توضیحات

عبارتهای تنش و کرنش غالباً در موقع استفاده با یکدیگر اشتباه می شوند و بنابراین لازم است در اینجا تعریف روشنی از این در کلمه بیان شود.
کرنش نتیجه تنش است و به صورت تغییر نسبی ابعاد یک شی بیان می شود، بدین معنی که تغیر بعد تقسیم بر بعد اصلی می شود، به گونه ای که به عنوان مثال، از نظر طولی کرنش تغییرات طول تقسیم بر طول اصلی است. این کمیتی است که یک عدد خالص بوده و حاصل تقسیم یک طول بر طول دیگر است و بنابراین دیمانسیون فیزیکی ندارد.
کرنش به روشی مشابه تغییر کمیت تقسیم بر کمیت اصلی را می توان برای اندازه گیری های سطح و یا حجم تعریف کرد به عنوان مثال، کرنش سطح، عبارتست از تغییر سطح تقسیم بر سطح اصلی و کرنش حجم، تغییرات حجم تقسیم بر حجم اصلی است.

۳۶۰صفحه فایل ورد (Word) فونت ۱۴ منابع و شکل دارد

پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید 

فهرستمطالب
عنوان صفحه
فصل ۱: کرنش و فشار ۱
• کرنش مکانیکی ۲
• تداخل سنجی ۹
• روشهای فیبر نوری ۱۳
• گیجهای فشار ۱۴
• فشار گازی کم ۲۱
• گیجهای یونیزاسیون ۲۳
• استفاده از ترانسدیوسر ۲۶
فصل ۲: موقعیت ، جهت ، فاصله و حرکت ۲۸
• موقعیت ۲۹
• جهت ۳۰
• اندازه گیری فاصله – مقیاس وسیع ۳۹
• فاصله پیموده شده ۴۱
• سیستمهای شتاب سنج ۵۰
• دوران ۵۶
فصل ۳: سنسورهای دما و ترانسدیوسرهای حرارتی ۶۸
• گرما و دما- ۶۹
فهرستمطالب
عنوان صفحه
• نوار بی متال ۷۰
• انبساط مایع و گاز ۷۴
• ترموکوپلها ۷۶
• سنسورهای مقاومت فلزی ۸۵
• ترمیستورها ۹۲
• تشخیص انرژی گرمایی تابشی ۹۹
• آشکارسازهای پایروالکتریک ۱۰۰
• ترانسدیوسرهای حرارتی ۱۰۳
• ترانسدیوسرهای حرارتی به الکتریکی ۱۰۵
فصل ۴: جامدات ، مایعات و گازها ۱۰۸
• جرم و حجم ۱۰۹
• سنسورهای الکترونیک ۱۱۰
• آشکارسازهای مجاورتی ۱۱۵
• سطح مایعات ۱۳۰
• سنسورهای جریان مایع ۱۳۳
• زمان سنجی ۱۳۷
• گازها ۱۴۱
فهرستمطالب
عنوان صفحه
• ویسکوزیته (گران روی) ۱۴۵
فصل ۵: فرآیندها ۱۷۴
• فرآیندهای صنعتی ۱۷۵
• بررسی رفتارهای کلی فرآیندهای صنعتی ۱۹۴
• روشهای عملی تعیین تابع تبدیل فرآیندها ۲۰۶
فصل ۶: کنترل کننده ها ۲۲۰
• کنترل کننده ها ۲۲۱
• کنترل کننده ها از نظر انرژی محرکه ۲۲۱
• کنترل کننده ها از نظر قانون کنترل ۲۲۲
• اصل کلی ایجاد عملیات در کنترل کننده ها ۲۳۶
• کنترل کننده های الکتریکی ۲۳۷
• کنترل کننده های بادی ۲۴۲
• کنترل کننده های هیدرولیکی ۲۶۱
• انتخاب کنترل کننده ها ۲۹۰
• تنظیم کنترل کننده ها ۲۹۴
• جبرانسازی در سیستمهای کنترل صنعتی ۳۰۷
فصل ۷: عناصر نهایی و محرک ها ۳۱۹
فهرستمطالب
عنوان صفحه
شیرها ۳۲۱
• محرک ها ۳۲۹
• تثبیت کننده شیر ۳۴۳
• شیرهای مخصوص ۳۴۸
• تقویت کننده ها ۳۵۳
• مراجع ۳۵۸

در مقابل، تنش، عبارتست از تقسیم مقدار نیرو بر مقدار سطح. همانگونه که درمورد یک سیم و یک میله در تنش کششس و یا فشای ، بهعنوان مثال، تنش کششی عبارت از نیروی وارده تقسیم بر سطحی که نیرو به آن وارد می شود که آن سطح،سطح مقطع سیم و یا میله است. درمورد موادی مانند مایعات و یا گازها، که می توانند در تمام جهات به طور یکنواخت فشرده شوند، تنش کلی نیرو بر واحد سطح است که همان فشار وارده است و کرنش تغییر حجم تقسیم بر حجم اصلی است. عمومی ترین ترانسدیوسرهای کرنش از نوع تنش مکانیکی کششی (Tensile mechanical stress) هستند. اندازه گیری کرنش، اجازه می دهد که مقدار تنش با دانستن مدول الاستیک (Elastic modulus) قابل محاسبه باشد. تعریف هر نوع از ضریب کشسانی کرنش/ تنش است (که دارای واحد تنش است،چون کرنش واحد فیزیکی ندارد) و کاربردی ترین مدول الاستیک ، مدول خطی یانگ ، مدول برشی (پیچش)و مدول بولک (فشار) است.
برای مقادیر کوچک کرنش مقدار کرنش متناسب با تنش است و مدول الاستیک کمیتی است که نسبت کرنش/ تنش را در ناحیه الاستیک، بیان می کند، (قسمتی از نمودار کرنش- تنش که خطی است) به عنوان مثال مدول یانگ نسبت کرنش کششی/ تنش کششی، به طور نمونه برای هر ماده به شکل سیم اندازه گیری می شود (شکل ۱-۱) روش اندازه گیری کلاسیک، هنوز هم در آزمایشگاه مدارس مورد استفاده قرار می گیرد و درآن از یک زوج سیم بلند استفاده می شود، که یکی از آنها به بار وصل شده و به سیم دیگر یک ورنیه مدرج نصب می شود.
آشکارسازی و تبدیل تنش کششی در برگیرنده اندازه گیری تغییرات خصی کوچک طول یک نمونه است. این به وسیله اثر تغییرات دما، که ایجاد انبساط و یا انقباض می‌کند کامل می شود. برای تغییرات حدود صفر تا ۹۰ درجه سانتیگراد که دمای محیط اطراف ماست، انبساط و انقباض طول در همان حدود اندازه تغییراتی که توسط مقادیر زیادی فشار ایجاد می شود خواهد بود. بنابراین هر سیستمی برای آشکار سازی و اندازه گیری کرنش بایستی به نحوی طراحی شود که اثرات دما بتواند جبران سازی شود.
قوانینی که برای آشکار سازی کرنش خطی و یا سطحی استفاده می شود پیزورزیستیو و پیزو الکتریک نامیده می شوند.
معمول ترین روش اندازه گیری کرنش با استفاده از استرین گیجهای مقاومتی محقق می شود. یکاستریم گیج مقاومتی شامل یک ماده هادی به شکل یک سیم و یا نوار نازک است که به صورتی محکم به مادهای که کرنش آن بایستی آشکار شود متصل شده است. این ماده ممکن است دیوار یک ساختمان، تیغه یک توربین، قسمتی از یک پل، هر چیزی باشد که درآن تنش اضافی بتواند اغتشاش تهدید کننده ای آشکار کند. محکم کردن ماده مقاومتی معمولاً توسط رزینهای اپوکسی (مانند آرالدیت) انجام میگیرد، چون این مواد بسیار محکم هستند و عایقهای الکتریکی نیز به شمار می روند. سپس نوار استرین گیج به عنوان ییک از بازوهای مدار پلی مقاومتی به مدار وصل می شود (شکل ۱-۲) این یک مثال در مورد قانون پیزورزیستیو است، چون برای آشکار سازی از تغییر مقاومتی که به دلیل تغییر شکل ساختمان کریستالی ماده حاصل شده است استفاده می شود.
می توان با استفاده از یک استرین گیچ در ثل مقاومتی به طوری که تحت کرنش قرار نگرفته باشد به گونه ای مقایسه ای اثر تغییرات دما را به حداقل رسانید. این اقدام نه تنها به خاطر اینکه ابعاد ماده مورد بررسی در نتیجه تغییرات دما تغیر خواهد کرد بلکه به این دلیل است که خود مقاومت عنصر استرین گیچ نیز تغییر خواهد کرد. با استفاده از دو استرین گیچ یکسان، که یکی از آنها تحت کرنش نباشد، در مدارپل، این تغییرات در مقابل یکدیگر می توانند متعادل شوند و باعث شود تنها تغییرات مربوط به کرنش آشکار شوند. حساسیت این نوع سنجه، که غالباً سنجه پیزورزیستیو نامیده شده، تحت عنوان فاکتور گیج اندازه گیری می شود. این مفهوم به عنوان نسبت تغییرات مقاومت به تغییرات کرنش معرفی می شود و به طور معمول برای سنجه از نوع سیم فلزی در حدود ۲ و برای نوع نیمه هادی آن حدود ۱۰۰ است.

شکل ۱-۲ استفاده از استرین گیج- (a) شکل فیزیکی یک استرین گیج (b) یک مدار پل اندازه گیری برای استفاده استرین گیج. با استفاده از یک سنجه فعال (تحت کرنش) و یک سنجه غیر فعال (بدون قرار گرفتن تحت کرنش) در یک بازوی پل، چنانچه هر دو گیج به طور یکسان تحت تاثیر دما قرار گیرند، اثرات دما جبران سازی می شود. دو سنجه معمولاً به صورت پهلو به پهلو قرار می گیرند اما تنها یک سنجه به طور محکم به سطح تحت کرنش وصل می شود.

همان گونه که اعداد فاکتور در بالا نشان می دهند تغییر مقاومت یک گیج که با استفاده از المنتهای سیم مرسوم ساخته می شوند (که عمدتاً از جنس سین نیکرن نازک هستند) خیلی کوچک است.
به دلیل اینکه مقاومت یک سیم متناسب به طول آن است، تغییرات نسبی مقاومت با تغییرات نسبی طول خواهد بود، بهطوری که تغییرات کمتر از ۱/۰% قابل آشکارسازی است. چون مقاومت در مقایسه با مقاومت اتصالات در مدار خیلی کوچک باشد و این امر در موقع اندازه گرفتن مقدار کرنشهای کوچک، اندازه گیری را غیر مطمئن سازد. استفاده از نوار نیمه هادی به جای سیم فلزی اندازه گیری را بسیار آسانتر می کند، چون مقاومت چنین نواری به مقدار قابل توجهی بزرگتر خواهد بود و به دنبال آن، تغییرات مقاومت نیز به میزان قابل توجهی می تواند بزرگتر باشد و باستثنای کاربردهایی که درآنها دمای المنت بالا است (به عنوان مثال، تیغه های توربین گازی)، استرین گیج از نوع نیمه هادی ترجیح داده می شود.بستن و ثابت کردن آن همانند نوع فلزی است و ماده نیمه هادی توسط یک لایه غیر فعال محافظ از آلودگی فضای اطراف به وسیله اکسیداسیون روی است و ماده نیمه هادی توسط یک لایه غیر فعال محافظ از آلودگی فضای اطراف به وسیله اکسیداسیون روی سطح محافظت می شود این نکته بسیا ربا اهمیت است، چون اگر اتمسفر اطراف المنت گیج، لایه اکسید را از بین ببرد. آنگاه قرائتهای گیج تحت تاثیر عوامل شیمیایی قرار خواهند گرفت، درست همانگونه که تحت تاثیر کرنش قرار می گیرند و در نتیجه اندازه گیریها قابل اعتماد نخواهند بود.
استرین گیجهای پیزوالکتریک در مواردی که اندازه گیری در مدت زمان کوتاه انجام می شود و یا اینکه مقادیر آنها سریعاً تغییر می کنند مفید هستند. یک ماده پیزوالکتریک، ماده ای است که وقتی کریستال آن تحت کرنش قرار می گیرد، یونهای آن به صورت غیر متقارن حرکت می کنند، به گونه ای که بین دو صفحه کریستال EMF تولید می شود (شکل ۱-۳) اگر کریستال به مقدار خیلی زیاد تحت کرنش قرار گیرد، می تواند EMF بسیار زیادی، حتی در حدود چند kV ایجاد کند.

شکل ۱-۳ قوانین کریستال پیزوالکتریک . شکل کریستال مکعبی نیست، ولی برای ساده تر کردن مفهوم، جهت اثرات روی یک مکعب نشان داده شده اند. بیشترین اثر الکتریکی روی وجوهی از مکعب به دست می آیند که جهت آنها عمود بر وجوهی است که نیرو اعمال می شود. محور رسوم محور نوری نامیده می شود به دلیل اینکه نوری که در این جهت به کریستال تابانیده می شود بیشتر از جهات دیگر تحت تاثیر پلاریزاسیون قرار می گیرد.

به طوریکه گیج بتواند حس کند، اماآمپدانس خروجی خیلی زیاد و معمولآً خازنی اصست. شکل ۱-۴ مدار معادل الکرتیکی و شکل ۱-۵ پاسخ فرکانسی یک کریستال کوارتز اطارف فرکانسهای رزونانس اصلی را نشان می دهد. خرو……………………….

لودسلها
لودسلها در سیستمهای توزین الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند. یک لودسل عبارت است از یک ترانسدیوسر نیرو که نیرو یا وزن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. اساساً، لودسل از یک مجموعه استرین گیج تشکیل شده است، که معمولآً چهار عدد هستند و به صورت مدار پل و ستون وصل شده اند. خروجی مدار پل ولتاژی است که مقدار آن متناسب با نیروی وارده به لودسل است. خروجی ولتاژ مورد نظر یا به طور مستقیم پردازش می شود و یا اینکه ابتدا دیجیتایز شده سپس آماده پردازش می شود.

۱-۲- تداخل سنجی
روش دیگری برای اندازه گیری کرنش که دارای امتیازات قابل توجهی نیز هست و حساسیت مناسبی هم دارد روش تداخل سنجی است. اگرچه وصول این روش کاملاً قدیمی است، اما استفاده علمی از آن تا زمانی که لیزرهای مناسب و تجهیزات وابسته به آن، به همراه شیوه های الکترونیک کاربردی قرائت اندازه گیری رایج نشده بود به عهده تعویق افتاد.
قبل از آنکه بخواهیم استرین گیج از نوع تداخل سنج لیزری را تشریح کنیم، لازم است اصول تداخل موج و مشکلات آن وقتی موجهای تداخلی از نوع نور هستند را بدانیم.
پدیده تداخل در همه انواع امواج روی می دهد (شکل ۱-۷) وقتی دو بار با یکدیگر تلاقی می گنند و با یکدیگر همفاز هستند (پیکهای هم علامت یکدیگر را تقویت می کنندن)، نتیجه این تداخل، موجی با دامنه بزرگتر است که یک موجب تقویت شده است. این نوع تداخل، تداخل فزاینده دامنه نامیده می شود. اگر چنانچه دو موجب با فازهای مخالف هم با یکدیگر تداخل کنند، مجموع دو موج یا دارای دامنه صفر خواهد بود یا اینکه دامنه آن کوچه خواهد بود و تداخل آن کاهنده دامنه نامیده می شود. تغییر تداخل……………….

۱-۳روشهای فیبر نوری
پیشرفتهای تکنیکی در رابطه با تولید و استفاده فیبرهای نوری، باعث شده است که از این وسایل بریا اندازه گیری تغییرات فاصله استفاده شود. فیبر نوری (شکا ۱-۹) از لایه های شیشه ای تشکیل شده است به طوری که لایه های بیرونی دارای ضریب شکست بیشتری نسبت به لایه های داخلی است به دلیل اثر انعکاسی کلی داخلی، ساختار فوق باعث باعث می شود که شعاع نوری، داخل فیبر به دام بیفتد (شکل ۱-۱۰). زمانی که یک شعاع نوری یک مسیر مستقیم را داخل فیبر طی می کند، تعداد انعکاسات داخلی کوچک خواهد بود، اما اگرفیبر خمیده شود، آنگاه تعداد انعکاسها به طور قابل توجهی افزایش می یابد و این امر باعث می شود مسیر پیموده شده توسط نور افزایش یابد. بنابراین زمان مورد نیاز برای عبور مسیر پیموده شده تغیر یافته و به دنبال آن فاز تغییر می کند این تغییر فاز را می توان با نوع چیدمان همانند شکل ۱-۱۱ برای آشکارسازی تغییرات کوچک مورد استفاده قرار داد. دو عدد آرواره ، همانطوری که با هم حرکت می کنند، باعث می شوند فیبر نوری به شکل زیگزاگ مانند درآید که درآن شعاع نوری در فیبر چندین بار منعکس خواهد شد.
فاصله اضافی پیموده شده توسط شعاع نوری باعث ایجاد تاخیری می شود که با تداخل سنجی، با استفاده از یک شعاع نوری دیگر از یک فیبر بات همان مشخصات ضریب شکست قابل آشکار سازی است. به دلیل اینکه ارتباط ساده ای بین مقدار حرکت و مقدار تاخیر حرکت نور وجود ندارد، سنسور را بایستی در کل محدوده کاری مربوط به آن کالیبره و تنظیم کرد.

شکل ۱-۹ ساختمان فیبر نوری، فیبر نوری یک م.اده منفرد نیست بلکه از جنس شیشه یا (با فواید کمتر) از جنس پلاستیک است. این مواد دارای خواص متفاوتی هستند و محدود شکست نور در آنها متفاوت است (قابلیت شکست) به طوری که هر شعاع نوری که از محل اتصال بین مواد فیبر به داخل فیبر نفوذ گند، متوالیاً منعکس می شود و بنابراین داخل فیبر به دام می افتد.

شکل ۱-۱۰- انعکاس داخلی کلی (a) زمانی که یک شعاع نوری از یک محیط با غلظت بیشتر (با قابلیت شکست بالاتر)به یک محیط که دارای چگالی نروی کمتر است (قابلیت شکیت نور درآن کمتر است) وارد می شود، مسیر شعاع نوری از خط عمود بر سطح مشترک دو محیط دور می شود (b) اگر تغییر زاویه شعاع نوری تابیده شده ادامه یابد شعاع نوری که به محیط با چگالی کمتر وارد می شود تقریباً به موازات سطح مشترک دو محیط نزدیک می شود ( c) ادامه تغییر زاویه شعاع تابش باقی می ماند. استفاده از دو نوع شیشه در یک فیبر نوری این اطمینان را می دهد که سطح انعکاس همواره بین دو شیشه با ضریب شکست معین بوده وشیشه بیرونی دارای شکست کمتری نسبت به شیشه داخلی است و بنابراین همواره بازتایش کلی رخ می دهد.

۱-۴ گیجهای فشار
فشار در یک مایع یا یکی گاز به معنی مقدار نیروی وارده از طرف گاز یا مایع بر واحد سطح است. فشار و تنش مکانیکی هر دو واحد اندازه گیری مشابه هستند و در مورد مواد جامد، کمیت سطح/ نیرو همواره به جای اینکه به عنوان فشار معرفی شود تنش نامیده می………………..

۱-۵ فشار گازی کم
اندازه گیری فشار گازی کم یک موضوع تخصصی تر است. فشارهایی که فقط بهمقدار کمی پایین تر از فشار اتمسفر تا حدود kPa 100 را می توان توسط همان وسایلی که در مورد فشارهای بالا استفاده می شوند اندازه گیری کرداما اگر فشار مورد اندازه گیری خیلی پایین، به عنوان مثال در محدوده خلاء باشد، روشهای فوق کاملاً بالا استفاده هستند. حسگرهای فشار و ترانسدیوسرهایی که برای این محدوده اندازه گیری به کار می روند اغلب به نام گیجهای خلاء معروفند و بسیاری از این گیجها هنوز به واحد میلیمتر جیوه کالیبره و تقسیم بنده شده اند وتبدیل واحد به این صورت که هر mm1 جیوه برابر با Pa3/133 پاسکال است. ناحیه زیاد در محدوده mm 3-10 (حدود ۱۳۳ پاسکال تا ۱۳/۰ پاسکال ) و گیج یونی (ion) برای اندازه گیری فشارهای خیلی پایین تا حدود mm 9-10 و یا Pa 4-10 *3/1، از همه معروفترند. منتخبی از روشهای اندازه گیری در جدول ۱-۲ نشان داده شده است.

جدول ۱-۲ انواع گیجهای خلاء و محدوده تقریبی فشار در آنها

 همه هدهای گیجهای خلاء را پس از تعویض حتماً بایستی مجدداً کالیبره کرد.
گیج پیرانی که به نام مخترع آن نام گذاری شده است از این اصل پیروی می کند که در محدوده وسیعی از فشارهای کم، هدایت حرارتی گاز ها متناسب با فشار گاز کاهش پیدا میکند.گیج فوق دارای یک سیم المنت گرم وی………………..

۱-۶ گیجهای یونیزاسیون
برای اندازه گیری فشارهای خیلی کم و یا خلاء زیاد، همواره از انواع مشخصی از گیجهای یونیزاسیون استفاده می شود. گیجهای مختلفی از این نوع وجود……………

-۱ فرآیندهای صنعتی
کنترل یعنی تحت اختیار درآوردن پدیده ها و فرآیندها و مراد از کنترل صنعتی، تحت اختیار درآوردن فرآیندهای صنعتی بعنوان پدیده مورد نظر می باشد. در واقع برای کنترل و مهار یک پدیده قبل از هر چیز می باید آن پدیده را شناخت و با رفتارهای آن آشنا شد.
رفتار یک فرآیند با تایع تبدیل آن کاملاً مشخص می گردد، تابع تبدیل یک پروسه نسبت به خروجی به ورودی پروسه درحوزه لاپلاس می باشد. در شکل (۵-۱) مفهوم تابع تبدیل یک فرآیند نمایش داده شده است در اینجا C(s), R(s) به ترتیب ورودی و خروجی فرآیند در حوزه لاپلاس می باشند و T(s) نیز تابع فرایند تبدیل فرآیند است.

شکل ۵-۱ نمایش مفهوم تابع تبدیل

مثلاً هر گاه مطابق شکل ۵-۲ هدف، کنترل سرعت یک جرم (پروسه) توسط نیروئی که به آن اعمال می گردد باشد، رابطه بین ورودی (نیرو) و خروجی (سرعت) بصورت زیر بدست می آید:

که در این حالت تابع تبدیل می باشد.
در این بخش به معرفی چندین پروسه متداول و معمول در صنعت می پردازین و توابع تبدیل آنها را با تقریب قابل قبول، بگونه ای که پاسخگویی نیازهای طراحی در کنترل صنعتی باشند بدست خواهیم آورد.

۵-۱-۱ فرآیندهای حرارتی
پروسه‌های حرارتی اصطلاحاً به فرآیندهائی اطلاق می گردند که در آنها انرژی حرارتی از یک محیط به محیط دیگر منتقل می شود. مانند کوره ها ، خشک کن ها، دیگ های آبگرم و بخار و سردخانه ها و … مدل کلی که برای اینگونه پروسه ها می توان ارائه داد مطابق شکل ۵-۳ می باشد.

در یانمدل T1 دمای محیط گرما دهنده و T2 دمای محیط گرما گیرندهاست و تبادل حرارتی فقط از طریق سطح A انجام می شود. بدیهی است که جریان حرارتی از محیط گرم به محیط سرد متناسب با اختلاف دمای دو محیط است و به ازای یک اختلاف دمای ثابت هر چه سطح تماس و ضریب انتقال حرارت از مرز بزرگتر باشند، جریان حرارتی شدیدتر خواهد بود. یعنی :
(۵-۱)
در این رابطه:
Q= اندازه جریان حرارت A= سطح انتقال h= ضریب انتقال حرارت
T1 = دمای محیط گرم T2 = دمای محیط سرد
رابطه (۵-۱) را بصورت زیر نیز می توان نوشت:
(۵-۲)
در رابطه (۵-۲) RT را مقاومت حرارتی معادل می گوئیم . توجه میند که RT مشابه مقاومت الکتریکی است و در واقع رابطه (۵-۲) را می توان بصورت مدار الکتریکی مطابق شکل (۵-۴) نمایش داد:

شکل (۲-۴) مدار معادل الکتریکی مقاومت گرمائی

جریان حرارتی به جسم………………