Fundamentals of Measurements in Instrumentation |
||
| Published: | Sept. 08, 2015- 398 Pages | |
| By: | K. N. Toosi U. of Tech. Publication | |
| Author: | Hamid D. Taghirad and S. Ali Salamati | |
| ٍEdition | Second Edition | |
| ISBN-13: | 978-600-6383-42-2 | |
| Catalog No. | 388128 | |
Description :
ویژگی های کتاب
ابزار دقیق از زمینه‌های مهندسی است که دارای ماهیت چند رشته‌ای بوده و محصولات آن آمیزه‌ای از علم و هنر می‌باشند. یکی از نکات برجسته این رشته ظهور خلاقیت‌های مهندسان و مخترعین است که با الهام از طبیعت و با استفاده از دانش مهندسی به تولید محصولاتی پرداخته اند که با شیوه‌های مختلف کمیت‌های فیزیکی موردنیاز در صنعت را اندازهگیری و پایش می‌نمایند. با توجه به ساختار تدوین‌شده در این کتاب سعی شده است توجه دو طیف از مخاطبین را به استفاده از این کتاب جلب نماییم. ازیک‌طرف اين كتاب به‌عنوان مرجع درسي دانشگاهي می‌تواند مورداستفاده دانشجويان مقطع كارشناسي و يا كارشناسي ارشد رشته‌های مهندسي برق، مکانیک و مکاترونیک قرار گيرد. هرچند این کتاب نیاز به کتب مرجعی را که در بخش مراجع هر فصل معرفی‌شده‌اند برطرف نمی‌سازد، امّا می‌تواند به‌عنوان راهنماي درسي مورداستفاده دانشجويان و اساتيد ارجمند قرار گيرد. از طرف دیگر مخاطب دیگر این کتاب کارشناسان محترمی می‌باشند که در صنایع کشور مشغول به فعاليت هستند. امروزه هيچ کارخانه يا خط توليدي وجود ندارد که در بخش‌های مختلف آن به‌نوعی از سیستم‌های اندازهگیری و ابزار دقيق يا مدارهاي بهسازي مربوط به آن استفاده‌نشده باشد. درنتیجه اين كتاب به‌عنوان یکی از معدود كتابهای فارسي در اين زمينه می‌تواند راهگشاي اين متخصصين باشد
پيش گفتار
امروزه شاهد گسترش روزافزون خودکارسازی فرآيندهاي پيشرفته صنعتي در کشور هستیم. با توجه به این‌که سیستم‌های ابزار دقیق سهم مهمی از اتوماسیون صنایع را دربرمی گیرد و به‌خودی‌خود نیز به‌عنوان شاخه مهمی از گرایش کنترل در صنعت شناخته می‌شود، ضرورت آشنایی دانش‌پژوهان و متخصصين صنايع با مبانی سیستم‌های ابزار دقیق بیش‌ازپیش مشهود است. تحقیقات و گسترش فناوری در این موضوع در بخش‌های گوناگونی از صنعت و دانشگاه‌ها تعقیب می‌شود و با توجه به ماهيت چند رشته‌ای اين زمينه تخصصي و نبود مرجع واحد مهندسي به زبان فارسي، این کتاب از ترجمه و تلخيص مراجع مرتبط و تألیف بخش‌های دیگر موردنیاز، به رشته تحرير در آمده است. موضوع اين نگارش طي چند سال به‌صورت درس کارشناسی “ابزار دقیق” در گروه کنترل دانشگاه صنعتي خواجه‌نصیرالدین طوسي به همراه آزمايشگاه ارائه‌شده است و حجم فصول آن متناسب با نياز برازش شده است
به نظر مؤلفین ابزار دقیق از زمینه‌های مهندسی است که دارای ماهیت چند رشته‌ای بوده و محصولات آن آمیزه‌ای از علم و هنر می‌باشند. یکی از نکات برجسته این رشته ظهور خلاقیت‌های مهندسان و مخترعین است که با الهام از طبیعت و با استفاده از دانش مهندسی به تولید محصولاتی پرداختهاند که با شیوه‌های مختلف کمیت‌های فیزیکی موردنیاز در صنعت را اندازهگیری و پایش می‌نمایند. از طرف دیگر اتوماسیون صنایع بدون حضور بخش ابزار دقیق بی‌معنی است و کیفیت بسیاری از محصولات تجاری و فرآیندهای صنعتی مرهون گسترش این شاخه از مهندسی است
با توجه به ساختار تدوین‌شده در این کتاب سعی شده است توجه دو طیف از مخاطبین را به استفاده از این کتاب جلب نماییم. ازیک‌طرف اين كتاب به‌عنوان مرجع درسي دانشگاهي می‌تواند مورداستفاده دانشجويان مقطع كارشناسي و يا كارشناسي ارشد رشته‌های مهندسي برق، مکانیک و مکاترونیک قرار گيرد. هرچند این کتاب نیاز به کتب مرجعی را که در بخش مراجع هر فصل معرفی‌شده‌اند برطرف نمی‌سازد، امّا می‌تواند به‌عنوان راهنماي درسي مورداستفاده دانشجويان و اساتيد ارجمند قرار گيرد. از طرف دیگر مخاطب دیگر این کتاب کارشناسان محترمی می‌باشند که در صنایع کشور مشغول به فعاليت هستند. امروزه هيچ کارخانه يا خط توليدي وجود ندارد که در بخش‌های مختلف آن به‌نوعی از سیستم‌های اندازهگیری و ابزار دقيق يا مدارهاي بهسازي مربوط به آن استفاده‌نشده باشد. درنتیجه اين كتاب به‌عنوان یکی از معدود كتابهای فارسي در اين زمينه می‌تواند راهگشاي اين متخصصين باشد
در این کتاب و در فصل اوّل اجزای سيستمهاي ابزار دقيق و روش‌های گوناگون اندازه‌گيري کمیت‌های مختلف به‌صورت مختصر توضیح داده می‌شود و آشنایی کلی با حسگرهای مختلف صنعتی در این فصل تشریح می‌گردد. در فصل دوم مدارهاي بهسازي جهت آمادهسازي سيگنالهاي اندازهگیری شده معرفی‌شده‌اند. مدارهاي بهسازي سيگنالهاي خروجي حسگرها را براي پردازش و انجام محاسبات آماده می‌نمایند. فيلترها براي عمل گزينش فركانسي، تقویت‌کننده‌های عملياتي براي مقياس كردن يا تقويت سیگنال‌ها و برخي ديگر از مدارها در اين فصل معرفي و بررسی‌شده‌اند. در فصل سوم كاربرد الكترونيك ديجيتال در كنترل فرآيندهاي صنعتي به‌صورت خلاصه موردبررسی قرارگرفته است. با توجه به این‌که سیگنالهای حسگرهای مختلف در یک سیستم ابزار دقیق معمولاً به‌صورت آنالوگ هستند، به‌منظور پردازش آن‌ها توسط پردازنده‌های دیجیتال لازم است ابتدا توسط مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال به دادههاي ديجيتال تبديل شوند، از طرف دیگر دادههاي خروجي معمولاً می‌بایست توسط مبدل های دیجیتال به آنالوگ به عملگرهاي كنترلي ارسال شوند. به همين منظور در این فصل در مورد اصول كاركرد اين تجهيزات و روش‌های مختلف استفاده‌شده در آن‌ها توضیحاتی ارائه‌شده است. منطق كلي كنترل ديجيتال و انواع مقايسه کننده‌ها و مبدل‌های آنالوگ به فركانس، موارد دیگری می‌باشند که در این فصل به آن‌ها پرداخته‌شده است
در ادامه کتاب و در چهارفصل پایانی مبانی اندازهگیری کمیت‌های مهم صنعتی موردتوجه قرارگرفته است. درصورتی‌که پوشش کاملی از کمیت‌های مهندسی مورداندازه‌گیری در صنعت مدنظر قرار گیرد بایستی به کتابهای مرجع در این زمینه مراجعه نمود. بدین دلیل در این کتاب تنها کمیت‌های نیرو گشتاور و فشار در فصل چهارم، کمیت‌های جابهجایی، سرعت و شتاب در فصل پنجم، اندازهگیری دما در فصل ششم و اندازهگیری دبی سیال در فصل هفتم موردبررسی قرارگرفته است. به تجربه ثابت‌شده است بیش از این محتوی را نمی‌توان در طول یک نیمسال تحصیلی مورد تدریس قرارداد. به‌منظور تکمیل مطالب درس و تحقیق بر روی روش‌های اندازهگیری سایر کمیت‌های مهم صنعتی، پروژه‌های درسی تدوین‌شده است که توسط دانشجویان به انجام رسیده است
Author Short Biography
Hamid D. Taghirad is currently a professor and the dean of Faculty of Electrical and Computer Engineering, Department of Systems and Control, and the founder of the Advanced Robotics and Automated System (ARAS) at K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran. He has been involved in numerous robotics industrial projects on the design and implementation of industrial robots, robotic cells, and currently on an industrial cable-driven parallel manipulator. He has also participated in joint international collaborations in the field of robotics. Dr. Taghirad was the founder and a member of the board of the Iranian Society of Mechatronics (ISM) and is currently a member of the board of the Iranian Robotics Society (IRS), editor in chief of Mechatronics Magazine, and a member of the editorial board of the International Journal of Robotics: Theory and Application. He also served as an organizing committee member of many international conferences, including the International Conference on Robotics and Mechatronics (ICRoM). His publications include five books and more than 190 papers in peer-reviewed international journals and conference proceedings.
فهرست عناوین
فصل 1- مقدمه
1-1- پیش گفتار
1-2- معرفی سیستم‌های ابزار دقیق
1-2-1- اجزای متداول در صنعت
1-3- كاربرد سيستمهاي ابزار دقیق
1-3-1- تحليل مهندسي
1-3-2- پایش فرآيندهاي صنعتي
1-3-3- كنترل خودكار فرآيند
1-4- خطا در سیستم‌های ابزار دقيق
1-5- معیارهای مهم در سیستم‌های ابزار دقیق
1-5-1- صحت و دقت
1-5-2- انواع خطا
1-5-3- تفکیک‌پذیری
1-5-4- تکرارپذیری
1-5-5- ساير مشخصات حسگرها
1-6- معرفي حسگرهاي مورداستفاده در مبدل‌های صنعتي
1-6-1- پتانسیومترها
1-6-2- ترانسفورمر تفاضلي
1-6-3- کرنش‌سنج مقاومتي
1-6-4- حسگرهای خازني
1-6-5- حسگرهای پيزوالكتريك
1-6-6- حسگرهای پيزو مقاومتي
1-6-7- حسگرهای فتوالکتریک
1-6-8- آشكارساز مقاومتي حرارت (RTD)
1-6-9- ترميستور
1-6-10- ترموكوپل
1-6-11- حسگرهاي زمان و فركانس
1-7- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
فصل 2- مدارهاي بهسازي
2-1- مقدمه
2-1-1- تبديل سطح و باياس سيگنال
2-1-2- خطي سازي
2-1-3- تبديل سيگنال
2-1-4- فيلتر كردن و تطابق امپدانس
2-1-5- تأثیر بارگذاري
2-2- مدارهای بهسازي غیرفعال
2-2-1- تقسيم ولتاژ
2-2-2- مدار پل
2-2-3- پل وتستون
2-3- فيلترهاي غیرفعال
2-3-1- فيلتر RC پايين گذر
2-3-2- فيلتر RC بالا گذر
2-3-3- فيلتر میان‌گذر
2-3-4- فيلترهاي ميان قطع
2-4- مدارهاي فعال مورداستفاده در سيستمهاي ابزار دقيق
2-4-1- تعقيب كننده ولتاژ
2-4-2- تقویت‌کننده معكوس ساز
2-4-3- تقویت‌کننده جمع كننده
2-4-4- تقویت‌کننده مستقیم
2-4-5- تقویت‌کننده تفاضلي
2-4-6- مبدل ولتاژ به جريان
2-4-7- مبدل جريان به ولتاژ
2-4-8- مدار انتگرال گير
2-4-9- مدار مشتق گير
2-4-10- تعقیب كننده ولتاژ
2-4-11- تقویت‌کننده‌های غيرخطي
2-4-12- تقویت‌کننده‌های ابزار دقیق
2-5- راهنماي طراحي مدارهاي بهسازي
2-6- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
فصل 3- مباني نمونه‌برداری در سیستم‌های ابزار دقیق
3-1- مقدمه
3-2- بلوک‌های ديجيتال
3-3- مبدل‌ها
3-3-1- مقايسه کننده‌ها
3-3-2- مبدل‌های ديجيتال به آنالوگ
3-3-3- مبدل‌های آنالوگ به ديجيتال
3-3-4- ثبت و ضبط نمونه‌ها
3-3-5- مبدل‌های ولتاژ به فرکانس
3-4- دستگاه‌های مدیریت داده
3-4-1- مالتي پلکسر آنالوگ
3-4-2- مالتي پلکسر ديجيتال
3-5- پردازنده مرکزی
3-6- مبانی نمونه‌برداری و بازسازی سیگنال
3-6-1- قضیه نمونه‌برداری شانون
3-6-2- تداخل
3-6-3- سیگنالهای شناسایی سیستم
3-7- نویز
3-7-1- راه‌هاي انتقال نويز خارجي
3-7-2- نويز داخلي
3-7-3- كم كردن اثر نويز داخلي
3-7-4- كاربرد‌هاي فيلترها در ابزار دقيق
3-8- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
فصل 4- سیستم‌های اندازهگیری نيرو، گشتاور و فشار
4-1- مقدمه
4-2- تنش و کرنش
4-2-1- تعاریف
4-2-2- رابطه تنش و کرنش
4-3- کرنش‌سنج‌ها و تنش سنج‌ها
4-3-1- اصول و نحوه استفاده
4-3-2- نحوه نصب کرنش‌سنج‌ها
4-3-3- انواع کرنش‌سنج و تنش سنج
4-4- اندازهگیری نیرو
4-4-1- نیروسنج نوع بازویی
4-4-2- مبدل نیرو نوع تیر
4-4-3- نیروسنج نوع حلقهای
4-5- اندازهگیری گشتاور (گشتاورسنج)
4-5-1- گشتاورسنج تک‌محوره
4-5-2- اندازهگیری توأم نیرو و گشتاور در یک امتداد
4-5-3- اندازهگیری توأم نیرو در یک محور و گشتاور در دو محور
4-6- مبدل فشار
4-6-1- اصول و تعاریف مربوط به فشار
4-6-2- فشارسنج نوع جابهجایی
4-6-3- فشارسنج نوع دیافراگمی
4-6-4- فشارسنج‌های نوع پیزوالکتریک
4-6-5- حسگرهای خلاءسنجی
4-6-6- کلید فشار
4-7- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
فصل 5- اندازهگیری جابهجایی، سرعت و شتاب
5-1- مقدمه
5-2- روابط سينماتيكي
5-3- اندازهگیری جابهجایی
5-3-1- پتانسیومترهای مقاومتی
5-3-2- وسایل اندازهگیری جابهجایی چند مقاومتی
5-3-3- جابهجایی سنج نوع تغییر مقاومت در اثر کرنش
5-3-4- جابهجایی سنج‌های اندوکتانس متغیر
5-3-5- جابهجایی سنج‌های خازنی
5-3-6- حسگر اثر هال
5-3-7- مبدل‌های جابهجایی فتوالکتریک
5-3-8- انکودرهای نوری
5-4- اندازهگیری سرعت
5-4-1- مبدل سرعت خطی
5-4-2- مبدل سرعت زاویه‌ای
5-4-3- تاکومتر
5-4-4- مبدل سرعت شمارشی
5-5- حسگر اثر داپلر
5-5-1- توضیح کیفی اثر داپلر
5-5-2- اثر داپلر در سرعت سنجی
5-6- مبدل‌های سايزميك
5-6-1- مبانی مبدل‌های سایزمیک
5-6-2- مبدل جابه جایی سایزمیک
5-6-3- مبدل سرعت سایزمیک
5-6-4- مبدل شتاب سایزمیک
5-7- مبدّلهای سرعت پیزو
5-8- اندازهگیری شتاب
5-8-1- اصول شتاب سنجی
5-8-2- شتاب سنج پیزوالکتریک
5-8-3- منابع خطا در مبدل‌های پیزوالکتریک
5-8-4- شتاب سنج‌های پیزومقاومتی
5-8-5- شتاب سنج‌های خازنی
5-8-6- شتاب سنج‌های خازنی MEMS
5-8-7- شتاب سنج‌های خازنی شانه‌ای
5-9- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
فصل 6- اندازهگیری دما
6-1- مقدمه
6-2- تر مومترهای مقاومتی
6-3- ترمیستورها
6-4- ترموكوپل
6-4-1- اثرات ترموالکتریک
6-4-2- خصوصیات ترموکوپل
6-4-3- مواد ترموالکتریک
6-5- دماسنج‌های تشعشعی (پیرومتری)
6-5-1- مقدمه
6-5-2- اصول اندازهگیری تشعشی دما
6-5-3- پیرومتر نوری
6-5-4- دماسنج‌های آشکارساز فوتونی
6-6- ساير حسگرهاي دما سنجي
6-6-1- دماسنج‌های دوفلزی
6-6-2- دماسنج‌های جیوه‌ای
6-6-3- دماسنج‌های فشاری
6-7- طراحي سیستم‌های اندازهگیری دما
6-8- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
فصل 7- اندازهگیری دبی سیال
7-1- مقدمه
7-2- اندازهگیری سرعت جريان سيال
7-2-1- لوله‌های پیتو در سیال تراکم ناپذیر
7-2-2- لوله‌ی پیتو در سیال تراکم‌پذیر
7-2-3- آنیمومترهای سیم و فیلم داغ
7-2-4- روتامتر مبدل سرعت با استفاده از نیروی پسا
7-2-5- جریان‌سنج‌ها
7-2-6- دبی سنجی‌های توربینی
7-2-7- دبی سنج‌های ماوراء صوت
7-3- دبی‌سنجی در سیستم‌های بسته توسط اندازهگیری فشار
7-3-1- دبی سنجی ونتوری
7-3-2- دبی‌سنج نازل
7-3-3- اریفیس
7-3-4- دبی‌سنج زانویی
7-4- دبی‌سنج در سیستم‌های نیمه‌بسته
7-5- دبي سنجي در کانال‌های باز توسط اندازهگیری اختلاف فشار
7-5-1- دریچهی سلوس
7-5-2- مانع ویر
7-6- دبي سنجي سيال تراكم پذير در سیستم‌های بسته
7-7- روش‌های دیگر اندازهگیری جریان سیال
7-7-1- دبی سنج‌های کاپیلاری
7-7-2- مبدل‌های دبی جرمی از نوع فیلم داغ
7-7-3- آنیمومترهای لیزر – داپلر
7-8- جمع‌بندی
مسائل
مراجع
پیوست الف: واحدهای مهندسي
پیوست ب: جدول‌های دماسنج‌های مختلف
ب- 1- جدول‌های ترموکوپل‌ها
ب-2- جدول های مشخصات ترميستورها
ب-3 جدول های مشخصات RTD
واژه نامه فارسي به انگليسي
واژه نامه انگليسي به فارسي
فهرست راهنما