Для расчета точности датчика давления необходимо учитывать как эталонную точность, так и характеристики на месте эксплуатации. Общая вероятная погрешность (TPE ) получается путем сложения таких неопределенностей, как точность калиброванного интервала измерений, влияние температуры окружающей среды и воздействие статического давления.
В огромном мире технологических процессов измерение давления является краеугольным камнем эффективной, безопасной и надежной работы.
По мере развития технологий и развития промышленности необходимость в точном измерении давления становится все более важной.
Для инженеров по техническому обслуживанию, инженеров по контрольно-измерительным приборам и технологов ориентироваться в хитросплетениях датчиков давления порой напоминает поиск иголки в стоге сена.
Но не бойтесь! Для достижения оптимальной производительности необходимо понимать тонкие нюансы, влияющие на точность датчика.
В этой статье рассматривается тема датчиков давления, чтобы помочь инженерам по техническому обслуживанию понять, как получить точные измерения давления.
Мы начнем с изучения важности определения точности, необходимой для конкретных технологических приложений. Затем мы распутаем разницу между производительностью на месте и эталонной точностью, подчеркнув, почему это различие имеет решающее значение.
Далее мы рассмотрим множество условий эксплуатации, с которыми может столкнуться датчик давления: от колебаний температуры окружающей среды до изменения статического давления, и их соответствующие последствия. Также будут рассмотрены сдвиг нуля, сдвиг диапазона и их совокупные последствия.
Наконец, мы предоставим вам полную методику расчета вероятной суммарной погрешности датчика давления.
Мы надеемся, что к концу этой статьи вы будете обладать знаниями, необходимыми не только для выбора правильного датчика давления, но и для обеспечения его точности на протяжении всего срока службы. Давайте вместе отправимся в познавательное путешествие!
Прежде всего, необходимо определить характеристики точки измерения давления, требуемые для промышленного применения.
Рабочие характеристики датчиков давления на месте эксплуатации обычно должны составлять от 0,5 до 2,0 % от калиброванного диапазона в зависимости от области применения. В среднем для всех классификаций услуг ожидаются следующие показатели: безопасность и эффективность предприятия - 0,5 %, экологический контроль - 1,0 %, система Scada и распределенная система управления - 1,5 %, система мониторинга предприятия и оптимизация процессов - 2, 0 %. Конечно, это лишь средние показатели, и некоторые заказчики будут иметь более высокие или низкие ожидания в зависимости от своих конкретных потребностей. Тем не менее, эти цифры дают общее представление об уровне производительности, к которому стремятся наши клиенты.
Не следует путать производительность на месте с точностью эталона.
Существует два разных понятия, когда речь идет о системах измерения:
Это точность датчика давления в определенных, контролируемых условиях, обычно в лаборатории. Она представляет собой стандарт или эталон, с которым можно сравнить характеристики датчика. Эталонная точность включает в себя комбинированные эффекты нелинейности, гистерезиса и невоспроизводимости в этих определенных условиях.
Речь идет о производительности датчика или измерительной системы в реальных условиях или в среде, для которой он предназначен.
На производительность на месте установки может влиять целый ряд факторов, включая колебания температуры окружающей среды, влияние статического давления, стабильность в течение времени, влияние напряжения питания, монтажное положение и другие факторы окружающей среды.
Из-за этих внешних воздействий точность на месте эксплуатации может отличаться от эталонной.
На практике, хотя датчик давления может иметь отличную точность отсчета в контролируемых условиях, его характеристики на месте эксплуатации могут меняться в зависимости от сложности и непредсказуемости реальной среды. Поэтому при оценке или развертывании датчика давления для конкретного применения необходимо учитывать оба этих фактора.
Второй шаг - определение условий эксплуатации, которым будет подвергаться устройство.
В зависимости от области применения преобразователи давления могут подвергаться значительным колебаниям температуры окружающей среды.
Например, если датчик давления используется на открытом воздухе, температура окружающей среды может варьироваться от -20°C до 60°C. Это сильно отличается от использования в лаборатории, где температура окружающей среды стабильна и кондиционируется.
Другой параметр, который необходимо учитывать, - это статическое давление на процесс.
В случае измерения дифференциального давления, чем выше статическое давление, тем ниже точность. Для датчиков абсолютного и относительного давления влияние статического давления равно нулю.
Знание этих факторов, которые могут влиять на точность, позволяет рассчитать суммарную вероятную погрешность (TEP), которая определяет точность датчика давления в условиях установки, когда все отдельные источники погрешности объединены. Эта суммарная погрешность представляет собой разницу между самым положительным и самым отрицательным отклонением измерений от фактического давления. Она рассчитывается путем объединения всех возможных погрешностей в рабочих условиях применения.
Вероятное значение суммарной погрешности используется для определения наихудших характеристик преобразователя давления, установленного на объекте.
Такие факторы, как температура окружающей среды и статическое давление, оказывают определенное влияние на точность и производительность датчика давления. Они влияют как на нулевую точку, так и на установленный диапазон измерения датчиков давления, что приводит к отклонениям или неточностям в измерениях.
Сначала мы определили точность, требуемую на месте применения, определили параметры установки, влияющие на точность измерений, и их влияние на смещение нуля и смещение шкалы.
Следующий шаг - расчет вероятной суммарной погрешности с использованием технических характеристик, доступных на сайте производителя преобразователя давления (технические характеристики). Этот расчет представляет собой сумму квадратных корней из погрешностей, связанных с точностью эталона и такими факторами установки, как температура окружающей среды и влияние статического давления.
Вероятная суммарная погрешность прибора включает в себя точность отсчета, влияние температуры окружающей среды, влияние статического давления и рассчитывается по следующей формуле TPE:
Вероятная суммарная погрешность = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²)
E1 = Номинальная точность калиброванной шкалы или эталонная точность
E2= Влияние температуры окружающей среды
E3 = Влияние статического давления
E1. Номинальная или контрольная точность
Номинальная точность должна быть рассчитана на калиброванной или установленной шкале. Номинальная точность включает максимальную погрешность для гистерезиса, нелинейности и невоспроизводимости.
E2. Влияние температуры окружающей среды
Датчики давления калибруются в лаборатории при стабильной температуре окружающей среды. Температура окружающей среды в месте применения может отличаться. Эта температура оказывает влияние на электронные компоненты измерительного прибора, что может привести к неточному измерению. Производители датчиков давления, такие как Fuji Electric, обычно указывают это влияние с шагом в 28°C.
E3. Влияние статического давления
Погрешности статического давления могут быть вызваны несколькими явлениями внутри датчика давления. К ним относятся деформация металлических диафрагм под давлением в линии и баланс объемов заполняющего масла. Поставщики обычно определяют влияние статического давления через каждые 10 МПа изменения давления. Влияние статического давления на датчик дифференциального давления может проявляться в смещении нуля и диапазона. Это явление иногда называют "эффектом статического давления" или "эффектом линейного давления".
Эффект на нуле :
Это смещение выходного сигнала датчика, когда в датчике нет перепада давления, но есть статическое давление или давление в линии.
Совет: Влияние на нуль можно устранить путем "обнуления" в условиях статического давления. Это означает, что датчик можно откалибровать или отрегулировать под статическим давлением, чтобы вернуть его нулевую точку к правильному эталонному уровню. Датчику "сообщается", что выходной ток при статическом давлении, без перепада давления, должен быть равен нулю. Это эффективно компенсирует влияние статического давления на нулевое показание.
Влияние на масштаб :
Это изменение выходного диапазона датчика под действием статического давления или давления в линии.
В нашем примере мы рассмотрим следующие условия обслуживания для нашего приложения.
Для расчета общей производительности мы используем приведенные ниже характеристики датчика перепада давления Fuji Electric FKC.
Технические характеристикиДатчик перепада давления Fuji Electric - FKC
Скачайте спецификацию, чтобы ознакомиться с техническими характеристиками электрического датчика давления Fuji!
Итак, прежде всего, давайте выберем подходящую модель для требуемого диапазона измерения давления и условий эксплуатации, следуя этому руководству по выбору датчика давления.
Для достижения наилучшей точности настройки шкалы должны быть установлены как можно ближе к верхней границе диапазона ячеек датчика.
Для измерения давления 0-100 мбар мы выбираем модель FKC..33, которая предлагает наиболее близкий диапазон 0/320 мбар.
| Модели | Предельное статическое давление МПа {бар} | Диапазоны измерения кПа {мбар} MIN | Диапазоны измерения кПа {мбар} MAX | Возможные настройки кПа {м бар} |
|---|---|---|---|---|
| FKC 11 | От -0,1 до + 3,2 {-1 до + 32} | 0.1 {1} | 1 {10} | ±1 {±10} |
| FKC 22 | От -0,1 до + 10 {-1 до + 100} | 0.1 {1} | 6 {60} | ±6 {±60} |
| FKC 33 | От -0,1 до + 16 {-1 до + 160} | 0.32 {3.2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 35 | От -0,1 до + 16 {-1 до + 160} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 36 | От -0,1 до + 16 {-1 до + 160} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 38 | От -0,1 до + 16 {-1 до + 160} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 43 | От -0,1 до + 42 {-1 до + 420} | 0.32 {3.2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 45 | От -0,1 до + 42 {-1 до + 420} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 46 | От -0,1 до + 42 {-1 до + 420} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 48 | От -0,1 до + 30 {-1 до + 300} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 49 | От -0,1 до + 30 {-1 до + 300} | 500 {5000} | 20000 {200000} | {+20000,-10000} {+200000,-100000} |
Точность калиброванного диапазона измерений или эталонная точность
| Точность: (включая линейность, гистерезис и повторяемость) |
| Для моделей от 32 кПа до 3000 кПа |
| MPE > 1/10 от максимальной шкалы: ±0,065% от MPE или ±0,04% от MPE в качестве опции |
| EMR < à 1/10 de l’échelle maximale : ± (0.015 + 0.005 × Ech.max/EMR ) % de l’EMR |
Наилучшая эталонная точность, включающая максимальные погрешности гистерезиса, нелинейности и невоспроизводимости, составляет ± 0,04% от шкалы для датчика давления Fuji Electric FKC.
E1 = 0,04 % *100
E1= 0,04 мбар
Влияние температуры окружающей среды
| Влияние температуры |
|---|
| Приведенные ниже значения указаны для колебаний температуры на 28°C в диапазоне от -40°C до +85°C. |
| Макс. диапазон измерения | Эффект от нуля (% от TRA) | Общий эффект (% от TRA) |
|---|---|---|
| "1"/100 ммCE {10 мбар} "2"/600 ммCE {60 мбар} | ± (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"/32 кПа {320mbar} "5"/130 кПа {1300mbar} "6"/500 кПа {5000mbar} "8"/3000 кПа {30000mbar} "9"/20000 кПа {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) |
В нашем примере разница в температуре окружающей среды составляет 28°C.
Здесь мы рассматриваем общее влияние температурного эффекта.
E2 = ± (0,095 + 0,0125*320)%
E2= ± 0,135 мбар
Влияние статического давления
| Статическое давление | Влияние на нуль (% от максимальной шкалы) |
|---|---|
| "1" / 100 mmCE {10 mbar} "2" / 600 mmCE {60 mbar} | ± 0,1% / 0,1 МПа {1 бар} ± 0,063% / 1 МПа {10 бар} |
| "3" "4" | ±0,035% / 6,9 МПа {69бар} ±0,035% / 6,9 МПа {69бар} |
Здесь мы рассматриваем нулевое смещение эффекта статического давления.
E3 = ± 0,035*320%
E3 = ± 0,112 мбар
Теперь мы можем рассчитать вероятную суммарную погрешность.
Вероятная общая ошибка (ЭПЗ)
Вероятная суммарная погрешность = ± √ ((E1)²+ (E2)²+ (E3)²)
E1= Номинальная точность калиброванной шкалы
E2= Влияние температуры окружающей среды при 28°C
E3 = Влияние статического давления при 6,9 МПа
TPE = SQRT ((0.04)^2+(0.135)^2+(0.112)^2)
TPE= 0.179 мбар
TPE= 0.179 % от пролета.
Для технологического применения требуется точность ± 0,2% от диапазона. Датчик будет измерять перепад давления в 100 мбар при нормальных условиях эксплуатации. Требуемая производительность датчика на месте эксплуатации составит ±0,5 мбар. Мы можем сделать вывод, что датчик дифференциального давления Fuji Electric FKC подходит для данного применения. Чтобы завершить анализ характеристик давления, мы можем добавить еще один фактор, влияющий на точность измерения давления на месте эксплуатации.
Эффект избыточного давления
Под избыточным давлением понимается ситуация, при которой давление превышает откалиброванный максимальный диапазон измерительного устройства. Такие условия могут возникнуть в случае аварии или нештатной ситуации. Избыточное давление также влияет на точность датчиков давления. Производители датчиков давления, такие как Fuji Electric, обычно выражают этот эффект в терминах максимального рабочего давления.
| Статическое давление | Влияние на нуль (% от максимальной шкалы) |
|---|---|
| "1" / 100 mmCE {10 mbar} "2" / 600 mmCE {60 mbar} | ± 0,96 % / 3,2 МПа {32 бар} ± 0,31 % / 10 МПа {100 бар} |
| "3" "3" "4" "4" | ± 0,10 % / 16 МПа {160 бар} FKC 35, 36, 38 ± 0,15 % / 16 МПа {160 бар} FKC 33 ± 0,26 % / 42 МПа {420 бар} FKC 43, 45, 46 ± 0,06 % / 10 МПа {100 бар} FKC 48, 49 |
E4 = ± 0,15*320%
E4= ± 0,6 мбар
Теперь мы можем рассчитать общую точность, включая эффект избыточного давления в диапазоне.
Общая точность = ± √ ((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 мбар
TA = 0.62639 % от пролета.
Измерение давления остается фундаментальным аспектом обеспечения эффективности и безопасности операций в области технологического машиностроения. Его точность имеет первостепенное значение, учитывая разнообразие и сложность применения в различных отраслях.
Всестороннее изучение датчиков давления в этой статье подчеркнуло важность понимания как эталонной точности, так и характеристик на месте эксплуатации, а также факторов, влияющих на эти параметры, включая влияние температуры окружающей среды, воздействие статического давления, сдвиг нуля и сдвиг диапазона.
С помощью систематического объяснения мы показали, как рассчитать общую вероятную ошибку (TPE), принимая во внимание различные неопределенности, такие как точность калиброванного диапазона, влияние температуры окружающей среды и статического давления. Приведенный пример, в котором используются характеристики датчика дифференциального давления Fuji Electric FKC, еще больше упрощает практическое применение этих знаний.
По сути, при выборе датчика давления необходимо убедиться, что он не только соответствует требуемым рабочим параметрам, но и выдерживает переменные условия на объекте, обеспечивая точность на протяжении всего срока эксплуатации. Интегрируя полученную информацию, инженеры по техническому обслуживанию и технологическим процессам, несомненно, смогут принимать более обоснованные решения, повышая надежность и эффективность своих систем.
При выборе датчика давления важно выбрать устройство, которое оказывает минимальное воздействие на окружающую среду.
Передовая технология плавающих элементов, используемая в преобразователях давления Fuji Electric, обеспечивает высокую устойчивость к перепадам температуры, статическому давлению и избыточному давлению , часто встречающимся в технологической промышленности, и значительно снижает общую погрешность измерений.
Высокопроизводительные преобразователи давления Fuji Electric разработаны для революционного измерения давления. В процессе производства они получают термические характеристики, что позволяет повысить точность отсчета и минимизировать влияние температуры окружающей среды и статического давления.
Этот уникальный процесс определения тепловых характеристик, известный как 4D-гирация, позволил определить характеристики ячейки датчика давления в диапазоне температур от -40 до +85°C.
Данные собираются в процессе производства путем регистрации смещения нуля и размаха при различных температурах с использованием автоматизированного производственного процесса. Для характеристики уникального поведения датчика давления используется алгоритм подгонки нелинейной кривой.
Во время этого процесса в каждую ячейку датчика давления непрерывно загружаются компенсационные данные, чтобы активно компенсировать влияние тепловой среды. В результате эталонная точность (включая гистерезис, нелинейность и невоспроизводимость) составляет менее +0,04 % от полной шкалы в этом широком диапазоне с температурной компенсацией.
Исключите возможные ошибки при измерении дифференциального давления: экономьте время и энергию, полагаясь на один прибор, разработанный специально для точных измерений дифференциального давления.
Свяжитесь с Fuji Electric сегодня, чтобы узнать больше о наших датчиках давления высокого класса производительности и использовать весь потенциал точного измерения давления.
Не упустите эту возможность улучшить свои процессы и добиться оптимальных результатов. Свяжитесь с нами прямо сейчас
