For å beregne nøyaktigheten til en trykktransduser må man ta hensyn til både referansenøyaktigheten og ytelsen på stedet. Den totale sannsynlige feilen (TPE ) beregnes ved å legge sammen usikkerheter som nøyaktigheten til det kalibrerte måleintervallet, effekten av omgivelsestemperaturen og effekten av statisk trykk.
I prosessteknikkens store verden er trykkmåling hjørnesteinen i effektiv, sikker og pålitelig drift.
Etter hvert som teknologien utvikler seg og bransjene går fremover, blir behovet for nøyaktig trykkmåling stadig viktigere.
For vedlikeholdsingeniører, instrumenterings- og kontrollingeniører og prosessingeniører kan det noen ganger være som å lete etter en nål i en høystakk å finne ut hva trykksensorer er.
Men frykt ikke! For å oppnå optimal ytelse er det viktig å forstå de små nyansene som påvirker sensorens nøyaktighet.
Denne artikkelen tar for seg trykktransdusere for å gi vedlikeholdsingeniører et innblikk i hvordan man kan oppnå nøyaktige trykkmålinger.
Vi begynner med å forklare hvor viktig det er å definere nøyaktigheten som kreves for spesifikke prosessapplikasjoner. Deretter forklarer vi forskjellen mellom ytelse på stedet og referansenøyaktighet, og hvorfor denne forskjellen er så viktig.
Videre vil vi gå nærmere inn på de mange driftsbetingelsene som en trykktransduser kan utsettes for: fra varierende omgivelsestemperaturer til varierende statiske trykk, og deres respektive effekter. Nullpunktsforskyvning, områdeforskyvning og de kumulative konsekvensene av disse vil også bli diskutert.
Til slutt gir vi deg en komplett metode for å beregne den sannsynlige totalfeilen til en trykksensor.
Når denne artikkelen er ferdig, håper vi at du ikke bare har kunnskapen du trenger for å velge riktig trykktransduser, men også for å sikre at den er nøyaktig gjennom hele levetiden. La oss legge ut på en lærerik reise sammen!
Det første trinnet er å definere ytelsen som kreves av den industrielle applikasjonen for trykkmålepunktet.
Ytelsen på stedet for trykktransdusere bør vanligvis ligge mellom 0,5 % og 2,0 % av det kalibrerte området, avhengig av bruksområdet. Følgende ytelsesmål forventes i gjennomsnitt for alle serviceklassifiseringer: anleggssikkerhet og effektivitet på 0,5 %, miljøkontroll på 1,0 %, Scada-system og distribuert kontrollsystem på 1,5 % og anleggsovervåkningssystem og prosessoptimalisering på 2, 0 %. Dette er selvfølgelig bare gjennomsnittstall, og noen kunder vil ha høyere eller lavere forventninger avhengig av deres spesifikke behov. Tallene gir imidlertid et generelt inntrykk av hvilket ytelsesnivå kundene våre er ute etter.
Ytelse på stedet må ikke forveksles med referansenøyaktighet.
Det finnes to forskjellige konsepter når det gjelder målesystemer:
Dette er nøyaktigheten til en trykksensor under spesifikke, kontrollerte forhold, vanligvis i et laboratorium. Det gir en standard eller referanse som sensorens ytelse kan sammenlignes med. Referansenøyaktigheten inkluderer de kombinerte effektene av ikke-linearitet, hysterese og ikke-repeterbarhet under disse definerte forholdene.
Dette refererer til ytelsen til en sensor eller et målesystem under reelle forhold eller i det miljøet det er beregnet for.
En rekke faktorer kan påvirke ytelsen på stedet, inkludert variasjoner i omgivelsestemperatur, effekten av statisk trykk, stabilitet over tid, påvirkning av forsyningsspenning, monteringsposisjon og andre miljøfaktorer.
Ytelsen på stedet kan avvike fra referansenøyaktigheten på grunn av disse ytre påvirkningene.
I praksis kan en trykksensor ha utmerket referansenøyaktighet under kontrollerte forhold, mens ytelsen på stedet kan variere avhengig av kompleksiteten og uforutsigbarheten i det virkelige miljøet. Det er derfor viktig å ta hensyn til begge disse faktorene når en trykksensor skal evalueres eller tas i bruk i en spesifikk applikasjon.
Det andre trinnet er å definere driftsforholdene som enheten skal utsettes for.
Avhengig av bruksområde kan trykktransmittere utsettes for betydelige variasjoner i omgivelsestemperatur.
Hvis en trykksensor for eksempel brukes utendørs, kan omgivelsestemperaturen variere fra -20 °C til 60 °C. Dette er noe helt annet enn bruk i et laboratorium der omgivelsestemperaturen er stabil og klimatisert.
Den andre parameteren som må tas i betraktning, er det statiske trykket i prosessen.
Ved differensialtrykkmåling er nøyaktigheten lavere jo høyere det statiske trykket er. For absolutte og relative trykksensorer er effekten av statisk trykk lik null.
Når vi kjenner til disse faktorene som kan påvirke nøyaktigheten, kan vi beregne Total Error Probable (TEP), som definerer nøyaktigheten til trykktransduseren under installasjonsforholdene i applikasjonen når alle de individuelle feilkildene kombineres. Denne totale ytelsesfeilen er forskjellen mellom det mest positive og det mest negative måleavviket fra det faktiske trykket. Den beregnes ved å kombinere alle mulige feil under applikasjonens driftsforhold.
Den sannsynlige totale feilverdien brukes til å definere den verste ytelsen til trykktransmitteren som er installert på stedet.
Faktorer som omgivelsestemperatur og statisk trykk har en viss innvirkning på trykksensorens nøyaktighet og ytelse. De påvirker både nullpunktet og det innstilte måleområdet til trykktransmittere, noe som resulterer i måleavvik eller unøyaktigheter.
Vi har først bestemt nøyaktigheten som kreves på stedet for applikasjonen, bestemt installasjonsparametrene som påvirker nøyaktigheten til målingen vår, og deres innvirkning på nullpunkts- og skalaforskyvningen.
Det neste trinnet er å beregne den sannsynlige totalfeilen ved hjelp av spesifikasjonene som er tilgjengelige på trykktransduserprodusentens nettsted (tekniske spesifikasjoner). Denne beregningen er summen av kvadratrøttene av usikkerhetene knyttet til referansenøyaktigheten og installasjonsfaktorer som omgivelsestemperatur og effekten av statisk trykk.
Enhetens sannsynlige totale feil inkluderer referansenøyaktigheten, effekten av omgivelsestemperaturen, effekten av statisk trykk og beregnes ved hjelp av følgende TPE-formel:
Sannsynlig total feil = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²)
E1 = Nominell nøyaktighet for kalibrert skala eller referansenøyaktighet
E2 = Effekt av omgivelsestemperatur
E3 = Effekt av statisk trykk
E1. Nominell nøyaktighet eller referansenøyaktighet
Den nominelle nøyaktigheten må beregnes på den kalibrerte eller justerte skalaen. Referansenøyaktigheten inkluderer de maksimale usikkerhetsfeilene for hysterese, ikke-linearitet og ikke-repeterbarhet.
E2. Effekt av omgivelsestemperatur
Trykksensorene kalibreres i laboratoriet ved en stabil omgivelsestemperatur. Omgivelsestemperaturen på bruksstedet kan være annerledes. Denne temperaturen påvirker de elektroniske komponentene i måleinstrumentet, noe som kan føre til unøyaktige målinger. Produsenter av trykksensorer, for eksempel Fuji Electric, uttrykker vanligvis denne effekten i trinn på 28 °C.
E3. Effekt av statisk trykk
Feil i det statiske trykket kan skyldes flere fenomener inne i trykksensoren. Disse inkluderer deformasjon av metallmembraner under ledningstrykk og balansen mellom påfyllingsoljevolumene. Leverandørene definerer vanligvis påvirkningen av statisk trykk for hver 10 MPa trykkvariasjon. Effekten av statisk trykk på en differensialtrykktransduser kan manifestere seg i null- og spennforskyvninger. Dette fenomenet omtales noen ganger som "statisk trykkeffekt" eller "linjetrykkeffekt".
Effekt på null :
Dette er forskyvningen i sensorens utgangssignal når det ikke er noe differansetrykk i transmitteren, men et statisk trykk eller linjetrykk.
Tips: Effekten på nullpunktet kan elimineres ved å nullstille under statisk trykk, noe som betyr at transmitteren kan rekalibreres eller justeres under statisk trykk for å bringe nullpunktet tilbake til riktig referansenivå. Transmitteren får beskjed om at utgangsstrømmen under statisk trykk, uten differensialtrykk, skal representere null. Dette kompenserer effektivt for effekten av statisk trykk på nullavlesningen.
Effekt på skalaen :
Dette er endringen i transmitterens utgangsområde på grunn av statisk trykk eller ledningstrykk.
I vårt eksempel vil vi ta utgangspunkt i følgende servicevilkår for vår applikasjon.
Vi bruker spesifikasjonene nedenfor for Fuji Electric FKC differensialtrykksensor for å beregne den totale ytelsen.
SpesifikasjonerDifferensialtrykksensor Fuji Electric - FKC
Last ned spesifikasjonen for å finne de tekniske spesifikasjonene til Fujis elektriske trykksensor!
La oss derfor først og fremst vurdere hvilken modell som er riktig for det trykkmåleområdet som kreves, og for driftsforholdene i applikasjonen, ved å følge denne veiledningen for valg av trykktransduser.
Skalainnstillingen bør stilles inn så nær den øvre grensen for sensorcelleområdet som mulig for å oppnå best mulig nøyaktighet.
For en trykkmåling på 0-100 mbar velger vi modell FKC..33, som har det nærmeste området på 0/320 mbar.
| Modeller | Statisk trykkgrense MPa {bar} | Måleområder kPa {mbar} MIN | Måleområder kPa {mbar} MAX | Mulige innstillinger kPa {m bar} |
|---|---|---|---|---|
| FKC 11 | -0,1 til + 3,2 {-1 til + 32}. | 0,1 {1} | 1 {10} | ±1 {±10} |
| FKC 22 | -0,1 til + 10 {-1 til + 100}. | 0,1 {1} | 6 {60} | ±6 {±60} |
| FKC 33 | -0,1 til + 16 {-1 til + 160}. | 0,32 {3,2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 35 | -0,1 til + 16 {-1 til + 160}. | 1,3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 36 | -0,1 til + 16 {-1 til + 160}. | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 38 | -0,1 til + 16 {-1 til + 160}. | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 43 | -0,1 til + 42 {-1 til + 420}. | 0,32 {3,2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 45 | -0,1 til + 42 {-1 til + 420}. | 1,3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 46 | -0,1 til + 42 {-1 til + 420}. | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 48 | -0,1 til + 30 {-1 til + 300}. | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 49 | -0,1 til + 30 {-1 til + 300}. | 500 {5000} | 20000 {200000} | {+20000,-10000} {+200000,-100000} |
Nøyaktighet for det kalibrerte måleområdet eller referansenøyaktighet
| Nøyaktighet: (inkludert linearitet, hysterese og repeterbarhet) |
| For modeller fra 32 kPa til 3000 kPa |
| MPE > 1/10 av maksimal skala: ±0,065 % av MPE eller ±0,04 % av MPE som et alternativ. |
| EMR < à 1/10 de l’échelle maximale : ± (0.015 + 0.005 × Ech.max/EMR ) % de l’EMR |
Den beste referansenøyaktigheten, inkludert maksimale usikkerhetsfeil for hysterese, ikke-linearitet og ikke-repeterbarhet, er ± 0,04 % av skalaen for Fuji Electric FKC-trykktransmitteren.
E1 = 0,04 % *100
E1= 0,04 mbar
Effekt av omgivelsestemperatur
| Påvirkning av temperatur |
|---|
| Verdiene nedenfor er oppgitt for temperaturvariasjoner på 28 °C mellom -40 °C og +85 °C. |
| Maks. måleområde | Effekt på null (% av TRA) | Total effekt (% av TRA) |
|---|---|---|
| "1"/100 mmCE {10 mbar} "2"/600 mmCE {60 mbar} | ± (0,125+0,1 Ech.max/EMR)% (0,125+0,1 Ech.max/EMR) | ± (0,15 + 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)% (0,075+0,0125 Ech.max/EMR) | ±(0,095+0,0125 Ech.max/EMR)% (0,095+0,0125 Ech.max/EMR) |
I vårt eksempel er forskjellen i omgivelsestemperatur 28 °C.
Vi ser her på den totale effekten av temperatureffekten.
E2 = ± (0,095 + 0,0125*320) %
E2= ± 0,135 mbar
Påvirkning av statisk trykk
| Statisk trykk | Effekt på nullpunktet (% av maksimal skala) |
|---|---|
| "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} |
Her tar vi hensyn til nullforskyvningen av den statiske trykkeffekten.
E3 = ± 0,035*320%
E3 = ± 0,112 mbar
Vi kan nå beregne den sannsynlige totale feilen.
Sannsynlig total feil (FTE)
Sannsynlig totalfeil = ± √ ((E1)²+ (E2)²+ (E3)²)
E1 = Nominell nøyaktighet for kalibrert skala
E2 = Effekt av omgivelsestemperatur ved 28°C
E3 = Effekt av statisk trykk ved 6,9 MPa
TPE = SQRT ((0,04)^2+(0,135)^2+(0,112)^2)
TPE = 0,179 mbar
TPE= 0,179 % av spennvidden
Prosessapplikasjonen krevde en nøyaktighet på ± 0,2 % av span. Sensoren skal måle et differansetrykk på 100 mbar under normale driftsforhold. Den nødvendige ytelsen til sensoren på stedet vil være ± 0,5 mbar. Vi kan konkludere med at Fuji Electric FKC differensialtrykksensor er egnet for denne applikasjonen. For å fullføre analysen av trykkytelsen kan vi legge til ytterligere en faktor som påvirker nøyaktigheten til trykket på stedet.
Overtrykkseffekt
Med overtrykk menes en situasjon der trykket overskrider måleinstrumentets kalibrerte maksimumsområde. Slike situasjoner kan oppstå i forbindelse med en ulykke eller en unormal situasjon. Nøyaktigheten til trykksensorer påvirkes også av overtrykk. Produsenter av trykksensorer, som Fuji Electric, uttrykker vanligvis denne effekten i form av maksimalt arbeidstrykk.
| Statisk trykk | Effekt på nullpunktet (% av maksimal skala) |
|---|---|
| "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
Vi kan nå beregne den totale nøyaktigheten, inkludert områdets overtrykkseffekt.
Total nøyaktighet = ± √ ((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 % av spennvidden
Trykkmåling er et grunnleggende aspekt for å garantere effektivitet og sikkerhet i prosesstekniske prosesser. Nøyaktigheten er avgjørende med tanke på mangfoldet og kompleksiteten i bruksområdene i ulike sektorer.
Den omfattende gjennomgangen av trykktransdusere i denne artikkelen har vist hvor viktig det er å forstå både referansenøyaktigheten og ytelsen på stedet, samt faktorene som påvirker disse parametrene, inkludert effekten av omgivelsestemperatur, statisk trykk, nullpunktsskift og spennviddeforskyvninger.
Ved hjelp av en systematisk forklaring har vi vist hvordan man beregner den totale sannsynlige feilen (TPE) ved å ta hensyn til ulike usikkerheter som nøyaktigheten til det kalibrerte området, påvirkning fra omgivelsestemperatur og effekten av statisk trykk. Eksemplet som tar utgangspunkt i spesifikasjonene til Fuji Electrics FKC-differensialtrykksensor, forenkler den praktiske anvendelsen av denne kunnskapen ytterligere.
Når man velger en trykktransduser, er det viktig å sikre at den ikke bare oppfyller de nødvendige ytelsesparametrene, men at den også tåler varierende forhold på stedet, slik at nøyaktigheten er sikret gjennom hele levetiden. Ved å integrere informasjonen som gis, kan vedlikeholds- og prosessingeniører utvilsomt ta mer informerte beslutninger og dermed forbedre påliteligheten og effektiviteten til systemene sine.
Når du velger trykksensor, er det viktig å velge en enhet som har minimal innvirkning på miljøet.
Den avanserte flytende celleteknologien i Fuji Electrics trykktransdusere gir høy immunitet mot temperaturvariasjoner, statisk trykk og overtrykk som er vanlig i prosessindustrien, og reduserer den totale målefeilen betydelig.
Fuji Electrics høytytende trykktransdusere i høy ytelsesklasse er utviklet for å revolusjonere trykkmåling. De karakteriseres termisk under produksjonsprosessen for å forbedre referansenøyaktigheten og minimere påvirkningen fra omgivelsestemperatur og statisk trykk.
Denne unike termiske karakteriseringsprosessen, kjent som 4D-gyrasjon, gjorde det mulig å karakterisere trykktransmittercellen i et temperaturområde fra -40 til +85 °C.
Data samles inn under produksjonsprosessen ved å registrere nullpunktforskyvning og span ved ulike temperaturer ved hjelp av en automatisert produksjonsprosess. En ikke-lineær kurvetilpasningsalgoritme utføres for å karakterisere trykksensorens unike oppførsel.
Kompensasjonsdata lastes kontinuerlig inn i hver celle i trykktransmitteren i løpet av denne prosessen for aktivt å kompensere for effekten av det termiske miljøet. Resultatet er en referansenøyaktighet (inkludert hysterese, ikke-linearitet og ikke-repeterbarhet) på mindre enn +0,04 % av full skala over dette brede temperaturkompenserte området.
Eliminer potensielle feil ved måling av differensialtrykk: Spar tid og energi ved å bruke ett enkelt instrument som er utviklet spesielt for nøyaktige differensialtrykkmålinger.
Kontakt Fuji Electric i dag for å finne ut mer om våre trykksensorer i høyytelsesklassen og utnytte det fulle potensialet i nøyaktig trykkmåling.
Gå ikke glipp av denne muligheten til å forbedre prosessene dine og oppnå optimale resultater. Kontakt oss nå
