همه مواد موجود در طبيعت ازمولکول ساخته شدهاند و هرمولکول ازاتمهاى مختلف تشکيل شده است. مولکولهاى يک جسم سيال (مايع يا گاز) با سرعت زياد در تمام جهات حرکت مىکنند (سلطانی، 1388). در اثر اين حرکتها با يکديگر و با ديواره ظرفى که درآن قرار دارند برخورد مىنمايند. در اثر برخورد مولکولها به ديواره ظرف نيرويى به آن وارد مىشود؛ بنابراين مقدار نيروى وارده بر ديواره ظرف به عوامل زير بستگى دارد(ویلانی، 1393).
الف) سرعت مولکولها
ب) تعداد مولکولها
ج) وزن مولکولها
سنسور چیست؟
حسگر يك وسيله الكتريكي است كه تغييرات فيزيكي يا شيميايي را اندازهگيري ميكند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مينمايد. حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنياي خارج و كسب اطلاعات محيطي و نيز داخلي ميباشند (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371). انتخاب درست حسگرها تأثير بسيار زيادي در ميزان كارايي ربات دارد. سنسور المان حسکنندهای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما و... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیر پیوسته (دیجیتال) تبدیل میکند (سبزپوشان، 1393). این سنسورها در انواع دستگاههای اندازهگیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار میگیرند (مرادی، 1394). عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها میشوند. (ویلانی، 1393)
انواع حسگرها
بسته به نوع اطلاعاتي كه ربات نياز دارد از حسگرهاي مختلفي ميتوان استفاده نمود (مرادی، 1394؛ ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371):
زوج حسگر مافوق صوت
حسگر فاصله
حسگررنگ
حسگرنور
حسگرصدا
حسگر حركت و لرزش
حسگر دما
حسگردود
مزاياي سيگنالهاي الكتريكي
مزاياي سيگنالهاي الكتريكي را ميتوان بصورت زير دستهبندي كرد (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371):
پردازش راحتتر و ارزانتر
انتقال آسان
دقت بالا
سرعت بالا
حسگرهاي مورد استفاده در رباتيك
در يك دستهبندي كلي حسگرهاي مورد استفاده در رباتها را ميتوان در چند دسته خلاصه كرد (مرادی، 1394):
حسگرهاي تماسي
مهمترين كاربردهاي اين حسگرها به اين شرح ميباشد (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371):
آشكار سازي تماس دو جسم
اندازهگيري نيروها و گشتاورهايي كه حين حركت ربات بين اجزاي مختلف آن ايجاد ميشود
حسگرهاي هم جواري
آشكارسازي اشياء نزديك به ربات مهمترين كاربرد اين حسگرها ميباشد (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371).
انواع مختلفي از حسگرهاي همجواري در بازار موجود است؛ از جمله ميتوان به موارد زير اشاره نمود:
القايي
اثرهال
خازني
اولتراسونيك
نوري
حسگرهاي دوربرد
كاربرد اصلي اين حسگرها به شرح زير ميباشد:
فاصله سنج (ليزو و اولتراسونيك)
بينايي (دوربينCCD)
حسگر نوري (گيرنده-فرستنده)
يكي از پركاربردترين حسگرهاي مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهاي نوري هستند. حسگر نوري گيرنده- فرستنده از يك ديود نوراني (فرستنده) و يك ترانزيستور نوري (گيرنده) تشكيل شده است (مرادی، 1394). خروجي اين حسگر در صورتيكه مقابل سطح سفيد قرار بگيرد 5 ولت و در صورتي كه در مقابل يك سطح تيره قرار گيرد صفر ولت ميباشد. البته اين وضعيت ميتواند در مدلهاي مختلف حسگر برعكس باشد. در هر حال اين حسگر در مواجهه با دو سطح نوري مختلف ولتاژ متفاوتي توليد ميكند.
در زير يك نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوري گيرنده- فرستنده نشان داده شده است. مقادير مقاومتهاي نشان داده شده در مدلهاي متفاوت متغير است و با مطالعه ديتاشيت آنها ميتوان مقدار بهينه مقاومت را بدست آورد (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371).
با پیشرفت سریع تکنیک اتوماسیون و پییچیدهتر شدن پروسههای صنعتی و کاربرد روزافزون این شاخه از تکنیک نیاز شدیدی به کاربرد سنسورهای مختلف که اطلاعات مربوط به عملیات تولید را درک و بر اساس این اطلاعات فرمانهای مقتضی صادر گردد احساس میشود (سبزپوشان، 1393). سنسورها به عنوان اعضای حسی یک سیستم، وظیفه جمعآوری و یا تبدیل اطلاعات را به صورتی که برای یک سیستم کنترل و با اندازهگیری قابل تجزیه و تحلیل باشد، به عهده دارند (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371). در سالهای اخیر سنسورها به صورت یک عنصر غیر قابل تفکیک سیستمهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و پیشرفت سریعی در جهت جوابگویی به تقاضای صنعت در این شاخه از علم الکترونیک انجام پذیرفته است (مرادی، 1394).
انواع سنسورها
سنسورها در دو نوع مختلف وجود دارند (مرادی، 1394):
با تماس مکانیکی
شکل 2-1- مدل فشار بر واحد سطح
عمدهترین کاربرد پیزوالکتریکها استفاده برای اندازهگیری فشار سیالات میباشد (مجیدی، ۱۳۹۲). در این حالت سنسورهای فشار عموما فشار گاز یا مایع را اندازه میگیرند. فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولاً به صورت نیرو بر سطح تعریف میشود. سنسور فشار معمولاً به صورت مبدل کار میکند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید میکند (ویلانی، 1393). برای این منظور میتوان سیگنال الکتریکی در نظر گرفت. سنسورهای فشار روزانه برای کنترل و مانیتورینگ هزاران کاربرد استفاده میشوند (سبزپوشان، 1393). همچنین سنسورهای فشار میتوانند به طور غیر مستقیم برای اندازهگیری سایر متغیرها استفاده شوند (مرادی، 1394)؛ برای مثال: دبی سیال/ گاز، سرعت، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرها هستند. به سنسورهای فشار، مبدلهای فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشاندهنده فشار، پیزومتر و مانومتر نیز گفته میشود (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371). سنسورهای فشار از نظر تکنولوژی، طراحی، عملکرد، کاربرد و قیمت باهم متفاوت هستند (مجیدی، ۱۳۹۲). با یک تخمین محافظهکارانه میتوان گفت بیش از۵۰ تکنولوژی و حداقل۳۰۰ شرکت در سراسر جهان سازنده سنسورهای فشار هستند. همچنین طبقهای از سنسورهای فشار وجود دارند که برای اندازهگیری حالت پویای تغییرات سریع در فشار طراحی شدهاند. مثالی از کاربرد این نوع سنسور را میتوان در اندازهگیری فشار احتراق سیلندر موتور و یا گاز توربین مشاهده کرد. این سنسورها به طور عمده از مواد پیزوالکتریک مانند کوارتز ساخته شدهاند. بعضی از سنسورهای فشار مانند آنچه در دوربین‌های کنترل ترافیک دیده میشود، به صورت باینری (دودویی) و خاموش/ روشن کار میکنند. برای مثال: وقتی فشاری به سنسور فشار اعمال میشود، سنسور یک مدار الکتریکی را قطع یا وصل میکند. این سنسورها به سوئیچ فشار معروف هستند (ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371).
تاريخچه اندازهگيري
سابقه اندازهگيري به عهد باستان باز ميگردد و مي توان آن را به عنوان يكي از قديميترين علوم به حساب آورد. در اوايل قرن 18 جيمز وات[1] مخترع اسكاتلندي پيشنهاد نمود تا دانشمندان جهان دور هم جمع شده يك سيستم جهاني واحد براي اندازهگيريها به وجود آورند. به دنبال اين پيشنهاد گروهي از دانشمندان فرانسوي براي به وجود آوردن سيستم متريك[2] وارد عمل شدند (سلطانی، 1388). سيستم پايهاي را كه داراي دو استاندارد يكي «متر» براي واحد طول و ديگري «كيلوگرم» براي وزن بوده، به وجود آوردند. در اين زمان ثانيه را به عنوان استاندارد زمان و ترموسانتيگراد را به عنوان استاندارد درجه حرارت مورد استفاده قرار دادند. در سال 1875 ميلادي دانشمندان و متخصصان جهان در پاريس براي امضاء قراردادي به نام پيمان جهاني متريك دور هم گرد آمدند. اين قرارداد زمينه را براي ايجاد يك دفتر بين المللي اوزان و مقياسها در سورز[3] فرانسه آماده كرد. اين مؤسسه هنوز به عنوان يك منبع و مرجع جهاني استاندارد پا برجاست (ویکیپدیا).
بنا به تعریفی که در کتاب معروف نظریه روان سنجی آمده است. اندازهگیری از قواعدی تشکیل مییابد که برای نسبت دادن اعداد به اشیا (یا افراد) به کار میرود، به گونهای که صفاتی از آن اشیاء (یا افراد) را به صورت کمیت نشان میدهد. اندازهگيري يعني تعيين يك كميت مجهول با استفاده از يك كميت معلوم و يا مجموعه‌اي از عمليات با هدف تعيين نمودن تعداد يك كميت (سلطانی، 1388).
قوانین و نظریات فیزیک بصورت معادلات ریاضی بیان میشوند. حال ما از کجا بدانیم که هر معادله خاص، رفتار چیزی را بیان میکند؛ باید این قاعده امتحان شود و به مرحله آزمون گذاشته شود. بنابراین، اندازهگیری مهارتی است که میان نظریه علمی و دنیای واقعی رابطه ایجاد میکند (سبزپوشان، 1393). این رابطه دو طرفه میباشد. هر رویداد اندازهگیری شده‌ای که قبلا پیشگویی نشده باشد، باید نظریه جدید آنرا توجیه کند. اشخاصی که کار تجربی انجام میدهند باید اطلاعات فنی جامعی از اصول اندازهگیری داشته باشند. نحوه اندازهگیری و محدودیتهای ناشی از وسایل اندازهگیری را بشناسد. هر دانشمندی فقط با دانستن اینکه چه اندازهگیریهایی انجام شده است و نحوه اندازهگیریها چگونه بوده است، می‌تواند اثر و کشفیات دانشمندان دیگر را خوب بفهمد. بنابراین، اندازهگیری هنری است که در حال حاضر تکنولوژی پیشرفته حامی آن است (سبزپوشان، 1393).
اصلاح قواعدی حاکی از آن است که اندازهگیری دارای نظم و ترتیب است و این نظم و ترتیب را باید بطور دقیق و روشن بیان کرد. در بعضی موارد این قواعد چنان بدیهی هستند که توضیح مفصل آنها ضرورت ندارد. مانند موقعی که از خطکش برای اندازهگیری طول یک متر استفاده میشود. اما قواعد مربوط به اندازهگیری صفات روانی و متغیرهای آموزشی تا این اندازه آشکار نیستند. برای مثال، اندازه گیری هوش یا یادگیری دانش آموزان؛ به بیان دقیق قواعد اندازهگیری نیاز دارد. به ویژه در آزمونهای میزان شده، بیان قواعد اندازهگیری بطور روشن بسیار ضروری است (سبزپوشان، 1393). فایده بیان قواعد اندازهگیری این است که این قواعد کمک میکنند تا افراد مختلفی که وسیله اندازهگیری را مورد استفاده قرار میدهند به نحو یکسان آن را بکار برند.
ویژگی دیگر تعریف اندازهگیری، کاربرد اصطلاح صفت در آن تعریف است. این مفهوم حاکی از آن است که ما در اندازهگیری شیء یا فرد را اندازهگیری نمیکنیم، بلکه صفتی از آن را اندازهگیری کنیم (مرادی، 1394). ما میز یا دانش آموزان را اندازهگیری نمیکنیم ؛ بلکه طول یا عرض میز یا هوش و پیشرفت تحصیلی دانش آموز را اندازه میگیریم. مفهوم مهم دیگر تعریف اندازهگیری، تبدیل صفات مورد اندازهگیری به کمیت و نشان دادن آنها به صورت اعداد است (سلطانی، 1388). منظور این است که اندازهگیری باید نشان دهد که چه مقدار از یک صفت در شیء یا شخص مورد نظر موجود دارد. امروزه سازندگان دستگاههاي مدرن آمريكايي، دقت عمل استانداردهاي اصلي خود را كه براي كاليبراسيون دستگاههاي اندازهگيري خود به كار ميبرند، به استناد دفتر استانداردهاي ملي (N.B.S) تعيين مينمايند.
لازم به ذکر است دستگاههاي اندازهگيري و آزمون به دلايل گوناگون از جمله فرسايش، لقي و ميزان استفاده، انحرافاتي را نسبت به وضعيت تنظيم شده قبلي نشان ميدهند. هدف كاليبراسيون اندازهگيري مقدار انحراف مذكور در مقايسه با استانداردهاي سطوح بالاتر و همچنين دستگاه در محدوده «تولرانس» اصلي خود ميباشد (عبدالکریم ماندگاری، 1393). همچنین برای اینکه کنترلی بر روی این واحدها وجود داشته باشد، اداره‌ای تحت عنوان اداره مرکزی استانداردها بوجود آمد. چون اداره مرکزی دفتر بین المللی استانداردها در پاریس، محل ابداع سیستم متریک واقع است نام این سیستم فرانسوی است. سیستمهای سنتی اندازهگیری در طول قرنها تکامل یافته‌اند و در کشورهای مختلف متفاوت هستند. تنها وجه اشتراک آنها این است که هیچ گونه مفهومی ندارند. به عبارت دیگر میتوان گفت که این سیستمهای سنتی با تفکر کافی ابداع نشدهاند. سیستم SI، سیستمی است که آگاهانه ابداع شده است و روابط آن خیلی سادهتر است (عبدالکریم ماندگاری، 1393).
تاریخچه فشار سنج
بلز پاسکال[4]، فیلسوف فرانسوی در سال 1648 برای اولین بار در آزمایشات خود متوجه نیرویی شد و آن را فشار نامید. مطالعات پاسکال در مورد سیالات (هیدرودینامیک و هیدروستاتیک) بر اساس اصول سیالات هیدرولیک بود. اختراعات او در این زمینه شامل فشار هیدرولیک (استفاده از فشار هیدرولیک برای افزایش نیرو) و سرنگ ميباشد. در سال 1646 پاسکال از آزمایشهاي «اوانجلیستا توریسلی» در ارتباط با فشارسنج آگاهی یافت. وی این آزمايشها را با لوله‌ای پر از جیوه تکرار کرد و این لوله را به صورت وارونه درون کاسه‌ای از جیوه قرار داد. پاسکال این سؤال را مطرح کرد که چه نیرویی، بخشی از جیوه را درون لوله نگهداشته و چه چیزی فضای بالای جیوه را در لوله پر کرده است. در آن زمان، بيشتر دانشمندان بر این باور بودند که غیر از خلاء، مادهای نامرئی در آن فضا وجود دارد (ویکیپدیا؛ ویلانی، 1393).
پاسکال با انجام آزمایشهاي دیگری در این زمینه، در سال 1647، «تجربههاي جدید از خلاء» را نوشت که در آن قوانین اصلی در مورد میزان تأثیر فشار هوا بر مایعات مختلف عنوان شده بود. در سال 1648، پاسکال مطالعات خود را ادامه داد و در همین راستا، شوهر خواهرش یک بارومتر را به ارتفاعات بالا برد و این نکته به اثبات رسید که سطح جیوه تغییر میکند و پاسکال این آزمایش را با انتقال بارومتر به بالای برج یک کلیسا در پاریس و سپس به پایین آن تکرار کرد. این آزمایشها که سرانجام منجر به بنیاد نهادن اساس بارومتر شد، در سراسر اروپا با استقبال مردم روبرو گرديد. در پاسخ به این نقدها که باید چیزی نامرئی در فضای خالی‌ای که پاسکال عنوان کرده، وجود داشته باشد و در پاسخ به «استین نوئل»، یکی از مهمترین نظریههاي قرن هفده در ارتباط با روش علمی از سوي پاسكال مطرح گرديد:
«برای اثبات یک فرضیه، اینکه تمامی موارد مطابق با آن باشند، کافی نیست، اما اگر تنها یک مساله خلاف آن باشد، همان یک مورد برای نقض فرضیه مورد نظر کافی است».
تاکید و پافشاری وی در مورد وجود خلاء منجر به اختلاف او با برخی از دانشمندان مطرح زمان از جمله «دسکارتس[5]» شد (هاوارد، 1998؛ ویکیپدیا).
وسايل اندازهگيري فشار
تاکنون وسايل بسياري با مزايا و معايب خاص خود براي اندازهگيري فشار اختراع شده است كه با توجه به گستره اندازهگيري، حساسيت، پاسخ ديناميکي و هزينه طراحي و مشخصات فني، اين وسايل با هم فرق مي‌کند. قديميترين وسيله ا
برچسب ها:
فشار و انواع سنسورهای فشار سنسور سنسورهای فشار انواع سنسورهای فشار فشار و انواع فشارسنج انواع فشار سنج فشار سیالات سیستمهای اندازه گیری فشار سیستمهای اندازه گیری انواع فشار دستگاه های اندازه گیری فشار بارومتر