لحساب دقة مستشعر الضغط ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار كل من الدقة المرجعية والأداء في الموقع. يتم الحصول على الخطأ الكلي المحتمل (FTE) من خلال جمع أوجه عدم اليقين مثل دقة فترة القياس المعايرة ، وتأثيرات درجة الحرارة المحيطة ، وتأثيرات الضغط الساكن.
في عالم هندسة العمليات الواسع ، يعد قياس الضغط حجر الزاوية في كفاءة العمليات وسلامتها وموثوقيتها.
مع تطور التقنيات وتقدم الصناعات ، تصبح الحاجة إلى قياسات دقيقة للضغط أكثر أهمية.
بالنسبة لمهندسي الصيانة ومهندسي الأجهزة والتحكم ومهندسي العمليات ، فإن التنقل في التقلبات والانعطافات لأجهزة استشعار الضغط قد يبدو أحيانا وكأنه يبحث عن إبرة في كومة قش.
لكن لا تخف! لتحقيق الأداء الأمثل ، من الضروري فهم الفروق الدقيقة التي تؤثر على دقة المستشعر.
تلقي هذه المقالة نظرة على موضوع مستشعرات الضغط ، من أجل تنوير مهندسي الصيانة حول كيفية الحصول على قياسات ضغط دقيقة.
سنبدأ باستكشاف أهمية تحديد الدقة المطلوبة بناء على تطبيقات عملية محددة. بعد ذلك ، سنكشف عن الفرق بين الأداء في الموقع والدقة الأساسية ، مع تسليط الضوء على سبب أهمية هذا التمييز.
في وقت لاحق ، سنقوم بفك تشفير العديد من ظروف التشغيل التي يمكن أن يواجهها مستشعر الضغط: من درجات الحرارة المحيطة المتقلبة إلى الضغوط الساكنة المتغيرة ، وتأثيرات كل منها. كما ستتم مناقشة التحول الصفري وتحول النطاق وتداعياتها التراكمية.
أخيرا ، سنزودك بمنهجية شاملة لحساب الخطأ الكلي المحتمل لمستشعر الضغط.
بنهاية هذه المقالة ، نأمل أن تكون مجهزا بالمعرفة ليس فقط لاختيار مستشعر الضغط المناسب ، ولكن أيضا لضمان دقته طوال عمره. دعونا نبدأ هذه الرحلة المفيدة معا!
الخطوة الأولى هي تحديد الأداء المطلوب من قبل التطبيق الصناعي لنقطة قياس الضغط.
يجب أن يكون الأداء في الموقع لأجهزة استشعار الضغط عادة بين 0.5 و 2.0 في المائة من نطاق القياس المعاير ، اعتمادا على التطبيق. من المتوقع أن تكون أهداف الأداء التالية ، في المتوسط ، لجميع تصنيفات الخدمة: سلامة المصنع وكفاءته بنسبة 0.5٪ ، والتحكم البيئي بنسبة 1.0٪ ، ونظام التحكم العشوائي والموزع بنسبة 1.5٪ ، وتحسين نظام مراقبة المصنع والعملية بنسبة 2.0٪. بالطبع ، هذه متوسطات فقط وسيكون لدى بعض العملاء توقعات أعلى أو أقل حسب احتياجاتهم الخاصة. ومع ذلك ، فإن هذه الأرقام تعطي فكرة عامة عن مستوى الأداء الذي يبحث عنه عملاؤنا.
لا ينبغي الخلط بين الأداء في الموقع ودقة خط الأساس.
هناك مفهومان متميزان عند الحديث عن أنظمة القياس:
هذه هي دقة مستشعر الضغط في ظل ظروف محددة خاضعة للرقابة ، عادة في المختبر. يوفر معيارا أو مرجعا يمكن مقارنة أداء المستشعر به. تتضمن الدقة المرجعية التأثيرات المشتركة للغير الخطية والتباطؤ وعدم التكرار في ظل هذه الظروف المحددة.
يشير هذا إلى أداء جهاز استشعار أو نظام قياس في ظل ظروف العالم الحقيقي أو في البيئة المخصصة له.
يمكن أن تؤثر عدة عوامل على الأداء في الموقع ، بما في ذلك الاختلافات في درجة الحرارة المحيطة ، وتأثير الضغط الساكن ، والاستقرار بمرور الوقت ، وتأثير جهد الإمداد ، وموضع التركيب ، والعوامل البيئية الأخرى.
قد يختلف الأداء في الموقع عن دقة خط الأساس بسبب هذه التأثيرات الخارجية.
من الناحية العملية ، في حين أن مستشعر الضغط قد يتمتع بدقة مرجعية ممتازة في ظل ظروف خاضعة للرقابة ، يمكن أن يختلف أدائه في الموقع اعتمادا على التعقيدات وعدم القدرة على التنبؤ ببيئة العالم الحقيقي. لذلك من الضروري مراعاة هذين العنصرين عند تقييم أو نشر مستشعر ضغط لتطبيق معين.
الخطوة الثانية هي تحديد ظروف التشغيل التي سيتعرض لها الجهاز.
اعتمادا على التطبيق ، يمكن أن تخضع أجهزة إرسال الضغط لتغيرات كبيرة في درجة الحرارة المحيطة.
على سبيل المثال ، إذا تم استخدام مستشعر الضغط في الهواء الطلق ، يمكن أن تتراوح درجة الحرارة المحيطة من -20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية. هذا يختلف تماما عن الاستخدام المختبري حيث تكون درجة الحرارة المحيطة مستقرة ومكيفة.
المعلمة الأخرى التي يجب مراعاتها هي الضغط الساكن على العملية.
في حالة قياس الضغط التفاضلي ، كلما ارتفع الضغط الساكن ، زادت الدقة. بالنسبة لأجهزة استشعار الضغط المطلق والنسبي ، يكون تأثير الضغط الساكن صفرا.
تتيح لنا معرفة هذه العوامل التي يمكن أن تؤثر على الدقة حساب الخطأ الكلي المحتمل (FTE) الذي يحدد دقة مستشعر الضغط في ظل ظروف تثبيت التطبيق عند دمج جميع مصادر الخطأ الفردية. خطأ الأداء الكلي هذا هو الفرق بين انحراف القياس الأكثر إيجابية والأكثر سلبية عن الضغط الفعلي. يتم حسابه من خلال الجمع بين جميع الأخطاء المحتملة في حدود ظروف تشغيل التطبيق.
يتم استخدام قيمة الخطأ الكلي المحتمل لتحديد أسوأ أداء لجهاز إرسال الضغط المثبت في الموقع.
عوامل مثل درجة الحرارة المحيطة والضغط الساكن لها بعض التأثير على دقة وأداء مستشعر الضغط. يمارس تأثيرها على كل من نطاق القياس الصفري والمحدد لأجهزة إرسال الضغط ، مما يؤدي إلى انحرافات القياس أو عدم الدقة.
لقد حددنا مسبقا الدقة المطلوبة في الموقع للتطبيق ، وحددنا معلمات التثبيت التي تؤثر على دقة قياسنا وتأثيرها على إزاحة الصفر وإزاحة المقياس.
الخطوة التالية هي حساب الخطأ الكلي المحتمل باستخدام المواصفات المتاحة على موقع الشركة المصنعة لمستشعر الضغط (المواصفات الفنية). يتكون هذا الحساب من مجموع الجذور التربيعية لأوجه عدم اليقين المتعلقة بالدقة المرجعية وعوامل التثبيت مثل درجة الحرارة المحيطة وتأثير الضغط الساكن.
يتضمن الخطأ الكلي المحتمل للجهاز الدقة المرجعية وتأثير درجة الحرارة المحيطة وتأثير الضغط الساكن ويتم حسابه باستخدام صيغة TPE التالية:
الخطأ الكلي المحتمل = ± √ ((E1) ² + (E2) ² + (E3) ²)
ه1 = دقة المقياس المعاير الاسمي أو الدقة المرجعية
ه2 = تأثير درجة الحرارة المحيطة
ه3 = تأثير الضغط الساكن
ه 1. الدقة الاسمية أو الدقة المرجعية
يجب حساب الدقة الاسمية على مقياس معايرة أو مجموعة. تتضمن الدقة المرجعية أقصى أخطاء عدم اليقين للتباطؤ واللاخطية وعدم التكرار.
ه 2. تأثير درجة الحرارة المحيطة
تتم معايرة مستشعرات الضغط في المختبر عند درجة حرارة محيطة ثابتة. قد تكون درجة الحرارة المحيطة في مكان التطبيق مختلفة. تؤثر درجة الحرارة هذه على المكونات الإلكترونية لأداة القياس ، ويمكن أن ينتج عن ذلك قياس غير دقيق. عادة ما يعبر مصنعو مستشعرات الضغط ، مثل Fuji Electric ، عن هذا التأثير بزيادات قدرها 28 درجة مئوية.
ه 3. تأثير الضغط الساكن
يمكن أن تنتج أخطاء الضغط الساكن عن عدة ظواهر داخل حساس الضغط. وتشمل هذه الظواهر تشوه الأغشية المعدنية تحت ضغط الخط وتوازن أحجام زيت التعبئة. ويحدد الموردون عمومًا تأثير الضغط الساكن كل 10 ميجا باسكال من تغير الضغط. يمكن أن تتجلى تأثيرات الضغط الساكن على محول الضغط التفاضلي في التحولات الصفرية والمدى. ويشار إلى هذه الظاهرة أحيانًا باسم "تأثير الضغط الساكن" أو "تأثير ضغط الخط".
التأثير على الصفر:
هذا هو إزاحة إشارة خرج المستشعر عندما لا يكون هناك ضغط تفاضلي في جهاز الإرسال ، ولكن هناك ضغط ثابت أو ضغط خط مطبق.
نصيحة: يمكن التخلص من التأثير الصفري عن طريق "الإعداد الصفري" في ظل ظروف الضغط الساكن ، مما يعني أنه يمكن إعادة معايرة جهاز الإرسال أو تعديله تحت ضغط ثابت لإعادة نقطة الصفر إلى المستوى المرجعي الصحيح. يتم "إبلاغ" جهاز الإرسال بأن تيار الخرج تحت ضغط ثابت ، بدون ضغط تفاضلي ، يجب أن يكون صفرا. هذا يعوض بشكل فعال عن تأثيرات الضغط الساكن على القراءة الصفرية.
التأثير على المقياس:
هذا هو التغيير في نطاق إخراج جهاز الإرسال بسبب الضغط الساكن أو ضغط الخط.
على سبيل المثال ، سننظر في شروط الخدمة التالية لتطبيقنا.
نستخدم المواصفات أدناه لمستشعر الضغط التفاضلي Fuji Electric FKC لحساب الأداء العام.
مواصفاتمستشعر الضغط التفاضلي الكهربائي من فوجي - FKC
قم بتنزيل المواصفات لاكتشاف المواصفات الفنية لمستشعر الضغط الكهربائي فوجي!
لذلك ، أولا وقبل كل شيء ، دعنا نفكر في النموذج المناسب لنطاق قياس الضغط المطلوب ولظروف تشغيل التطبيق باتباع دليل اختيار مستشعر الضغط هذا.
يجب ضبط إعداد المقياس في أقرب وقت ممكن من الحد الأعلى لنطاق خلايا المستشعر من أجل تحقيق أفضل دقة.
لقياس ضغط 0-100 ملي بار ، نختار نموذج FKC. 33 الذي يوفر أقرب شاطئ 0/320 ملي بار.
| نماذج | حد الضغط الساكن MPa {بار} | نطاقات القياس كيلو باسكال {mbar} دقيقة | نطاقات القياس كيلو باسكال {ملي بار} كحد أقصى | الإعدادات الممكنة كيلو باسكال {m bar} |
|---|---|---|---|---|
| FKC 11 | −0.1 إلى +3.2 {−1 إلى +32} | 0.1 {1} | 1 {10} | ±1 {±10} |
| FKC 22 | −0.1 إلى +10 {−1 إلى +100} | 0.1 {1} | 6 {60} | ±6 {±60} |
| FKC 33 | −0.1 إلى +16 {−1 إلى +160} | 0.32 {3.2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 35 | −0.1 إلى +16 {−1 إلى +160} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 36 | −0.1 إلى +16 {−1 إلى +160} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 38 | −0.1 إلى +16 {−1 إلى +160} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 43 | −0.1 إلى +42 {−1 إلى +420} | 0.32 {3.2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 45 | −0.1 إلى +42 {−1 إلى +420} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 46 | −0.1 إلى +42 {−1 إلى +420} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 48 | −0.1 إلى +30 {−1 إلى +300} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 49 | −0.1 إلى +30 {−1 إلى +300} | 500 {5000} | 20000 {200000} | {+20000,−10000} {+200000,−100000} |
دقة نطاق القياس المعاير أو الدقة المرجعية
| الدقة: (بما في ذلك الخطية والتباطؤ والتكرار) |
| للموديلات من 32 كيلو باسكال إلى 3000 كيلو باسكال |
| > MRE عند 1/10 من الحد الأقصى للمقياس: ±0.065٪ من EMR أو ±0.04٪ من EMR اختياري |
| EMR < à 1/10 de l’échelle maximale : ± (0.015 + 0.005 × Ech.max/EMR ) % de l’EMR |
أفضل دقة مرجعية ، بما في ذلك أقصى أخطاء عدم اليقين للتباطؤ ، وعدم الخطية ، وعدم التكرار ، هي ± 0.04٪ من مقياس جهاز إرسال الضغط Fuji Electric FKC.
E1 = 0.04٪ * 100
E1 = 0.04 ملي بار
تأثير درجة الحرارة المحيطة
| تأثير درجة الحرارة |
|---|
| يتم إعطاء القيم أدناه لتغيرات درجة الحرارة من 28 درجة مئوية بين -40 درجة مئوية و + 85 درجة مئوية |
| أقصى نطاق قياس | التأثير على الصفر (٪ من TRA) | التأثير الكلي (٪ من TRA) |
|---|---|---|
| "1" / 100 مم مكعب {10 ملي بار} "2 بوصة/600 مم EC {60 ملي بار} | ± (0.125 + 0.1 Ech.max / EMR)٪ | ± (0.15 + 0.1 Ech.max / EMR)٪ |
| "3 بوصات/32 كيلوباسكال {320mbar} 5 بوصات/130 كيلوباسكال {1300mbar} "6 بوصات/500 كيلوباسكال {5000 ملي بار} "8 بوصات/3000 كيلوباسكال {30000mbar} "9 بوصات/20000 كيلوباسكال {200000mbar} | ± (0.075 + 0.0125 Ech.max / EMR)٪ | ± (0.095 + 0.0125 Ech.max / EMR)٪ |
في مثالنا ، فرق درجة حرارة الغرفة هو 28 درجة مئوية.
هنا نعتبر التأثير الكلي لتأثير درجة الحرارة.
E2 = ± (0.095 + 0.0125 * 320)٪
E2 = ± 0.135 ملي بار
تأثير الضغط الساكن
| الضغط الساكن | التأثير على الصفر (٪ من الحد الأقصى للمقياس) |
|---|---|
| "1" / 100 مم مكعب {10 ملي بار} "2" / 600 مم مكعب {60 ملي بار} | ± 0.1٪ / 0.1 ميجا باسكال {1 بار} ± 0,063٪ / 1 ميجا باسكال {10 بار} |
| "3" "4" | ±0.035٪ / 6.9 ميجا باسكال {69 بار} ±0.035٪ / 6.9 ميجا باسكال {69 بار} |
هنا نعتبر الإزاحة الصفرية لتأثير الضغط الساكن.
E3 = ± 0.035 * 320٪
E3 = ± 0.112 ملي بار
يمكننا الآن حساب الخطأ الكلي المحتمل.
الخطأ الكلي المحتمل (FTE)
الخطأ الكلي المحتمل = ± √ ((E1)²+ (E2)²+ (E3)²)
ه1 = الدقة الاسمية للمقياس المعاير
ه2 = تأثير درجة حرارة الغرفة بمقدار 28 درجة مئوية
ه3 = تأثير الضغط الساكن لكل 6.9 ميجا باسكال
TPE = SQRT ((0.04) ^ 2 + (0.135) ^ 2 + (0.112) ^ 2)
TPE = 0.179 ملي بار
TPE = 0.179٪ من مدى الوصول
يتطلب تطبيق العملية دقة ± 0.2٪ من نطاق القياس. سيقيس المستشعر ضغطا تفاضليا يبلغ 100 ملي بار في ظل ظروف التشغيل العادية. سيكون الأداء المطلوب للمستشعر المثبت ميدانيا ±0.5 ملي بار. يمكننا أن نستنتج أن مستشعر الضغط التفاضلي Fuji Electric FKC مناسب لهذا التطبيق. لإكمال تحليل أداء الضغط لدينا ، يمكننا إضافة عامل إضافي يؤثر على دقة الضغط في الموقع.
تأثير الضغط الزائد
يشير الضغط الزائد إلى موقف يتجاوز فيه الضغط الحد الأقصى للنطاق المعاير لجهاز القياس. يمكن أن تحدث هذه الحالات أثناء وقوع حادث أو موقف غير طبيعي. تتأثر دقة مستشعرات الضغط أيضا بالضغط الزائد. عادة ما يعبر مصنعو مستشعرات الضغط ، مثل Fuji Electric ، عن هذا التأثير بناء على أقصى ضغط تشغيل.
| الضغط الساكن | التأثير على الصفر (٪ من الحد الأقصى للمقياس) |
|---|---|
| "1" / 100 مم مكعب {10 ملي بار} "2" / 600 مم مكعب {60 ملي بار} | ± 0.96٪ / 3.2 ميجا باسكال {32 بار} ± 0.31٪ / 10 ميجا باسكال {100 بار} |
| "3" "3" "4" "4" | ± 0.10٪ / 16 ميجا باسكال {160 بار} FKC 35 ، 36 ، 38 ± 0.15٪ / 16 ميجا باسكال {160 بار} FKC 33 ± 0.26٪ / 42 ميجا باسكال {420 بار} FKC 43 ، 45 ، 46 ± 0.06٪ / 10 ميجا باسكال {100 بار} FKC 48 ، 49 |
E4 = ± 0.15 * 320٪
E4 = ± 0.6 ملي بار
يمكننا الآن حساب الدقة الكلية ، بما في ذلك تأثير الضغط الزائد للنطاق.
الدقة الكلية = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²+(E4)2)
BP = SQRT ((0.04) ^ 2 + (0.135) ^ 2 + (0.112) ^ 2 + (0.6) ^ 2)
تيأ = 0.62639 ملي بار
BP = 0.62639٪ من النطاق
يظل قياس الضغط جانبا أساسيا لضمان كفاءة وسلامة العمليات في مجال هندسة العمليات. دقتها أمر بالغ الأهمية ، نظرا لتنوع وتعقيد التطبيقات في الصناعات المختلفة.
سلط الاستكشاف الشامل لأجهزة استشعار الضغط في هذه الورقة الضوء على أهمية فهم كل من الدقة المرجعية والأداء في الموقع ، بالإضافة إلى العوامل التي تؤثر على هذه المعلمات ، بما في ذلك تأثيرات درجة الحرارة المحيطة ، وتأثيرات الضغط الثابت ، والإزاحات الصفرية ، وإزاحة نطاق القياس.
من خلال شرح منهجي ، كشفنا النقاب عن كيفية حساب الخطأ الكلي المحتمل (FTE) مع مراعاة أوجه عدم اليقين المختلفة مثل دقة النطاق المعاير ، وتأثيرات درجة الحرارة المحيطة ، وتأثيرات الضغط الساكن. المثال المقدم ، الذي يستخدم مواصفات مستشعر الضغط التفاضلي Fuji Electric FKC ، يبسط التطبيق العملي لهذه المعرفة.
في جوهرها ، عند اختيار مستشعر الضغط ، من الضروري التأكد من أنه لا يتوافق فقط مع معايير الأداء المطلوبة ، ولكن أيضا يتحمل ظروف الموقع المختلفة ، مما يضمن دقته طوال عمره التشغيلي. من خلال دمج المعلومات المقدمة ، يمكن لمهندسي الصيانة والعمليات بلا شك اتخاذ قرارات أكثر استنارة ، وتحسين موثوقية وكفاءة أنظمتهم.
عند اختيار مستشعر الضغط ، من المهم اختيار جهاز بأقل تأثير على البيئة.
توفر تقنية الخلايا العائمة المتقدمة من Fuji Electric مناعة عالية ضد تقلبات درجات الحرارة والضغط الساكن والضغط الزائد الموجود بشكل شائع في صناعة المعالجة وتقلل بشكل كبير من خطأ القياس الكلي.
تم تصميم مستشعرات الضغط عالية الأداء من Fuji Electric لإحداث ثورة في قياس الضغط. تتميز حراريا أثناء عملية التصنيع لتحسين دقة المرجع وتقليل تأثير درجة الحرارة المحيطة والضغط الساكن.
تميزت عملية التوصيف الحراري الفريدة هذه ، والتي تسمى الدوران 4D ، خلية إرسال الضغط في نطاق درجة حرارة من -40 إلى +85 درجة مئوية.
يتم جمع البيانات أثناء عملية التصنيع عن طريق تسجيل إزاحة الصفر والنطاق عند درجات حرارة مختلفة باستخدام عملية تصنيع آلية. يتم إجراء خوارزمية تركيب منحنى غير خطي لتوصيف السلوك الفريد لمستشعر الضغط.
يتم تحميل بيانات التعويض باستمرار في كل خلية من خلايا جهاز إرسال الضغط أثناء هذه العملية للتعويض بشكل فعال عن تأثيرات البيئة الحرارية. والنتيجة هي دقة مرجعية (بما في ذلك التباطؤ واللاخطية وعدم التكرار) أقل من + 0.04٪ من المقياس الكامل على هذا النطاق الواسع المعوض لدرجة الحرارة.
تخلص من الأخطاء المحتملة عند قياس الضغط التفاضلي: وفر الوقت والطاقة من خلال الاعتماد على جهاز واحد مصمم خصيصا لإجراء قياسات دقيقة للضغط التفاضلي.
اتصل بشركة Fuji Electric France اليوم لمعرفة المزيد حول مستشعرات الضغط عالية الأداء وإطلاق العنان للإمكانات الكاملة لقياس الضغط بدقة.
لا تفوت هذه الفرصة لتحسين عملياتك وتحقيق أفضل النتائج. اتصل بنا الآن
