چكيده :

دبي سنج ها در دو نوع اساسي تقسيم بندي مي شوند : دبي سنج هايي كه در مسير جريان مي باشند و دبي سنج هايي كه از لوله منشعب شده اند . هد متر ها يا دبي سنج ها اختلاف فشاري رايج ترين نوع وسايل اندازه گيري جريان در صنعت مي باشند . مبناي محاسبه دبي در اين نوع دبي سنج ها بر اساس سنجش سرعت سيال و سپس توليد سيگنالي متناسب با سرعت سيال است.

مقدمه :

اندازه گيري جريان يكي از مهمترين جنبه هاي كنترل فرآيند است و در حقيقت رايج ترين پارامتر اندازه گيري فرآيند مي باشد . دبي سنج ها براي تعيين مقدار سيال عبوري از لوله به كار مي روند. جريان عموماَ  توسط اندازه گيري سرعت در يك سطح مقطع مشخص اندازه گيري مي شود و دبي حجمي با رابطه ساده QV = A * V بدست مي آيد. در اينجا A  سطح مقطع لوله و V سرعت سيال است. از عوامل موثر بر دبي جريان در لوله عبارتند از : سرعت سيال ، اصطكاك سيال در تماس با لوله ، ويسكوزيته و دانسيته سيال .

سرعت سيال به هد فشار بستگي داشته و توسط نيروي جريان درون لوله ايجاد مي شود. هد فشار بيشتر مسبب دبي بيشتر و متعاقباً دبي حجمي بزرگتر مي شود. اندازه لوله نيز بر دبي جريان موثر است براي مثال دو برابر كردن قطر لوله دبي جريان را چهار برابر مي كند. اصطكاك در لوله باعث كاهش دبي سيال درون لوله شده و لذا به عنوان يك فاكتور منفي در نظر گرفته مي شود و دبي سيال در نزديكي ديواره لوله را كاهش مي دهد، لوله صاف و تميز باعث كاهش تاثير اصطكاكي بر دبي سيال مي شود.

 ويسكوزيته نيز بر دبي جريان تاثير منفي دارد، ويسكوزيته مايعات با افزايش دما كاهش مي يابد ولي در بعضي ديگر ، از يك حد دمايي به بعد شروع به افزايش مي كند. در كل مي توان گفت ويسكوزيته زيادتر سيال منجر به دبي كمتر جريان مي شود.

شرح و توصيف :

از عوامل موثر بر انتخاب دبي سنج ها دقت و اطمينان پذيري مي باشد، اندازه گيري غير دقيق منجر به خسارت به تجهيزات و محصولات كارخانه مي شود و با اندازه گيري دقيق مي توان مقدار توزيع و يا تركيب سيالات را مشخص كرده و دقيقاَ سود و زيان توليد را محاسبه كرد.

دبي سنج ها در دو نوع اساسي تقسيم بندي مي شوند : دبي سنج هايي كه در مسير جريان مي باشند و دبي سنج هايي كه از لوله منشعب شده اند . انتخاب دبي سنج مناسب مستلزم شناخت شرايط عملياتي فرآيند و نيازمندي هاي عملكرد تجهيزات است. شرايط عملياتي فرآيند ها شامل مواردي چون تخمين دبي حداكثر و حداقل فرآيند ، دما و فشار عملكرد و خواص فيزيكي اعم از ويسكوزيته ، دانسيته ، فرسايش و خوردگي مي باشند. از معيار هاي ديگر انتخاب دبي سنج ها در فرآيند ها توجه به مزايا و عيوب آنها مي باشد . مزايا و عيوب دبي سنج ها  بر اساس معيار هايي چون  دقت ، قابل اعتماد بودن ، قيمت خريد ، هزينه نصب ، هزينه مالكيت ، سهولت استعمال ، قابليت اندزه گيري دبي مايع ، بخار و گاز ، محدوديت پذيري ، تكرار پذيري ، قابليت نگهداري ، حساسيت به لرزش ، افت فشار ، وجود اندازه هاي مختلف و ... مي باشد.

هر دبي سنج ، داراي يك سري مشخصه ها و مزاياي خاص خود است و با پيشرفت در توليد فرآيند ها و مواد ، مطالبات جديدي به روي اين گونه وسايل گشوده است .

انواع گوناگون دبي سنج

دبي سنج ها را مي توان بر اساس تكنولوژي به كار رفته در آنها طبقه بندب نمود، لذا دسته بندي كلي دبي سنج ها به صورت زير مي باشد :

1.  دبي سنج هاي فشاري (Head Meters)
2.  دبي سنج هاي سرعتي (Velocity Meters)
3.  دبي سنج هاي جرمي (Mass Meters)
4.  دبي سنج هاي جابجايي مثبت (Positive Displacement Meters)

يكي ديگر از دسته بندي هاي رايج دبي سنج ها به صورت زير مي باشد :

•  دبي سنج هاي اختلاف فشاري
•  دبي سنج هاي مكانيكي
•  دبي سنج هاي الكترونيكي
•  دبي سنج هاي جرمي

ما در اينجا دسته بندي اول را براي شرح انواع دبي سنج ها به كار مي گيريم.

بعضي از دبي سنج ها دبي جريان را مستقيماَ و بدون واسطه گزارش مي دهند ، دبي سنج هاي جرمي از اين نوع هستند در حاليكه دبي سنج هاي حجمي بدين گونه نبوده و به طور غير مستقيم توسط اندازه گيري افت فشار يا سرعت سيال و يا ... دبي را گزارش مي دهند.

چكيده :

براي اندازه گيري دما انواع مختلفي از حسگر ها وجود دارد. برخي از حسگر ها نوع قديمي تر عبارتند از ترموكوپل ها RTD ها و ترميستورها . اين حسگر ها به دليل محاسن و كارايي زياد به طور گسترده به كار مي روند.

مقدمه :

نسل جديد حسگرها مانند حس گر هاي مدار مجتمع و ابزار هاي سنجش دما به روش تابش تنها براي تعداد محدودي از كاربردها شناخته شده است و مورد استفاده قرار مي گيرد. انتخاب نوع حسگر بستگي به ميزان دقت محدوده دمايي سرعت پاسخ اتصال حرارتي محيط    ( از نظر شيميايي الكتريكي و يا فيزيكي بودن ) و همچنين قيمت دارد .

شرح و توصيف :

همينطور كه در جدول زير ملاحظه مي كنيد براي اندازه گيري دماهاي پايين و بسيار بالا مناسبترين انتخاب ترموكوپل ها مي باشند . محدوده اندازه گيري معمول ترموكوپل ها بين     270 -  تا 2600+ است. ترموكوپل ارزان و بسيار مقاوم است و مي توان از انها در بسياري از محيط هاي فيزيكي و شيميايي استفاده كرد . براي عملكرد انها نياز به تغذيه خارجي و جود ندارد و دقت انها معمولا مثبت منفي يك درجه است .

RTD ها در محدوده دماهاي مياني از 200- تا600+ سانتيگراد بكار مي روند. اين حسگر هادقت بالا معمولاً در محدود مثبت منفي 2 درجه سانتيگراد را دارا مي باشند . RTD ها همچنين مي توانند در بيشتر محيط هاي فيزيكي و شيميايي استفاده شوند ولي به اندازه ترموكوپل ها مقاوم نيستند.
ترميستورها در كاربردهاي دمايي پايين تا مياني در محدوده 50- تا 200+ بكار مي روند اين حسگر هابه اندازه ترموكوپل ها و RTD ها مقاوم نيستند و نمي توان از انها به راحتي در محيط هاي شيميايي استفاده كرد. ترميستورها ارزان قيمت هستند.
حس گرهاي نيمه هادي در كاربردهايي با دماي پايين و در محدوده 40- تا 125+ بكار مي روند اتصال انها با محيط كامل نيست . قيمت ارزاني دارند و در بعضي از مدل ها مستقيم و بدون نياز به مبل A/D به كامپيوتر وصل مي شوند.

مزايا و معايب حسگر ها :

خطاهاي اندازه گيري:

منابع مختلفي مي تواند براي ايجاد خطا در حين اندازه گيري دما وجود داشته باشد كه برخي از خطاهاي مهم توضيح داده مي شود.

خطا هاي تنظيم :

خطاهاي تنظيم در اثر خطاهاي انحراف و خطاي خطي پديد مي آيد .اين خطاها در اثر چرخه هاي طولاني حرارتي ايجاد مي شود و معمولا سازندگان توصيه مي كنند كه ابزار اندازه گيري را هر چند وقت يك بار تنظيم كنيد . در زمان تعويض حسگراز همان نوع حتما بايد عمل تنظيم مجددا صورت پذيرد. RTD ها دقيقترين و پايدار ترين حسگرها هستند.

ايجاد حرارت در اثر عمل حس گر :

RTD ها ترميستورها و حس گرهاي نيمه هادي براي خواندن خارجي نياز به منبع تغذيه خارجي دارند. اين منبع مي تواند سبب گرم شدن حسگرو در عمل خواندن خطا ايجاد كند.

اغتشاش الكتريكي :

اغتشاش الكتريكي ( noise ) سبب ايجاد خطا در اندازه گيري مي شود . ترموكوپل ها ولتاژ بسيار پاييني توليد مي كنند و به همين دليل اغتشاش مي تواند به راحتي بر اندازه گيري انها اثر بگذارد . با استفاده از فيلترهاي پايين گذر دور نگه داشتن حسگر ها و سيم ها از ابزار هاي الكتريكي مي توان اين مقدار را به حداقل رساند.

فشار مكانيكي:

برخي حسگر ها مثل RTD ها به فشار مكانيكي حساس هستند و وقتي در معرض فشار قرار مي گيرند خروجي هاي نادرست ايجاد مي كنند . با اجتناب از تغير فرم حسگر استفاده نكردن از مواد چسبنده براي اتصال ثابت حسگرو استفاده از ترموكوپل كه حساسيت كمتري نسبت به فشار مكانيكي دارند مي توانند راه گشاي باشد .

مقدمه:
 
سير تحولات سيستمهاي كنترلي :

در آغاز سيستمهاي كنترليِ صنعتي، عموماً سيستمهاي نيوماتيك( بادي) بودند كه هم براي انتقال فرمان ها (سيگنال ها) و هم براي تنظيم شيركنترل مورد استفاده قرار مي گرفتند. سيگنالهاي نيوماتيك همگي فشاري هستند و با فشاري بين  3 تا 15   psi قادر به تنظيم فرمانها مي باشند.

سيستمهاي نيوماتيك با وجود ايمني زياد( به خاطر استفاده از هوا) داراي مشكلات فراواني مي باشند . زيرا تمامي قسمتهاي سيستم مكانيكي هستند و اصطكاك زياد و به هم خوردن كاليبراسيون همواره براي واحدهاي صنعتي ايجاد مشكل مي كنند. مشكل مهم اين سيستمها هنگام انتقال سيگنالها و (فرمانها) از قسمت دستگاهها تا اتاق كنترل مي باشد كه زمان طولاني احتياج دارد و مشكلات زيادي براي كنترل سيستم به وجود مي آورد.

در دهه 60 به علت مشكلات به وجود آمده توسط سيستمهاي كنترلي بادي و همگام با گسترش صنايع الكترونيكي مهندسان به استفاده بيشتر از تجهيزات الكتريكي روي آوردند . در اين زمان با استفاده از قطعات الكترونيكي مثل مقاومت، ديود و سلف تواستند سيگنالهاي الكتريكي را جهت تنظيم و كنترل به كار گيرند . مزاياي استفاده از چنين سيستمهايي عبارتند از:

• ارزانتر بودن نسبت به سيستمهاي نيوماتيك
• نداشتن تاخير زماني

با وجود اين مزيتهاي مهم به علت مسائل ايمني، در ابتدا اين صنعت زياد مورد استقبال قرار نگرفت . اما مشكل جرقه زدن با استفاده از  short circuit حل شد و پس از آن به سرعت وارد صنعت گرديد.

در اين زمان شيرهاي كنترلي جديدي به نام شيرهاي موتوري وارد بازار شدند كه دقت زيادي داشتند اما به علت ديناميك كند مورد استقبال قرار نگرفتند. عمدتاً ثابت زماني شيرهاي كنترلي موتوري در حد چند دقيقه مي باشد در حاليكه ثابت زماني شيرهاي كنترلي بادي در حد چند ثانيه مي باشد.

با توجه به ديناميك سريع شيركنترل هاي بادي و مزاياي سيستمهاي كنترل الكترونيكي در اين دهه دستگاهي به نام I to P convector به بازار عرضه شد. I to P اين اجازه را به طراح مي دهد كه تا سر شير كنترل تمامي فرمانها الكترونيكي باشند و درست در بالاي شير كنترل با استفاده از يك I to P اين فرمانهاي الكتريكي به فركانسهاي نيوماتيك تبديل مي گردند.

در دهه 70 عمده تحولات در بخش كنترل به وجود آمد و پس از مدتي وسايل انداره گيري پيشرفته نيز عرضه شد. اين بار ميكروپروسسور به جاي قطعات الكتريكي همچون مقاومت ديود و سلف به كار گرفته شد .

مزاياي ميكروپروسسور عبارتند از:

• ارزانتر بودن
• قابليت محاسبه با سرعت بسيار زياد
• به كارگيري تنظيم كننده خودكار (Auto tuner mode)

شكل 1 - اتاق كنترل يك سيستم كنترلي ديجيتال

در دهه 80 با استفاده از يك كامپيوتر قوي تحول عمده اي در صنعت كنترل صورت گرفت . تا قبل از استفاده از سيستم هاي DCS هر حلقه كنترلي با يك ميكروپروسسور كنترل مي شد اما پس از ابداع DCS كل plant با استفاده از يك ميكروپروسسور قوي كنترل مي شود.

تنها مشكل DCS اين است كه اگر ميكروپروسسور از كار بيفتد تمامي plant به تبع آن از كار مي افتد . در نيمه اين دهه با قسمت كردن plant تا حدود زيادي مشكل حل شد اما از آنجا كه هر قسمت يك ميكروپروسسور لازم دارد، هزينه كنترل بالا رفت. امروزه جهت مقابله با اين مشكل از دو ميكروپروسسور به  صورت موازي استفاده مي شود. يعني كل plant با دو ميكروپروسسور كنترل مي شود. اين عمل بدين صورت است كه هر دو ميكروپروسسور ورودي دارند و محاسبات را همزمان انجام مي دهند اما تنها يكي از اين دو خروجي دارد و ديگري در حالت آماده به كار (Stand By) مي باشد تا اگر ميكروپروسسور اول از كار افتاد (fail كرد)  سريعا دومي در همان لحظه وارد عمل گردد.
 

شكل 2 - نمايي از نحوه كنترل فرآيند توسط سيستم DCS
 

شكل 3- اتاق كنترل يك سيستم DCS

شرح و توصيف:

هدف از كنترل، تنظيم فرايند درشرايط مورد نظر است. در ابتدا جهت آشنايي با برخي از مفاهيم كنترل فرايند به شكل ساده اي از كنترل يك فرايند مي پردازيم. فرايند مورد نظر براي گرم كردن آب (توسط يك سيال داغ) بكار رفته است.
نحوه عمل بدين صورت است كه ابتدا آب وارد يك مخزن به عنوان آب گرمكن مي شود و توسط يك كويل حرارتي (لوله هايي كه در آن يك سيال داغ وجود دارد) آب گرم مي شود.
 

شكل 4 - نمايي از نحوه كنترل فرآيند توسط مسئول

الف) اندازه گيري:
توسط مسئول دستگاه و با استفاده از لمس نمودن آب خروجي از آب گرمكن ميزان گرم يا سرد بودن آب اندازه گيري مي شود.

ب) مقايسه:
مسئول دستگاه، ميزان گرمي آب خروجي را با ميزان گرمي مطلوب ( آنچه بايد باشد ) در ذهن مقايسه مي كند.

ج) كنترل:
حال با توجه به مقايسه صورت گرفته و متناسب با ميزان دوري از حالت مطلوب، شير ”ج” را باز يا بسته مي نمايد و سعي مي نمايد اختلاف دماي موجود را كاهش دهد.

اين مجموعه عمليات الف-ب-ج آنقدر ادامه مي يابد تا در نهايت ميزان گرمي آب خروجي برابر مقدار مطلوب شود. اين مثال ساده اساس كار يك كنترلر متداول مي باشد اما مسلم است كه در صنعت هيچگاه از يك شخص به طور مستقيم و مداوم نمي توان استفاده كرد.
براي درك بهتر و راحت تر كردن محاسبات هيچگاه از شكل فوق استفاده نمي شود و بجاي آن از نمودار جعبه اي به شكل زير استفاده مي شود.
 

شكل 5 - نمودار جعبه اي

سيستم كنترل نشان داده شده در شكل، سيستم مدار بسته (Closed loop system) و نيز سيستم پس خور  (feed back system) ناميده مي شود زيرا مقدار اندازه گيري شده متغير كنترل شونده(دماي آب) به مقايسه كننده پس خورانيده (feed back) مي شود. در مقايسه گر ، متغير كنترل شونده با مقدار مطلوب (مقدار مقرر ) مقايسه مي شود و اگر اختلافي بين مقدار متغير اندازه گيري شده و مقدار مطلوب موجود باشد توسط مقايسه گر، خطا (error) ايجاد مي شود و به كنترلر (Controller)) فرستاده مي شود. حال كنترلر با توجه به خطاي ورودي تنظيمات لازم را براي شيركنترل( عنصر كنترل نهايي) ارسال مي كند. حال دوباره اندازه گير( مثلاً دماسنج) با اندازه گيري هايي كه از سيستم به عمل مي آورد براي مقايسه كننده مشخص مي كند كه آيا به مقدار مطلوب رسيده ايم يا خير و پس از آن مجموعه مراحل فوق دوباره تكرار مي شود.
 

شكل 6 – مجموعه مراحل يك سيستم كنترلي براي كنترل فرآيند از اتاق كنترل تا سر شيركنترل

برخي مفاهيم اساسي در بحث كنترل

 متغيرهاي كنترلي: در بحث كنترل فرايند، متغيرهاي كنترلي عبارتند از 1-دما 2-فشار 3- جريان 4- سطح
- اندازه گيري: عمل اندازه گيري توسط عنصر اندازه گيرِ متغيرهاي كنترلي در يك فرايند( 4 مورد فوق )
صورت مي گيرد. چگونگي اندازه گيري و دستگاههاي مربوطه در ابزار دقيق به طور مفصل مورد بحث قرار گرفته اند.
- مقايسه: مقايسه توسط دستگاه مقايسه كننده صورت مي گيرد. اين مقايسه بين مقدار مطلوب (Set point) و كميت اندازه گيري شده توسط عنصر اندازه گير انجام مي گيرد. قلم هاي ثبات در كنترل كننده هاي قديمي اين عمل را انجام مي دهند و نتيجه را به صورت فاصله عقربه از مقدار مقرر براي كنترلر ارسال مي كنند.
- كنترلر: با توجه به خطاي (error) فرستاده شده از مقايسه گر فرمان مقتضي را براي شير كنترل ارسال مي كند. مثلاً در مرسوم ترين نوع كنترلر كه كنترلر PID (Proportional Integral Differential) مي باشد فرمان ارسال شده به صورت سيگنالهاي الكتريكي يا بادي مي باشد.
- فرمان (Signal) : پس از اندازه گيري تغييرات مشاهده شده در فرايند بايد اين تغييرات را به طريقي به ساير قسمتها منتقل كرد. در يك مدار كنترل از يكي از فرمانهاي زير استفاده مي شود.
1- فرمان برقي: فرمان برقي بيشتر براي مسافت هاي دور مورد استفاده قرار مي گيرد. مثلاً براي فرستادن فرمان از اتاق كنترل تا سر شيركنترل يا از وسايل اندازه گيري تا اتاق كنترل.
2- فرمان بادي: در فواصل كوتاه براي انتقال تغيير روند از فرمان هوايي استفاده مي گردد . در بعضي شرايط بجاي هوا ازگازها و يا مايعات (هيدروليكي) نيز استفاده مي گردد. به علت سرعت بالاي تغييرات در شير كنترل از فرمان بادي به صورت هواي فشرده استفاده مي گردد. بدين ترتيب از اتاق كنترل تا سر شير كنترل فرمان به صورت الكتريكي و براي سرعت بخشيدن به ديناميك سيستم از هواي فشرده جهت باز و بسته شدن اكثر شيرهاي كنترلي استفاده مي شود. البته گاهي اوقات شير كنترل با موتور الكتريكي به حركت در مي آيد كه همانطور كه گفته شد سرعت پاييني دارد.
3- فرمان مكانيكي: اين نوع فرمان در داخل ابزار دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد و در مدار كنترل استفاده نمي شود.
- فرايند: دستگاه يا مجموعه دستگاه هايي كه بايد در حد شرايط مورد نظر كنترل شوند را فرايند گويند.
- پس خور: اغلب راهكار تنظيم يك فرايند به صورت پس خور مي باشد يعني پس از آنكه تغييرات توسط كنترلر به سيستم اعمال شد، به صورت مستمر متغيرهاي سيستم(فرايند ) اندازه گيري مي شوند و به مقايسه گر پس خورانيده مي شوند تا آنكه خطا صفر شود.
- حالت يكنواخت: يك فرايند را هنگامي مي توان در حالت يكنواخت ناميد كه هيچ يك از متغيرها با گذشت زمان تغيير نكند. در اكثر فرايندهاي صنعتي تمامي دستگاهها بايد حول يك نقطه ثابت كه طراحي شده اند كار كنند كه نقطه يكنواخت ناميده مي شود.
- اغتشاش و بار: معمولاً فرايند ها هميشه در يك نقطه مشخص كه طراحي شده اند عمل نمي كنند . اين موضوع به علت نويزها مي باشد. به عنوان مثال غلظت يا دبي خوراك ورودي به يك واحد ممكن است همواره تغيير كند. اگر اغتشاش ورودي به فرايند قابل اندازه گيري باشد و به نوعي بتوان آنرا مدل كرد آنرا بار (load) مي نامند. راهكارهاي زيادي جهت مبارزه با نويزها و بارها وجود دارد.
- تاخير زماني (Lag): در اكثر فرايند هاي صنايع شيميايي همواره يك تاخير زماني بين ورودي و خروجي وجود دارد. در ساده ترين مورد هنگامي كه يك سيال از لوله عبور مي كند هيچگاه به محض ورود به لوله از سوي ديگر خارج نمي شود. يعني مدت زماني به اندازه زمانيكه لازم است تا لوله با سيال ورودي پر شود لازم است تا اثر ورود سيال در خروجي ظاهر شود. اين پديده را تاخير زماني يا Lag مي گوييم . به عنوان مثال اثر تغيير در شرايط خوراك ورودي به يك دستگاه تقطير ممكن است دهها دقيقه به طول بيانجامد تا تاثير آن در محصول تقطير شده خروجي از بالاي برج مشخص گردد.

 طراحي كنترلر

در حالت كلي به سه منظور كنترلر طراحي مي گردد:

1. اگر سيستم خيلي تند باشد و بخواهيم سرعت آنرا تعديل كنيم. به عنوان مثال در مواردي سيستم بسيار حساس است و با يك تغيير كوچك عكس العمل هاي شديدي ممكن است به شير كنترل وارد كند كه باعث استهلاك آن مي گردد. در نتيجه بايدكنترلري طراحي شود تا مانع از عكس العمل هاي شديد شيركنترل شود. در اين حالت اصطلاحاً مي گوييم يك ديناميك در سيستم وارد كرده ايم.
2. گاهي سيستم مورد نظر بسيار كند است و مي خواهيم سيستم سريعتر به جواب برسد . در اين حالت بايد مدار كنترلي بخشي از ديناميك فرايند را خنثي سازد. اين كار با مدلسازي فرايند و حذف ديناميك سيستم تا جاي ممكن عملي مي شود.
3. سيستم ناپايدار است و بايد پايدار شود. بحث پايداري مهمترين بحث طراحي كنترلر مي باشد و تمامي سيستمها بايد به دقت مورد مطالعه واقع شوند تا ببينيم سيستم پايدار است يا خير. در صورت پايداري بايد با الگوريتم هاي موجود آنرا پياده سازي كنيم. حتي اگر سيستم پايدار باشد بايد مواظب باشيم تا پس از بستن مدار و طراحي كنترلر سيستم ناپايدار نگردد. در هنگام طراحي از اين عامل به عنوان يكي از پارامترهاي طراحي استفاده مي كنيم.
    

شكل 7 - الف. يك سيستم درجه دو كه خروجي شديدي دارد. ب. پس از قراردادن يك ديناميك در سيستم پاسخ تعديل شده است.

 تنظيم كنترلر
در تنظيم كنترلر همواره دو عامل در نظر گرفته مي شود:

پايداري
در بحث طراحي كنترلر يكي از مهمترين قسمت ها بررسي پايداري سيستم مي باشد . يك سيستم هنگامي پايدار است كه اگر يك ورودي محدود به سيستم وارد شود پس از مدت زمان معيني خروجي محدود بماند. به عنوان مثال اگر يك تغيير در دما يا دبي ورودي راكتور به وجود بيايد پس از يك مدت زمان معين انتظار آنست كه شرايط عملياتي راكتور و كيفيت محصول خارج شده مقدار معيني باشد نه آنكه پس از مدتي راكتور از كنترل خارج شود و مثلاً منفجر گردد. هنگام تنظيم كردن؟ ”tune“ كنترلر بايد متوجه موضوع پايداري بود.

عملكرد كنترلر
در بحث عملكرد كنترلر معمولاً چند عامل در نظر گرفته مي شوند و سعي طراح بر آن است كه كنترلر را طوري تنظيم كند كه به بهترين جواب برسد. برخي از مهمترين پارامترهايي كه در تنظيم عملكرد كنترلر در نظر گرفته مي شوند عبارتند از :

• سرعت رسيدن به جواب نهايي
• آفست يا خطاي ماندگار در برخي از سيستم ها به وجود مي آيد و باعث مي شود كه سيستم هيچگاه به جواب نهايي نرسد و تنها در حدود جواب نهايي قرار گيرد. معمولاً در طراحي ها سعي مي شود مقدار انحراف به حداقل برسد.
• اورشوت: در برخي سيستمها به وجود مي آيد. در اين حالت سيستم در لحظه اي كه ورودي به آن وارد مي شود عكس العمل شديدي نشان مي دهد. اين موضوع باعث بالا رفتن سرعت رسيدن به جواب نهايي مي شود .اما از طرف ديگر باعث استهلاك كنترلر و خراب شدن محصولات نيز مي گردد . ميزان اورشوت بايد بهينه مي باشد. (شكل 7 - الف )
• انتگرال خطا: سطح زير نمودار مي باشد. مشخص است كه هرچه اين سطح كوچكتر باشد كنترلر عملكرد بهتري دارد. عموماً در طراحي دو عامل پايداري و عملكرد با هم در تقابل مي باشند. بدين معنا كه غالباً به خاطر پايداري بايد مقداري از كيفيت عملكرد سيستم بكاهيم. به عنوان مثال براي اينكه سيستم معيار پايداري بهتري داشته باشد خصوصاً در مقابل خطاي مدلسازي مقاومت نشان دهد و اصطلاحاً ”Robust“ باشد مجبوريم از سرعت ديناميكي سيستم بكاهيم و به نوعي مانع از ورودي هاي شديد به سيستم شويم . در تنظيم كنترلر معمولاً از روشها و جداول استاندارد استفاده مي شود. يكي از مهمترين اين روشها تنظيم كنترلر با روش زيگلر-نيكولز مي باشد كه با رجوع به جداول مربوطه مي توان كنترلرهاي PID را تنظيم كرد.

شكل 8 – نمودار خطا بر حسب زمان ( براي سيستم شكل 6 ) هر قدر سطح زيرنمودار كمتر باشد، سيستم بهتر عمل مي كند

روش هاي مهم در طراحي كنترلر

سيستم مدار بسته (Closed loop system)

اين روش طراحي، مهمترين روش كنترل كردن سيستمهاي كنترلي مي باشد. در مورد اين روش در ابتداي اين بخش توضيحات كافي داده شده است. به طور كلي مبناي اين روش استفاده از اطلاعات فرايند و مقايسه آن با مقدار مطلوب مي باشد. سپس بر اساس دوري و نزديكي از مقدار مطلوب (set point) كنترلر عكس العمل ها ي مقتضي را صادر مي كند(رجوع شود به شكل 5 )
يكي از اثرات مهم سيستم مدار بسته كاهش حساسيت مي باشد اما با عدم قطعيت سيستم به خوبي مقابله مي كند. نكته مهم آنكه در اكثر الگوريت مهاي كنترلي در نهايت پس از انجام همه مراحل سيستم را مدار بسته نيز مي كنند. در روش كنترل پيش خور بيشتر راجع به اين موضوع بحث خواهيم نمود.

كنترل پيش خور (Feed Forward)

جهت مقابله با اثرات بار (Load يا اغتشاشات قابل اندازه گيري) از اين روش استفاده مي شود . مبناي اين روش رساندن اطلاعات مربوط به اغتشاش ورودي در همان لحظات اوليه به كنترلر مي باشد تا كنترلر اثر بار ورودي را در همان ابتدا خنثي سازد.

 
شكل 9 - پاسخ مدار بسته سيستم (شكل 7) . پس از بستن مدار و ورودي پله در خروجي 50% آفست داريم كه نشان ميدهد كنترلر  بايد بهتر تنظيم شود.

جهت روشن شدن موضوع يك گرم كننده خوراك را مطابق شكل زير در نظر بگيريد . در اين فرآيند مي خواهيم دماي خروجي جريان خوراك از گرمكن را توسط تغيير در شدت جريان سوخت ورودي به گرمكن كنترل كنيم. يك مداركنترل پس خور ساده نمي تواند به طور مناسب عمل كنترل را انجام دهد، زيرا جريان خوراك عملاً داراي نوسانات فشار و دبي مي باشد.
با قراردادن يك اندازه گيرِجريان روي وروردي خوراك (بار) مي توان (شكل 11) عملكرد سيستم را به طور قابل توجهي بهبود داد. دقت شودكه تمام عمليات تنها با يك شير كنترل، تنظيم مي شود.

كنترلر ”Feed Forward/Feed Back“

همانطور كه گفته شد پس از طراحي كنترلرها عموماً سيستم را مدار بسته مي كنند. يعني پس از اينكه سعي شد اثر بار ورودي با پيش خور خنثي شود سپس با مدار پس خور فرايند كنترل مي شود تا مشخص شود سيستم به جواب مورد نظر رسيده يا نه(شكل فوق). علت اين موضوع آنست كه ما در مدلسازي سيستمهاي فرايندي همواره با خطا روبرو هستيم كه با سيستم مدار بسته اين اثرات را خنثي مي كنيم. البته شايد اين سوال پيش بيايد.

شكل 10 - فرآيند گرم كنندة خوراك. با يك كنترل پس خور به تنهايي نمي توان دماي خروجي را به طور مناسب كنترل كرد

شكل 11 - با اندازه گيري load (جريان خوراك) مي توان سرعت وعملكرد سيستم را بهبود داد.

كه پس حالا كه از مدار پس، ديگر چه نيازي به مدار پيش خور است . جواب اين سوال آنست كه با مدار پيش خور تا حد بسيار خوبي مي توان عملكرد سيستم را بهبود بخشيد و با اثرات load مقابله كرده و از طرفي با استفاده از مدار پس خور، سيستم را مقاوم (Robust) كرد تا كنترلر با اثرات خطاي مدلسازي مقابله كند. در نتيجه سيستم كنترلي خيلي بهتر عمل خواهد كرد.

كنترل زنجيره اي (Cascade)

براي مقابله با اثر نويز (noise) در اغتشاشاتي كه به سيستم وارد مي شود و كثيرالاتفاق مي باشند از اين روش كنترلي استفاده مي شود. در اين حالت يك وسيله اندازه گيري در قسمتي كه اغتشاش وارد مي شود قرار مي دهيم و سعي مي كنيم عمل كنترل سيستم را تنها با يك شير كنترل انجام دهيم. با مثال زير علت گذاشتن كنترل Cascade مشخص مي شود. در يك ستون تقطير عموماً جهت تنظيم سطح در ته برج از اين روش استفاده مي شود . در شكل 12 كنترل سطح با يك مدار پس خور ساده نشان داده شده است. به علت تغييرات ارتفاع (فشار )جريان خروجي از لوله پايين آورنده داراي اغتشاش زيادي مي باشد كه بركاهش عملكرد شير كنترل تاثير زيادي مي گذارد و باعث مي شود زمان زيادي طول بكشد تا كنترلر بتواند با هر تغيير روي سيستم مقابله كند.
 

شكل 12 - كنترل پس خورِ سطح يك ستون تقطيرتنها با استفاد ه از انداز هگيري

 براي بهبود سرعت عمليات كنترل بايد از يك كنترل cascade استفاده كرد (شكل 12). در اين صورت با قرار دادن يك اندازه گيرِ جريان، سرعت كنترل پنج برابر افزايش مي يابد . مدار LC را حلقه اوليه يا ارباب (master) و مدار FC راحلقه ثانويه يا برده (Slave) گويند.

شكل 13 – كنترل cascade سطح يك ستون تقطير با استفاده از اندازه گيري سطح كه با اندازه گيرِ جريان كوپل شده است.

براي آشنايي بيشتر با اين الگوريتم كنترل، مدار شكل 10 (گرمكن) را در نظر بگيريد. سوخت ورودي به گرمكن به علت تغييرات فشار داراي اغتشاش زيادي مي باشد كه عملكرد سيستم ر ا به شدت كم مي كند و حتي ممكن است آنرا ناپايدار كند. براي بالا بردن عملكرد و مخصوصاً سرعت كنترل ا ز يك كنترل cascade مطابق شكل 14 استفاده مي شود . در اين سيستم با قرار دادن يك سنسور و يك كنترلر ديگر با استفاده از يك شير كنترل سيستم ر ا كنترل كرده ايم.

شكل 14 – كنترل cascade براي مقابله با اثرات اغتشاش در جريان

كنترلر دماي جريان خوراك حلقه اوليه مي باشد كه point  remote set  ر ا براي حلقه ثانويه مي فرستد. به طور كلي يكي از مهمترين موارد كاربرد اين نوع كنترلر در كنترل جرياناتي مي باشد كه از واحد utility مي آيد و تغييرات زيادي دارد در اين حالت اين جريان ها يك عامل اغتشاش مي باشد و ميزان ثابتي ندارد . اگر تغييرات اين اغتشاش لحاظ نگردد مشكلات زيادي براي كنترل سيستم به وجود مي آيد و حتي ممكن است باعث ناپايداري فرايند گردد. در اين حالت بهترين كار آنست كه دما يا فشار اين جريان ها كنترل گردند.

چند نكته در مورد كنترل زنجيره اي

به دليل اهميت و كاربرد گسترده اين نوع كنترلر به توضيحات زير لازم است توجه شود:

1. در صنعت اگر متغير كنترلي، جريان باشد كه داراي اغتشاش زيادي مي باشد آنرا Cascade مي كنند ( معمولاً جريانهايي كه از utility مي آيد).
2. اين كنترلر در جايي استفاده مي شود كه بيش از يك بار (load) وجود دارد.
3. جهت تنظيم (tune) ابتدا بايد كنترلر را روي وضعيت manual قرار داده و حلقه داخلي را تنظيم كرد سپس آنرا remote مي كنيم و بعد از آن حلقه خارجي را تنظيم مي كنيم. 

 
شكل 15 - الف. يك رآكتور با سيستم كنترل زنجيره اي (cascade)
ب. پاسخ سيستم به يك ورودي پله اي. پاسخ بالايي توسط يك مداركنترل پس خور معمولي
پاسخ پاييني توسط يك مدار كنترل  cascade

هد متر ها يا دبي سنج ها اختلاف فشاري رايج ترين نوع وسايل اندازه گيري جريان در صنعت مي باشند و به طور غير مستقيم ، دبي سيال را به كمك افت فشار ايجاد شده در سيال توسط يك مانع مرتبط با نوع هدمتر مورد استفاده و قطر لوله ، افت فشار به دبي حجمي تبديل مي شود. از معادله پيوستگي با فرض ثابت بودن دانسيته سيال ( سيال تراكم ناپذير ) خواهيم داشت :

QV = V1A1 = V2A2

اين معادله يكي از مهترين روابط در مكانيك سيالات است و بيانگر آن است كه كاهش قطر لوله سيالات پايا و يكنواخت ، منجر به افزايش سرعت سيال مي شود. علاوه بر اين ، در تبديل انرژي به كمك معادله برنولي مشاهده خواهد شد كه هد فشار كل (H) در طول جريان ثابت مي ماند .

اولين جمله اين معادله هد پتانسيل ناميده مي شود و جمله دوم معروف به هد سرعت يا انرژي جنبشي مي باشد. به دليل ثابت بودن مجموع انرژي پتانسيل و جنبشي ، واضح است كه افزايش سرعت همراه با كاهش انرژي پتانسيل است. اساس تمامي هدمتر ها مبتني بر اين رابطه بين سرعت و فشار مي باشد.

محبوبترين و متداول ترين وسيله اندازه گيري جريان مي باشد. اساس كار آن بدين گونه است كه اختلاف فشاري كه در طول اين وسيله توسط يك صفحه واقع در خط فرآيند ايجاد شده است اندازه گيري مي شود تا دبي جريان تعيين شود.
سه نوع متداول Orifice Plate وجود دارد كه عبارتند از : هم مركز ، مختلف المركز و قطعه اي (Segmental ) . اريفيس پليت هم مركز ساده ترين و ارزانترين هدمتر است (شكل 1) .
 

شكل 1- نمايي از اريفيس پليت

اريفيس پليت مشابه عملكرد وسايل ابتدايي ، به منظور توليد افت فشار ، جريان سيال را در طول مسير خودش به هم مي فشرد؛ نتيجه آن كه فشار سيال در ابتداي جريان بيشتر از فشار جريان در انتهاي جريان مي باشد. افت فشار ايجاد شده متناسب با مجذور سرعت سيال است.
مزيت اصلي اين وسيله نداشتن قطعات متحرك و قيمت پايين آن مي باشد (خصوصاً آنكه با اندازه لوله افزايش نمي يابد ) و به خوبي جريان هاي در هم تميز را اندازه گيري مي كنند. دقت اندازه گيري اين وسيله به چگونگي نصب ، نسبت سطح لوله و خواص سيال بستگي دارد و بايد در لوله هاي مستقيم نصب شود.

شكل 2- نمايي از اريفيس پليت

دبي سنج ونتوري شامل يك قسمت ورودي مخروطي شكل همگرا مي باشد كه در طول آن سطح مقطع جريان كاهش مي يابد. قسمت واگراي ونتوري فشار سيال را به حالت اوليه بر مي گرداند. از افت فشار ايجاد شده در قسمت همگراي دبي سنج مي توان دبي جريان را بدست آورد. گلوگاه استوانه اي ونتوري مكان اندازه گيري افت فشار ايجاد شده در واحد سطح مي باشد.
ونتوري تيوب ها در موردي كه نياز به افت فشار كم و دقت بالاي اندازه گيري است استفاده مي شوند و عمدتاً در لوله هاي قطور ، شبيه مواردي كه در صنايع آب و فاضلاب يافت مي شود به كار مي روند. زيرا شيب ملايم آن به جامدات معلق در مايع اجازه حركت مي دهد. لذا براي اندازه گيري پساب ها و دوغاب ها ( يابه عبارتي مايعات ويسكوز يا حاوي مقدار زيادي از جامدات چسبناك ) مناسب مي باشند. عيب اصلي آن قيمت زياد ان مي باشد و دقت آن نسبت به اريفيس كمتر است مگر آنكه جريان كاليبره شده باشد.
 

شكل 3- نمايي از ونتوري تيوب


شكل 4- نمايي از ونتوري تيوب

نازل هاي جريان ممكن است به عنوان ونتوري تيوب تغيير يافته تلقي شوند. دهنه نازل يك مانع بيضوي شكل در برابر جريان است و خروجي آن هيچ سطحي براي بازيافت فشار ندارد. Tap هاي فشار در فاصله اي حدود نصف قطر لوله را در خروجي و در فاصله اي به اندازه تمام قطر را در ورودي لوله گرفته اند.
نازل جريان ، براي سنجش دبي جريان هاي سرعت بالا به كار مي رود ( عدد رينولدز بالاي 50000) .
افت فشار نازل جريان ، بين افت فشارهاي ونتوري تيوب و اريفيس پليت است ( 30 الي 95 در صد) .
 

شكل 5- نمايي از نازل جريان

شكل 6- نمايي از نازل جريان

لوله هاي پيتوت (پيتوت تيوب ) وسيله اي جهت اندازه گيري سرعت محلي (local  ) جريان است. پيتوت تيوب ها شامل دو لوله مي باشند كه يكي به نام Static Tube در راستاي جهت جريان است. دو پايه تيوب ها توسط پايه هاي يك مانيتور ( يا يك وسيله معادل جهت اندازه گيري اختلاف فشار ) به هم وصل شده اند. Static Tubes به دليل آن هيچ گونه مولفه سرعتي عمود بر سطح مقطع آن وجود ندارد فشار استاتيكي را اندازه گيري مي كند . بر حسب هد مي توان گفت Impact Tube هد فشار استاتيكي به اضافه هد سرعت را اندازه گيري مي كند. اختلاف فشار اندازه گيري شده در پيتوت تيوب متناسب با مجذور سرعت است :

پيتوت تيوب ها كاربرد محدودي در صنايع دارند. زيرا به راحتي توسط يك ماده خارجي مسدود مي شوند و دقت آنها به پروفايل سرعت كه اندازه گيري آن مشكل است بستگي دارد. كاربرد عمده آن ها اندازه گيري سرعت جريان هواي كم سرعت در سيستم هاي تهويه است و بيشتر براي اندازه گيري دبي گازها به كار مي روند .
 

شكل 7- نمايي از پيتوت تيوب

شكل 8- نمايي از پيتوت تيوب

شامل يك ديسك يا Target مي باشد كه در مركز لوله قرار گرفته است ( شكل 9). سطح ديسك با يك زاويه مناسب نسبت به جريان قرار دارد. سنجش دبي جريان يه طور مستقيم توسط نيرويي كه سيال به ديسك وارد مي كند انجام گيرد. اين نوع دبي سنج براي پساب ها و سيالات خورنده مناسب مي باشد و در ضمن به هيچ گونه اتصالات خارجي اعم از آب بندها (Seal  ) يا سيستم هاي Purge احتياج ندارد. براي تعيين اندازه بهينه ديسك و كاليبره كردن آن به منظور كاركرد مناسب اطلاعات زيادي مورد نياز است. 
 

شكل 9- نمايي از دبي سنج تارگت


شكل 10- نمايي از دبي سنج تارگت

اين دبي سنج به كمك يك زانويي 45 درجه درون جريان سيال كار مي كند. Tap فشار بالا از بيرون زانويي گرفته مي شود و Tap فشار پايين از داخل زانويي گرفته مي شود كه اختلاف فشاري متناسب با دبي جريان ايجاد مي كند. اندازه گيري اختلاف فشار به نيروي گريز از مركز سيال جاري در زانويي وابسته است.
از اين رو گاز به دليل دانسيته پايين براي اين دبي سنج ها مناسب نيست و همچنين انحناي كم در زانويي ، اختلاف فشار بزرگتري را نسبت به انحناي طولاني ايجاد مي كند. افت فشار يك Elbow Tap از يك زانويي بيشتر نمي باشد. دقت Elbow Tap Meters حدود 5 ± درصد مي باشد.

روتامتر ها ( يا دبي سنج هاي سطح متغير ) عمدتاً از يك لوله شيشه اي كه قطر آن با شيب ملايم كم مي شود ساخته شده اند و به طور عمودي نصب شده و جريان به آن وارد مي شود ( شكل 11).
جسم شناوري كه به اندازه پايه لوله شيشه اي است درون آن قرار گرفته و متناسب با مقدار جريان به سمت بالا حركت مي كند. به دليل آن كه قطر لوله در بالا نسبت به پايين آن بزرگتر است جسم شناور در نقطه اي از لوله شيشه اي نسبت به كف آن قرار مي گيرد كه اختلاف فشار بين سطوح بالايي و پايين با وزن جسم شناور به تعادل برسد. در اكثر كاركرد هاي روتامتر، دبي مستقيماً از درجه بندي هايي كه روي لوله شيشه اي نوشته شده است خوانده مي شود.
در بعضي موارد يك سنسور اتوماتيك ارتفاع جسم شناور را اندازه مي گيرد. اين گونه روتامترها اغلب از فولاد يا ديگر مواد مقاوم در برابر سيالات فشار بالا ساخته مي شوند. روتامتر ها ممكن است در اندازه اي 25/0 اينچ تا اندازه هاي 6 اينچ باشند و نسبت به اريفيس پليت گستره وسيعتري از جريان را با دقت 2 ± درصد را اندازه مي گيرند. حداكثر فشار عملكرد آنها موقعي كه از شيشه ساخته شده باشند psig 300 مي باشد.
 

شكل 11- نمايي از دبي سنج روتامتر

شكل 12- نمايي از دبي سنج روتامتر

چكيده:

هدف از كنترل، تنظيم فرايند درشرايط مورد نظر است. در آغاز سيستمهاي كنترليِ صنعتي، عموماً سيستمهاي نيوماتيك ( بادي) بودند كه هم براي انتقال فرمان ها (سيگنال ها) و هم براي تنظيم شيركنترل مورد استفاده قرار مي گرفتند. برخي مفاهيم اساسي در بحث كنترل عبارتند از:
متغيرهاي كنترلي، مقايسه، كنترلر،فرمان، فرايند، پس خور، اغتشاش و بار، حالت يكنواخت و تاخير زماني  مي باشد. در بحث طراحي كنترلر يكي از مهمترين قسمت ها بررسي پايداري سيستم مي باشد . يك سيستم هنگامي پايدار است كه اگر يك ورودي محدود به سيستم وارد شود پس از مدت زمان معيني خروجي محدود بماند.
روش هاي مهم در طراحي كنترلر را مي توان بدين ترتيب تقسيم كرد:
 سيستم مدار بسته ، كنترل پيش خور ،كنترلر ”Feed Forward/Feed Back“، كنترل زنجيره اي.

مقدمه:
 
سير تحولات سيستمهاي كنترلي :

در آغاز سيستمهاي كنترليِ صنعتي، عموماً سيستمهاي نيوماتيك( بادي) بودند كه هم براي انتقال فرمان ها (سيگنال ها) و هم براي تنظيم شيركنترل مورد استفاده قرار مي گرفتند. سيگنالهاي نيوماتيك همگي فشاري هستند و با فشاري بين  3 تا 15   psi قادر به تنظيم فرمانها مي باشند.

سيستمهاي نيوماتيك با وجود ايمني زياد( به خاطر استفاده از هوا) داراي مشكلات فراواني مي باشند . زيرا تمامي قسمتهاي سيستم مكانيكي هستند و اصطكاك زياد و به هم خوردن كاليبراسيون همواره براي واحدهاي صنعتي ايجاد مشكل مي كنند. مشكل مهم اين سيستمها هنگام انتقال سيگنالها و (فرمانها) از قسمت دستگاهها تا اتاق كنترل مي باشد كه زمان طولاني احتياج دارد و مشكلات زيادي براي كنترل سيستم به وجود مي آورد.

در دهه 60 به علت مشكلات به وجود آمده توسط سيستمهاي كنترلي بادي و همگام با گسترش صنايع الكترونيكي مهندسان به استفاده بيشتر از تجهيزات الكتريكي روي آوردند . در اين زمان با استفاده از قطعات الكترونيكي مثل مقاومت، ديود و سلف تواستند سيگنالهاي الكتريكي را جهت تنظيم و كنترل به كار گيرند . مزاياي استفاده از چنين سيستمهايي عبارتند از:

• ارزانتر بودن نسبت به سيستمهاي نيوماتيك
• نداشتن تاخير زماني

با وجود اين مزيتهاي مهم به علت مسائل ايمني، در ابتدا اين صنعت زياد مورد استقبال قرار نگرفت . اما مشكل جرقه زدن با استفاده از  short circuit حل شد و پس از آن به سرعت وارد صنعت گرديد.

در اين زمان شيرهاي كنترلي جديدي به نام شيرهاي موتوري وارد بازار شدند كه دقت زيادي داشتند اما به علت ديناميك كند مورد استقبال قرار نگرفتند. عمدتاً ثابت زماني شيرهاي كنترلي موتوري در حد چند دقيقه مي باشد در حاليكه ثابت زماني شيرهاي كنترلي بادي در حد چند ثانيه مي باشد.

با توجه به ديناميك سريع شيركنترل هاي بادي و مزاياي سيستمهاي كنترل الكترونيكي در اين دهه دستگاهي به نام I to P convector به بازار عرضه شد. I to P اين اجازه را به طراح مي دهد كه تا سر شير كنترل تمامي فرمانها الكترونيكي باشند و درست در بالاي شير كنترل با استفاده از يك I to P اين فرمانهاي الكتريكي به فركانسهاي نيوماتيك تبديل مي گردند.

در دهه 70 عمده تحولات در بخش كنترل به وجود آمد و پس از مدتي وسايل انداره گيري پيشرفته نيز عرضه شد. اين بار ميكروپروسسور به جاي قطعات الكتريكي همچون مقاومت ديود و سلف به كار گرفته شد .

مزاياي ميكروپروسسور عبارتند از:

• ارزانتر بودن
• قابليت محاسبه با سرعت بسيار زياد
• به كارگيري تنظيم كننده خودكار (Auto tuner mode)

شكل 1 - اتاق كنترل يك سيستم كنترلي ديجيتال

در دهه 80 با استفاده از يك كامپيوتر قوي تحول عمده اي در صنعت كنترل صورت گرفت . تا قبل از استفاده از سيستم هاي DCS هر حلقه كنترلي با يك ميكروپروسسور كنترل مي شد اما پس از ابداع DCS كل plant با استفاده از يك ميكروپروسسور قوي كنترل مي شود.

تنها مشكل DCS اين است كه اگر ميكروپروسسور از كار بيفتد تمامي plant به تبع آن از كار مي افتد . در نيمه اين دهه با قسمت كردن plant تا حدود زيادي مشكل حل شد اما از آنجا كه هر قسمت يك ميكروپروسسور لازم دارد، هزينه كنترل بالا رفت. امروزه جهت مقابله با اين مشكل از دو ميكروپروسسور به  صورت موازي استفاده مي شود. يعني كل plant با دو ميكروپروسسور كنترل مي شود. اين عمل بدين صورت است كه هر دو ميكروپروسسور ورودي دارند و محاسبات را همزمان انجام مي دهند اما تنها يكي از اين دو خروجي دارد و ديگري در حالت آماده به كار (Stand By) مي باشد تا اگر ميكروپروسسور اول از كار افتاد (fail كرد)  سريعا دومي در همان لحظه وارد عمل گردد.

 

شكل 2 - نمايي از نحوه كنترل فرآيند توسط سيستم DCS
 

شكل 3- اتاق كنترل يك سيستم DCS

شرح و توصيف:

هدف از كنترل، تنظيم فرايند درشرايط مورد نظر است. در ابتدا جهت آشنايي با برخي از مفاهيم كنترل فرايند به شكل ساده اي از كنترل يك فرايند مي پردازيم. فرايند مورد نظر براي گرم كردن آب (توسط يك سيال داغ) بكار رفته است.
نحوه عمل بدين صورت است كه ابتدا آب وارد يك مخزن به عنوان آب گرمكن مي شود و توسط يك كويل حرارتي (لوله هايي كه در آن يك سيال داغ وجود دارد) آب گرم مي شود.
 

شكل 4 - نمايي از نحوه كنترل فرآيند توسط مسئول

الف) اندازه گيري:
توسط مسئول دستگاه و با استفاده از لمس نمودن آب خروجي از آب گرمكن ميزان گرم يا سرد بودن آب اندازه گيري مي شود.

ب) مقايسه:
مسئول دستگاه، ميزان گرمي آب خروجي را با ميزان گرمي مطلوب ( آنچه بايد باشد ) در ذهن مقايسه مي كند.

ج) كنترل:
حال با توجه به مقايسه صورت گرفته و متناسب با ميزان دوري از حالت مطلوب، شير ”ج” را باز يا بسته مي نمايد و سعي مي نمايد اختلاف دماي موجود را كاهش دهد.

اين مجموعه عمليات الف-ب-ج آنقدر ادامه مي يابد تا در نهايت ميزان گرمي آب خروجي برابر مقدار مطلوب شود. اين مثال ساده اساس كار يك كنترلر متداول مي باشد اما مسلم است كه در صنعت هيچگاه از يك شخص به طور مستقيم و مداوم نمي توان استفاده كرد.
براي درك بهتر و راحت تر كردن محاسبات هيچگاه از شكل فوق استفاده نمي شود و بجاي آن از نمودار جعبه اي به شكل زير استفاده مي شود.
 

شكل 5 - نمودار جعبه اي

سيستم كنترل نشان داده شده در شكل، سيستم مدار بسته (Closed loop system) و نيز سيستم پس خور  (feed back system) ناميده مي شود زيرا مقدار اندازه گيري شده متغير كنترل شونده(دماي آب) به مقايسه كننده پس خورانيده (feed back) مي شود. در مقايسه گر ، متغير كنترل شونده با مقدار مطلوب (مقدار مقرر ) مقايسه مي شود و اگر اختلافي بين مقدار متغير اندازه گيري شده و مقدار مطلوب موجود باشد توسط مقايسه گر، خطا (error) ايجاد مي شود و به كنترلر (Controller)) فرستاده مي شود. حال كنترلر با توجه به خطاي ورودي تنظيمات لازم را براي شيركنترل( عنصر كنترل نهايي) ارسال مي كند. حال دوباره اندازه گير( مثلاً دماسنج) با اندازه گيري هايي كه از سيستم به عمل مي آورد براي مقايسه كننده مشخص مي كند كه آيا به مقدار مطلوب رسيده ايم يا خير و پس از آن مجموعه مراحل فوق دوباره تكرار مي شود.
 

شكل 6 – مجموعه مراحل يك سيستم كنترلي براي كنترل فرآيند از اتاق كنترل تا سر شيركنترل

برخي مفاهيم اساسي در بحث كنترل

 متغيرهاي كنترلي: در بحث كنترل فرايند، متغيرهاي كنترلي عبارتند از 1-دما 2-فشار 3- جريان 4- سطح
- اندازه گيري: عمل اندازه گيري توسط عنصر اندازه گيرِ متغيرهاي كنترلي در يك فرايند( 4 مورد فوق )
صورت مي گيرد. چگونگي اندازه گيري و دستگاههاي مربوطه در ابزار دقيق به طور مفصل مورد بحث قرار گرفته اند.
- مقايسه: مقايسه توسط دستگاه مقايسه كننده صورت مي گيرد. اين مقايسه بين مقدار مطلوب (Set point) و كميت اندازه گيري شده توسط عنصر اندازه گير انجام مي گيرد. قلم هاي ثبات در كنترل كننده هاي قديمي اين عمل را انجام مي دهند و نتيجه را به صورت فاصله عقربه از مقدار مقرر براي كنترلر ارسال مي كنند.
- كنترلر: با توجه به خطاي (error) فرستاده شده از مقايسه گر فرمان مقتضي را براي شير كنترل ارسال مي كند. مثلاً در مرسوم ترين نوع كنترلر كه كنترلر PID (Proportional Integral Differential) مي باشد فرمان ارسال شده به صورت سيگنالهاي الكتريكي يا بادي مي باشد.
- فرمان (Signal) : پس از اندازه گيري تغييرات مشاهده شده در فرايند بايد اين تغييرات را به طريقي به ساير قسمتها منتقل كرد. در يك مدار كنترل از يكي از فرمانهاي زير استفاده مي شود.
1- فرمان برقي: فرمان برقي بيشتر براي مسافت هاي دور مورد استفاده قرار مي گيرد. مثلاً براي فرستادن فرمان از اتاق كنترل تا سر شيركنترل يا از وسايل اندازه گيري تا اتاق كنترل.
2- فرمان بادي: در فواصل كوتاه براي انتقال تغيير روند از فرمان هوايي استفاده مي گردد . در بعضي شرايط بجاي هوا ازگازها و يا مايعات (هيدروليكي) نيز استفاده مي گردد. به علت سرعت بالاي تغييرات در شير كنترل از فرمان بادي به صورت هواي فشرده استفاده مي گردد. بدين ترتيب از اتاق كنترل تا سر شير كنترل فرمان به صورت الكتريكي و براي سرعت بخشيدن به ديناميك سيستم از هواي فشرده جهت باز و بسته شدن اكثر شيرهاي كنترلي استفاده مي شود. البته گاهي اوقات شير كنترل با موتور الكتريكي به حركت در مي آيد كه همانطور كه گفته شد سرعت پاييني دارد.
3- فرمان مكانيكي: اين نوع فرمان در داخل ابزار دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد و در مدار كنترل استفاده نمي شود.
- فرايند: دستگاه يا مجموعه دستگاه هايي كه بايد در حد شرايط مورد نظر كنترل شوند را فرايند گويند.
- پس خور: اغلب راهكار تنظيم يك فرايند به صورت پس خور مي باشد يعني پس از آنكه تغييرات توسط كنترلر به سيستم اعمال شد، به صورت مستمر متغيرهاي سيستم(فرايند ) اندازه گيري مي شوند و به مقايسه گر پس خورانيده مي شوند تا آنكه خطا صفر شود.
- حالت يكنواخت: يك فرايند را هنگامي مي توان در حالت يكنواخت ناميد كه هيچ يك از متغيرها با گذشت زمان تغيير نكند. در اكثر فرايندهاي صنعتي تمامي دستگاهها بايد حول يك نقطه ثابت كه طراحي شده اند كار كنند كه نقطه يكنواخت ناميده مي شود.
- اغتشاش و بار: معمولاً فرايند ها هميشه در يك نقطه مشخص كه طراحي شده اند عمل نمي كنند . اين موضوع به علت نويزها مي باشد. به عنوان مثال غلظت يا دبي خوراك ورودي به يك واحد ممكن است همواره تغيير كند. اگر اغتشاش ورودي به فرايند قابل اندازه گيري باشد و به نوعي بتوان آنرا مدل كرد آنرا بار (load) مي نامند. راهكارهاي زيادي جهت مبارزه با نويزها و بارها وجود دارد.
- تاخير زماني (Lag): در اكثر فرايند هاي صنايع شيميايي همواره يك تاخير زماني بين ورودي و خروجي وجود دارد. در ساده ترين مورد هنگامي كه يك سيال از لوله عبور مي كند هيچگاه به محض ورود به لوله از سوي ديگر خارج نمي شود. يعني مدت زماني به اندازه زمانيكه لازم است تا لوله با سيال ورودي پر شود لازم است تا اثر ورود سيال در خروجي ظاهر شود. اين پديده را تاخير زماني يا Lag مي گوييم . به عنوان مثال اثر تغيير در شرايط خوراك ورودي به يك دستگاه تقطير ممكن است دهها دقيقه به طول بيانجامد تا تاثير آن در محصول تقطير شده خروجي از بالاي برج مشخص گردد.

 طراحي كنترلر

در حالت كلي به سه منظور كنترلر طراحي مي گردد:

1. اگر سيستم خيلي تند باشد و بخواهيم سرعت آنرا تعديل كنيم. به عنوان مثال در مواردي سيستم بسيار حساس است و با يك تغيير كوچك عكس العمل هاي شديدي ممكن است به شير كنترل وارد كند كه باعث استهلاك آن مي گردد. در نتيجه بايدكنترلري طراحي شود تا مانع از عكس العمل هاي شديد شيركنترل شود. در اين حالت اصطلاحاً مي گوييم يك ديناميك در سيستم وارد كرده ايم.
2. گاهي سيستم مورد نظر بسيار كند است و مي خواهيم سيستم سريعتر به جواب برسد . در اين حالت بايد مدار كنترلي بخشي از ديناميك فرايند را خنثي سازد. اين كار با مدلسازي فرايند و حذف ديناميك سيستم تا جاي ممكن عملي مي شود.
3. سيستم ناپايدار است و بايد پايدار شود. بحث پايداري مهمترين بحث طراحي كنترلر مي باشد و تمامي سيستمها بايد به دقت مورد مطالعه واقع شوند تا ببينيم سيستم پايدار است يا خير. در صورت پايداري بايد با الگوريتم هاي موجود آنرا پياده سازي كنيم. حتي اگر سيستم پايدار باشد بايد مواظب باشيم تا پس از بستن مدار و طراحي كنترلر سيستم ناپايدار نگردد. در هنگام طراحي از اين عامل به عنوان يكي از پارامترهاي طراحي استفاده مي كنيم.

4. 

   
   شكل 7 - الف. يك سيستم درجه دو كه خروجي شديدي دارد. ب. پس از قراردادن يك ديناميك در سيستم پاسخ تعديل شده است.
   

    تنظيم كنترلر
   در تنظيم كنترلر همواره دو عامل در نظر گرفته مي شود:
   
   پايداري
   در بحث طراحي كنترلر يكي از مهمترين قسمت ها بررسي پايداري سيستم مي باشد . يك سيستم هنگامي پايدار است كه اگر يك ورودي محدود به سيستم وارد شود پس از مدت زمان معيني خروجي محدود بماند. به عنوان مثال اگر يك تغيير در دما يا دبي ورودي راكتور به وجود بيايد پس از يك مدت زمان معين انتظار آنست كه شرايط عملياتي راكتور و كيفيت محصول خارج شده مقدار معيني باشد نه آنكه پس از مدتي راكتور از كنترل خارج شود و مثلاً منفجر گردد. هنگام تنظيم كردن؟ ”tune“ كنترلر بايد متوجه موضوع پايداري بود.
   
   عملكرد كنترلر
   در بحث عملكرد كنترلر معمولاً چند عامل در نظر گرفته مي شوند و سعي طراح بر آن است كه كنترلر را طوري تنظيم كند كه به بهترين جواب برسد. برخي از مهمترين پارامترهايي كه در تنظيم عملكرد كنترلر در نظر گرفته مي شوند عبارتند از :

   • سرعت رسيدن به جواب نهايي
   • آفست يا خطاي ماندگار در برخي از سيستم ها به وجود مي آيد و باعث مي شود كه سيستم هيچگاه به جواب نهايي نرسد و تنها در حدود جواب نهايي قرار گيرد. معمولاً در طراحي ها سعي مي شود مقدار انحراف به حداقل برسد.
   • اورشوت: در برخي سيستمها به وجود مي آيد. در اين حالت سيستم در لحظه اي كه ورودي به آن وارد مي شود عكس العمل شديدي نشان مي دهد. اين موضوع باعث بالا رفتن سرعت رسيدن به جواب نهايي مي شود .اما از طرف ديگر باعث استهلاك كنترلر و خراب شدن محصولات نيز مي گردد . ميزان اورشوت بايد بهينه مي باشد. (شكل 7 - الف )
   • انتگرال خطا: سطح زير نمودار مي باشد. مشخص است كه هرچه اين سطح كوچكتر باشد كنترلر عملكرد بهتري دارد. عموماً در طراحي دو عامل پايداري و عملكرد با هم در تقابل مي باشند. بدين معنا كه غالباً به خاطر پايداري بايد مقداري از كيفيت عملكرد سيستم بكاهيم. به عنوان مثال براي اينكه سيستم معيار پايداري بهتري داشته باشد خصوصاً در مقابل خطاي مدلسازي مقاومت نشان دهد و اصطلاحاً ”Robust“ باشد مجبوريم از سرعت ديناميكي سيستم بكاهيم و به نوعي مانع از ورودي هاي شديد به سيستم شويم . در تنظيم كنترلر معمولاً از روشها و جداول استاندارد استفاده مي شود. يكي از مهمترين اين روشها تنظيم كنترلر با روش زيگلر-نيكولز مي باشد كه با رجوع به جداول مربوطه مي توان كنترلرهاي PID را تنظيم كرد.

   
   شكل 8 – نمودار خطا بر حسب زمان ( براي سيستم شكل 6 ) هر قدر سطح زيرنمودار كمتر باشد، سيستم بهتر عمل مي كند

   روش هاي مهم در طراحي كنترلر

   سيستم مدار بسته (Closed loop system)
   
   اين روش طراحي، مهمترين روش كنترل كردن سيستمهاي كنترلي مي باشد. در مورد اين روش در ابتداي اين بخش توضيحات كافي داده شده است. به طور كلي مبناي اين روش استفاده از اطلاعات فرايند و مقايسه آن با مقدار مطلوب مي باشد. سپس بر اساس دوري و نزديكي از مقدار مطلوب (set point) كنترلر عكس العمل ها ي مقتضي را صادر مي كند(رجوع شود به شكل 5 )
   يكي از اثرات مهم سيستم مدار بسته كاهش حساسيت مي باشد اما با عدم قطعيت سيستم به خوبي مقابله مي كند. نكته مهم آنكه در اكثر الگوريت مهاي كنترلي در نهايت پس از انجام همه مراحل سيستم را مدار بسته نيز مي كنند. در روش كنترل پيش خور بيشتر راجع به اين موضوع بحث خواهيم نمود.
   
   كنترل پيش خور (Feed Forward)
   
   جهت مقابله با اثرات بار (Load يا اغتشاشات قابل اندازه گيري) از اين روش استفاده مي شود . مبناي اين روش رساندن اطلاعات مربوط به اغتشاش ورودي در همان لحظات اوليه به كنترلر مي باشد تا كنترلر اثر بار ورودي را در همان ابتدا خنثي سازد.

    
   شكل 9 - پاسخ مدار بسته سيستم (شكل 7) . پس از بستن مدار و ورودي پله در خروجي 50% آفست داريم كه نشان ميدهد كنترلر  بايد بهتر تنظيم شود.
   

   جهت روشن شدن موضوع يك گرم كننده خوراك را مطابق شكل زير در نظر بگيريد . در اين فرآيند مي خواهيم دماي خروجي جريان خوراك از گرمكن را توسط تغيير در شدت جريان سوخت ورودي به گرمكن كنترل كنيم. يك مداركنترل پس خور ساده نمي تواند به طور مناسب عمل كنترل را انجام دهد، زيرا جريان خوراك عملاً داراي نوسانات فشار و دبي مي باشد.
   با قراردادن يك اندازه گيرِجريان روي وروردي خوراك (بار) مي توان (شكل 11) عملكرد سيستم را به طور قابل توجهي بهبود داد. دقت شودكه تمام عمليات تنها با يك شير كنترل، تنظيم مي شود.
   

   كنترلر ”Feed Forward/Feed Back“
   
   همانطور كه گفته شد پس از طراحي كنترلرها عموماً سيستم را مدار بسته مي كنند. يعني پس از اينكه سعي شد اثر بار ورودي با پيش خور خنثي شود سپس با مدار پس خور فرايند كنترل مي شود تا مشخص شود سيستم به جواب مورد نظر رسيده يا نه(شكل فوق). علت اين موضوع آنست كه ما در مدلسازي سيستمهاي فرايندي همواره با خطا روبرو هستيم كه با سيستم مدار بسته اين اثرات را خنثي مي كنيم. البته شايد اين سوال پيش بيايد.

   

   شكل 10 - فرآيند گرم كنندة خوراك. با يك كنترل پس خور به تنهايي نمي توان دماي خروجي را به طور مناسب كنترل كرد
   

   
   شكل 11 - با اندازه گيري load (جريان خوراك) مي توان سرعت وعملكرد سيستم را بهبود داد.

   كه پس حالا كه از مدار پس، ديگر چه نيازي به مدار پيش خور است . جواب اين سوال آنست كه با مدار پيش خور تا حد بسيار خوبي مي توان عملكرد سيستم را بهبود بخشيد و با اثرات load مقابله كرده و از طرفي با استفاده از مدار پس خور، سيستم را مقاوم (Robust) كرد تا كنترلر با اثرات خطاي مدلسازي مقابله كند. در نتيجه سيستم كنترلي خيلي بهتر عمل خواهد كرد.
   

   كنترل زنجيره اي (Cascade)
   
   براي مقابله با اثر نويز (noise) در اغتشاشاتي كه به سيستم وارد مي شود و كثيرالاتفاق مي باشند از اين روش كنترلي استفاده مي شود. در اين حالت يك وسيله اندازه گيري در قسمتي كه اغتشاش وارد مي شود قرار مي دهيم و سعي مي كنيم عمل كنترل سيستم را تنها با يك شير كنترل انجام دهيم. با مثال زير علت گذاشتن كنترل Cascade مشخص مي شود. در يك ستون تقطير عموماً جهت تنظيم سطح در ته برج از اين روش استفاده مي شود . در شكل 12 كنترل سطح با يك مدار پس خور ساده نشان داده شده است. به علت تغييرات ارتفاع (فشار )جريان خروجي از لوله پايين آورنده داراي اغتشاش زيادي مي باشد كه بركاهش عملكرد شير كنترل تاثير زيادي مي گذارد و باعث مي شود زمان زيادي طول بكشد تا كنترلر بتواند با هر تغيير روي سيستم مقابله كند.
   

   
   شكل 12 - كنترل پس خورِ سطح يك ستون تقطيرتنها با استفاد ه از انداز هگيري

    براي بهبود سرعت عمليات كنترل بايد از يك كنترل cascade استفاده كرد (شكل 12). در اين صورت با قرار دادن يك اندازه گيرِ جريان، سرعت كنترل پنج برابر افزايش مي يابد . مدار LC را حلقه اوليه يا ارباب (master) و مدار FC راحلقه ثانويه يا برده (Slave) گويند.

   
   

   شكل 13 – كنترل cascade سطح يك ستون تقطير با استفاده از اندازه گيري سطح كه با اندازه گيرِ جريان كوپل شده است.
   

   براي آشنايي بيشتر با اين الگوريتم كنترل، مدار شكل 10 (گرمكن) را در نظر بگيريد. سوخت ورودي به گرمكن به علت تغييرات فشار داراي اغتشاش زيادي مي باشد كه عملكرد سيستم ر ا به شدت كم مي كند و حتي ممكن است آنرا ناپايدار كند. براي بالا بردن عملكرد و مخصوصاً سرعت كنترل ا ز يك كنترل cascade مطابق شكل 14 استفاده مي شود . در اين سيستم با قرار دادن يك سنسور و يك كنترلر ديگر با استفاده از يك شير كنترل سيستم ر ا كنترل كرده ايم.
   

   
   شكل 14 – كنترل cascade براي مقابله با اثرات اغتشاش در جريان
   

   كنترلر دماي جريان خوراك حلقه اوليه مي باشد كه point  remote set  ر ا براي حلقه ثانويه مي فرستد. به طور كلي يكي از مهمترين موارد كاربرد اين نوع كنترلر در كنترل جرياناتي مي باشد كه از واحد utility مي آيد و تغييرات زيادي دارد در اين حالت اين جريان ها يك عامل اغتشاش مي باشد و ميزان ثابتي ندارد . اگر تغييرات اين اغتشاش لحاظ نگردد مشكلات زيادي براي كنترل سيستم به وجود مي آيد و حتي ممكن است باعث ناپايداري فرايند گردد. در اين حالت بهترين كار آنست كه دما يا فشار اين جريان ها كنترل گردند.
   
   چند نكته در مورد كنترل زنجيره اي
   
   به دليل اهميت و كاربرد گسترده اين نوع كنترلر به توضيحات زير لازم است توجه شود:

   1. در صنعت اگر متغير كنترلي، جريان باشد كه داراي اغتشاش زيادي مي باشد آنرا Cascade مي كنند ( معمولاً جريانهايي كه از utility مي آيد).
   2. اين كنترلر در جايي استفاده مي شود كه بيش از يك بار (load) وجود دارد.
   3. جهت تنظيم (tune) ابتدا بايد كنترلر را روي وضعيت manual قرار داده و حلقه داخلي را تنظيم كرد سپس آنرا remote مي كنيم و بعد از آن حلقه خارجي را تنظيم مي كنيم. 

    
   شكل 15 - الف. يك رآكتور با سيستم كنترل زنجيره اي (cascade)
   ب. پاسخ سيستم به يك ورودي پله اي. پاسخ بالايي توسط يك مداركنترل پس خور معمولي
   پاسخ پاييني توسط يك مدار كنترل  cascade

   
    

جهت تهيه به شرح زير مي باشد

WWW.IRANSHISHE.IR

تلفن:

۰۲۱۵۵۲۶۴۷۲۲

۰۲۱۵۵۲۵۷۳۰۵

نمابر:

۰۲۱۵۵۲۵۷۳۰۶

تهران،بزرگراه آيت الله سعيدي،چهاردانگه،شاطره،خيابان جانبازان،شماره۲۱۶

ترموكوپلها در صنعت شيشه و سيمان

- شامل تمام مشخصات ترموكوپل و نحوه كاليبراسيون و...

رطوبت سنج:

میزان بخار آب در هوا را به رطوبت میشناسیم . این پارامتر در مواقع بسیار برای پروسسهای صنعتی پر اهمیت میگردد و اندازه گیری میزان دقیق آن با اهمیت است .
در کار با این پارامتر دانستن برخی تعاریف زیر مفید است .
رطوبت نسبی : مقدار رطوبتی که در هواشناسی و در زندگی روزمره از آن یاد میشود رطوبت نسبی است که از نسبت بخار آب موجود در حجم معینی از هوا در دمای مشخص t به وزن ماکزیمم بخار آبی که می‌تواند در همین حجم در دمای t داشته باشد به دست می‏آید .
رطوبت مطلق : مقدار بخار آب موجود در واحد حجم از هوا را رطوبت مطلق می‌گویند. واحد آن گرم بر متر مکعب یا میلی گرم در لیتر است.
نقطه شبنم :اگر دمای هوا به درجه‌ای برسد که در آن هوای مفروض صد در صد از بخار آب اشباع گردد (فشار ثابت)، چنین درجه‌ای به نقطه شبنم موسوم است.
از جمله وسائل اندازه گیری رطوبت رایج میتوان به نمونه های دستی و آزمایشگاهی اشاره کرد که شکلی شبیه با مولتی متر و پرابی با دو الکترود دارند . در نمونه های صنعتی پراب  با یک کنترلر همراه است و در صورت لزوم خروجی 4-20  میلی آمپر جهت انتقال اطلاعات رطوبت استفاده میگردد

رطوبت سنجهای دستی یا پرتابل:

رطوبت سنجهای دستی یا پرتابل شبیه به شما امکان اندازه گیری رطوبت مواد و محیطهای مختلف را میدهند . این رطوبت سنجها معمولا با یک پراب سر خود (embedded) و یا جدا برای اندازه گیری رطوبت به صورت قابل حمل طراحی گردیده اند و به نوعی از رطوبت سنجهای قابل نصب پر کاربرد تر میباشند . در مدلهای پیشرفته این رطوبت سنجها امکان برقراری ارتباط با کامپیوتر و همچنین قابلیت اندازه گیری نقطه شبنم و ... در نظر گرفته شده است. جهت انتخاب رطوبت سنج بایستی به موارد زیر توجه داشت .

این رطوبت سنجها ثابت:

این رطوبت سنجها ثابت با قابلیت نصب بر روی دیوار و یا استفاده به صورت رومیزی (desktop) جهت اندازه گیری رطوبت و دما در یک محیط محصور نظیر آزمایشگاه و یا بیمارستان و دفتر کار یا محیط کاری در صنعت مورد استفاده قرار میگرد . معمولا این رطوبت سنجها به سنسورهای سر خود دستگاه (embedded) مجهز بوده و قابلیت کالیبره سنسور وجود ندارد . در برخی مدلهای صنعتی و حرفه ای رطوبت سنج امکان کالیبره سنسورهای دما و رطوبت دستگاه وجود دارد . همچنین در برخی مدلهای رطوبت سنج امکان ثبت بیشترین و کمترین مقدار و یا تنظیم ست پوینت برای آلارم در نظر گرفته شده است . جهت انتخاب دستگاه به موارد زیر بایستی توجه داشت.

ترانسمیتر رطوبت:

ترانسمیتر رطوبت برای ارسال اطلاعات مربوط به رطوبت و نقطه شبنم به اتاق کنترل یا PLC یا جهت رکورد گیری و کنترل مورد استفاده میگیرد . خروجی ترانسمیتر رطوبت بسته به انتخاب میتواند خروجی میلی آمپر و یا ولتاژ باشد و با توجه به نیاز و مورد اندازه گیری رنج 0 تا 100 درصد را در بر میگیرد.همیچنین با توجه به حساسیت اندازه گیری رطوبت دقت دستگاه میتواند متفاوت باشد .با توجه به این در اندازه گیری رطوبت به اندازه گیری دما نیاز میباشد معمولا ترانسمیترهای رطوبت دارای ورودی سنسور دما نیز میباشند

سطح سنج:

سطح سنجی یا اندازه گیری ارتفاع سطح سیال مورد اندازه گیری از پائین مخزن تا گاز یا بخار یا ماده دیگری که روی آن را پوشانده است تعریف میگردد.
نمونه های بسیاری از این سطح سنجی و کنترل سطح مایعات حتی در زندگی روزمره استفاده میگردد نظیر سطح مخزن بنزین وسیله نقلیه کولر آبی و ...
در زیر به تعدادی از تکنیک های رایج ارتفاع سنجی سیالات در صنعت اشاره گردیده است که با توجه به نوع سیال ، فشار آن ، دما ، و شرایط دیگر از قبل چند فازی بودن ، و نوع خروجی تجهیز و ... از روشهای سطح سنجی مختلف میتوان استفاده کرد :
روش سایت گلاس
مدل شناوری Floater
تجهیزات جابجا شونده( displacement)

ترک تیوب
استفاده از روش اندازه گیری فشار و اختلاف فشار
روش لوله حباب سازهوا یا سیستم purge
سطح سنج آلتراسونیک
ارتفاع سنج راداری
لول متر خازنی

سطح سنجهای اولتراسونیک:

سطح سنجهای اولتراسونیک به روش غیر تماسی به شما امکان سطح سنجی در محیطهای انفجاری و شرایطی که محیط خورنده باشد میدهد . این سطح سنجها با ارسال پالسهای صوتی و دریافت انعکاس همان پالس و مقایسه سرعت رفت و برگشت آن با توجه به مشخص بودن سرعت صوت در محیط به راحتی و با دقت قابل توجه در حدود چندین میلیمتر میتوانند ارتفاع سطح مخازن را حتی تا طولهای 15 متر یا بیشتر اندازه گیری کنند . از دیگر مزایای استفاده از این نمونه سطح سنجها ، امکان ارسال سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر به اتاق کنترل و جهت مانیتورینگ یا رکورد گیری میباشد . در نمونه های کامل این تجهیز خروجی سنسور به یک پانل کنترل نصب شده و از طریق این پانل که در قست پائین مخزن نصب میگردد علاوه بر ارسال خروجی جریان میتوانید خروجی های رله جهت آلارم یا کنترل و همچنین خروجی RS485 جهت ارسال اطلاعات از طریق کامپیوتر بگیرید . در انتخاب سطح سنج یا لول متر اولتراسونیک به موارد زیر توجه فرمائید.

سطح سنج شناوری یا فلوتری:
Floater level meter

از قدیمی ترین روشهای اندازه گیری سطح مایعات استفاده از خاصیت غوطه وری مواد در سطح مایع و نمایش این تغیرات به کمک اتصال به یک نشاندهنده میباشد . این روش مکانیکی علاوه بر سهولت در استفاده در بسیاری شرایط خاص در مخازن نظیر فشار و دمای بالا میتواند مورد استفاد قرار گیرد . در برخی نمونه های این سطح سنجهای شما به کمک گوی های شناوری که میله با قابلیت تحرک گوی در وسط آن تعبیه شده است شما به راحتی با افزایش ارتفاع متوانید در نقطه تنظیم مورد نظر خروجی سوئیج بگیرید . در نمونه های دیگر با توجه به خاصیت مغناطیسی که برای گوی در نظر میگیرند میتوانند در کنار سطح مخزن قطعات فلزی رنگی که شبیه به کرکره در کنار هم چیده شده اند را تغییر وضعیت دهند و به اپراتور وضعیت سطح را نمایش دهند . از نقاط ضعف این روش نداشتن خروجی الکترونیکی جهت ارسال وضعت سطح به صورت لحظه به لحظه به اتاق کنترل است .

لول سوئیچ ارتعاشی:اطلاعات دقیقی نداریم
Vibro level switch

لول سوئیچ پره ای:

لول سوئیچ پره ای بیشتر در مواردی نظیر مخازن مواد غذائی و مواد جامدی نظیر ماسه و ... کاربرد دارد . این مکانیزم که کاملا مکانیکی عمل میکند تشکل شده از یک پره فلزی که دائماً در حال گردیدن است مگر زمانی که مواد به پره می رسند و از حرکت پره جلوگیری میکنند . ایستادن پره باعث میشود موتور از محور خود تغییر وضعیت بدهد و میکروسوئیچی را تحریک کرده و خروجی لازم را بدهد .

سطح سنج راداری

Radar level meter

اطلاعات در سایت موجود نبود

سطح سنجهاي خازني:

سطح سنجهاي خازني به صورت پيوسته و گسسته ميتوانند سطح مخزن شما را مانيتور کنند .خصوصاٌ براي مواد پودري يکي گزينه هاي شما انتخاب لول سوئيچهاي خازني است . عملکرد اين لول مترها همانگونه که از اسم آنها بر ميآيد بر اساس خاصيت خازني که معمولا بين سطح مخزن و الکترود سنسور برقرارميشود ميباشد . هر چقدر مقدار مواد بين الکترود و سطح مخزن بيشتر باشد خاصيت دي الکتريک خازن بيشتر شده و بر اساس آن ميتوان خروجي متناسب با ارتفاع مخزن به دست آورد . در نمونه هاي خروجي سوئيچ يا گسسته لول سوئيچ در حقيقت يک پراگسيمتي يا سنسور مجاورتي خازني است . از مزاياي اين روش اندازه گيري نبود قطعه متحرک و همچنين پايداري عملکرد در مدت زمان طولاني است . همان گونه که اشاره شد از سطح سنجهاي خازني براي مواد پودري و گرانول يا پرک همچنين براي مشخص کردن نقاط مرزي دو مايع با چگالي مختلف در مخزن استفاد ميشود

سطح سنج اختلاف فشاری:
DP Level meter

سطح سنجی به کمک اندازه گیری فشار از کاملترین روشهای اندازه گیری سطح مایعات خصوصاً در مخازن سر بسته و تحت فشار میباشد . در این روش با اندازه گیری فشار یا اختلاف فشار ابتدا و انتهای مخزن و با توجه به چگالی سیال میتوان به سادگی ارتفاع مخزن را با دقت بالا اندازه گرفت .

فشار یکی از مهمترین پارامترهای استفاده شده در صنعت برای کنترل پروسه های مختلف میباشد و از تقسیم نیرو بر سطح به دست می ‎آید. این کمیت با توجه به این که در مواردی نظیر ارتفاع سنجی سطح مایعات و همچنین اندازه گیری سرعت سیالات و فلو نیز کاربرد دارد اهمیت ویژه داشته و تجهیزات و وسائل مختلفی جهت اندازه گیری آن در شرایط مختلف ابداع گردیده است .در زیر به پاره ای از متداول ترین این ابزار اشاره گردیده است .
فشار سنج آنالوگ  ( Pressure gage )
فشار سنج دیجیتال (Digital pressure meter or indicator )
ترانسمیتر فشار (Pressure transmitter )
ترانسمیتر اختلاف فشار (dp transmitter )
مانومتر (Monometer )
پرشر سوئیچ (Pressure switch )

ترانسمیتر اختلاف فشار Diffrentional Pressure Transmitter

ترانسمیتر های اختلاف فشار یکی از کلیدی ترین تجهیزات ابزار دقیق محسوب میشوند . این تجهیزات در اندازه گیری پارامترهای دیگری نظیر ارتفاع مخازن و فلو نیز کاربرد فراوان دارد و با توجه به دقت و تکرار پذیری که در اندازه گیری فلو و سطح مایعات دارند در صنعت بسیار استفاده میگردند .امروزه با توجه به پیشرفت علم الکترونیک و استفاده از میکروپروسسور در این تجهیزات امکان کالیبره و مانیتور از راه دور آنها را نیز ممکن کرده است . در انتخاب این تجهیزات بایستی به موارد زیر توجه کرد .

1. دقت ترانسمیتر
2. رنج و گستره اندازه گیری فشار
3. فشار تحمل تجهیز
4. جنس کپسول که معمولا استیل میباشد
5. هوشمند یا اسمارت بودن تجهیز که معمولا پروتکل هارت است
6. امکان کالیبره کردن آن

فشار سنج دیجیتال Digital Pressure Gauge

اين فشار سنجها در حقيقت از يك سنسور حساس از نوع استرين گيج ساخته شده كه به كمك مدار الكترونيكي از نوع پل وتسون ميتواند مقادير نيروي وارد شده بر سنسور را به صورت پارامتر الكتريكي و با اسكيل و كاليبره مناسب به فشار نشان دهد . فشار سنجها ديجيتال امكانات بيشتري به اپراتور از لحاظ تغيير واحدهاي ، يا ثبت مقادير ماكزيمم و مينيمم در حافظه داخلي و همچنين امكان كاليبره كردن آسان ميدهند . از معايب آنها ميتوان به اين نكته اشاره كرد كه براي اپراتور گيجهاي آنالوگ ملموس تر بوده و براي مقايسه بصري بين مقادير راحت تر است .

فشار سنجهای دیجیتال نسبتا شبیه به فشار سنجهای آنالوگ به نظر میرسد با این تفاوت که به شما امکان اندازه گیری فشار را با قابلیت و دقت بالاتر میدهند . اپراتور به راحتی با فشار باتن های روی دستگاه میتوانید رنجهای فشار را تغییر دهید یا دستگاه را کالیبره نماید . در مدلهای پیشرفته تر امکان ذخیره اطلاعات فشاری و همچنین قابلیت کالیبراسیون در نظر گرفته شده است . در مواردی که دقت بالا مورد نیاز باشد این فشار سنجهای جایگزین مناسبی برای گیج های فشار آنالوگ میباشند . در بعضی مدلهای این فشارسنجها علاوه بر نمایش مقدار فشار شما میتوانید به عنوان پرشر سوئیچ و یا حتی پرشر ترانسمیتر از دستگاه استفاده نمائید . در خرید این تجیهزات بایستی به نکات زیر توجه نمود.

فشار سنج یا پرش گیج آنالوگ Analog Pressure Gauge

فشار سنج آنالوگ از قدیمی ترین ابزار دقیق رایج در صنایع جهت نشان دادن مقدار فشار میباشد که هنوز به لحاظ محبوبتی و قیمت مناسبی که دارد از پر مصرف ترین تجهیزات جهت نمایش فشار میباشد . این تجهیزات که از مکانیزم مکانیکی بوردون تیوب یا دیافراگی و در بعضی موارد بیلوز المنت استفاده میکند با تغییر حالتی که المنت اندازه گیر در اثر فشار پیدا میکند و انتقال این تغییر حالت به یک عقربه که بر حسب فشار بر روی یک صفحه کالیبره شده است به سادگی مقادیر فشار در در گستره ای وسیع حتی تا 1000 بار اندازه گیری میکنند .جهت به کار گیری این تجهیزات به موارد زیر بایستی توجه کرد .

Pressure trasmitter ترانسميتر فشار

ترانسميتر فشار يكي از پركاربرد ترين تجهيزات و اداوات ابزار دقيق در كنترل و مانيتورينگ پروسه هاي مختلف صنعتي است . اين تجهيز علاوه بر اين كه در كنترل فشار و نمايش مقادير كاربرد دارد ميتواند به عنوان ترانسميتر مقدار سطح مايعات و همچنين در مدلهاي ديفرنيسيالي كه همان ترانسميتر اختلاف فشار نام دارد در مانيتورينگ فلو و فلومتري به كار مي آيد .

اين تجهيزات در مدلهاي قلمي ارزان قيمت و همچنين نمونه هاي اسمارت با پروتكل هارت ارائه ميگردند . در انتخاب اين تجهيزات بايستي به موارد زير توجه كرد

• مثبت يا منفي بودن فشار
• دقت تجهيز
• نسبي يا مطلق بودن فشار

• رنج يا محدوده اندازه گير
• نوع خروجي مورد نياز
• نوع خورندگي ماده

کالیبراتور فشارPressure Calibrator

کالیبراتور های فشار نظیر کالیبرتورهای دما جهت کنترل صحت عملکرد تجهیزات اندازه گیری فشار و اطمینان از عملکرد آنها استفاده میگردند . کالیبراتورهای فشار به صورت دیجیتال و آنالوگ و با توجه به دستی یا میزی بودن ، دقت و ... دسته بندی میگردند . کالیبراتور های دستی به کمک پمپ دستی و گیج فشار دقیقی که به تست گیج معرفند به شما این امکان را میدهند که در هر جای سایت که اراده میکنید گیج مشکوک را تست کنید و از صحت عملکرد آن مطمئن شوید. برخی از این نمونه های کالیبراتور هند هلد تا تا 700 بار را میتوانند اندازه گیری کنند . نمونه ها دیگر به صورت میزی میباشند که معرف ترین آنها دد ویت تستر میباشد که معمولا برای اندازه گیری فشار بالا مورد استفاده میگیرد .در انتخاب این تجهیزات به موارد زیر توجه کنید .

1. رنج فشاری
2. هیدرولیک یا پنوماتیک بودن تجهیز
3. دقت دستگاه و تست گیج
4. هندهلد یا دستی بودن یا دسکتاپ و میزی بودن تجهیزات

کنترلر فشار یا پرشر سوئیچ

Pressure controller or Pressure Switch

پرشر سوئچ یا کنترلر فشار جهت تنظیم فشار مخازن یا جلوگیری از افزایش فشار در محیطهای تحت فشار در صنعت کاربرد فراوان دارد . معمولا پرشر سوئیچها به صورت مکانیکی و نظیر فشار سنجها با مکانیزمهای بوردون یا دیافراگم و بلوز در نقطه ست پوینت یا تنظیم یه رله را فعال نموده و با فرمان کنتاکت خود در خروجی به عنوان یک کنترلر On و Off عمل میکند.

در نمونه های دیجیتال و الکترونیکی به جای بوردن یا دیافراگم از استرین گیج استفاده و در خروجی معمولا از ترانزیستور به صورت PNP و یا NPN استفاده میگردد . در نمونه های پیشرفته تر خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و نشاندهنده نیز دارند . در انتخاب یک پرشر سوئیچ بایستی موارد زیر را در نظر داشت.

:

ابزارهای دماسنجی

دما از پارامترهای بسیار مهم در پروسه های صنعتی است . در حقیقت کمتر پروسه کنترلی بدون کنترل دما میتوان در نظر گرفت . این پارامتر معمولا در ایران با مقیاس درجه سانتیگراد اندازه گیری میگردد . و با توجه به رنج دمائی و نوع کاربرد از روشهای گوناگونی برای اندازه گیری آن استفاده میگردد .
این روشهای را میتوان به صورت تماسی و غیر تماسی دسته بندی کرد . روش تماسی در حقیقت از تماس يك سنسور که میتواند ترموکوپل یا ترمورزیستنس (PT100) باشد استفاده کرد . این روش اندازه گیری در مدلهای آنالوگ بیشتر به روش بیمتال یا Gas-filled که از یک حباب و لوله موئین درست شده است انجام میشود.
روش اندازه گیری غیر تماسی بیشتر بر اساس مقدار تابش فراسرخی که جسم هدف از خود به محیط ساطع میکند استفاده میشود این دماسنجها به پیرو متر یا ترمومتر تفنگی یا لیزی مشهور هستند . دلیل استفاده از واژه لیزری استفاده از باریکه نور لیزر برای مشخص شدن هدف میباشد .
در این دسته بندی از تجهیزات میتوان از انواع کنترلرهائی که برای دما طراحی شده اند به نام PID کنترلر مشهور هستند نیز نام برد .این روش کنترل دما نسبت به نمونه های ترموستاتهای قدیم بسیار پیشرفته تر میباشد .

ترمومتراینفرارد:

برای اندازه گیری دما از شیوه های گوناگونی استفاده میشود در روشهای معمول شما نیاز به تماس مستقیم سنسور دمائی با سطح یا مورد نظر داشته اید ولی در روش اندازه گیری دما به صورت غیر تماسی در حقیقت از تشعشعاتی که از یک جسم داغ پراکنده میشود که معمولا در ناحیه مادن قرمز میباشد استفاده کرده و با مکانیزمهای مختلف این تشعشعات را اندازه گیری کرده و بر حسب دما کالیبره میکنند .

ترمومتر های غیر تماسی مادون قرمز از وسائل اندازه گیری پارامتر مهم دما در صنعت بسیار پر کاربرد میباشد .در بیشتر مدلها از اشعه لیزر جهت مشخص کردن هدف و محدوده ای که دما اندازه گیر میشود استفاده میکنند و از این رو به ترمومتر لیزری نیز مشهور هستند . در انتخاب این ترمومتر های چندین فاکتور از جمله رنج اندازه گیری و نسبت بین فاصله از هدف به محدوده ای که ترمومتر سنس میکند مهم میباشد . از نکات دیگری در انتخاب این تجهیزات دقت در دماسنجی  و همچنین انتخاب بین مدلهای دستی یا Handheld و پرتابل و مدل ثابت یا و نصبی است .رنج دمائی برخی مدلهای این نمونه دماسنجها تا بیش از 2000 درجه را میتواند اندازه گیری کند .

2-ترمومتر بی متال:

ترمومترهای بیمتال از نوع تماسی و جزء پر مصرف ترین وسائل اندازه گیری سنجش دما میباشند و در اکثر وسائل نظیر ترموستات اتو یا سماور و یا نشاندهنده دمای آبگرمکن کاربرد دارند.
نمونه های صنعتی با شکلی شبیه فشار سنج (پرشر گیج) با دنباله ای که بسته به کار برد آن میتواند از زیر یا از پشت و استیل یا برنجی باشد و معمولا قطر صفحه 5 تا 10 و 15 سانت موجود میباشند .
رنج دمائی که میتوان از این ترمومتر های استفاده کرد معمولا از منهای 40 تا حداکثر 300 درجه سانتیگراد است .
از مزایای استفاده از این ترمومتر قیمت ارزان و سادگی عملکرد آن نسبت به نمونه های دیجیتال میباشد .

3-ترمورزیستنس:

ترمورزیستنس ها که در صنعت بیشتر به PT100 مشهورند به دسته از سنسورهای اندازه گیری دما گفته میشود که از مکانیزم افزایش یا کاهش مقاومت رسانا در اثر بالا رفتن دما کمک میگیرند و با دقت بالا دما را مشخص میکنند . در PT100 ها این مقاومت با افزایش دما افزایش پیدا میکند و 100 نشاندهنده 100 اهم بودن دما در صفر درجه سانتیگراد است . به همین صورت PT1000 سنسوری است که در صفر درجه مقاومت 1000 اهمی از خود نشان میدهد .

4-ترمومترگازی:

ترمومتر های گازی در حقیقت از همان قوانین ساده گازههای کامل استفاده کرده و با توجه به افزایش فشار در اثر افزایش دما در حجم ثابت با اندازه گیری این فشار و کالیبره آن بر حسب دما مقدار دما را اندازه گیری کرد . مزیت این ترمومتر نسبت به دماسنجهای بیمتال افزایش طول دنباله آن تا چند متر است . در حقیت دنباله این ترمومترهای از یک لوله موئین تشکلیل شده که معمولا به کمک شیلد از محیط اطراف عایق میشوند و تنها قست حباب شکل انتهای آن حساس به دما بوده و به عنوان سنسور تجهیز در نظر گرفته میشود.

5-ترانسیمیتردما:

ترانسميترهاي دما میتوانند در چندين مدل ساده و قابل كاليبره ارائه شوند. اين ترانسميترهاي قابليت تشخيص انواع سنسور دما نظير انواع ترموكوپل و RTD ( ترمورزيستنس يا PT100 ) را دارند. ترانسمترهاي مطرح شده در مدلهاي ريلي و مدلهاي مخصوص هد (head) ترموكوپل و PT100 ميباشند

6-ترموکوپل ها:

رموکوپل های از پر مصرف ترین سنسورهای اندازه گیری دما محسوب میگردند ت. این سنسورهای ساده با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ آن تولید میشوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما در رنج وسیعی از زیر صفر تا حدود 1700 درجه به راحتی میباشند . ترموکوپلها در تیپ های مختلف و با اشکال گوناگون تولید گردیده اند و بسته به کاربرد ، محیط اندازه گیری دما ، به انواع گوناگونی تقسیم میشوند .در انتخاب این تجهیز به موارد زیر بایستی توجه نمود:

1. رنج دمائی
2. تیپ ترموکوپل
3. طول ترموکوپل
4. جنس غلاف ترموکوپل
5. امکان داشتن خروجی 4 تا 20 میلی آمپر ترانسمیتر

7-کنترلردما:

کنترلر های دما همانگونه که از نام آنها مشخص است وظیفه کنترل دما در پروسه در دمای مشخصی که به ست پوینت تعبیر میشود را دارد . در نمونه های ساده شما یک کنترل ساده با خروجی On و Off خواهید داشت که به ترموستات شهرت دارند در نمونه های پیشرفته تر که به PID کنترلر معروف هستند امکان کنترلر دقیق تر دما را خواهید داشت . در کنترلر های PID با مشخص کردن زمان رسیدن به دمای تعیین شده ، امکان گذاشتن شرایط برای کنترلر دما در مواقع باز شدن درب کوره و ...

در زیر به پاره از موارد که در انتخاب کنترلر دما بایستی رعایت نمود اشاره گریده است :

1. نحوه نصب
2. نوع ورودی از نظر سنسور مانند PT100 و ترموکوپل
3. نوع وتعداد خروحی ها
4. داشتن خروجی کامپیوتری

Bath Roof Heating 

The multiple zones of a tin bath roof require a huge electrical heating system that takes care of hundreds of silicon-carbide (SiC) heating elements. In order to guarantee the lifetime of those electrodes combined with the highest energy efficiency they have to be controlled in a special way.

 

Annealing Lehr Heating

Annealing is a process of slowly cooling glass to relieve internal stresses after it was formed. The process is carried out in a temperature-controlled Lehr.  Glass which has not been annealed is liable to crack or shatter when subjected to a relatively small temperature change or mechanical shock. Annealing glass is critical to its durability. If glass is not annealed, it will retain many of the thermal stresses caused by quenching and significantly decrease the overall strength of the glass.

In the annealing process the glass is heated until the temperature reaches a stress-relief point, that is, the annealing temperature (also called annealing point) at a viscosity, η, of 1013 Poise = 1012 Pa·s, at which the glass is still too hard to deform, but is soft enough for the stresses to relax. The piece is then allowed to heat-soak until its temperature is even throughout. The time necessary for this step varies depending on the type of glass and its maximum thickness. The glass is then slowly cooled at a predetermined rate until its temperature is below the strain point (η = 1014.5 Poise). Following this, the temperature can safely be dropped to room temperature at a rate limited by the heat capacity, thickness, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient of the glass. After the annealing process the material can be cut to size, drilled or polished.

Next to necessarily well controlled annealing process, the control system also needs to take care for energy efficiency. In most of the cases the incoming glass containers will introduce enough heat to the annealing lehr by themselves and therefore a well designed temperature and draft control will result in best annealed glass as well as in low energy consumption.

IST-Quadtek Spyrometer System in the Glass Industry

Is there an instrument that can help extend the life of glass furnaces while aiding in the improvement of glass quality, reducing energy costs and increasing the safety of the operator? The answer is yes -- with the IST-Quadtek Spyrometer® Imaging Pyrometer.

Temperature Measurements and Refractory Life

Glass melting operations are very demanding on the refractory bricks of the walls and crown. To develop a good model to calculate the life expectancy of the refractory bricks, a consistent and repeatable source of data is necessary. The Spyrometer is the perfect tool to obtain this data.

The ability of the Spyrometer's scanning pyrometry allows precise positioning of the Temperature Measurement Zones and once the desired positions are determined, the zones can be locked in place. This gives a consistent and reliable way to measure and monitor the bricks. Sixteen 4-20 mA outputs can be used to access the data on a permanent basis.

Process Monitoring and Glass Surface Temperature Measurement

Having a Spyrometer monitoring the process allows the operator to modify the firing conditions, minimizing the amount of unmelted material and avoiding potential furnace freeze-up. The contrast resolution provided by the video portion of the Spyrometer allows the operator to easily see all of the unmelted surface material. It also permits monitoring of the crown for dripping.

The flexibility of the scanning pyrometer allows the glass surface temperature to be measured. This can be a good guide to the uniformity of heating in the furnace. Using the 32 definable Temperature Measurement Zones, it is possible to look for hot and cold spots. This can be useful in tuning the thermal output of the burners to make sure that no areas of the furnace are being overheated.

Operator Safety

Within the glass industry, especially at the hot end, ensuring personnel safety is always a high priority. Not only does the Spyrometer provide consistency in the timing and location of measurements, it replaces the need for an operator to be in a hazardous location next to the furnace while taking measurements with a hand held pyrometer. More precise than other methods, the Spyrometer provides objective, consistent information on refractory brick wear. Providing the operators an "eye" inside the furnace allows for better control of the glass melting process.

Specific Camera/Pyrometer Benefits for the Glass Industry

• The ability to monitor the refractories for cracks and wear can assist in extending the life of the furnace.
• More accurate monitoring of the refractory temperatures by ensuring measurement of the exact same target areas each time.
• The ability to monitor the size and shape of the flame can reduce the flame-to-wall impingement.
• Increased process quality by giving the operator a view inside of the tank to control the furnace, ensuring even melting distribution by monitoring the molten glass surface.
• Increased operator safety.

The Spyrometer Is Specifically Designed To:

• Collect reliable, repetitive and consistent data on the status of the refractory.
• Automatically measure refractory brick temperature between reversals in regenerative tanks.
• Survive the difficult environment of the glass manufacturing process.

یکی از ابزارهای بسیار پرکاربرد در انجام اکثر پروژه ها ترموکوپل می باشد. ترمو کوپل در حقیقت نوعی مواد الکتریسیته می باشد. ترموکوپل از دو فلز نا همسان ساخته می شود که به هم متصل شده باشند.

ترمو کوپل:

با رسیدن حرارت به محل اتصال این دو فلز، جریان بسیار ضعیفی از محل اتصال تولید می شود و به سمت سیم ها، جریان می یابد. با بالا تر رفتن دمای محل اتصال دو فلز، ولتاژ تولیدی افزایش می یابد و در حقیقت ترموکوپل در هر دما، ولتاژ معینی تولید می کند و در نتیجه در صورتی که بتوانیم این ولتاژ را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم، قادر خواهیم بود دمای محل اتصال را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم. ولتاژ تولید شده توسط ترموکوپل بوسیله ترمومتر به دما تبدیل می شود.

از مزایای ترموکوپل می توان به دقت بالای آن و وسیع بودن محدوده کاری آن اشاره نمود به طوری که ترموکوپل ها قادرند دماهایی بین 180- تا 1800 سانتی گراد را اندازه گیری نمایند.

ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که تفاوت آن ها در نوع آلیاژهای به کار رفته در آن ها و محدوده دمایی عملکرد آن ها می باشد. برای مثال ترمو کوپل در تیپ های B، J، K، S و... موجود می باشند که با توجه به نوع ترمو کوپل، برای اندازه گیری دما باید از ترمومتر مناسب آن استفاده نمود.

ترموکوپل ها برای مدت زمان زیادی است که جزء بهترین روش های اندازه گیری دما به حساب می آیند. از ترموکوپل همواره به عنوان عنصر حس کننده در سنسور حرارتی و یا سوئیچ حرارتی استفاده می شودترموکوپل ها در صنعت نیز کاربرد فراوان دارند مانند اندازه گیری کردن دمای کوره ها، دمای دودکش، قطع کن گاز شومینه و اجاق گازها، اندازه گیری دمای سیستم های تولید کننده دارو و مواد غذایی و...