Bir basınç transdüserinin doğruluğunu hesaplamak için hem referans doğruluğunu hem de sahadaki performansı dikkate almak gerekir. Toplam Olası Hata (TPE ), kalibre edilmiş ölçüm aralığının doğruluğu, ortam sıcaklığının etkileri ve statik basıncın etkileri gibi belirsizliklerin bir araya getirilmesiyle elde edilir.
Proses mühendisliğinin geniş dünyasında basınç ölçümü verimli, güvenli ve güvenilir operasyonların temel taşıdır.
Teknolojiler geliştikçe ve endüstriler ilerledikçe, doğru basınç ölçümü ihtiyacı daha da önemli hale gelmektedir.
Bakım mühendisleri, enstrümantasyon ve kontrol mühendisleri ve proses mühendisleri için basınç sensörlerinin inceliklerinde gezinmek bazen samanlıkta iğne aramak gibi olabilir.
Ama korkmayın! Optimum performans elde etmek için, bir sensörün doğruluğunu etkileyen ince nüansları anlamak çok önemlidir.
Bu makale, bakım mühendislerine doğru basınç ölçümleri elde etme yöntemi hakkında bir fikir vermek için basınç transdüserleri konusunu ele almaktadır.
Belirli proses uygulamaları için gereken doğruluğu tanımlamanın önemini keşfederek başlıyoruz. Ardından, yerinde performans ile referans doğruluğu arasındaki farkı ortaya koyarak bu ayrımın neden çok önemli olduğunu vurgulayacağız.
Daha sonra, bir basınç transdüserinin karşılaşabileceği çok sayıda çalışma koşulunun kodunu çözeceğiz: değişken ortam sıcaklıklarından değişen statik basınçlara ve bunların ilgili etkilerine kadar. Sıfır kayması, aralık kayması ve bunların kümülatif sonuçları da tartışılacaktır.
Son olarak, bir basınç sensörünün olası toplam hatasını hesaplamak için size eksiksiz bir metodoloji sunacağız.
Bu makalenin sonunda, yalnızca doğru basınç sensörünü seçmek için değil, aynı zamanda kullanım ömrü boyunca doğruluğunu sağlamak için de bilgi sahibi olacağınızı umuyoruz. Gelin birlikte öğretici bir yolculuğa çıkalım!
İlk adım, basınç ölçüm noktası için endüstriyel uygulamanın gerektirdiği performansı tanımlamaktır.
Basınç transdüserlerinin yerinde performansı, uygulamaya bağlı olarak tipik olarak kalibre edilmiş açıklığın %0,5'i ile %2,0'si arasında olmalıdır. Tüm hizmet sınıflandırmaları için ortalama olarak aşağıdaki performans hedefleri beklenmektedir: %0,5 oranında tesis güvenliği ve verimliliği, %1,0 oranında çevresel kontrol, %1,5 oranında Scada sistemi ve dağıtılmış kontrol sistemi ve %2,0 oranında tesis izleme sistemi ve proses optimizasyonu . Elbette bunlar sadece ortalamalardır ve bazı müşterilerin özel ihtiyaçlarına bağlı olarak daha yüksek veya daha düşük beklentileri olacaktır. Ancak bu rakamlar müşterilerimizin aradığı performans düzeyi hakkında genel bir fikir vermektedir.
Yerinde performans, referans doğruluğu ile karıştırılmamalıdır.
Ölçüm sistemleri söz konusu olduğunda iki farklı kavram vardır:
Bu, genellikle laboratuvarda belirli, kontrollü koşullar altında bir basınç sensörünün doğruluğudur. Sensörün performansının karşılaştırılabileceği bir standart veya referans sağlar. Referans doğruluğu, bu tanımlanmış koşullar altında doğrusal olmama, histerezis ve tekrarlanamazlığın birleşik etkilerini içerir.
Bu, bir sensörün veya ölçüm sisteminin gerçek koşullar altında veya amaçlandığı ortamdaki performansını ifade eder.
Ortam sıcaklığındaki değişimler, statik basıncın etkisi, zaman içindeki stabilite, besleme voltajının etkisi, montaj konumu ve diğer çevresel faktörler dahil olmak üzere bir dizi faktör sahadaki performansı etkileyebilir.
Sahadaki performans, bu harici etkiler nedeniyle referans doğruluğundan farklı olabilir.
Uygulamada, bir basınç sensörü kontrollü koşullar altında mükemmel referans doğruluğuna sahip olabilirken, sahadaki performansı gerçek ortamın karmaşıklıklarına ve öngörülemezliklerine göre değişebilir. Bu nedenle, belirli bir uygulama için bir basınç sensörünü değerlendirirken veya yerleştirirken bu iki faktörü de dikkate almak önemlidir.
İkinci adım, cihazın maruz kalacağı çalışma koşullarının tanımlanmasıdır.
Uygulamaya bağlı olarak, basınç transmitterleri ortam sıcaklığında önemli değişikliklere maruz kalabilir.
Örneğin, bir basınç sensörü açık havada kullanılıyorsa, ortam sıcaklığı -20°C ila 60°C arasında değişebilir. Bu, ortam sıcaklığının sabit ve klimalı olduğu bir laboratuvardaki kullanımdan çok farklıdır.
Dikkate alınması gereken diğer bir parametre de proses üzerindeki statik basınçtır.
Fark basınç ölçümü durumunda, statik basınç ne kadar yüksek olursa doğruluk da o kadar düşük olur. Mutlak ve bağıl basınç sensörleri için statik basıncın etkisi sıfırdır.
Doğruluğu etkileyebilecek bu faktörlerin bilinmesi, tüm bireysel hata kaynakları birleştirildiğinde uygulamanın kurulum koşulları altında basınç transdüserinin doğruluğunu tanımlayan Olası Toplam Hatayı (TEP) hesaplamamızı sağlar. Bu toplam performans hatası, gerçek basınçtan en pozitif ve en negatif ölçüm sapması arasındaki farktır. Uygulamanın çalışma koşulları dahilindeki tüm olası hatalar birleştirilerek hesaplanır.
Muhtemel toplam hata değeri, sahada kurulu basınç transmitterinin en kötü durum performansını tanımlamak için kullanılır.
Ortam sıcaklığı ve statik basınç gibi faktörler basınç sensörünün doğruluğu ve performansı üzerinde belirli bir etkiye sahiptir. Basınç transmiterlerinin hem sıfır noktasını hem de ayarlanan ölçüm aralığını etkileyerek ölçüm sapmalarına veya yanlışlıklarına neden olurlar.
Öncelikle uygulama için sahada gereken doğruluğu belirledik, ölçümümüzün doğruluğunu etkileyen kurulum parametrelerini ve bunların sıfır ofset ve ölçek ofseti üzerindeki etkilerini belirledik.
Bir sonraki adım, basınç transdüseri üreticisinin web sitesinde (teknik özellikler) bulunan özellikleri kullanarak olası toplam hatayı hesaplamaktır. Bu hesaplama, referans doğruluğu ve ortam sıcaklığı ve statik basıncın etkisi gibi kurulum faktörleriyle ilişkili belirsizliklerin kareköklerinin toplamıdır.
Cihazın olası toplam hatası referans doğruluğunu, ortam sıcaklığının etkisini, statik basıncın etkisini içerir ve aşağıdaki TPE formülü kullanılarak hesaplanır:
Muhtemel toplam hata = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²)
E1 = Kalibre edilmiş skalanın nominal doğruluğu veya referans doğruluğu
E2 = Ortam sıcaklığının etkisi
E3 = Statik basıncın etkisi
E1. Nominal veya referans doğruluk
Nominal doğruluk, kalibre edilmiş veya ayarlanmış ölçek üzerinde hesaplanmalıdır. Referans doğruluk histerezis, doğrusal olmama ve tekrarlanamazlık için maksimum belirsizlik hatalarını içerir.
E2. Ortam sıcaklığının etkisi
Basınç sensörleri laboratuvarda sabit bir ortam sıcaklığında kalibre edilir. Uygulama yerindeki ortam sıcaklığı farklı olabilir. Bu sıcaklık, ölçüm cihazının elektronik bileşenleri üzerinde bir etkiye sahiptir ve hatalı bir ölçüm ortaya çıkabilir. Fuji Electric gibi basınç sensörü üreticileri bu etkiyi genellikle 28°C'lik artışlarla ifade etmektedir.
E3. Statik basıncın etkisi
Statik basınç hataları, basınç sensörünün içindeki çeşitli olaylardan kaynaklanabilir. Bunlar arasında hat basıncı altında metal diyaframların deformasyonu ve dolum yağı hacimlerinin dengesi yer alır. Tedarikçiler genellikle statik basıncın etkisini her 10 MPa basınç değişiminde bir tanımlar. Statik basıncın bir diferansiyel basınç transdüseri üzerindeki etkileri sıfır ve açıklık kaymalarında kendini gösterebilir. Bu olgu bazen "statik basınç etkisi" veya "hat basıncı etkisi" olarak adlandırılır.
Sıfır üzerindeki etkisi :
Bu, transmitterde fark basıncı olmadığında, ancak statik basınç veya hat basıncı uygulandığında sensör çıkış sinyalindeki ofsettir.
İpucu: Sıfır üzerindeki etki, statik basınç koşulları altında 'sıfırlama' yapılarak ortadan kaldırılabilir; bu, transmitterin sıfır noktasını doğru referans seviyesine geri getirmek için statik basınç altında yeniden kalibre edilebileceği veya ayarlanabileceği anlamına gelir. Bu, statik basıncın sıfır okuma üzerindeki etkilerini etkili bir şekilde telafi eder.
Ölçek üzerindeki etkisi :
Bu, statik basınç veya hat basıncı nedeniyle transmitter çıkış aralığındaki değişikliktir.
Örneğimizde, uygulamamız için aşağıdaki hizmet koşullarını dikkate alacağız.
Genel performansı hesaplamak için Fuji Electric FKC fark basınç sensörü için aşağıdaki teknik özellikleri kullanıyoruz.
ŞartnameFark basınç sensörü Fuji Electric - FKC
Fuji elektrikli basınç sensörünün teknik özelliklerini keşfetmek için spesifikasyonu indirin!
Bu nedenle, öncelikle bu basınç transdüseri seçim kılavuzunu takip ederek gerekli basınç ölçüm aralığı ve uygulamanın çalışma koşulları için doğru modeli değerlendirelim.
En iyi doğruluğu elde etmek için ölçek ayarı sensör hücresi aralığının üst sınırına mümkün olduğunca yakın ayarlanmalıdır.
0-100 mbar basınç ölçümü için, en yakın 0/320 mbar aralığını sunan FKC..33 modelini seçiyoruz.
| Modeller | Statik basınç sınırı MPa {bar} | Ölçüm aralıkları kPa {mbar} MIN | Ölçüm aralıkları kPa {mbar} MAX | Olası ayarlar kPa {m bar} |
|---|---|---|---|---|
| FKC 11 | 0,1 ila + 3,2 {-1 ila + 32} | 0,1 {1} | 1 {10} | ±1 {±10} |
| FKC 22 | 0,1 ila + 10 {-1 ila + 100} | 0,1 {1} | 6 {60} | ±6 {±60} |
| FKC 33 | 0,1 ila + 16 {-1 ila + 160} | 0,32 {3,2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 35 | 0,1 ila + 16 {-1 ila + 160} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 36 | 0,1 ila + 16 {-1 ila + 160} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 38 | 0,1 ila + 16 {-1 ila + 160} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 43 | 0,1 ila + 42 {-1 ila + 420} | 0,32 {3,2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 45 | 0,1 ila + 42 {-1 ila + 420} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 46 | 0,1 ila + 42 {-1 ila + 420} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 48 | 0,1 ila + 30 {-1 ila + 300} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 49 | 0,1 ila + 30 {-1 ila + 300} | 500 {5000} | 20000 {200000} | {+20000,-10000} {+200000,-100000} |
Kalibre edilmiş ölçüm aralığının doğruluğu veya referans doğruluğu
| Doğruluk: (doğrusallık, histerezis ve tekrarlanabilirlik dahil) |
| 32 kPa ila 3000 kPa arası modeller için |
| MPE > maksimum ölçeğin 1/10'u: MPE'nin ±%0,065'i veya isteğe bağlı olarak MPE'nin ±%0,04'ü |
| EMR < à 1/10 de l’échelle maximale : ± (0.015 + 0.005 × Ech.max/EMR ) % de l’EMR |
Histerezis, doğrusal olmama ve tekrarlanamazlık için maksimum belirsizlik hataları dahil olmak üzere en iyi referans doğruluğu, Fuji Electric FKC basınç transmitteri için ölçeğin ±% 0,04'üdür.
E1 = %0,04 *100
E1= 0,04 mbar
Ortam sıcaklığının etkisi
| Sıcaklık etkisi |
|---|
| Aşağıdaki değerler -40°C ile +85°C arasındaki 28°C'lik sıcaklık değişimleri için verilmiştir. |
| Maks. ölçüm aralığı | Sıfır üzerindeki etki (TRA'nın %'si) | Toplam etki (TRA'nın %'si) |
|---|---|---|
| "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) |
Örneğimizde, ortam sıcaklığındaki fark 28°C'dir.
Burada sıcaklık etkisinin toplam etkisini göz önünde bulunduruyoruz.
E2 = ± (0,095 + 0,0125*320)%
E2= ± 0,135 mbar
Statik basıncın etkisi
| Statik basınç | Sıfır üzerindeki etki (maksimum ölçeğin %'si) |
|---|---|
| "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 {69bar} ±%0,035 / 6,9 MPa {69bar} |
Burada statik basınç etkisinin sıfır ofsetini dikkate alıyoruz.
E3 = ± 0.035*320%
E3 = ± 0.112 mbar
Şimdi olası toplam hatayı hesaplayabiliriz.
Muhtemel toplam hata (FTE)
Muhtemel toplam hata = ± √ ((E1)²+ (E2)²+ (E3)²)
E1 = Kalibre edilmiş skalanın nominal doğruluğu
E2 = 28°C başına ortam sıcaklığının etkisi
E3 = 6,9 MPa başına statik basıncın etkisi
TPE = SQRT ((0.04)^2+(0.135)^2+(0.112)^2)
TPE = 0.179 mbar
TPE = Açıklığın %0.179'u
Proses uygulaması, açıklığın ± %0,2'si kadar bir doğruluk gerektiriyordu. Sensör, normal çalışma koşulları altında 100 mbar'lık bir fark basıncı ölçecektir. Yerinde sensörün gerekli performansı ±0,5 mbar olacaktır. Fuji Electric FKC fark basınç sensörünün bu uygulama için uygun olduğu sonucuna varabiliriz. Basınç performansı analizimizi tamamlamak için, yerinde basıncın doğruluğunu etkileyen ek bir faktör ekleyebiliriz.
Aşırı basınç etkisi
Aşırı basınç, basıncın ölçüm cihazının kalibre edilmiş maksimum aralığını aştığı bir durumu ifade eder. Bu koşullar bir kaza veya anormal bir durumda ortaya çıkabilir. Basınç sensörlerinin doğruluğu da aşırı basınçtan etkilenir. Fuji Electric gibi basınç sensörü üreticileri bu etkiyi genellikle maksimum çalışma basıncı cinsinden ifade ederler.
| Statik basınç | Sıfır üzerindeki etki (maksimum ölçeğin %'si) |
|---|---|
| "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
Artık aralığın aşırı basınç etkisi de dahil olmak üzere toplam doğruluğu hesaplayabiliriz.
Toplam doğruluk = ± √ ((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 % açıklık
Basınç ölçümü, proses mühendisliği alanındaki operasyonların verimliliğini ve güvenliğini garanti etmenin temel bir yönü olmaya devam etmektedir. Farklı sektörlerdeki uygulamaların çeşitliliği ve karmaşıklığı göz önüne alındığında, doğruluğu son derece önemlidir.
Bu makalede basınç transdüserlerinin kapsamlı bir şekilde incelenmesi, hem referans doğruluğunun hem de saha performansının yanı sıra ortam sıcaklığının etkileri, statik basıncın etkileri, sıfır kaymaları ve açıklık kaymaları dahil olmak üzere bu parametreleri etkileyen faktörlerin anlaşılmasının önemini vurgulamıştır.
Sistematik bir açıklama vasıtasıyla, kalibre edilmiş açıklığın doğruluğu, ortam sıcaklığının etkileri ve statik basıncın etkileri gibi çeşitli belirsizlikleri dikkate alarak Toplam Olası Hatanın (TPE) nasıl hesaplanacağını ortaya koyduk. Fuji Electric FKC diferansiyel basınç sensörünün özelliklerini kullanan örnek, bu bilginin pratik uygulamasını daha da basitleştirmektedir.
Esasen, bir basınç transdüseri seçerken, yalnızca gerekli performans parametrelerini karşıladığından değil, aynı zamanda değişken saha koşullarına da dayandığından ve çalışma ömrü boyunca doğruluğunu sağladığından emin olmak zorunludur. Bakım ve proses mühendisleri, sağlanan bilgileri entegre ederek şüphesiz daha bilinçli kararlar verebilir ve sistemlerinin güvenilirliğini ve verimliliğini artırabilir.
Bir basınç sensörü seçerken, çevre üzerinde en az etkiye sahip bir cihaz tercih etmek önemlidir.
Fuji Electric'in basınç transdüserlerinin gelişmiş yüzer hücre teknolojisi, proses endüstrisinde yaygın olarak bulunan sıcaklık değişimlerine, statik basınca ve aşırı basınca karşı yüksek bağışıklık sunar ve genel ölçüm hatasını önemli ölçüde azaltır.
Fuji Electric'in yüksek performans sınıfı basınç transdüserleri basınç ölçümünde devrim yaratmak üzere tasarlanmıştır. Referans doğruluğunu artırmak ve ortam sıcaklığı ile statik basıncın etkisini en aza indirmek için üretim sürecinde termal olarak karakterize edilirler.
4D dönme olarak bilinen bu benzersiz termal karakterizasyon süreci, basınç transmitteri hücresinin -40 ila +85°C sıcaklık aralığında karakterize edilmesini sağladı.
Veriler, otomatik bir üretim süreci kullanılarak farklı sıcaklıklarda sıfır kayması ve açıklık kaydedilerek üretim süreci sırasında toplanır. Basınç sensörünün benzersiz davranışını karakterize etmek için doğrusal olmayan bir eğri uydurma algoritması gerçekleştirilir.
Telafi verileri, termal ortamın etkilerini aktif olarak telafi etmek için bu işlem sırasında basınç transmitterinin her hücresine sürekli olarak yüklenir. Sonuç, bu geniş sıcaklık kompanzasyonlu aralıkta tam ölçeğin +%0,04'ünden daha düşük bir referans doğruluğudur (histerezis, doğrusal olmama ve tekrarlanamazlık dahil).
Fark basıncı ölçerken olası hataları ortadan kaldırın: doğru fark basıncı ölçümleri için özel olarak tasarlanmış tek bir cihaza güvenerek zamandan ve enerjiden tasarruf edin.
Yüksek performans sınıfı basınç sensörlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek ve doğru basınç ölçümünün tüm potansiyelinden yararlanmak için bugün Fuji Electric ile iletişime geçin.
Süreçlerinizi iyileştirmek ve optimum sonuçlar elde etmek için bu fırsatı kaçırmayın. Şimdi bize ulaşın
