Ak ste niekedy vytiahli "zdravé"tlakový vysielačoff line, dal to na kalibrátor a zistil, že číta pol percenta z nuly bez zjavného dôvodu, už poznáte frustrujúcu časť tohto problému: drift sa len zriedka ohlási. Neexistuje žiadny alarm pre „vaša 4-20 mA slučka vám pomaly klame“. Proces jednoducho začne bežať trochu bohatý, trochu chudý alebo regulátor hladiny začne loviť a nikoho nenapadne viniť vysielač, kým sa neskontrolujú ďalšie tri veci.
V tomto článku sa dozviete, čo sa v skutočnosti deje vo vnútri snímača, keď sa vysielač posunie, prečo sa to stane aj na dobre{0}}udržiavanom zariadení a čo oddeľuje vysielač, ktorý je kalibrovaný roky, od vysielača, ktorý potrebuje stráženie.
Čo vlastne znamená "drift" na 4-20 mA slučke
Predtým, ako sa dostaneme k príčinám, stojí za to upresniť, čo je drift, pretože oprava závisí od toho, s akým typom máte čo do činenia.
Nulový posunposunie celý výkon o pevný posun. Ak má vysielač posielať 4 mA pri 0 % a namiesto toho posiela 4,3 mA, rovnaký posun 0,3 mA sa zobrazí v každom bode na stupnici - 50 % z vysokých hodnôt s rovnakým rozdielom ako 0 %. Toto je zvyčajne ľahko rozpoznateľné a ľahko korigovateľné pomocou nulového trimu poľa.
Posun rozpätiaje tá nepríjemnejšia. Chyba narastá, keď sa čítanie vzďaľuje od nuly, takže vysielač môže vyzerať úplne v poriadku pri nízkych procesných hodnotách a môže byť o percento alebo viac mimo plného rozsahu. To je to, čo sa zobrazuje ako „prietokomer ukazuje väčšinu dní dobre, ale počas špičkového zaťaženia niečo nefunguje“ a je to presne ten druh chyby, ktorý je obviňovaný z procesu predtým, ako niekto skontroluje prístroj.
Väčšina vysielačov, ktoré v teréne zlyhajú, vykazuje kombináciu oboch plus určitú hysterézu, a preto je skutočným overením kalibrácie - nielen živé-porovnanie čítania s iným meradlom - jediným spoľahlivým spôsobom, ako potvrdiť posun.
Skutočné príčiny driftu
Nič z toho nie je záhadné. Keď vysielač opustí skúšobnú stanicu a uvedie sa do prevádzky, takmer všetky dlhodobé-straty presnosti má na svedomí rovnaký počet faktorov - teplota, tlakové cykly, vlhkosť, vibrácie a bežné starnutie komponentov -. Tu je návod, ako každý z nich v skutočnosti hrá.
Tepelné cyklovanie na prvku snímača
Každý snímač tlaku má teplotný koeficient, čo znamená, že jeho nula a rozsah sa mierne posúvajú s okolitou alebo procesnou teplotou. To je kompenzované vo výrobnej kalibrácii, ale opakované cykly ohrevu a chladenia - nádrž, ktorá sa naplní horúcim produktom a vyprázdni sa do okolitého prostredia, vonkajšia inštalácia s výkyvom o 40 stupňov F medzi dňom a nocou - neustále mechanicky namáhajú membránu a jej spojenie. Po dostatočnom počte cyklov sa krivka kompenzácie, ktorú továreň vybudovala, prestane zhodovať s realitou tak presne ako kedysi.
Únava membrány a tečenie materiálu
Samotný snímací prvok sa pohybuje, aj keď o mikrón. Tenké-membránové kapacitné články sú po rokoch tlakového cyklovania náchylné na pomalé dotvarovanie sa do nulového bodu a ani piezorezistívne prvky nie sú imúnne - samotná kryštálová štruktúra sa pri trvalom zaťažení mierne mení. Jeden často citovaný údaj z prístrojových prieskumov uvádza typický posun nuly pre kapacitné snímače v nepretržitej priemyselnej prevádzke niekde v rozsahu niekoľkých stotín až niekoľkých desatín percenta ročne [2] - malý na papieri, ale dostatočný na to, aby záležal na tesnom{6}}prenose alebo bezpečnostnej slučke počas niekoľkých rokov.
Starnutie elektronických komponentov
Nie je to len snímač. Elektronika na úpravu signálu, A/D prevodník, referenčné napätie - to všetko starne. Kondenzátory mierne vysychajú, hodnoty rezistorov sa plazia a na starších analógových vysielačoch to môže samo o sebe predstavovať významný podiel na celkovom pozorovanom drifte. Je to veľká časť toho, prečo inteligentné, mikroprocesorové-vysielače vo všeobecnosti držia kalibráciu výrazne lepšie ako staršie analógové jednotky počas rovnakej životnosti -, jednoducho zostáva menej analógových obvodov, ktoré sa môžu unášať.
Vplyv statického tlaku na DP vysielače
Tento zaskočí veľa ľudí nepripravených. Vo vysielači diferenčného tlaku, ktorý meria malý rozdiel v potrubí pri vysokom statickom tlaku (v potrubí), sa chyba samotného statického tlaku premietne do chyby v údaji DP -, aj keď statický tlak nie je premennou, ktorú meriate. Aplikácie s vysokým-statickým DP, bežným príkladom je prúdenie pary, sú neúmerne zastúpené v sťažnostiach na posun, presne z tohto dôvodu.
Namáhanie pri mechanickej inštalácii
Prevodník utiahnutý príliš silným krútiacim momentom na jeho procesné pripojenie alebo namontovaný na rozdeľovači, ktorý je mierne nepravdivý, je zaťažený skôr, než vôbec zaznamená procesný tlak. Tento základný stres sa nie vždy prejaví v prvý deň -, prejaví sa ako nulová zmena o niekoľko mesiacov neskôr, keď ho tepelné cykly a vibrácie uvoľnia alebo ešte viac uložia. Vibrácie z blízkych čerpadiel a kompresorov robia to isté postupne.
Oneskorená rekalibrácia - „Príčina“, ktorá v skutočnosti nie je príčinou
Stojí za to menovať samostatne: niekedy vôbec nejde o žiadne dramatické zlyhanie. Vysielač jednoducho starne v súlade s jeho publikovanou ročnou špecifikáciou stability a kalibračný interval sa predĺžil nad rámec toho, na čo bol prístroj navrhnutý. Hrubá kontrola zdravého rozumu, ktorú používajú niektorí technici v teréne: vynásobte roky prevádzky zverejnenou ročnou špecifikáciou stability -, ak je chyba nameraná v tomto guľovom poli, ide o bežné starnutie, nie o chybu. Ak je to ďaleko za tým, pravdepodobnejším vinníkom je niečo iné - tepelný, mechanický alebo statický tlak -.
Príklad poľa
Procesný inžinier v stredne{0}}veľkej chemickej dávkovačke raz opísal, že väčšiu časť štvrťroka prenasleduje prerušovaný alarm hladiny. Hladinový vysielač založený na DP-na obalenom reaktore by pri kontrolách odstavenia čítal správne, počas výrobných sérií sa pohyboval vysoko a cez noc sa ustálil -, takže to vyzeralo ako problém skôr ako problém s prístrojom. Bolo potrebné stiahnuť kalibračné záznamy a porovnať ich s-záznamom o teplote šarže, aby sme si všimli vzor: chyba rozpätia vysielača sa sledovala takmer presne s tepelným cyklovaním z plášťa, nie so samotnou hladinou. Výmena vysielača s nižším publikovaným teplotným koeficientom - a pridanie tepelnej izolácie na impulznú linku - to vyriešilo bez toho, aby ste sa vôbec dotkli ovládacích prvkov procesu. Poučenie, ktoré zostalo tímu potom: nepredpokladajte, že porovnania naživo{10}}vylučujú posun a nepredpokladajte stabilné vypnutie znamená, že vysielač je pri zaťažení v poriadku.
Diagnostikujte drift skôr, ako vás to bude stáť
Niekoľko zvykov sa zachytí skôr, než sa to zmení na narušenie procesu alebo neúspešný audit:
- Pri každej kalibrácii porovnajte čísla „ako bolo nájdené“ a „ako zostalo“., nielen to, či prešlo záverečné čítanie. Vysielač, ktorý potreboval veľkú korekciu, aby prešiel, vám niečo hovorí, aj keď technicky prešiel.
- Odvzdušnite atmosféru a skontrolujte skutočnú nulu, nielen živé porovnanie procesu s iným nástrojom - dva driftujúce nástroje sa môžu navzájom zhodovať a oba sa mýlia.
- Sledujte trend, nielen prejde/neprejde.Vysielač, ktorý pri každej kontrole využil 80 % povolenej tolerancie, niekam smeruje; jedno držanie na 5% tolerancie roky pravdepodobne nepotrebuje kratší interval.
- Oddeľte{0}}rozsah od skutočnej kalibrácie.Zmenou hodnôt dolného/horného rozsahu na inteligentnom vysielači sa zmení to, čo zobrazuje -, neopraví posun snímača. Toto sa zamieňa častejšie, ako by malo.
Kalibračné postupy, ktoré skutočne znižujú riziko unášania
Použite správne vysledovateľnú referenciu
Kalibrácia v teréne je len taká dobrá, s čím sa porovnáva. Referenčný štandard by mal byť dohľadateľný v národnom metrologickom inštitúte - NIST v USA alebo v ekvivalentnom orgáne inde - a podľa pracovného pravidla by referenčný prístroj mal byť podstatne presnejší ako testovaný vysielač, bežne uvádzaný ako pomer presnosti aspoň 3:1 až 4:1, označovaný ako pomer presnosti testu alebo TAR [3][4]. Kalibrácia vysielača s hodnotením ±0,075 % oproti referenčnej hodnote, ktorá je len dvakrát presnejšia, v skutočnosti nič nedokazuje.
Nastavte intervaly z údajov, nie zo zvyku
Neexistuje žiadny univerzálny „správny“ interval -, ktorý závisí od kritickosti slučky, prostredia procesu a akýchkoľvek platných regulačných požiadaviek. Slučky s prenosom a bezpečnostnými{2}}prístrojmi majú často svoje vlastné nariadené cykly bez ohľadu na pozorovaný posun [4]. Dôležité je, že interval je nastavený z historických kalibračných údajov pre danú konkrétnu službu, nie je skopírovaný z generického odporúčania výrobcu a nikdy sa nevracia.
Prispôsobte technológiu senzorov aplikácii
Nie každá snímacia technológia sa pri rovnakom strese správa rovnako. Kapacitné prvky majú tendenciu dlhodobo udržiavať nulovú stabilitu; piezorezistívne konštrukcie reagujú rýchlejšie, ale môžu vykazovať väčší posun pri trvalom zaťažení; digitálne, mikroprocesorom-kompenzované vysielače vo všeobecnosti prekonávajú analógové-iba konštrukcie pre dlhodobú-stabilitu, pretože teplotnú kompenzáciu riešia skôr výpočtová technika než starnúce analógové komponenty [5]. Pre službu s vysokým-statickým DP stojí za pozornosť vysielač s publikovanou, testovanou špecifikáciou chyby statického tlaku. - mnohé údajové listy pokrývajú toto číslo a je to presne ten, ktorý predpovedá skutočný-svetový výkon v tejto aplikácii.
Čo to znamená, keď špecifikujete vysielač
Pre kupujúceho, ktorý namiesto odstraňovania problémov s nainštalovaným vysielačom hodnotí vysielače, je praktickým riešením pozrieť sa za číslo základnej presnosti v prvom riadku údajového listu. Špecifikácie, ktoré skutočne predpovedajú dlhodobé-chovanie posunu, sú nižšie: zverejnená ročná stabilita (zvyčajne uvádzaná ako %/rok), teplotný koeficient v celom kompenzovanom rozsahu a - pre vysielače DP - špecifikácia účinku statického tlaku. Vysielač s mierne nižšou presnosťou, ale prísnejšími špecifikáciami stability často prekoná "presnejšiu" jednotku dva alebo tri roky v prevádzke, čo je miesto, kde sa prejavia skutočné náklady na posun: neplánovaná rekalibračná práca, poruchy procesov a v regulovaných aplikáciách zistenia auditu.
Záverečné myšlienky
Drift nie je znakom toho, že vysielač je chybný -, je to fyzická istota pre každý snímač vystavený skutočným-teplotným cyklom, mechanickému namáhaniu a starnutiu komponentov. Technickou otázkou nie je, ako to odstrániť, ale ako to špecifikovať, nainštalovať a kalibrovať okolo toho, aby to zostalo v predvídateľnom, zdokumentovanom pásme namiesto toho, aby sa o šesť mesiacov ukázalo ako záhadný procesný problém.
Referencie
- ScienceDirect, "Presnosť prevodníka tlaku" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS, "Zero Drift prevodníka tlaku: Sprievodca diagnostikou a kalibráciou" -https://blog.gamicos.com/pressure-prevodník-nulový{4}}drift-diagnostická-príručka{7}}kalibrácie
- ISA, "Základy kalibrácie tlakových prevodníkov", InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-október/departments/basics--kalibrácie-tlakových-vysielačov
- Control Global, "Calibrating Pressure Instrumentation" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibratingpressureinstrumentation.pdf
- RealPars, "Čo spôsobuje analógový drift?" -https://www.realpars.com/blog/analog-drift
