Jos olet koskaan vetänyt "terveen"paineen lähetinpois päältä, laita se kalibraattoriin ja huomasi sen lukevan puoli prosenttia nollasta ilman selvää syytä, tiedät jo tämän ongelman turhauttavan osan: drift ilmoittaa harvoin itsestään. Ei ole hälytystä "4-20 mA:n silmukasi valehtelee hitaasti sinulle". Prosessi vain alkaa toimia hieman rikas, vähän laiha tai tasonsäädin alkaa metsästää, eikä kukaan ajattele syyttää lähetintä ennen kuin kolme muuta asiaa on jo tarkistettu.
Tässä artikkelissa käydään läpi, mitä anturin sisällä todellisuudessa tapahtuu, kun lähetin ajautuu, miksi se tapahtuu jopa hyvin -huolletussa laitteessa ja mikä erottaa vuosia kalibroitavan lähettimen lapsenvahtia tarvitsevasta lähettimestä.
Mitä "drift" itse asiassa tarkoittaa 4-20 mA:n silmukassa
Ennen syihin perehtymistä kannattaa olla tarkka siitä, mitä drift on, koska korjaus riippuu siitä, minkä tyypin kanssa olet tekemisissä.
Nolla ajelehtiasiirtää koko lähtöä kiinteällä siirtymällä. Jos lähettimen oletetaan lähettävän 4 mA 0 %:lla ja sen sijaan lähettää 4,3 mA, sama 0,3 mA:n poikkeama näkyy asteikon jokaisessa kohdassa - 50 % lukee korkealla samalla marginaalilla kuin 0 %. Tämä on yleensä helppo havaita ja helppo korjata kentän nollatrimmillä.
Span drifton ärsyttävämpi. Virhe kasvaa, kun lukema poikkeaa nollasta, joten lähetin voi näyttää täydelliseltä matalilla prosessiarvoilla ja olla prosentin tai enemmän poissa lähellä täyttä asteikkoa. Tämä näkyy muodossa "virtausmittari lukee hyvin useimpina päivinä, mutta jokin on poissa huippukuormituksen aikana", ja se on juuri sellainen virhe, joka syytetään prosessista ennen kuin kukaan tarkistaa instrumentin.
Useimmat kentällä epäonnistuneet lähettimet osoittavat molempien yhdistelmän sekä jonkin verran hystereesiä, minkä vuoksi todellinen kalibroinnin tarkistus - ei vain reaaliaikainen-lukeman vertailu toiseen mittariin - on ainoa luotettava tapa vahvistaa poikkeama.
Todelliset syyt Driftin takana
Mikään näistä ei ole mystistä. Kun lähetin poistuu pöydältä ja otetaan käyttöön, samat kourallinen tekijöitä - lämpötila, painejaksot, kosteus, tärinä ja tavallinen komponenttien vanheneminen - aiheuttavat lähes kaiken pitkän ajan-tarkkuushäviön [1]. Tässä on kuinka kukin niistä todella pelaa.
Lämpöpyöräily anturielementissä
Jokaisella paineanturilla on lämpötilakerroin, mikä tarkoittaa, että sen nolla- ja mittausalue siirtyy hieman ympäristön tai prosessin lämpötilan mukaan. Tämä on kompensoitu tehdaskalibroinnilla, mutta toistuvat lämmitys- ja jäähdytysjaksot - säiliö, joka täyttyy kuumalla tuotteella ja tyhjenee ympäristöön, ulkoasennus, joka heiluu 40 astetta F päivän ja yön välillä - rasittaa kalvoa ja sen kiinnitystä jatkuvasti. Riittävän syklin aikana tehtaan sisäänrakennettu kompensaatiokäyrä lakkaa vastaamasta todellisuutta yhtä tarkasti kuin ennen.
Kalvon väsyminen ja materiaalin viruminen
Anturielementti itse liikkuu, vaikkakin mikroneilla. Ohuet-kalvokapasitiiviset solut ovat alttiita hitaaseen hiipimiseen nollapisteessään vuosien painejaksojen jälkeen, eivätkä pietsoresistiiviset elementitkään ole immuuneja - itse kiderakenne muuttuu hieman jatkuvassa jännityksessä. Eräs usein lainattu luku instrumentointitutkimuksista asettaa tyypillisen nollapoikkeaman jatkuvassa teollisuuskäytössä oleville kapasitiivisille antureille jonnekin muutamasta sadasosasta muutamaan prosentin kymmenesosaan vuodessa [2] - paperilla pieni, mutta riittävän tärkeä tiukassa säilytys-siirrossa tai turvasilmukassa muutaman vuoden ajan.
Elektronisten komponenttien ikääntyminen
Se ei ole vain anturi. Signaalinkäsittelyelektroniikka, A/D-muunnin, referenssijännite - kaikki vanhenee. Kondensaattorit kuivuvat hieman, vastusten arvot hiipivät, ja vanhemmissa analogisissa lähettimissä tämä voi yksin selittää merkittävän osan havaitusta kokonaisryömimisestä. Se on suuri osa siitä, miksi älykkäät, mikroprosessori{4}}pohjaiset lähettimet pitävät yleensä kalibroinnin huomattavasti paremmin saman käyttöiän aikana kuin vanhat analogiset yksiköt - analogisia piirejä on yksinkertaisesti vähemmän jäljellä.
Staattisen paineen vaikutukset DP-lähettimiin
Tämä saa monet ihmiset kiinni. Paine-erolähettimessä, joka mittaa pienen eron korkealla staattisella (linjan) paineella kulkevan linjan poikki, itse staattisen paineen virhe muuttuu virheeksi DP-lukemassa -, vaikka staattinen paine ei olekaan mittaamasi muuttuja. Suuri-staattiset DP-sovellukset, joista höyryvirtaus on yleinen esimerkki, ovat suhteettoman edustettuina ajautumavalituksissa juuri tästä syystä.
Mekaaninen asennusjännitys
Lähetin, joka on kiristetty liian lujasti prosessiliittimeensä tai asennettu jakotukkiin, joka on hieman väärässä, on kuormitettuna ennen kuin se havaitsee prosessipainetta. Perustason jännitys ei aina näy ensimmäisenä päivänä -, se näkyy nollasiirtymänä muutaman kuukauden kuluttua, kun lämpösykli ja tärinä löystyvät tai lisäävät sitä. Läheisten pumppujen ja kompressorien tärinä tekee saman vähitellen.
Myöhästynyt uudelleenkalibrointi - "syy", joka ei todellakaan ole syy
Erikseen nimeämisen arvoinen: joskus ei ole dramaattista epäonnistumista ollenkaan. Lähetin yksinkertaisesti vanhenee julkaistujen vuosittaisten vakausmäärittelyjen mukaisesti, ja kalibrointiväliä on venytetty pidemmälle kuin laitteen on suunniteltu kestämään. Joidenkin kenttäteknikkojen käyttämä karkea mielenterveystarkastus: kerro käyttövuodet julkaistulla vuositasolla -, jos mitattu virhe on kyseisessä pallokentässä, kyseessä on tavallinen ikääntyminen, ei vika. Jos se ylittää sen, jokin muu - lämpö-, mekaaninen tai staattinen paine - on todennäköisempi syyllinen.
Kenttäesimerkki
Eräs prosessiinsinööri keskikokoisessa-kemikaalien tuotantolaitoksessa kuvaili kerran jahtaavansa ajoittaista tasohälytystä suurimman osan neljänneksestä. Vaipallisen reaktorin DP-pohjainen tasolähetin luki oikein sammutustarkistuksissa, ajautui korkealle tuotantoajojen aikana ja asettui takaisin yön yli -, mikä sai sen näyttämään prosessiongelmalta eikä laiteongelmalta. Piti vetää kalibrointitietueita ja vertailla niitä erän lämpötilalokiin, jotta kuvio havaittiin: lähettimen jännevälin virhe seurattiin lähes tarkasti vaipasta lähtevän lämpökierron kanssa, ei itse pinnan tasolla. Lähettimen vaihtaminen alhaisemmalla julkaistulla lämpötilakertoimella - ja lämpöeristyksen lisääminen impulssilinjaan - ratkaisi asian koskematta prosessisäätimiin ollenkaan. Oppitunti, joka jäi tiimiin jälkeenpäin: älä oleta, että suorat{10}}lukuvertailut sulkevat pois ajautumisen, äläkä oleta vakaan sammutuslukeman tarkoittavan, että lähetin on kunnossa kuormitettuna.
Diagnosoi ajautuminen ennen kuin se maksaa sinulle
Muutamat tottumukset jäävät kiinni aikaisin, ennen kuin siitä tulee prosessin häiriintyminen tai epäonnistunut auditointi:
- Vertaa "sellaisena kuin löydetty" ja "kuten vasemmalle" numeroita jokaisessa kalibroinnissa, ei vain sitä, menikö lopullinen lukema läpi. Lähetin, joka tarvitsi suuren korjauksen läpäistäkseen, kertoo sinulle jotain, vaikka se olisi teknisesti mennyt läpi.
- Tuuleta ilmakehään ja tarkista todellinen nolla, ei vain suoraa prosessin vertailua toiseen instrumenttiin - kaksi ajautuvaa instrumenttia voivat olla samaa mieltä keskenään ja molemmat olla väärässä.
- Seuraa trendiä, älä vain hyväksy/hylkää.Lähetin, joka on käyttänyt 80 % sallitusta toleranssistaan jokaisessa tarkastuksessa, on matkalla jonnekin; 5 %:n toleranssin pitäminen tasaisena vuosia ei luultavasti tarvitse lyhyempää väliä.
- Erillinen uudelleen{0}}välitys todellisesta kalibroinnista.Älykkään lähettimen alemman/ylemmän alueen arvojen muuttaminen muuttaa sen näyttämää sisältöä - se ei korjaa anturin poikkeamaa. Tämä sekoittuu useammin kuin pitäisi.
Kalibrointikäytännöt, jotka todella vähentävät ajautumisriskiä
Käytä oikein jäljitettävää viitettä
Kenttäkalibrointi on juuri niin hyvä kuin mihin sitä verrataan. Vertailustandardin tulee olla jäljitettävissä kansalliseen metrologian instituuttiin - NIST Yhdysvalloissa tai vastaavaan elimeen muualla -, ja toimintasääntönä vertailuinstrumentin tulee olla huomattavasti tarkempi kuin testattava lähetin, jota yleensä kutsutaan tarkkuussuhteeksi 3:1–4:1, jota kutsutaan testin tarkkuussuhteeksi [3][4]. Lähettimen kalibroiminen ±0,075 %:iin verrattuna vertailuun, joka on vain kaksi kertaa tarkempi, ei todellakaan todista mitään.
Aseta aikavälit tiedoista, ei tavasta
Ei ole olemassa universaalia "oikeaa" intervallia -, se riippuu silmukan kriittisyydestä, prosessiympäristöstä ja kaikista sovellettavista säännöksistä. Suojauksen siirrolla ja turva{2}}instrumentoiduilla silmukoilla on usein omat pakolliset jaksonsa riippumatta havaitusta ajautumisesta [4]. Tärkeää on, että aikaväli on asetettu kyseisen palvelun historiallisten kalibrointitietojen perusteella, ei kopioitu valmistajan yleisestä suosituksesta eikä sitä koskaan käytetä uudelleen.
Yhdistä anturitekniikka sovellukseen
Kaikki tunnistusteknologiat eivät toimi samalla tavalla samassa stressissä. Kapasitiiviset elementit pitävät yleensä nollasta vakauden ajan mittaan; pietsoresistiiviset mallit reagoivat nopeammin, mutta ne voivat näyttää enemmän ajautumista jatkuvassa kuormituksessa; digitaaliset, mikroprosessori{1}}kompensoidut lähettimet ovat yleensä parempia kuin analogiset-vain mallit pitkän aikavälin stabiilisuudessa, koska lämpötilan kompensointia käsitellään laskennallisesti eikä ikääntyvien analogisten komponenttien kautta [5]. Korkean-staattisen DP-palvelun osalta lähetin, jossa on julkaistu, testattu staattisen paineen virhespesifikaatio, on huomioimisen arvoinen, koska - monet tietolomakkeet hautaavat tämän luvun, ja se on juuri se, joka ennustaa todellisen-suorituskyvyn kyseisessä sovelluksessa.
Mitä tämä tarkoittaa, kun määrität lähettimen
Ostajalle, joka arvioi lähettimiä asennetun vianetsinnän sijasta, on käytännönläheinen tapa katsoa datalomakkeen ensimmäisellä rivillä olevaa perustarkkuusnumeroa ohi. Tekniset tiedot, jotka itse asiassa ennustavat-pitkän aikavälin ryömintäkäyttäytymistä, ovat vielä alempana: julkaistu vuotuinen vakaus (yleensä ilmaistuna %/vuosi), lämpötilakerroin koko kompensoidulla alueella ja - DP-lähettimille - staattisen paineen vaikutuksen erittely. Lähetin, jolla on hieman pienempi otsikon tarkkuus, mutta tiukemmat vakausspesifikaatiot, ylittää usein "tarkemman" yksikön kahden tai kolmen vuoden käytön jälkeen, jolloin todelliset ajautumiskustannukset näkyvät: suunnittelematon uudelleenkalibrointityö, prosessihäiriöt ja säännellyissä sovelluksissa tarkastushavainnot.
Viimeisiä ajatuksia
Poikkeaminen ei ole merkki siitä, että lähetin on viallinen - se on fyysinen varmuus kaikille antureille, jotka ovat alttiina todelliselle-lämpökierrolle, mekaaniselle rasitukselle ja komponenttien vanhenemiselle. Tekninen kysymys ei ole sen poistaminen, vaan se, kuinka määrittää, asentaa ja kalibroida se niin, että se pysyy ennustettavan, dokumentoidun kaistan sisällä sen sijaan, että se näkyisi mysteeriprosessin ongelmana kuuden kuukauden kuluttua.
Viitteet
- ScienceDirect, "Pressure Transmitter Accuracy" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS, "Pressure Transmitter Zero Drift: Diagnosis & Calibration Guide" -https://blog.gamicos.com/pressure-transmitter-zero-drift-diagnosis-calibration-opas
- ISA, "Basics of Calibrating Pressure Transmitters", InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/departments/basics-of-kalibrointi-paine{8}}lähettimet
- Control Global, "Calibrating Pressure Instrumentation" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibratingpressureinstrumentation.pdf
- RealPars, "Mikä aiheuttaa analogisen ajautumisen?" -https://www.realpars.com/blog/analog-drift
