حسب نوع کمیت مورد نیاز واحد تحت کنترل ، اعم از فشار ، دما ، دبی ، سطح و … با توجه به شرایط و استانداردهای تعین شده ، انتخاب و مورد استفاده قرار می گیرند که در حقیقت زیر ساخت یک سیستم کنترل و اتوماسیون را تشکیل میدهند و شامل ابزاری نظیر: انواع سنسور، انواع کنترلر، نشاندهنده، ترانسمیتر، رکوردر و… میباشند که این ابزار وظیفه اندازه گیری، انتقال، نمایش، ثبت و کنترل پارامترهای مهم فیزیکی 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 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 ….

ابزار دقیق از سه قسمت اساسی زیر تشکیل شده است که عبارتد از:

• اندازگیری
• کنترل
• محرکها (ادوات خروجی)

این سه مجموعه در کنار یکدیگر مکمل یک سیستمی به نام سیستمهای کنترل اتوماتیک می باشند که این سیستم کنترل اتوماتیک وظیفه انجام کنترل فرایندی را در یک مجموعه عملیاتی بر عهده دارد .

قسمت اندازه گیر مقدار واقعی عنصر مورد نظر را اندازه گیری می کند. پارامترهای مختلفی در صنایع برای کنترل اندازه گیری می شود. مهمترین پارامترهایی که در صنعت برای کنترل اندازه گیری می شوند عبارتند از :

 

• اندازه گیری فشار measurement of the pressure
• اندازه گیری درجه حرارت  measurement of the temperature
• اندازه گیری جریانات سیالات measurement of the flow
• اندازه گیری ارتفاع مایعات measurement of the level

 

علاوه بر این پارامترهایی که در بالا ذکر شد عوامل دیگری برای اندازه گیری و کنترل وجود دارند و مهم هستند اما بعلت استفاده محدودتر از این پارامترها فقط به بیان نام آنها اکتفا میشود .

اندازه گیری سرعت ، اندازه گیری لرزش ، آشکار سازهای دود و شعله ، دستگاههای آنالایزرو …

 

بخش دوم ابزار دقیق بخش کنترل می باشد در ابتدای شروع صنعت که کنترل بصورت امروزی نبود کنترل بوسیله عوامل انسانی انجام می شد سپس با پیشرفت علم سیستم کنترل اتوماتیک با بوجود آمدن ادوات نیوماتیکی (بادی) وارد مرحله جدیدی شد. بعد از مدتی با اختراع ترانزیستور استفاده از کارتهای الکترونیکی برای کنترل آغاز شد با بوجود آمدن این قطعات کنترلی استفاده از عوامل انسانی برای کنترل کمتر می شد. در ادامه پیشرفت علم کامپیوترهای صنعتی با نام plc وارد صنعت شدند بوسیله این plc ها واحدها به آسانی کنترل می شدند و تغییرات نیز به آسانی در واحدها انجام می گرفت.

امروزه کنترل کنندهای جدیدتری بنام سیستم کنترل کننده توزیع پذیر(DCS) و کنترل کننده های فازی (FCDD) وظیفه کنترل را در واحدهای صنعتی بر عهده دارند.

 

محرکها ادواتی هستند که سیگنال خروجی را از قسمت کنترل کننده می گیرد و متناسب با این سیگنالها عمل می کند. از عمده ادوات خروجی می توان به شیرهای کنترل و الکتروموتورها اشاره کرد. این ادوات با عملکرد خود باعث کنترل پارامترهای اندازه گیری شده در مقدار مطلوب و مورد نظر می شوند . این ادوات گستره تنوعی زیادی دارند.

اولین قدم برای کنترل یک فرایند ، شناخت و درک دینامیک و رفتارهای آن فرآینداست. برای کنترل یک کمیت باید در هر لحظه اطلاعات دقیقی از آن داشته باشیم. پس بایدکمیت مورد نظر را همواره اندازه گیری نماییم. معمولا دستگاه های اندازه گیری از سهبخش حسگر یا سنسور (Sensor) ، مبدل یا ترانسدیوسر (Transducer) ، انتقال دهنده یاترانسمیتر (Transmitter) تشکیل شده اند که گاهی این بخش ها با هم توام میشوند.

یک اندازه گیر خوب باید دارای ویژگی های متعددی باشد که برخی را همراه با شرح کوتاهی در زیر می آوریم:

حوزه ی اندازه گیری : (Range) محدوده ای ازدامنه ی تغییرات کمیت مورد اندازه گیری است ، که اندازه گیر قدر به اندازه گیری آنمی باشد.

صفر اندازه گیری : (Zero) معمولا نقطه ی مشخصی را در حوزه ی اندازه گیری به عنوان نقطه ی صفر در نظر می گیرند. در نقطه ی صفر ، لزوما خروجی اندازه گیر صفر نمی باشد و ممکن است دارای مقدار باشد.

انحراف صفر : (Zero Drift) اندازه ی خروجی در نقطه ی صفر ممکن است با گذشت زمان یا دیگر عوامل تغییر کند ، این پدیده را پدیده ی انحراف صفر می گوییم.

حساسیت : (Sensitivity) حساسیت یک اندازه گیر عبارت است از تغییرات خروجی اندازه گیر به واحد تغییرات در کمیت مورد اندازه گیری.

حد تفکیک : (Resolution) حد تفکیک عبارت است از کوچکترین اندازه تغییرات کمیت مورد اندازه گیر ، اندازه گیری شود.

پاسخ دهی : (Response) در عمل اندازه گیر ها دارای ثابت زمانی و بعضا تاخیر خالص می باشند. ثابت زمانی عنصر اندازه گیر باید از کوچکترین ثابت زمانی موجود در حلقه ی کنترل بسیار کوچکتر باشد.

خطی بودن : (Linearity) اگرشیب مشخصه ی ورودی_خروجی اندازه گیر ثابت باشد ، یک اندازه گیر مطلوب خواهیم داشت. گاهی اوقات بهترین خطی که مشخطه ی اندازه گیر را بیان می کند ، به عنوان مشخصه یاندازه گیر در نظر گرفته می شود.

پسماند : (Hysteresis) هیسترزیس نوعی رفتار غیر خطی در اندازه گیر ها می باشد که مشخصه ی اندازه گیر در مسیر افزایش ورودی با مشخصه ی اندازه گیر در مسیر کاهش ورودی تفاوت دارد.

دقت : (Accuracy) تطابق مقدار اندازه گیری شده با مقدار واقعی کمیت مورد اندازه گیری است.

تکرار پذیری : (Repeatability) تکرار پذیری در اندازه گیر ها ویژگی مهمی است و به معنی نتیجه ی یکسان در اندازه گیری یک کمیت در شرایط ثابت است.

یک نکته ی مهم درباره ی مقایسه ی تکرار پذیری و دقت این است که یک اندازه گیر تکرارپذیر و غیر دقیق را می توان به راحتی اصلاح کرد ، اما یک اندازه گیر غیر تکرار پذیرهر چند هم دقت بیشتری داشته باشد ، به دلیل تغییرات رفتار ، مشکلاتی را به وجود خواهد آورد.

مهندسی ابزار دقیق  Instrumentation engineering علمی میان رشته‌ای است که با اندازه گیری کمیت‌های فیزیکی فشار، دما، سطح مواد در مخارن و فلو و … و کنترل آنها سرو کار دارد. مهندسی ابزار دقیق به دلیل وجود سنسورهای الکتریکی با رشته مهندسی برق و الکترونیک ارتباط بسیار نزدیکی دارد.

 

این گرایش بطور گسترده به طراحی و کنترل سیستمهای صنعتی میپردازد. سنسورها، ترانسمیترها، دستگاه های اندازه گیری و کنترل کننده های نوین نقش بسیار پر اهمیتی در این گرایش دارند.