سیستم پنوماتیک با هیدرولیک چه تفاوت هایی دارند ؟

این دو نوع سیستم هیدرولیک و پنوماتیک ، شباهت‌های زیادی با هم دارند و در اغلب موارد افراد کم‌اطلاع را به اشتباه می‌اندازند. در این مطلب ۵ تفاوت مهم این دو سیستم را برای شما به‌طور مختصر شرح خواهیم داد.

۵ تفاوت اصلی سیستم‌های هیدرولیک با سیستم‌های پنوماتیک شامل موارد زیر هستند:

۱- عنصر عامل (ماده اصلی عمل‌کننده)

عنصر عامل در سیستم‌های هیدرولیک «روغن هیدرولیک» (Hydraulic oil) است. روغن هیدرولیک یک سیال تراکم‌ناپذیر است. سیال تراکم‌ناپذیر سیالی است که آن‌را نمی‌توان فشرده کرد.

روغن هیدرولیک در انواع مختلفی وجود دارد که هریک برای کاربردهای خاصی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

اما عنصر عامل در سیستم‌های پنوماتیک «هوای فشرده» (Compressed air) است. هوا هم یک سیال (البته از خانواده گازها) است؛ به همین دلیل هوا، برخلاف روغن هیدرولیک، یک سیال تراکم‌پذیر است؛ یعنی می‌توان آن‌را فشرده کرد.

البته در موارد خاصی ممکن است به‌جای هوای فشرده از گازهای مخصوص دیگری در سیستم پنوماتیک استفاده شود.

۲- «مدارباز» یا «مداربسته»

سیستم‌های هیدرولیک به‌شکل یک سیکل بسته عمل می‌کنند. در سیستم‌های هیدرولیک یک تانک یا مخزن وجود دارد که روغن هیدرولیک در آن به‌مقدار معین نگهداری می‌شود.

پمپ‌ هیدرولیک روغن را از مخزن مکش می‌کند و به داخل سیستم ارسال می‌کند. این روغن پس از گردش در سیستم و انجام کار در عملگرها (سیلندر‌های هیدرولیک یا هیدروموتورها یا …) از طریق مسیرهای برگشت، دوباره به مخزن بر می‌گردد و بنابراین به شکل یک سیکل بسته یا یک مدار بسته عمل می‌کند. به همین دلیل سیستم‌های هیدروولیک را سیستم‌های «مداربسته» می‌نامند.

اما در سیستم‌های پنوماتیک موضوع متفاوت است. در سیستم پنوماتیک کمپرسورهایی وجود دارند که هوای محیط را مکش می‌کنند، آن را متراکم (فشرده) می‌کنند و سپس به داخل سیستم هدایت می‌کنند.

هوای فشرده پس از انجام کار در عملگرهای پنوماتیک (سیلندر‌ها یا موتورهای پنوماتیکی) از مجراهای خروجی که معمولاً در خود سیلندر یا در شیرهای کنترل‌کننده تعبیه شده است، به محیط تخلیه می‌شود و دوباره به سیستم بر نمی‌گردد!

این یعنی سیستم پنوماتیک یک سیستم «مدارباز» یا «سیکل‌باز» است. روی همین اصل در سیستم‌های پنوماتیک، مخازنی که مقدار معینی از هوا را نگهداری کنند (مثل مخازن هیدرولیک در سیستم‌های هیدرولیک) وجود ندارد.

۳- محدوده فشار کاری

در هر دو سیستم هیدرولیک و پنوماتیک با یک سیال سرو کار داریم. بنابراین یکی از پارامترهای مهم در این سیستم‌ها پارامتر «فشار کاری» سیستم است.

فشار کاری در این نوع سیستم‌ها معمولاً با واحد bar سنجیده می‌شود. سیستم‌های پنوماتیک معمولاً در رنج فشارهای کاری پایین‌تر مورداستفاده قرار می‌گیرند. به‌طور معمول سیستم‌های پنوماتیک برای فشارهای کاری تا حدود ۱۶bar مناسب‌ترند.

اما فشار کاری در سیستم‌های هیدرولیک معمولاً بسیار بالاتر از سیستم‌های پنوماتیک است. فشار در این سیستم ها از حدود ۵۰bar تا ۳۰۰bar را در بر می‌گیرد. همچنین در موارد خاصی از سیستم‌های هیدرولیک تا فشارهای کاری ۴۰۰bar ، ۷۰۰bar یا حتی بیشتر نیز می‌توان استفاده کرد.

۴- دستیابی به موقعیت دقیق برای عملگرها

عملگرهای نهایی در سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک در اغلب موارد همان سیلندر‌ها و موتورهای هیدرولیکی یا پنوماتیکی هستند. این عملگرها به‌کمک توان هیدرولیکی و پنوماتیکی کاری را در سیستم انجام می‌دهند.

به‌عنوان مثال در یک دستگاه بالابر هیدرولیک، عملگر سیستم، همان سیلندر (جک) هیدرولیک است که به کابین متصل می‌شود و آن‌را حرکت می‌دهد؛ یا در یک دستگاه پرس ظروف که با سیستم پنوماتیک عمل می‌کند، عملگر سیستم همان سیلندرها (جک)‌های پنوماتیکی هستند که قالب سنبه را بالا و پایین می‌برند تا عملیات پرس و شکل‌دهی ظروف انجام گردد.

در مثال بالابر، با توجه به اینکه سیستم محرک آن هیدرولیک است و روغن هیدرولیک تراکم‌ناپذیر است، حرکت سیلندر هیدرولیک را در موقعیت‌های مختلف کورس سیلندر (پوزیشن‌های مختلف) با دقت زیادی می‌توان تعیین کرد.

به‌عنوان مثال، اگر فرض کنیم ارتفاع کورس بالابر هیدرولیک، ۴ متر باشد، در ارتفاع‌های ۱ متری و ۲ متری و ۳ متری نیز می‌توانیم یک نقطه توقف برای بالابر تعیین کنیم. در این صورت، کابین بالابر با رسیدن به این نقاط، دقیقاً در نقطه تعیین‌شده توقف خواهد کرد.

اما درمورد سیلندر‌های پنوماتیک، نمی‌توان این کار را انجام داد. به‌دلیل تراکم‌پذیر بودن هوا، حرکت سیلندر پنوماتیک معمولاً همراه با نوسان و بریده‌بریده حرکت‌کردن است و توقف آن نیز با کمی تأخیر انجام خواهد شد.

بر همین اساس اگر در مثال بالابر، به‌جای سیلندر هیدرولیک، از سیلندر پنوماتیک استفاده کنیم، موقعیت‌های ۱ متری و ۲ متری و ۳ متری را نمی‌توانیم دقیقاً تعیین کنیم؛ چون احتمالاً سیلندر پنوماتیک فرضی ما دقیقاً در نقاط تعیین‌شده توقف نخواهد کرد و چه بسا از نقطه تعیین‌شده عبور کند!

این تفاوت، به‌دلیل تفاوت در ماهیت روغن هیدرولیک و هوای فشرده است. به‌یاد داشته باشید که روغن هیدرولیک یک سیال «تراکم‌ناپذیر» و هوای فشرده یک سیال «تراکم‌پذیر» است.

۵- کاربرد در صنایع تمیز و عاری از آلودگی

در صنایع غذایی و صنایع بهداشتی و دارویی، که تمیزبودن محیط، رکن اساسی آن‌ها است، معمولاً از سیستم‌های پنوماتیک استفاده می‌شود؛ چون سیستم‌های پنوماتیک از هوای فشرده استفاده می‌کنند که به‌طور طبیعی در محیط موجود است و آلودگی خاصی را هم به‌همراه ندارد.

اما در سیستم‌های هیدرولیک احتمال بروز آلودگی محیط به‌واسطه بروز احتمالی نشتی روغن از لوله‌ها و اتصالات و اجزای سیستم هیدرولیک به‌شدت وجود دارد؛ ازاین‌رو هیدرولیک گزینه مناسبی برای این‌گونه صنایع نیست.

تاریخچه  ترانزیـسـتـور

در اوایل سـال 1948 نخسـتین نمـونـه از یـک ترانزیـسـتـور (Transistor) که بدنه فلزی داشت در مجموعه آزمایشگاه های Bell ساخته شد. این ترانزیستور که قرار بود جایگزین لامپهای خلاء – الکترونیک – شود Type A نام گرفت.

این ترانزیستور که کاربرد عمومی داشت و بسیار خوب کار می کرد یکسال بعد به تعداد 3700 عدد تولید انبوه شد تا در اختیار دانشگاه ها، مراکز نظامی، آزمایشگاه ها و شرکت ها برای آزمایش قرار گیرد.

جالب آنکه این اختراع در زمان خود آنقدر مهم بود که هر عدد از این ترانزیستورها در بسته بندی جداگانه با شماره سریال و مشخصات کامل نگهداری می شد. همانطور که در شکل مشاهده می شود این ترانزیستور تنها دارای دو پایه بود. Collector و Emitter و پایه Base به بدنه فلزی آن متصل بود.

نمونه اصلاح شده بدنه پلاستیکی تولید ترانزیستورهای بدنه فلزی تا سال 1950 ادامه داشت تا اینکه در این سال در آزمایشگاه های Bell اولین ترانزیستور با بدنه پلاستیکی ساخته شد.

طبیعی بود که در اینحالت ترانزیستور می بایست سه پایه داشته باشد. اما به دلیل مشکلاتی که در ساخت این ترانزیستور وجود داشت تولید آن به حالت انبوه نرسید و در همان سال ترانزیستور های جدید دیگری با پوشش پلاستیکی جایگزین همیشگی آن شدند.

ترانزیـسـتـور بزرگترین اختراع بشر                                                                   

به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است.

تمامی پیشرفت های بشر که در مخابرات، صنعت حمل و نقل هوایی، اینترنت، تجهیزات کامپیوتری، مهندسی پزشکی و … روی داده است همگی مرهون این اختراع می باشد.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپهای خلاء – الکترونیک – شد و توانست همان خاصیت لامپها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد.

از مزیت ترازیستور نسبت به لامپ خلاء چه می دانید ؟ 

ترانزیـسـتـورهای نسل جدید

ترانزیـسـتـورهای جدید بجای بهره‌گیری از سیلیکون، با ایندیوم فسفاید (indium phosphide) و ایندیوم گالیوم آرسناید ( indium gallium arsenide) ساخته می‌شوند.

این مواد با هم ترکیب می‌شوند تا یک ماده سه لایه ایجاد شود که پایه ترانزیستورهای دوقطبی (bipolar) را تشکیل می‌دهد. هر ترانزیستور از سه قسمت ساخته می‌شود که عبارتند از امیتر، بیس و کلکتور.

تیم طراح می‌گوید که ساختار کلکتور را با افزودن ایندیوم، کریستاله می‌کنند تا هتروجانکشن سودومورفیک (pseudomorphic heterojunction) درست شود. این پیوند اجازه می‌دهد تا الکترونها آزادانه تر بین دو لایه حرکت کنند که در نتیجه این عمل، سرعت بالا حاصل می‌شود.

در سال 1971 میلادی اولین پردازنده شرکت اینتل به نام 4004 تعداد 2300 ترانزیستور داشت و30 سال بعد از آن پردازنده پنتیوم 4 تعداد 42 میلیون ترانزیستور داشت .

در طی این مدت استراتژی اصلی سازندگان تراشه ها برای ساختن پردازنده های سریعتر کوچکتر کردن ترانزیستورها بوده برای فعال کردن آنها در انجام اعمال تکراری و همچنین فعال کردن مدارهای بسیار پیچیده که درون یک طاس از جنس سیلیکون جاگذاری شده اند  .

بیشتر بخوانید : انواع ترازیستور 

نوآوری در خصوص ترانزیـسـتـور

در اواخر سال 2002 شرکت اینتل از نوآوری و پیشرفتهای محققانش در زمینه ساختمان ترانزیستورها و نمایاندن مواد جدید که به عنوان یک گام مهم در تلاش برای حفظ موازین قانون میکروچیپ و بهبود بخشیدن سرعت و راندومان قدرت و کاهش گرمای تولید شده در پردازنده خبرداد.

این ساختمان جدید که به عنوان یک به روز رسانی در پردازنده ها اضافه می شود به نام اینتل تراهرتز ترانزیستور می باشد و این به خاطر توانایی در خاموش و روشن کردن ترانزیستورها در مدت زمانی به اندازه یک ترلیونم از ثانیه است .

شرکت اینتل امیدوار است که سرانجام تراشه های جدیدی بسازد که تعداد ترانزیستور های آن بیشتر از یک بیلیون است باسرعتی ده برابر بیشتر و با تراکم ترانزیستوری،بیست و پنج برابر تمام تراشه های پیشرفته موجود در سال 2000.

انجام چنین کاری این معنی را به عناصر تراشه می بخشد که آنها قادر به اندازه گیری مقادیری بسیار کوچکتر از تار موی انسان به اندازه 20 نانو متر هستند .

کلید خلاء چیست ؟

کلید خلاء یا مدارشکن خلاء تجهیزی است که ،مدارهای الکتریکی را در برابر جریان های نا خواسته ای که در اثر اتصال کوتاه ناشی از اضافه بار بوجود می آید، محافظت می کند.

عملکرد اصلی این تجهیز، قطع جریان،هنگام تشخیص خطا می باشد.کلید خلا (vacuum circuit breaker) نوعی از بریکرها می باشد، که قوس الکتریکی را در محفظه خلا خاموش می کند.

عملیات فعال کردن و بستن کنتاکت های حامل جریان و قطع و خاموش کردن آرک در یک محفظه خلا صورت می گیرد، که به آن قطع کننده خلا می گویند.

ماشین های رایج سیستم CHP

CHP یکی از تکنولوژی های پیشرفته ی پیشتاز در دستیابی به بهره وری سوخت است. راندمان سیستم های ژنراتوری تحت شرایط مطلوب می تواند تا ۲۰۰% یا حتی بیشتر افزایش یابد.

افزایش نگرانی ها در رابطه با انتشار دی اکسید کربن باعث شده تا کاهش استفاده از سوخت های فسیلی در آینده ضروری شود.

بجای ایجاد تغییر اساسی در تکنولوژی های تولید نیروی حال حاضر(خورشیدی، باد، آبی) شرکت ها با استفاده از کوژ نراسیون با هزینه ای کمتر به راندمان بالاتر دست می یابند.

در ادامه به بررسی انواع ماشین های رایج سیستم CHP می پردازیم :

تاسیسات موتور پیستونی

این متد با اختلاف زیاد، رایج ترین متد CHP است. گرمای موتورهای پیستونی کوچکتر، که معمولا دیزلی هستند، از رادیاتور یا اگزوز گرفته می‌شود. این سیستم ها محبوب اند زیرا نگه داری از آنها آسان است، هزینه ی کمی برمی دارند و به راحتی با طیف وسیعی از ملزومات مربوط به سایزبندی ها قابل تطبیق اند.

تاسیسات موتور گازی

این ماشین ها از یک موتور گازی استفاده می کنند که بطور کلی، نگه داری آن آسان تر از یک توربین گازی کوچکتر است ( ۵ مگاواتی ) . رایج ترین سوخت مورد استفاده، گاز طبیعی یا پروپان است.

این ماشین ها بطور معمول در قالب یک پکیج کامل آورده شده و در اتاقی انبار مانند و وسیع که دسترسی به سیستم های گرمایش، الکتریکی و گازی دارد، انبار می شوند.

تاسیسات توربین گازی

در این ماشین ها، مقداری گرما از طریق گازهای دودکش توربین تلف می شود. رایج ترین سوخت، گاز طبیعی است. ماشین ها توربین گازی بطور معمول بزرگ هستند و در محیط داخلی انبار نمی شوند . آن ها را در محیطی با صدای کم که دسترسی به خط گاز دارد نگه داری می کنند .

توربین گازی

ماشین ها توربین بخار

این تاسیسات نسبتا رایج اند و بر طبق اصل یک سیستم گرمایشی که از کندانسور       ( خنک کننده) های بخار برای نیرودهی به توربین بخار استفاده می کند، کار می کنند.

تاسیسات با سوخت بیولوژیکی

این نوع از ماشین ها، بسته به شکل سوخت بیولوژیکی مورد استفاده، از یک موتور رفت و برگشتی گازی یا دیزلی استفاده می کنند. طراحی این نوع ماشین، بسیار شبیه به یک ماشین موتور گازی است. مزیت اصلی ماشین با سوخت بیولوژیکی ، کاهش مصرف سوخت هیدروکربنی و کاهش انتشار کربن است. ماشین های با سوخت بیولوژیکی  نیاز به زمان کمتری برای مجوز استفاده دارند، ولی  نظر میزان خروجی که می دهند کوچکتر هستند.

تاسیسات با سوخت های سنگین

ماشین های HFO ، بطور وسیعی در ایالات متحده بکار گرفته نمی شوند و بیشتر در کشورهای در حال توسعه رایج اند. سوخت نفتی، سنگین ترین سوخت تجاری ممکن است که از پالایش نفت خام بدست می آید و بعنوان یک سوخت رده پایین در نظر گرفته می شود. HFO شماره ۵ و ۶ که نیاز به پیش گرمایش ۱۷۰ الی ۲۶۰ درجه فارنهایت دارند، رایج ترین انواع در ماشین های CHP هستند.  مزیت HFO در این است که آنها با قیمت کمی خریداری می شوند ولی عیب آن، انتشار و آلایندگی قابل ملاحظه ی آن است.

تاسیسات سیکل ترکیبی

ماشین های سیکل ترکیبی، بر این اصل کار می کنند که خروجی یک موتور گرمایی به طور جداگانه برای تولید برق یا راه اندازی پروسه های مکانیکی عمل می کند. ترکیب چندین سیکل ترمودینامیکی منجر به افزایش کارآیی و کاهش هزینه های سوختی می شود. عیب آن اینست که اکثر ماشین های CHP باید برای متناسب بودن با این تکنولوژی، مطابقت داده شوند.

تاسیسات پیل سوختی

تکنولوژی پیل سوختی ،از طریق تبدیل انرژی پتانسیل شیمیایی به الکتریکی بوسیله واکنش شیمیایی با یک عنصر اکساینده ، عمل می کند. هیدروژن ، سوختی است که برای استفاده ترجیح داده می شود هرچند که در ماشین ها CHP ، کربنات مذاب یا اکسید جامد بدلیل میزان بالای انتشار گرما، که می تواند به ۱۲۰۰ درجه ی فارنهایت برسد، محبوب ترند.

تاسیسات نیروی هسته ای

برخی از نیروگاههای هسته ای میتوانند بوسیله ی قلاویزهایی در عقب توربین ها بمنظور فراهم کردن بخار برای یک سیستم گرمایش مرکزی، مقاوم سازی شوند. این سیستم ها زیاد رایج نیستند زیرا مصرف برق آنها به ازای تولید گرمای ۹۵ درجه سانتی گراد برابر ۱۰ مگاوات است.

سوخت هسته ای

تاسیسات بیومس ( زیست توده)

ماشین ها بیومس با استفاده از هیدروژن ، کربن و اکسیژن حاصل از پسماندهای صنعتی و زباله ها، در حال فراگیر شدن اند. در سال های اخیر، بهبود های تکنولوژیکی برای اخذ انرژی های بیشتر از چوب، زباله، محصولات پسماند، سوخت های الکلی و گازهای حاصل از خاکچال ها  صورت گرفته است.

زیست توده

انواع مقاومت های الکتریکی و کاربرد آنها

مقاومت های متغیر Variable Resistors

پتانسیومتر ( Potentiometer )  

پتانسیومتر نوعی مقاومت است که بر خلاف مقاومت های رایج ، دارای ۳ پایه است.  پتانسیومتر ها از نظر کاربرد دارای انواع مختلفی هستند.

نوعی از پتانسیومتر ها برای استفاده کاربر در مدار قرار داده می شوند مانند پتانسیومتر ولوم رادیو ( قطعه ای که در ایران به نام ولوم می شناسند ) و برخی برای استفاده سازندگان و تعمیرکاران است مانند برخی پتانسیومتر هایی که بر روی برد مدار چاپی و در داخل جعبه قرار گرفته است و یکبار توسط سازنده تنظیم می شود و از آن پس نباید مقدار آن تغییر کند.

اغلب پتانسیومتر ها دارای زاویه چرخش تقریبی ۳۰۰ درجه هستند اما نوعی از پتانسیومتر ها که برای دقت بیشتر به کار می روند مولتی ترن نامیده می شوند. مولتی ترن ها دارای زاویه چرخشی بیش از یک دور هستند که با توجه به مدل مولتی ترن بین ۲ دور الی ده ها دور متغیر است.

پتانسیومتر ها از نظر شکل نیز انواع مختلفی مانند پتانسیومتر ایستاده ، خوابیده ، تریمر دارند ، اما وجه تشابه همگی نحوه ی عملکرد آنهاست.

برخی از پتانسیومتر ها نیز ممکن است دوبل باشند به این معنی که به جای ۳ پایه دارای ۶ پایه باشند . در اینگونه پتانسیومتر ها در حقیقت دو پتانسیومتر مجزا با یک محور مشترک در یک پکیج قرار گرفته اند و دلیل استفاده از این پتانسیومتر ها ، تغییر همزمان دو پتانسیومتر است مانند کم و زیاد کردن صدا در سیستم های استریو ( دو کانال ) .

مقاومت های وابسته 

مقاومت های وابسته ، نوعی مقاومت متغیر هستند که همانند مقاومت های معمولی دارای ۲ پایه هستند ، اما مقاومت آنها معمولا با توجه به یکی از پارامتر های محیطی مانند دما ، رطوبت ، نور ، مغناطیس ، ولتاژ و … تغییر می کند.

این مقاومت ها دارای ۲ صفحه فلزی جدا از هم هستند که بین این دو صفحه رسانا ، یک خط نازک از جنس کادمیوم سولفید وجود دارد ، با تابش نور به این ماده ، مقاومت بین دو صفحه رسانا کم می شود به گونه ای که در فضا های تاریک مقاومت این قطعه معمولا چند صد برابر مقاومت آن در فضا های پر نور است. از این مقاومت در ساخت فوتوسل ها یا به عنوان سنسور نور در برخی دستگاه ها استفاده می شود.

وریستور یا مقاومت وابسته به ولتاژ ( Voltage Dependent Resistor ) یا VDR

وریستور یک نوع مقاومت حساس به ولتاژ است. ولتاژ و مقدار مقاومت در وریستور با هم رابطه ی عکس دارند بدین صورت که با افزایش ولتاژ دو سر قطعه ، مقاومت آن کاهش می یابد البته رفتار این قطعه خطی نیست و در قسمت هایی از نمودار در حالی که ولتاژ افزایش پیدا می کند ، جریان قابت باقی خواهد ماند.

وریستور فاقد پلاریته است و می توان از آن در مدار های AC نیز استفاده نمود. از وریستور برای محافظت از مدار در برابر اور ولتاژ های ( Over Voltage ) زودگذر ناخواسته استفاده می شود.

یکی از اور ولتاژ های زود گذر ، تخلیه الکتریسیته ی ساکن است ، وریستور می تواند به خوبی جریان های گذرا ( Transient ) را از خود عبور دهد بی آن که خود دچار آسیبی شود.

وریستور ها دارای ولتاژ های فعال سازی ( Triger ) متفاوت هستند و انتخاب وریستور با ولتاژ تریگر مناسب ، می تواند مدار ما را در برابر برخی ولتاژ های ناخواسته محافظت نماید. از وریستور در برق قدرت و پست های نیروگاهی نیز برای حفاظت شبکه استفاده می کنند.

مقاومت وابسته به حرارت یا ترمیستور Thermistor 

ترمیستور نیز نوعی مقاومت وابسته است که مقدار مقاومت آن با توجه به تغییرات دما ، تغییر می کند. ترمیستور ها دارای دو نوع PTC و NTC هستند.

PTC به معنی ضریب دمای مثبت ( Positive Temperature Coefficient ) می باشد و به معنی اینست که مقاومت این قطعه با افزایش دما ، افزایش می یابد.

NTC بر خلاف PTC دارای ضریب دمای منفی ( Negative Temperature Coefficient )  می باشد ، در این المان با افزایش دما ، مقاومت NTC کاهش می یابد.