Bir dəfə kimsə həmkarından peşəsinin nə olduğunu soruşdu. O, tərəddüd etmədən cavab verdi: "Mən ölçmə və idarəetmə mühəndisiyəm."

"Bəs bu nədir?" — həmsöhbəti soruşdu.

"...Ah. Hmm ..." "Deyəsən, indi çətin vəziyyətdəyəm", — mühəndis düşündü.

 

Ölçmə və idarəetmə nədir?

Mexanika, elektrik, kimya və ya elektrotexnika mühəndisinin nə iş gördüyünü izah etmək nisbətən asandır, lakin ölçmə və idarəetmə üzrə ixtisaslaşmış mühəndisin gördüyü işi qısa şəkildə təsvir etmək tamam başqa məsələdir.

Ölçmə və idarəetmə fənlərarası sahələrdir. Bunlar kimya, mexanika, elektrik və maqnetizm, elektronika, mikrokontrollerlər və mikroprosessorlar, proqramlaşdırma dilləri, proseslərin idarə edilməsi, həmçinin pnevmatika və hidravlika prinsipləri, rabitə və digər sahələr üzrə bilik tələb edir.

Ölçmə və idarəetməni bu qədər maraqlı və öyrədici edən də məhz budur.

Bu məqalədə neft və qaz, sellüloz və kağız, şəkər, əczaçılıq, qida və kimya məhsulları kimi sənaye müəssisələrinin fəaliyyəti və istismarı üçün istifadə olunan ölçmə və idarəetmənin (I & C) əsas prinsipləri haqqında tam icmal təqdim edəcəyəm.

Əvvəlcə necə ölçmə aparmağı izah etməliyik. Bunun üçün ölçü cihazına ehtiyacımız var.

 

Ölçü cihazı nədir?

Ölçü cihazı müəyyən bir prosesdə fiziki və ya başqa xarakterli dəyişiklikləri aşkar edə bilən cihazdır. Daha sonra bu fiziki dəyişiklikləri istifadəçinin başa düşə biləcəyi hər hansı məlumat formasına çevirir.

Şəkil 1-dəki nümunəyə nəzər salaq.

 

Şəkil 1. Ölçü cihazına nümunə.

 

Açar qapalı olduqda rezistor istilik yaradır və çəndəki mayenin temperaturunu artırır. Bu artım ölçü cihazı tərəfindən aşkar edilir və həmin cihazın şkalasında göstərilir.

Prosesdəki fiziki dəyişikliklər haqqında məlumatı birbaşa göstəriş və ya qeydiyyat cihazı vasitəsilə əldə edə bilərik.

 

Göstəriş

Bu, ölçmənin ən sadə formasıdır; dəyişənin cari vəziyyətini bilməyə imkan verir.

 

Şəkil 2. Sadə vizual göstərici vasitəsilə dəyişənin monitorinqi.

 

Qeydiyyat cihazı

Məlumatları saxlaya bilən cihaz dəyişənin cari vəziyyətini və keçmişdə necə davrandığını müşahidə etməyə imkan verir. Qeydiyyat cihazı dəyişənin tarixçəsini təqdim edir.

 

Şəkil 3. Ölçmələrin zamanla necə dəyişdiyini göstərən displey.

 

Ölçü cihazının komponentləri

Ölçü cihazları əsasən aşağıdakı hissələrdən ibarətdir:

• Sensor: Bu element ölçdüyü prosesdəki dəyişikliklər nəticəsində fiziki xüsusiyyətlərində dəyişikliklər baş verən cihazdır.
• Gücləndirici / kondisioner: Sensor tərəfindən aşkar edilən dəyişikliklər çox kiçik ola bilər, buna görə də onlar gücləndirilməli və sonra düzgün göstərilə bilmələri üçün emal edilməlidir.
• Displey: Ölçülmüş məlumat başa düşülən şəkildə təqdim edilməlidir. Bu, şkalalı cihaz və ya elektron displeydən istifadə etməklə həyata keçirilə bilər. Bəzən displey ölçmənin tarixçəsini və ya meyillərini göstərmək üçün əlavə olaraq qeydiyyat cihazı funksiyasını da yerinə yetirir.

 

Şəkil 4. Ölçmə cihazının elementləri.

 

Adətən cihaz tərəfindən yaradılan ölçmə məlumatı fiziki cəhətdən cihazdan uzaqda yerləşən idarəetmə mərkəzinə (və ya idarəetmə otağına) göndərilməlidir. Ümumiyyətlə, bu məlumat müəyyən edilmiş spesifikasiyalara uyğun olmalıdır.

 

Şəkil 5. Ölçmə məlumatı cihazdan idarəetmə otağına göndərilir.

 

Cihaz məlumat göndərmək qabiliyyətinə malik olduqda, onu ötürücü adlandırırıq (çox vaxt XMTR kimi qısaldılır).

 

Cihazların təsnifatı

Ölçmə cihazlarının müxtəlif təsnifatları mövcuddur. Məsələn, onları sahə cihazları və ya panel cihazları kimi təsnif edə bilərik. Sahə cihazı prosesə və ya ölçmə nöqtəsinə yaxın quraşdırılır. Sərt ətraf mühit şəraitinə məruz qalacaqsa, fiziki cəhətdən möhkəm olmalıdır. Panel cihazları idarə olunan mühitə malik otaqda yerləşir (çox vaxt kondisionerli və rütubəti nəzarətdə saxlanılan təmiz məkan).

Digər təsnifat pnevmatik cihazlar və elektrik/elektron cihazlar arasındakı fərqə əsaslanır.

 

Pnevmatik cihazlar

Adından göründüyü kimi, bunlar hava ilə işləyən cihazlardır.

Bu cihazların üstünlüklərindən biri onların elektrik enerjisi sərf etməməsidir; buna görə də elektrik enerjisindən istifadənin təhlükəli və ya əlverişsiz olduğu ərazilərdə istifadə edilə bilərlər. Onlar tək bir dəyişənlə işləyir, qeyri-dəqiq cihazlardır, vibrasiyalardan və temperatur dəyişikliklərindən təsirlənir və yüksək texniki xidmət tələb edir. Ötürücülərin çıxış siqnalı 3–15 psi arasında olur və maksimal ötürmə məsafəsi təxminən 200 metrdir.

 

Şəkil 6. Pnevmatik cihazın əsas sxemi.

 

Elektrik / elektron cihazlar

Elektron cihazlar üç ümumi kateqoriyaya bölünə bilər: analoq, ağıllı analoq və rəqəmsal.

 

Analoq cihazlar:

• Çıxış siqnalı: 4–20 mA
• Ötürmə məsafəsi: 1200 m (tipik)
• Bir dəyişənə aid məlumat ötürülür
• Yüksək dəqiqlik
• Asan texniki xidmət

 

Şəkil 7. Elektron cihazın əsas sxemi (XMTR).

 

"Ağıllı" analoq cihazlar:

• Sensorun temperaturu, statik təzyiqi və s. ölçən cihaz kimi xarakterizə edilməsi
• Əla dəqiqlik
• Özünüdiaqnostika (yəni sensor öz funksionallığındakı problemləri təhlil edə bilər)
• Bir dəyişən

 

Rəqəmsal cihazlar:

• Bir kabeldən bir neçə cihaz istifadə edə bilər
• Hər cihaz üçün bir neçə qiymətin ötürülməsi (proses dəyişənləri, kalibrləmə, diaqnostika, diapazon)
• Məsafə: təkrarlayıcı olmadan təxminən 1900 m
• Məlumat tutumuna ötürmə rejimi (kabel, fiber-optik, simsiz) təsir edir

 

Şəkil 8. Rəqəmsal ötürücülər.

 

Sensorların ümumi xüsusiyyətləri

Diapazon: Dəyişənin ölçüldüyü hədlər arasındakı sahə. Bu sahəni məhdudlaşdıran minimum və maksimum qiymətləri göstərir. Diapazon iki ədədlə ifadə olunur, məsələn, 10-dan 20 °C-dək, 10-dan 150 V-dək, 0-dan 100%-dək

Amplituda: Diapazonun maksimum qiymətindən minimum qiymətinin çıxılması ilə hesablanır. Amplituda proses vahidlərində bir ədədlə ifadə olunur, məsələn, 120 °C, 30 V, saniyədə 150 litr.

Yüksəltmə: Diapazonun aşağı həddi müsbət qiymət olduqda, bu aşağı hədd yüksəltmədir. Məsələn, diapazon 50 °C-dən 200 °C-dəkdirsə, yüksəltmənin 50 °C və ya amplitudanın 33,3%-i olduğunu deyə bilərik.

Basdırma (həmçinin sıfırın sıxışdırılması adlanır): Diapazonun aşağı həddi mənfi olduqda, bu aşağı həddin mütləq qiyməti basdırmadır. Məsələn, diapazon -10 °C-dən 80 °C-dəkdirsə, basdırmanın 10 °C və ya amplitudanın 11,1%-i olduğunu deyə bilərik.

Diapazondan kənar ölçmə: Cihaz müəyyən diapazonda işləmək üçün kalibrləndikdə, lakin həmin diapazonun yuxarı və ya aşağı qiymətlərinə məruz qala bildikdə, cihazın zədələnməsinin və ya göstəricinin yuxarı və ya aşağı həddi keçməsinin qarşısını almaq üçün qoruma mexanizmi tələb olunur. Ölçülən qiymətlər maksimum qiymətdən yuxarı olduqda, müsbət diapazondan kənar ölçmə baş verir. Ölçülən qiymətlər minimum qiymətdən aşağı olduqda isə mənfi diapazondan kənar ölçmə baş verir.

 

Şəkil 9. Diapazon, amplituda, yüksəltmə və basdırma nümunələri.

 

Xəta: Fiziki dəyişənin ölçülən qiyməti ilə faktiki (və ya gözlənilən, yaxud arzu olunan) qiyməti arasındakı fərq. Xəta müsbət və ya mənfi ola bilər. Ölçülən qiymət faktiki qiymətdən böyük olduqda, xəta müsbət olur. Ölçülən qiymət faktiki qiymətdən kiçik olduqda, xəta mənfi olur.

                        Ölçülən > faktiki olduqda, xəta > 0

                        Ölçülən < faktiki olduqda, xəta < 0

Xəta belə ifadə oluna bilər

• ölçü vahidlərində (məsələn, °C, psi)
• diapazon genişliyinin faizi kimi (məsələn, diapazon genişliyinin +/- 3%-i)
• ölçmənin faizi kimi (məsələn, ölçmənin +/- 5%-i)

İstinad qiyməti: Ümumi mənada dəyişənin faktiki, gözlənilən və ya arzuolunan qiymətinə aiddir. Əks-əlaqəli idarəetmə sistemi kontekstində xəta siqnalını yaratmaq üçün ölçülmüş qiymət istinad qiymətindən çıxılır.

Dəqiqlik: Xətanın hədlərini müəyyən edən ədəd. Cihazın dəqiqliyinin diapazon genişliyinin 0,1%-i olduğunu dedikdə, bu o deməkdir ki, diapazon daxilində istənilən nöqtədə göstəricilər faktiki qiymətdən diapazon genişliyinin 0,1%-indən çox fərqlənmir.

 

Proses ölçməsinə nümunə

Yuxarıda ifadə olunan anlayışları daha yaxşı başa düşmək üçün aşağıdakı nümunəyə nəzər salın.

Temperaturu fasiləsiz ölçməli olduğumuz bir neft çənimiz var. Bu proses üçün iş şəraiti aşağıdakılardır:

• Minimum temperatur: -10 °C
• Maksimum temperatur: 90 °C
• Ölçmə dəqiqliyi diapazon genişliyinin 1%-i və ya daha yaxşı olmalıdır
• Temperatur ölçümü yerli və uzaqdan göstərilməlidir

 

Şəkil 10. Nümunə sistemimiz.

 

Əvvəlcə çəndəki mayenin temperaturunu ölçməyə imkan verən ölçmə cihazını seçməliyik. Məlumat həm yerli, həm də uzaqdan əlçatan olmalı olduğundan, temperatur ötürücüsünü seçəcəyik.

Bu ötürücü aşağıdakı xüsusiyyətlərə malik olmalıdır:

• Diapazon: -10 °C-dən 90 °C-dək
• Diapazon genişliyi: 90 °C - (-10 °C) = 100 °C
• Başlanğıc ehtiyatı: 10 °C və ya diapazonun 10%-i
• Dəqiqlik: diapazonun 1%-i = 1% × 100 °C = 1 °C
  • 1%-lik bu dəqiqlik təmin edir ki, hər bir ölçmədə və ya temperatur göstərişində dəyişmə və ya xətalar +/- 1 °C-dən çox olmasın

Əlavə olaraq, diapazon ilə standartlaşdırılmış ötürücü çıxışı arasında düzgün uyğunluğun olmasını təmin etməliyik. Cihazı kalibrləmək üçün diapazonun minimum qiymətini (-10 °C) çıxışın minimum qiyməti (4 mA) ilə, diapazonun maksimum qiymətini (90 °C) isə çıxışın maksimum qiyməti (20 mA) ilə əlaqələndirməliyik.

 

Nəticə

Bu məqalədə cihazlaşdırma və idarəetmə sistemləri kontekstində ölçmə cihazlarını və fundamental ölçmə anlayışlarını müzakirə etdik. Həmçinin qızdırıcı elementdən və temperatur məlumatlarını toplayıb ötürə bilən cihazdan ibarət sadə nümunə sisteminə baxdıq. Növbəti məqalədə sənaye tətbiqlərində istifadə olunan dörd əsas dəyişəni — sərf, səviyyə, temperatur və təzyiqi — əhatə edəcəyik. Həmçinin deşikli lövhələr, termocütlər və RTD-lər kimi müxtəlif sensorları müzakirə edəcək, bu dörd fiziki dəyişənin ölçülməsi üçün istifadə olunan cihaz və ötürücüləri nəzərdən keçirəcəyik.