Sensore di pressione differenziale – FKC
rif.: FKC
Prezzo al pubblico
1385,00 €Sconti disponibili, contattateci per maggiori informazioni.
Richiedi un preventivoPer calcolare la precisione di un sensore di pressione, è necessario considerare sia la precisione di riferimento che le prestazioni in loco. L'errore totale probabile (ETP) si ottiene sommando le incertezze quali la precisione dell'intervallo di misura calibrato, gli effetti della temperatura ambiente e gli impatti della pressione statica.
Riassumi questo articolo con:
Nel vasto mondo dell'ingegneria di processo, la misurazione della pressione è fondamentale per garantire l'efficienza, la sicurezza e l'affidabilità delle operazioni.
Con l'evolversi delle tecnologie e il progresso delle industrie, la necessità di misurazioni precise della pressione diventa sempre più importante.
Per gli ingegneri della manutenzione, gli ingegneri della strumentazione e del controllo e gli ingegneri di processo, districarsi nel labirinto dei sensori di pressione può sembrare a volte come cercare un ago in un pagliaio.
Ma non temete! Per ottenere prestazioni ottimali, è essenziale comprendere le sottili sfumature che influenzano la precisione di un sensore.
Questo articolo tratta il tema dei sensori di pressione, con l'obiettivo di fornire agli ingegneri addetti alla manutenzione informazioni sul metodo che consente di ottenere misurazioni precise della pressione.
Inizieremo esaminando l'importanza di definire la precisione richiesta in base alle specifiche applicazioni di processo. Successivamente, chiariremo la differenza tra prestazioni in loco e precisione di riferimento, sottolineando perché questa distinzione è fondamentale.
Più avanti, analizzeremo le numerose condizioni operative che un sensore di pressione può incontrare: dalle temperature ambientali fluttuanti alle pressioni statiche variabili, e i loro rispettivi effetti. Verranno inoltre trattati lo scostamento dello zero, lo scostamento della portata e le loro ramificazioni cumulative.
Infine, vi forniremo una metodologia completa per calcolare l'errore totale probabile di un sensore di pressione.
Alla fine di questo articolo, speriamo che avrete acquisito le conoscenze necessarie non solo per selezionare il sensore di pressione più adatto, ma anche per garantirne la precisione per tutta la sua durata. Partiamo insieme per questo viaggio istruttivo!
Il primo passo consiste nel definire le prestazioni richieste dall'applicazione industriale per il punto di misurazione della pressione.
Le prestazioni in loco dei sensori di pressione devono generalmente essere comprese tra lo 0,5 e il 2,0% dell'intervallo di misura calibrato, a seconda dell'applicazione. I seguenti obiettivi di prestazione sono attesi, in media, per tutte le classificazioni di servizio: sicurezza ed efficienza dell'impianto allo 0,5%, controllo ambientale all'1,0%, sistema Scada e sistema di controllo distribuito all'1,5% e sistema di monitoraggio dell'impianto e ottimizzazione del processo al 2,0%. Naturalmente si tratta solo di medie e alcuni clienti avranno aspettative più o meno elevate a seconda delle loro esigenze specifiche. Tuttavia, queste cifre danno un'idea generale del livello di prestazioni ricercato dai nostri clienti.
Le prestazioni in loco non devono essere confuse con la precisione di riferimento.
Quando si parla di sistemi di misurazione, esistono due concetti distinti:
Si tratta della precisione di un sensore di pressione in condizioni specifiche e controllate, generalmente in laboratorio. Fornisce uno standard o un riferimento con cui confrontare le prestazioni del sensore. La precisione di riferimento comprende gli effetti combinati di non linearità, isteresi e non ripetibilità in tali condizioni definite.
Si tratta delle prestazioni di un sensore o di un sistema di misurazione in condizioni reali o nell'ambiente a cui è destinato.
Diversi fattori possono influenzare le prestazioni in loco, tra cui le variazioni della temperatura ambiente, l'effetto della pressione statica, la stabilità nel tempo, l'influenza della tensione di alimentazione, la posizione di montaggio e altri fattori ambientali.
Le prestazioni in loco possono differire dalla precisione di riferimento a causa di questi fattori esterni.
In pratica, mentre un sensore di pressione può avere un'eccellente precisione di riferimento in condizioni controllate, le sue prestazioni sul campo possono variare a seconda delle complessità e delle imprevedibilità dell'ambiente reale. È quindi essenziale tenere conto di questi due elementi quando si valuta o si implementa un sensore di pressione per un'applicazione specifica.
Il secondo passo consiste nel definire le condizioni operative a cui sarà sottoposto il dispositivo.
A seconda dell'applicazione, i trasmettitori di pressione possono essere soggetti a variazioni significative della temperatura ambiente.
Ad esempio, se un sensore di pressione viene utilizzato all'aperto, la temperatura ambiente può variare da -20 °C a 60 °C. Ciò è molto diverso dall'uso in laboratorio, dove la temperatura ambiente è stabile e climatizzata.
L'altro parametro da considerare è la pressione statica sul processo.
Nel caso di una misurazione della pressione differenziale, maggiore è la pressione statica, minore è la precisione. Per i sensori di pressione assoluta e relativa, l'effetto della pressione statica è nullo.
La conoscenza di questi fattori che possono influenzare la precisione ci consente di calcolare l'errore totale probabile (ETP) che definisce la precisione del sensore di pressione nelle condizioni di installazione dell'applicazione quando tutte le singole fonti di errore sono combinate. Questo errore totale di prestazione è la differenza tra lo scostamento di misura più positivo e quello più negativo rispetto alla pressione reale. Viene calcolato combinando tutti i possibili errori entro i limiti delle condizioni operative dell'applicazione.
Il valore dell'errore totale probabile viene utilizzato per definire le prestazioni più sfavorevoli del trasmettitore di pressione installato sul sito.
Fattori quali la temperatura ambiente e la pressione statica influiscono in una certa misura sulla precisione e sulle prestazioni del sensore di pressione. La loro influenza si esercita sia sullo zero che sul campo di misura impostato dei trasmettitori di pressione, causando scostamenti o imprecisioni di misura.
Abbiamo preventivamente determinato la precisione desiderata in loco per l'applicazione, stabilito i parametri di installazione che influenzano la precisione della nostra misurazione e la loro influenza sullo scostamento dello zero e sullo scostamento della scala.
Il passo successivo consiste nel calcolare l'errore totale probabile utilizzando le specifiche disponibili sul sito web del produttore del sensore di pressione (specifiche tecniche). Questo calcolo consiste nella somma delle radici quadrate delle incertezze legate alla precisione di riferimento e ai fattori di installazione quali la temperatura ambiente e l'effetto della pressione statica.
L'errore totale probabile dello strumento comprende la precisione di riferimento, l'effetto della temperatura ambiente, l'effetto della pressione statica ed è calcolato utilizzando la seguente formula TPE:
Errore totale probabile = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²)
E1 = Precisione nominale della scala calibrata o precisione di riferimento
E2 = Effetto della temperatura ambiente
E3 = Effetto della pressione statica
E1. Precisione nominale o precisione di riferimento
La precisione nominale deve essere calcolata sulla scala calibrata o regolata. La precisione di riferimento include gli errori di incertezza massimi per l'isteresi, la non linearità e la non ripetibilità.
E2. Effetto della temperatura ambiente
I sensori di pressione vengono calibrati in laboratorio a una temperatura ambiente stabile. La temperatura ambiente nel luogo di applicazione può essere diversa. Questa temperatura influisce sui componenti elettronici dello strumento di misura e può causare misurazioni imprecise. I produttori di sensori di pressione, come Fuji Electric, esprimono generalmente questo effetto con intervalli di variazione di 28 °C.
E3. Effetto della pressione statica
Gli errori di pressione statica possono essere causati da diversi fenomeni all'interno del sensore di pressione. Tra questi vi sono la deformazione delle membrane metalliche sotto la pressione della linea e l'equilibrio dei volumi di olio di riempimento. I fornitori definiscono generalmente l'influenza della pressione statica ogni 10 MPa di variazione di pressione. Gli effetti della pressione statica su un sensore di pressione differenziale possono manifestarsi con scostamenti dello zero e della scala. Questo fenomeno è talvolta chiamato "effetto di pressione statica" o "effetto di pressione di linea".
Effetto sullo zero:
Si tratta dello scostamento del segnale di uscita del sensore quando non vi è pressione differenziale nel trasmettitore, ma è applicata una pressione statica o una pressione di linea.
Suggerimento: l'effetto sullo zero può essere eliminato mediante una "regolazione dello zero" in condizioni di pressione statica, il che significa che il trasmettitore può essere ricalibrato o regolato sotto pressione statica per riportare il suo punto zero al livello di riferimento corretto.Il trasmettitore viene "informato" che la corrente di uscita sotto pressione statica, senza pressione differenziale, deve rappresentare lo zero. Ciò consente di compensare efficacemente gli effetti della pressione statica sulla lettura dello zero.
Effetto sulla scala:
Si tratta della modifica dell'intervallo di uscita del trasmettitore dovuta alla pressione statica o alla pressione di linea.
Per il nostro esempio prenderemo in considerazione le seguenti condizioni di servizio per la nostra applicazione.
Utilizziamo le specifiche riportate di seguito del sensore di pressione differenziale Fuji Electric FKC per calcolare le prestazioni complessive.
SpecificheScarica le specifiche per scoprire le caratteristiche tecniche del sensore di pressione Fuji Electric!
Quindi, innanzitutto, consideriamo il modello corretto per il campo di misura della pressione richiesto e per le condizioni operative dell'applicazione seguendo questa guida alla selezione dei sensori di pressione.
L'impostazione della scala deve essere regolata il più vicino possibile al limite superiore dell'intervallo della cella del sensore per ottenere la massima precisione.
Per una misurazione della pressione di 0-100 mbar, scegliamo il modello FKC..33 che offre l'intervallo più vicino a 0/320 mbar.
| Modelli | Limite di pressione statica MPa {bar} | Campo di misura kPa {mbar} MIN | Campo di misura kPa {mbar} MAX | Impostazioni possibili kPa {m bar} |
|---|---|---|---|---|
| FKC 11 | Da −0,1 a + 3,2 {da −1 a + 32} | 0,1 {1} | 1 {10} | ±1 {±10} |
| FKC 22 | Da −0,1 a +10 {da −1 a +100} | 0,1 {1} | 6 {60} | ±6 {±60} |
| FKC 33 | Da −0,1 a + 16 {da −1 a + 160} | 0,32 {3,2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 35 | Da −0,1 a + 16 {da −1 a + 160} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 36 | Da −0,1 a + 16 {da −1 a + 160} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 38 | Da −0,1 a + 16 {da −1 a + 160} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 43 | Da −0,1 a + 42 {da −1 a + 420} | 0,32 {3,2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 45 | Da −0,1 a + 42 {da −1 a + 420} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 46 | Da −0,1 a + 42 {da −1 a + 420} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 48 | Da −0,1 a + 30 {da −1 a + 300} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 49 | Da −0,1 a + 30 {da −1 a + 300} | 500 {5000} | 20000 {200000} | {+20000,−10000} {+200000,−100000} |
Precisione del campo di misura calibrato o precisione di riferimento
| Precisione: (compresa linearità, isteresi e ripetibilità) |
| Per modelli da 32 kPa a 3000 kPa |
| EMR > a 1/10 della scala massima: ±0,065% dell'EMR o ±0,04% dell'EMR in opzione |
| EMR < à 1/10 de l’échelle maximale : ± (0.015 + 0.005 × Ech.max/EMR ) % de l’EMR |
La migliore precisione di riferimento, compresi gli errori di incertezza massimi per l'isteresi, la non linearità e la non ripetibilità, è pari a ± 0,04% della scala per il trasmettitore di pressione Fuji Electric FKC.
E1 = 0,04 % *100
E1 = 0,04 mbar
Effetto della temperatura ambiente
| Influenza della temperatura |
|---|
| I valori riportati di seguito si riferiscono a variazioni di temperatura di 28 °C comprese tra -40 °C e +85 °C. |
| Campo di misura massimo | Effetto sullo zero (% dell'EMR) | Effetto totale (% dell'EMR) |
|---|---|---|
| “1”/100 mmCE {10 mbar} “2”/600 mmCE {60 mbar} | ± (0,125+0,1 Ech.max/EMR)% | ± (0,15+0,1 Ech.max/EMR)% |
| “3”/32kPa {320mbar} “5”/130kPa {1300mbar} “6”/500kPa {5000mbar} “8”/3000 kPa {30000mbar} “9”/20000 kPa {200000mbar} | ±(0,075+0,0125 Ech.max/EMR)% | ±(0,095+0,0125 Ech.max/EMR)% |
Nel nostro esempio, la differenza di temperatura ambiente è di 28 °C.
Qui consideriamo l'effetto totale dell'effetto della temperatura.
E2 = ± (0,095 + 0,0125*320)%
E2 = ± 0,135 mbar
Influenza della pressione statica
| Pressione statica | Effetto sullo zero (% della scala massima) |
|---|---|
| “1” / 100 mmCE {10 mbar} “2” / 600 mmCE {60 mbar} | ± 0,1% / 0,1 MPa {1 bar} ± 0,063% / 1 MPa {10 bar} |
| “3” “4” | ±0,035% / 6,9 MPa {69 bar} ±0,035% / 6,9 MPa {69 bar} |
Consideriamo qui lo scostamento dallo zero dell'effetto della pressione statica.
E3 = ± 0,035*320%
E3 = ± 0,112 mbar
Ora possiamo calcolare l'errore totale probabile.
Errore totale probabile (ETP)
Errore totale probabile = ± √ ((E1)²+ (E2)²+ (E3)²)
E1 = Precisione nominale della scala calibrata
E2 = Effetto della temperatura ambiente di 28 °C
E3 = Effetto della pressione statica di 6,9 MPa
TPE = SQRT ((0,04)^2+(0,135)^2+(0,112)^2)
TPE = 0,179 mbar
TPE = 0,179 % del campo di misura
L'applicazione del processo richiedeva una precisione pari a ± 0,2% dell'intervallo di misura. Il sensore misurerà una pressione differenziale di 100 mbar in condizioni operative normali. Le prestazioni richieste per il sensore installato in loco saranno di ±0,5 mbar. Possiamo concludere che il sensore di pressione differenziale Fuji Electric FKC è adatto a questa applicazione. Per completare la nostra analisi delle prestazioni di pressione, possiamo aggiungere un ulteriore fattore che influenza la precisione della pressione in loco.
Effetto di sovrapressione
La sovrapressione si riferisce a una situazione in cui la pressione supera il range massimo calibrato dello strumento di misura. Tali condizioni possono verificarsi in caso di incidente o situazione anomala. Anche la precisione dei sensori di pressione è influenzata dalla sovrapressione. I produttori di sensori di pressione, come Fuji Electric, esprimono generalmente questo effetto basandosi sulla pressione massima di esercizio.
| Pressione statica | Effetto sullo zero (% della scala massima) |
|---|---|
| “1” / 100 mmCE {10 mbar} “2” / 600 mmCE {60 mbar} | ± 0,96 % / 3,2 MPa {32 bar} ± 0,31 % / 10 MPa {100 bar} |
| “3” “3” “4” “4” | ± 0,10 % / 16 MPa {160 bar} FKC 35, 36, 38 ± 0,15 % / 16 MPa {160 bar} FKC 33 ± 0,26 % / 42 MPa {420 bar} FKC 43, 45, 46 ± 0,06 % / 10 MPa {100 bar} FKC 48, 49 |
E4 = ± 0,15*320%
E4 = ± 0,6 mbar
Ora possiamo calcolare la precisione totale, compreso l'effetto di sovrapressione della gamma.
Precisione totale = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²+(E4)2)
TA = SQRT ((0,04)^2+(0,135)^2+(0,112)^2+(0,6)^2)
TA = 0,62639 mbar
TA = 0,62639 % del campo di misura
Prezzo al pubblico
1385,00 €Sconti disponibili, contattateci per maggiori informazioni.
Richiedi un preventivoGrazie al calcolo dell'errore probabile totale (TPE) e a un metodo adeguato, ora possiamo calcolare la periodicità di calibrazione del sensore di pressione.
La misurazione della pressione rimane un aspetto fondamentale per garantire l'efficienza e la sicurezza delle operazioni nel campo dell'ingegneria di processo, in conformità con i metodi e le procedure di prova dellanorma IEC 61298-2. La sua precisione è fondamentale, data la diversità e la complessità delle applicazioni nei diversi settori di attività.
L'analisi completa dei sensori di pressione in questo articolo ha sottolineato l'importanza di comprendere sia la precisione di riferimento che le prestazioni sul campo, nonché i fattori che influenzano questi parametri, inclusi gli effetti della temperatura ambiente, gli impatti della pressione statica, gli scostamenti dello zero e gli scostamenti dell'intervallo di misura.
Grazie a una spiegazione sistematica, abbiamo illustrato come calcolare l'errore totale probabile (ETP) tenendo conto di varie incertezze quali la precisione della portata calibrata, le influenze della temperatura ambiente e gli effetti della pressione statica. L'esempio fornito, che utilizza le specifiche del sensore di pressione differenziale Fuji Electric FKC, semplifica ulteriormente l'applicazione pratica di queste conoscenze.
In sostanza, quando si seleziona un sensore di pressione, è fondamentale assicurarsi che non solo sia conforme ai parametri di prestazione richiesti, ma che sia anche in grado di resistere alle condizioni variabili del sito, garantendo così la sua precisione per tutta la durata operativa. Integrando le informazioni fornite, gli ingegneri di manutenzione e di processo possono senza dubbio prendere decisioni più informate, migliorando così l'affidabilità e l'efficienza dei loro sistemi.
Quando si sceglie un sensore di pressione, è importante optare per un dispositivo che abbia un impatto minimo sull'ambiente.
La tecnologia avanzata delle celle flottanti dei sensori di pressione Fuji Electric offre un'elevata immunità alle variazioni di temperatura, alla pressione statica e alla sovrapressione comunemente riscontrate nell'industria di processo e riduce notevolmente l'errore di misurazione complessivo.
I sensori di pressione Fuji Electric di alta prestazione sono progettati per rivoluzionare la misurazione della pressione. Sono caratterizzati termicamente durante il processo di produzione al fine di migliorare la precisione del riferimento e ridurre al minimo l'influenza della temperatura ambiente e della pressione statica.
Questo processo unico di caratterizzazione termica, denominato rotazione 4D, ha permesso di caratterizzare la cella del trasmettitore di pressione in un intervallo di temperature compreso tra -40 e +85 °C.
I dati vengono raccolti durante il processo di produzione registrando lo scostamento dello zero e l'intervallo a diverse temperature mediante un processo di produzione automatizzato. Viene eseguito un algoritmo di regolazione della curva non lineare per caratterizzare il comportamento unico del sensore di pressione.
Durante questo processo, i dati di compensazione vengono caricati continuamente in ogni cella del trasmettitore di pressione per compensare attivamente gli effetti dell'ambiente termico. Il risultato è una precisione di riferimento (compresi isteresi, non linearità e non ripetibilità) inferiore a +0,04% del fondo scala su questo ampio intervallo compensato in temperatura.
Eliminate i potenziali errori nella misurazione della pressione differenziale: risparmiate tempo ed energia affidandovi a un unico dispositivo progettato specificamente per misurazioni precise della pressione differenziale.
Contattate Fuji Electric France oggi stesso per saperne di più sui nostri sensori di pressione ad alte prestazioni e sfruttare tutto il potenziale della misurazione precisa della pressione.
Non perdete questa opportunità di migliorare i vostri processi e ottenere risultati ottimali. Contattateci subito!
Sylvain GRAVEROT
Esperto in sensori e trasmettitori di pressione
