Αν έχετε τραβήξει ποτέ ένα "υγιεινό"πομπός πίεσηςεκτός γραμμής, βάλτε το σε έναν βαθμονομητή και το βρήκατε να διαβάζει μισό τοις εκατό από το μηδέν χωρίς προφανή λόγο, γνωρίζετε ήδη το απογοητευτικό μέρος αυτού του προβλήματος: το drift σπάνια ανακοινώνεται. Δεν υπάρχει συναγερμός για "ο βρόχος 4-20 mA σας λέει σιγά σιγά ψέματα." Η διαδικασία αρχίζει να τρέχει λίγο πλούσια, λίγο αδύνατη ή ένας ελεγκτής επιπέδου αρχίζει να κυνηγάει και κανείς δεν σκέφτεται να κατηγορήσει τον πομπό έως ότου έχουν ήδη ελεγχθεί τρία άλλα πράγματα.
Αυτό το άρθρο περιγράφει τι συμβαίνει στην πραγματικότητα μέσα στον αισθητήρα όταν ένας πομπός παρασύρεται, γιατί συμβαίνει ακόμη και σε-καλοσυντηρημένο εξοπλισμό και τι διαχωρίζει έναν πομπό που διατηρεί τη βαθμονόμηση για χρόνια από έναν πομπό που χρειάζεται φύλαξη παιδιών.
Τι σημαίνει στην πραγματικότητα "Drift" σε βρόχο 4-20 mA
Πριν αναφερθούμε στις αιτίες, αξίζει να είμαστε ακριβείς σχετικά με το τι είναι το drift, επειδή η επιδιόρθωση εξαρτάται από τον τύπο που αντιμετωπίζετε.
Μηδενική μετατόπισημετατοπίζει ολόκληρη την έξοδο κατά σταθερή μετατόπιση. Εάν ένας πομπός υποτίθεται ότι στέλνει 4 mA στο 0% και αντ 'αυτού στέλνει 4,3 mA, η ίδια μετατόπιση 0,3 mA εμφανίζεται σε κάθε σημείο της κλίμακας - 50% διαβάζεται υψηλό με το ίδιο περιθώριο με το 0%. Αυτό είναι συνήθως εύκολο να εντοπιστεί και να διορθωθεί εύκολα με μια περικοπή πεδίου μηδέν.
Μετατόπιση εύρουςείναι το πιο ενοχλητικό. Το σφάλμα αυξάνεται καθώς η ένδειξη απομακρύνεται από το μηδέν, οπότε ο πομπός μπορεί να φαίνεται τέλεια σε χαμηλές τιμές διεργασίας και να είναι απενεργοποιημένος κατά ένα τοις εκατό ή περισσότερο σχεδόν σε πλήρη κλίμακα. Αυτό εμφανίζεται καθώς "ο μετρητής ροής διαβάζει καλά τις περισσότερες μέρες, αλλά κάτι δεν λειτουργεί κατά τη διάρκεια του φορτίου αιχμής" και είναι ακριβώς το είδος του σφάλματος που ενοχοποιείται στη διαδικασία πριν κάποιος ελέγξει το όργανο.
Οι περισσότεροι πομποί που αποτυγχάνουν στο πεδίο εμφανίζουν ένα συνδυασμό και των δύο, καθώς και κάποια υστέρηση, γι' αυτό ο πραγματικός έλεγχος βαθμονόμησης - όχι απλώς μια ζωντανή-σύγκριση ανάγνωσης έναντι ενός άλλου μετρητή - είναι ο μόνος αξιόπιστος τρόπος για να επιβεβαιώσετε τη μετατόπιση.
Οι πραγματικές αιτίες πίσω από το Drift
Τίποτα από αυτά δεν είναι μυστήριο. Μόλις ένας πομπός εγκαταλείψει τον πάγκο και τεθεί σε λειτουργία, οι ίδιοι παράγοντες - θερμοκρασίας, κύκλος πίεσης, υγρασίας, κραδασμών και κανονικής γήρανσης εξαρτημάτων - ευθύνονται σχεδόν για όλες τις-μακροπρόθεσμες απώλειες ακρίβειας [1]. Δείτε πώς πραγματικά παίζει το καθένα.
Θερμικός κύκλος στο στοιχείο αισθητήρα
Κάθε αισθητήρας πίεσης έχει έναν συντελεστή θερμοκρασίας, που σημαίνει ότι το μηδέν και το εύρος του μετατοπίζονται ελαφρά με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος ή διεργασίας. Αυτό αντισταθμίζεται στην εργοστασιακή βαθμονόμηση, αλλά οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι θέρμανσης και ψύξης - μια δεξαμενή που γεμίζει με ζεστό προϊόν και αδειάζει στο περιβάλλον, μια εξωτερική εγκατάσταση που ταλαντεύεται 40 βαθμούς F μεταξύ ημέρας και νύχτας - ασκούν συνεχή μηχανική καταπόνηση στο διάφραγμα και τη συγκόλλησή του. Μετά από αρκετούς κύκλους, η καμπύλη αντιστάθμισης που έχει κατασκευάσει το εργοστάσιο σταματά να ταιριάζει με την πραγματικότητα τόσο πολύ όσο κάποτε.
Κόπωση διαφράγματος και ερπυσμός υλικού
Το ίδιο το αισθητήριο στοιχείο κινείται, έστω και κατά μικρόν. Τα λεπτά-χωρητικά κύτταρα με διάφραγμα είναι επιρρεπή σε αργό ερπυσμό στο σημείο μηδέν τους μετά από χρόνια κύκλου πίεσης και τα πιεζοαντιστικά στοιχεία δεν είναι άνοσα - η ίδια η κρυσταλλική δομή αλλάζει ελαφρώς υπό παρατεταμένη πίεση. Ένας συχνά αναφερόμενος αριθμός από έρευνες οργάνων τοποθετεί την τυπική μηδενική μετατόπιση για χωρητικούς αισθητήρες σε συνεχή βιομηχανική υπηρεσία κάπου στην περιοχή από μερικά εκατοστά έως μερικά δέκατα τοις εκατό ετησίως [2] - μικρό σε χαρτί, αλλά αρκετό για να έχει σημασία για μια αυστηρή φύλαξη-μεταφορά ή βρόχο ασφαλείας για μερικά χρόνια.
Ηλεκτρονική γήρανση εξαρτημάτων
Δεν είναι μόνο ο αισθητήρας. Τα ηλεκτρονικά κλιματισμού σήματος, ο μετατροπέας A/D, η τάση αναφοράς - όλα γερνούν. Οι πυκνωτές στεγνώνουν ελαφρά, οι τιμές των αντιστάσεων σέρνονται και σε παλαιότερους αναλογικούς πομπούς αυτό από μόνο του μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό μερίδιο της συνολικής παρατηρούμενης μετατόπισης. Είναι ένα μεγάλο μέρος του γιατί οι έξυπνοι πομποί που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστή-διατηρούν γενικά τη βαθμονόμηση αισθητά καλύτερα από τις παλαιού τύπου αναλογικές μονάδες κατά την ίδια διάρκεια ζωής - απλώς απομένουν λιγότερα αναλογικά κυκλώματα για μετατόπιση.
Επιδράσεις στατικής πίεσης σε πομπούς DP
Αυτό αιχμαλωτίζει πολύ κόσμο. Σε έναν πομπό διαφορικής πίεσης που μετρά μια μικρή διαφορά σε μια γραμμή που τρέχει με υψηλή στατική πίεση (γραμμή), ένα σφάλμα στη στατική πίεση από μόνη της μεταφράζεται σε σφάλμα στην ένδειξη DP -, παρόλο που η στατική πίεση δεν είναι η μεταβλητή που μετράτε. Οι εφαρμογές υψηλής-στατικής DP, με τη ροή ατμού να είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα, αντιπροσωπεύονται δυσανάλογα σε καταγγελίες drift για αυτόν ακριβώς τον λόγο.
Καταπόνηση μηχανικής εγκατάστασης
Ένας πομπός με υπερβολική ροπή στρέψης στη σύνδεσή του στη διεργασία ή τοποθετημένος σε πολλαπλή που είναι ελαφρώς εκτός πραγματικότητας, είναι υπό φορτίο πριν δει ποτέ πίεση διεργασίας. Αυτή η βασική τάση δεν εμφανίζεται πάντα την πρώτη ημέρα - εμφανίζεται ως μηδενική μετατόπιση μερικούς μήνες αργότερα, όταν η θερμική ανακύκλωση και η δόνηση χαλαρώσουν ή την στρώσουν περαιτέρω. Οι κραδασμοί από κοντινές αντλίες και συμπιεστές κάνουν το ίδιο σταδιακά.
Εκπρόθεσμη επαναβαθμονόμηση - η "αιτία" που δεν είναι πραγματικά αιτία
Αξίζει να ονομαστεί ξεχωριστά: μερικές φορές δεν υπάρχει καθόλου δραματική αποτυχία. Ο πομπός απλώς γερνάει σύμφωνα με τις δημοσιευμένες ετήσιες προδιαγραφές σταθερότητας και το διάστημα βαθμονόμησης έχει παραταθεί πέρα από αυτό που σχεδιάστηκε να κρατά το όργανο. Ένας πρόχειρος έλεγχος λογικής που χρησιμοποιούν ορισμένοι τεχνικοί πεδίου: πολλαπλασιάστε τα έτη υπηρεσίας με τη δημοσιευμένη ετήσια προδιαγραφή σταθερότητας - εάν το μετρούμενο σφάλμα βρίσκεται σε αυτό το γήπεδο, είναι συνηθισμένη γήρανση, όχι σφάλμα. Εάν είναι πολύ πέρα από αυτό, κάτι άλλο - θερμική, μηχανική ή στατική πίεση - είναι ο πιο πιθανός ένοχος.
Παράδειγμα πεδίου
Ένας μηχανικός διεργασιών σε μια μονάδα παραγωγής χημικών μεσαίου μεγέθους-περιέγραψε κάποτε ότι κυνηγούσε έναν διακοπτόμενο συναγερμό στάθμης για το μεγαλύτερο μέρος του ενός τετάρτου. Ο πομπός στάθμης DP-σε έναν αντιδραστήρα με μανδύα διάβαζε σωστά στους ελέγχους διακοπής λειτουργίας, οδήγησε ψηλά κατά τη διάρκεια των εργασιών παραγωγής και σταθεροποιήθηκε κατά τη διάρκεια της νύχτας -, κάτι που τον έκανε να μοιάζει με πρόβλημα διαδικασίας και όχι με πρόβλημα οργάνου. Χρειάστηκε να τραβήξουμε τα αρχεία βαθμονόμησης και να τα-αναφέρουμε με το αρχείο καταγραφής θερμοκρασίας παρτίδας για να παρατηρήσουμε το μοτίβο: το σφάλμα διαστήματος του πομπού παρακολουθείται σχεδόν ακριβώς με τη θερμική ανακύκλωση από το τζάκετ και όχι με το ίδιο το επίπεδο. Η εναλλαγή σε έναν πομπό με χαμηλότερο δημοσιευμένο συντελεστή θερμοκρασίας - και η προσθήκη θερμομόνωσης στη γραμμή ώθησης - επιλύθηκε χωρίς να αγγίξει καθόλου τα χειριστήρια διεργασίας. Το μάθημα που έμεινε στην ομάδα στη συνέχεια: μην υποθέτετε ότι οι συγκρίσεις{10}ζωντανής ανάγνωσης αποκλείουν το drift και μην υποθέσετε ότι η σταθερή ένδειξη τερματισμού λειτουργίας σημαίνει ότι ο πομπός είναι καλά υπό φορτίο.
Διάγνωση του Drift πριν σας κοστίσει
Μερικές συνήθειες παρασύρονται νωρίς, προτού μετατραπεί σε ανατροπή της διαδικασίας ή σε αποτυχημένο έλεγχο:
- Συγκρίνετε τους αριθμούς "όπως βρέθηκε" και "όπως αριστερά" σε κάθε βαθμονόμηση, όχι μόνο αν πέρασε η τελική ανάγνωση. Ένας πομπός που χρειαζόταν μεγάλη διόρθωση για να περάσει κάτι σου λέει, ακόμα κι αν πέρασε τεχνικά.
- Εξαερώστε την ατμόσφαιρα και ελέγξτε το πραγματικό μηδέν, όχι απλώς μια ζωντανή σύγκριση διεργασιών με ένα άλλο όργανο - δύο όργανα drifting μπορεί να συμφωνούν μεταξύ τους και να είναι και τα δύο λανθασμένα.
- Παρακολουθήστε την τάση, όχι απλώς περάστε/αποτυχία.Ένας πομπός που χρησιμοποιεί το 80% της επιτρεπόμενης ανοχής του σε κάθε έλεγχο κατευθύνεται κάπου. κάποιος που διατηρεί σταθερά στο 5% της ανοχής για χρόνια, πιθανότατα δεν χρειάζεται μικρότερο διάστημα.
- Διαχωρίστε την επαν-κύμανση από την πραγματική βαθμονόμηση.Η αλλαγή των τιμών κατώτερου/ανώτερου εύρους σε έναν έξυπνο πομπό αλλάζει αυτό που εμφανίζει - δεν διορθώνει την ολίσθηση του αισθητήρα. Αυτό μπερδεύεται πιο συχνά από όσο θα έπρεπε.
Πρακτικές βαθμονόμησης που στην πραγματικότητα μειώνουν τον κίνδυνο μετατόπισης
Χρησιμοποιήστε μια σωστά ανιχνεύσιμη αναφορά
Η βαθμονόμηση πεδίου είναι τόσο καλή όσο αυτή με τη σύγκριση. Το πρότυπο αναφοράς πρέπει να μπορεί να ανιχνευθεί σε ένα εθνικό ινστιτούτο μετρολογίας - NIST στις ΗΠΑ ή σε αντίστοιχο σώμα αλλού - και, κατά κανόνα λειτουργίας, το όργανο αναφοράς πρέπει να είναι ουσιαστικά πιο ακριβές από τον υπό δοκιμή πομπό, που συνήθως αναφέρεται ως αναλογία ακρίβειας τουλάχιστον 3:1 έως 4:1, που αναφέρεται ως η αναλογία ακρίβειας 3:1 έως 4:1. Η βαθμονόμηση ενός πομπού με βαθμολογία ±0,075% έναντι μιας αναφοράς που είναι μόνο διπλάσια ακριβής δεν αποδεικνύει τίποτα.
Ορίστε διαστήματα από δεδομένα, όχι από συνήθεια
Δεν υπάρχει καθολικό "σωστό" διάστημα - εξαρτάται από την κρισιμότητα του βρόχου, το περιβάλλον της διαδικασίας και τυχόν ισχύουσες κανονιστικές απαιτήσεις. Οι οργανικοί βρόχοι μεταφοράς και ασφάλειας-έχουν συχνά τους δικούς τους υποχρεωτικούς κύκλους ανεξάρτητα από την παρατηρούμενη μετατόπιση [4]. Αυτό που έχει σημασία είναι ότι το διάστημα ορίζεται από ιστορικά δεδομένα βαθμονόμησης για τη συγκεκριμένη υπηρεσία, δεν έχει αντιγραφεί από τη γενική σύσταση ενός κατασκευαστή και δεν έχει επανεξεταστεί ποτέ.
Αντιστοίχιση τεχνολογίας αισθητήρων με την εφαρμογή
Δεν συμπεριφέρεται κάθε τεχνολογία ανίχνευσης με τον ίδιο τρόπο υπό την ίδια πίεση. Τα χωρητικά στοιχεία τείνουν να διατηρούν μηδενική σταθερότητα με την πάροδο του χρόνου. Οι πιεζοαντιστικοί σχεδιασμοί ανταποκρίνονται γρηγορότερα, αλλά μπορούν να δείξουν μεγαλύτερη μετατόπιση υπό παρατεταμένο φορτίο. ψηφιακοί πομποί-με αντιστάθμιση μικροεπεξεργαστή γενικά υπερτερούν των αναλογικών-μόνο σχεδίων για μακροπρόθεσμη-σταθερότητα, επειδή η αντιστάθμιση θερμοκρασίας αντιμετωπίζεται υπολογιστικά και όχι μέσω γήρανσης αναλογικών στοιχείων [5]. Για υπηρεσία υψηλής-στατικής DP, ένας πομπός με δημοσιευμένη, δοκιμασμένη προδιαγραφή σφάλματος στατικής πίεσης αξίζει να προσέξετε - πολλά φύλλα δεδομένων θάβουν αυτόν τον αριθμό και είναι ακριβώς αυτό που προβλέπει την πραγματική-παγκόσμια απόδοση σε αυτήν την εφαρμογή.
Τι σημαίνει αυτό όταν προσδιορίζετε έναν πομπό
Για έναν αγοραστή που αξιολογεί πομπούς αντί να αντιμετωπίζει προβλήματα σε έναν εγκατεστημένο, η πρακτική λύση είναι να κοιτάξει πέρα από τον βασικό αριθμό ακρίβειας στην πρώτη γραμμή του φύλλου δεδομένων. Οι προδιαγραφές που προβλέπουν στην πραγματικότητα τη μακροπρόθεσμη συμπεριφορά μετατόπισης είναι πιο κάτω: δημοσιευμένη ετήσια σταθερότητα (συνήθως δηλώνεται ως %/έτος), συντελεστής θερμοκρασίας σε όλο το εύρος αντιστάθμισης και - για πομπούς DP - η προδιαγραφή του εφέ στατικής πίεσης. Ένας πομπός με ελαφρώς χαμηλότερη ακρίβεια επικεφαλίδας αλλά πιο αυστηρή προδιαγραφή σταθερότητας συχνά ξεπερνά μια "ακριβέστερη" μονάδα δύο ή τρία χρόνια μετά την υπηρεσία, όπου εμφανίζεται το πραγματικό κόστος της μετατόπισης: απρογραμμάτιστη εργασία επαναβαθμονόμησης, ανατροπές διαδικασίας και σε ρυθμιζόμενες εφαρμογές, ευρήματα ελέγχου.
Τελικές Σκέψεις
Η μετατόπιση δεν είναι σημάδι ότι ένας πομπός είναι ελαττωματικός - είναι φυσική βεβαιότητα για οποιονδήποτε αισθητήρα εκτίθεται σε πραγματικό-θερμικό κύκλο, μηχανική καταπόνηση και γήρανση εξαρτημάτων. Το ζήτημα της μηχανικής δεν είναι πώς να το εξαλείψετε, αλλά πώς να το καθορίσετε, να εγκαταστήσετε και να βαθμονομήσετε γύρω από αυτό, ώστε να παραμένει μέσα σε μια προβλέψιμη, τεκμηριωμένη ζώνη αντί να εμφανίζεται ως πρόβλημα διεργασίας μυστηρίου σε έξι μήνες από τώρα.
Αναφορές
- ScienceDirect, "Ακρίβεια πομπού πίεσης" -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-guide
- ISA, "Basics of Calibrating Pressure Transmitters," InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/departments/basics-of-calibrating-pressure-transmitters
- Control Global, "Calibrating Pressure Instrumentation" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibratingpressureinstrumentation.pdf
- RealPars, "Τι προκαλεί την αναλογική μετατόπιση;" -https://www.realpars.com/blog/analog-drift
