پاورپوینت فشار و انواع سنسورهای فشار،

بخشی از متن:
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

پرداخت با کلیه کارتهای عضو شتاب امکان پذیر است.