بررسی سنسورها و ترانسدیوسرها و کنترل صنعتی

عبارتهای تنش و كرنش غالباً در موقع استفاده با یكدیگر اشتباه می شوند و بنابراین لازم است در اینجا تعریف روشنی از این در كلمه بیان شود.

كرنش نتیجه تنش است و به صورت تغییر نسبی ابعاد یك شی بیان می شود، بدین معنی كه تغیر بعد تقسیم بر بعد اصلی می شود، به گونه ای كه به عنوان مثال، از نظر طولی كرنش تغییرات طول تقسیم بر طول اصلی است. این كمیتی است كه یك عدد خالص بوده و حاصل تقسیم یك طول بر طول دیگر است و بنابراین دیمانسیون فیزیكی ندارد.

كرنش به روشی مشابه تغییر كمیت تقسیم بر كمیت اصلی را می توان برای اندازه گیری های سطح و یا حجم تعریف كرد به عنوان مثال، كرنش سطح، عبارتست از تغییر سطح تقسیم بر سطح اصلی و كرنش حجم، تغییرات حجم تقسیم بر حجم اصلی است.

در مقابل، تنش، عبارتست از تقسیم مقدار نیرو بر مقدار سطح. همانگونه كه درمورد یك سیم و یك میله در تنش كششس و یا فشای ، بهعنوان مثال، تنش كششی عبارت از نیروی وارده تقسیم بر سطحی كه نیرو به آن وارد می شود كه آن سطح،سطح مقطع سیم و یا میله است. درمورد موادی مانند مایعات و یا گازها، كه می توانند در تمام جهات به طور یكنواخت فشرده شوند، تنش كلی نیرو بر واحد سطح است كه همان فشار وارده است و كرنش تغییر حجم تقسیم بر حجم اصلی است. عمومی ترین ترانسدیوسرهای كرنش از نوع تنش مكانیكی كششی (Tensile mechanical stress) هستند. اندازه گیری كرنش، اجازه می دهد كه مقدار تنش با دانستن مدول الاستیك (Elastic modulus) قابل محاسبه باشد. تعریف هر نوع از ضریب كشسانی كرنش/ تنش است (كه دارای واحد تنش است،چون كرنش واحد فیزیكی ندارد) و كاربردی ترین مدول الاستیك ، مدول خطی یانگ ، مدول برشی (پیچش)و مدول بولك (فشار) است.

برای مقادیر كوچك كرنش مقدار كرنش متناسب با تنش است و مدول الاستیك كمیتی است كه نسبت كرنش/ تنش را در ناحیه الاستیك، بیان می كند، (قسمتی از نمودار كرنش- تنش كه خطی است) به عنوان مثال مدول یانگ نسبت كرنش كششی/ تنش كششی، به طور نمونه برای هر ماده به شكل سیم اندازه گیری می شود (شكل 1-1) روش اندازه گیری كلاسیك، هنوز هم در آزمایشگاه مدارس مورد استفاده قرار می گیرد و درآن از یك زوج سیم بلند استفاده می شود، كه یكی از آنها به بار وصل شده و به سیم دیگر یك ورنیه مدرج نصب می شود.

آشكارسازی و تبدیل تنش كششی در برگیرنده اندازه گیری تغییرات خصی كوچك طول یك نمونه است. این به وسیله اثر تغییرات دما، كه ایجاد انبساط و یا انقباض می‌كند كامل می شود. برای تغییرات حدود صفر تا 90 درجه سانتیگراد كه دمای محیط اطراف ماست، انبساط و انقباض طول در همان حدود اندازه تغییراتی كه توسط مقادیر زیادی فشار ایجاد می شود خواهد بود. بنابراین هر سیستمی برای آشكار سازی و اندازه گیری كرنش بایستی به نحوی طراحی شود كه اثرات دما بتواند جبران سازی شود.

قوانینی كه برای آشكار سازی كرنش خطی و یا سطحی استفاده می شود پیزورزیستیو و پیزو الكتریك نامیده می شوند.

فهرست مطالب:

فصل 1: کرنش و فشار -----------------------------------------------1

• کرنش مکانیکی-------------------------------------------2
• تداخل سنجی---------------------------------------------9
• روشهای فیبر نوری--------------------------------------13
• گیجهای فشار--------------------------------------------14
• فشار گازی کم-------------------------------------------21
• گیجهای یونیزاسیون--------------------------------------23
• استفاده از ترانسدیوسر-----------------------------------26

فصل 2: موقعیت ، جهت ، فاصله و حرکت---------------------------28

• موقعیت ------------------------------------------------29
• جهت---------------------------------------------------30
• اندازه گیری فاصله – مقیاس وسیع-----------------------39
• فاصله پیموده شده---------------------------------------41
• سیستمهای شتاب سنج----------------------------------50
• دوران------------------------------------------------56

فصل 3: سنسورهای دما و ترانسدیوسرهای حرارتی----------------68

• گرما و دما-------------------------------------------69
• نوار بی متال-----------------------------------------70
• انبساط مایع و گاز ------------------------------------74
• ترموکوپلها-------------------------------------------76
• سنسورهای مقاومت فلزی----------------------------85
• ترمیستورها-----------------------------------------92
• تشخیص انرژی گرمایی تابشی-----------------------99
• آشکارسازهای پایروالکتریک------------------------100
• ترانسدیوسرهای حرارتی----------------------------103
• ترانسدیوسرهای حرارتی به الکتریکی---------------105

فصل 4: جامدات ، مایعات و گازها------------------------------108

• جرم و حجم----------------------------------------109
• سنسورهای الکترونیک---------------------------110
• آشکارسازهای مجاورتی--------------------------115
• سطح مایعات-------------------------------------130
• سنسورهای جریان مایع---------------------------133
• زمان سنجی--------------------------------------137
• گازها--------------------------------------------141
• ویسکوزیته (گران روی)--------------------------145

فصل 5: فرآیندها---------------------------------------------174

• فرآیندهای صنعتی--------------------------------175
• بررسی رفتارهای کلی فرآیندهای صنعتی----------194
• روشهای عملی تعیین تابع تبدیل فرآیندها-----------206

فصل 6: کنترل کننده ها--------------------------------------220

• کنترل کننده ها-----------------------------------221
• کنترل کننده ها از نظر انرژی محرکه-------------221
• کنترل کننده ها از نظر قانون کنترل---------------222
• اصل کلی ایجاد عملیات در کنترل کننده ها-------236
• کنترل کننده های الکتریکی---------------------237
• کنترل کننده های بادی--------------------------242
• کنترل کننده های هیدرولیکی--------------------261
• انتخاب کنترل کننده ها--------------------------290
• تنظیم کنترل کننده ها---------------------------294
• جبرانسازی در سیستمهای کنترل صنعتی--------307

فصل 7: عناصر نهایی و محرک ها-------------------------319

• شیرها-----------------------------------------321
• محرک ها-------------------------------------329
• تثبیت کننده شیر-------------------------------343
• شیرهای مخصوص----------------------------348
• تقویت کننده ها---------------------------------353

مراجع