چرا رانش سیگنال فرستنده فشار اتفاق می افتد؟

اگر تا به حال یک "سالم" کشیده ایدفرستنده فشارخارج از خط، آن را روی یک کالیبراتور قرار دهید، و متوجه شدید که بدون هیچ دلیل واضحی نیم درصد از صفر را می‌خواند، شما قبلاً بخش ناامیدکننده این مشکل را می‌دانید: دریفت به ندرت خود را اعلام می‌کند. هیچ هشداری برای "حلقه 4-20 میلی آمپری شما به آرامی به شما دروغ می گوید" وجود ندارد. این فرآیند فقط کمی غنی، کمی ناب، یا یک کنترل کننده سطح شروع به شکار می کند، و هیچ کس فکر نمی کند فرستنده را سرزنش کند تا زمانی که سه مورد دیگر قبلاً بررسی شده باشد.

این مقاله به آنچه واقعاً در داخل حسگر هنگام جابجایی فرستنده اتفاق می‌افتد، چرایی این اتفاق حتی در تجهیزاتی که به خوبی نگهداری می‌شوند-و این که فرستنده‌ای که سال‌ها کالیبراسیون را نگه می‌دارد را از فرستنده‌ای که نیاز به مراقبت از کودک دارد جدا می‌کند، می‌پردازد.

"دریفت" در واقع در یک حلقه 4-20 میلی آمپر به چه معناست

قبل از پرداختن به علل، ارزش آن را دارد که دقیقاً در مورد drift چیست، زیرا رفع آن بستگی به نوع مورد نظر شما دارد.

رانش صفرکل خروجی را با یک افست ثابت جابجا می کند. اگر قرار باشد فرستنده ای 4 میلی آمپر در 0% ارسال کند و در عوض 4.3 میلی آمپر ارسال کند، همان آفست 0.3 میلی آمپر در هر نقطه از مقیاس نشان داده می شود - 50% با همان حاشیه 0% بالا خوانده می شود. این یکی معمولاً به راحتی قابل تشخیص است و به راحتی با تریم فیلد صفر اصلاح می شود.

رانش دهانهآزاردهنده تر است با دور شدن قرائت از صفر، خطا افزایش می‌یابد، بنابراین فرستنده می‌تواند در مقادیر پایین فرآیند کاملاً خوب به نظر برسد و یک درصد یا بیشتر تقریباً در مقیاس کامل خاموش باشد. این همان چیزی است که نشان می‌دهد «دبی سنج بیشتر روزها خوب می‌خواند، اما در زمان اوج بار چیزی خاموش می‌شود» و این دقیقاً همان خطای است که قبل از اینکه کسی دستگاه را بررسی کند، در فرآیند مورد سرزنش قرار می‌گیرد.

اکثر فرستنده‌هایی که در میدان خراب می‌شوند ترکیبی از هر دو را نشان می‌دهند، به‌علاوه مقداری پسماند، به همین دلیل است که بررسی کالیبراسیون واقعی - نه فقط یک مقایسه خواندن زنده-در برابر گیج دیگر - تنها راه مطمئن برای تأیید دریفت است.

علل واقعی پشت دریفت

هیچ کدام از اینها مرموز نیست. هنگامی که یک فرستنده از نیمکت خارج می شود و وارد خدمت می شود، همان تعداد انگشت شماری از عوامل - دما، چرخه فشار، رطوبت، ارتعاش، و پیری اجزای معمولی - تقریباً همه-از دست دادن دقت طولانی مدت [1] را تشکیل می دهند. در اینجا نحوه عملکرد هر یک از آنها آمده است.

چرخه حرارتی روی عنصر حسگر

هر سنسور فشار دارای یک ضریب دما است، به این معنی که صفر و دهانه آن کمی با دمای محیط یا فرآیند تغییر می کند. این در کالیبراسیون کارخانه جبران می‌شود، اما سیکل‌های گرمایش و سرمایش مکرر - مخزنی که با محصول داغ پر می‌شود و به محیط خالی می‌شود، یک نصب در فضای باز که بین روز و شب 40 درجه فارنهایت می‌چرخد - فشار مکانیکی مداومی بر دیافراگم و اتصال آن وارد می‌کند. در طی چرخه های کافی، منحنی جبرانی که کارخانه در آن ساخته شده است، مانند گذشته با واقعیت مطابقت ندارد.

خستگی دیافراگم و خزش مواد

خود عنصر حسگر حرکت می کند، حتی اگر میکرون باشد. سلول‌های خازنی نازک دیافراگم پس از سال‌ها چرخه فشار، مستعد خزش آهسته در نقطه صفر خود هستند و عناصر پیزومقاومتی نیز از آن مصون نیستند - خود ساختار کریستالی تحت تنش پایدار اندکی تغییر می‌کند. یک رقمی که اغلب از نظرسنجی‌های ابزار دقیق ذکر می‌شود، رانش معمولی صفر را برای حسگرهای خازنی در خدمات صنعتی پیوسته در محدوده چند صدم تا چند دهم درصد در سال [2] - روی کاغذ کوچک می‌کند، اما به اندازه‌ای است که در یک نگه‌داری محکم-انتقال یا حلقه ایمنی در طی چند سال اهمیت داشته باشد.

پیری قطعات الکترونیکی

این فقط سنسور نیست. تجهیزات الکترونیکی تهویه سیگنال، مبدل A/D، ولتاژ مرجع - همه آنها قدیمی می شوند. خازن ها کمی خشک می شوند، مقادیر مقاومت خزش می کنند، و در فرستنده های آنالوگ قدیمی این به تنهایی می تواند سهم معنی داری از کل رانش مشاهده شده را به خود اختصاص دهد. این بخش بزرگی از این است که چرا فرستنده های هوشمند مبتنی بر ریزپردازنده{4}}به طور کلی کالیبراسیون را به طور قابل توجهی بهتر از واحدهای آنالوگ قدیمی در طول عمر یکسان انجام می دهند - به سادگی مدارهای آنالوگ کمتری برای جابجایی باقی مانده است.

اثرات فشار استاتیک بر فرستنده های DP

این یکی افراد زیادی را غافلگیر می کند. در یک فرستنده فشار دیفرانسیل که دیفرانسیل کوچکی را در خطی که با فشار استاتیک (خط) بالا کار می‌کند اندازه‌گیری می‌کند، یک خطا در فشار استاتیک به خودی خود به خطا در خواندن DP - تبدیل می‌شود، حتی اگر فشار استاتیک متغیری نیست که شما اندازه‌گیری می‌کنید. برنامه‌های DP استاتیک بالا، که جریان بخار یک مثال رایج است، دقیقاً به همین دلیل در شکایات رانش به طور نامتناسبی نشان داده می‌شوند.

استرس نصب مکانیکی

فرستنده ای که به شدت بر روی اتصال فرآیند خود گشتاور دارد، یا روی یک منیفولد نصب شده است که کمی خارج از واقعیت است، قبل از اینکه فشار فرآیند را ببیند، تحت بار است. این تنش پایه همیشه در روز اول نشان داده نمی‌شود - چند ماه بعد به‌عنوان یک جابجایی صفر نشان داده می‌شود، وقتی چرخه حرارتی و ارتعاش از بین برود یا آن را بیشتر کند. لرزش پمپ ها و کمپرسورهای مجاور همین کار را به تدریج انجام می دهد.

کالیبراسیون مجدد معوق - "علت" که واقعا یک علت نیست

ارزش نامگذاری جداگانه را دارد: گاهی اوقات هیچ شکست چشمگیری وجود ندارد. فرستنده به سادگی مطابق با مشخصات پایداری سالانه منتشر شده خود در حال پیر شدن است و فاصله کالیبراسیون از چیزی که دستگاه برای نگه داشتن آن طراحی شده بود طولانی شده است. بررسی دقیق عقلانی که برخی از فن‌آوری‌های میدانی استفاده می‌کنند: اگر خطای اندازه‌گیری شده در آن محوطه است، سال‌های خدمت را در مشخصات پایداری سالانه منتشر شده ضرب کنید -، این یک پیری معمولی است، نه یک عیب. اگر خیلی فراتر از این باشد، فشار حرارتی، مکانیکی یا استاتیک دیگری - محتمل‌تر مقصر است.

یک مثال میدانی

یک مهندس فرآیند در یک کارخانه تولید مواد شیمیایی متوسط-زمانی توضیح داد که یک زنگ هشدار سطح متناوب را برای یک ربع تعقیب کرده است. فرستنده سطح مبتنی بر DP- در یک راکتور روکش دار در بررسی های خاموشی به درستی خوانده می شود، در طول مراحل تولید به سمت بالا حرکت می کند و یک شبه ثابت می شود - که باعث می شود به جای یک مشکل ابزار، یک مشکل فرآیند به نظر برسد. کشیدن سوابق کالیبراسیون و ارجاع متقابل-آنها به گزارش دمای دسته ای برای مشاهده الگوی مورد نیاز است: خطای دهانه فرستنده تقریباً دقیقاً با چرخه حرارتی از ژاکت ردیابی می شود، نه با خود سطح. تعویض در یک فرستنده با ضریب دمای منتشر شده کمتر - و افزودن عایق حرارتی در خط ضربه - بدون دست زدن به کنترل‌های فرآیند، آن را حل کرد. درسی که پس از آن در تیم ماندگار شد: فرض نکنید که مقایسه‌های خواندن زنده{10}رایفت را رد نمی‌کند، و فرض نکنید که خواندن خاموش کردن پایدار به این معنی است که فرستنده تحت بار خوب است.

تشخیص Drift قبل از اینکه برای شما هزینه داشته باشد

چند عادت زودتر از بین می‌روند، قبل از اینکه به یک اختلال در فرآیند یا یک حسابرسی ناموفق تبدیل شوند:

• در هر کالیبراسیون، اعداد «همانطور که پیدا شد» را با «به‌عنوان سمت چپ» مقایسه کنیدنه فقط خواندن نهایی. فرستنده ای که برای عبور نیاز به یک اصلاح بزرگ داشت، چیزی به شما می گوید، حتی اگر از نظر فنی قبول شده باشد.
• هوا را به اتمسفر برسانید و صفر واقعی را بررسی کنید، نه فقط یک مقایسه فرآیند زنده با یک ابزار دیگر - دو ابزار دریفت می توانند با یکدیگر همخوانی داشته باشند و هر دو اشتباه باشند.
• روند را دنبال کنید، نه فقط پاس/شکست.فرستنده ای که 80 درصد از تلورانس مجاز خود را در هر بررسی استفاده می کند، به جایی می رود. کسی که برای سالها روی 5 درصد تحمل ثابت بماند احتمالاً نیازی به فاصله کوتاه‌تری ندارد.
• باز{0}}از کالیبراسیون واقعی جدا شود.تغییر مقادیر محدوده پایین/بالا در فرستنده هوشمند، چیزی را که نمایش می دهد تغییر می دهد - هیچ کاری برای تصحیح رانش سنسور انجام نمی دهد. این بیشتر از آنچه که باید با هم مخلوط می شود.

روش های کالیبراسیون که در واقع خطر رانش را کاهش می دهد

از یک مرجع قابل ردیابی مناسب استفاده کنید

کالیبراسیون میدان فقط به همان خوبی است که با آن مقایسه می شود. استاندارد مرجع باید قابل ردیابی در یک موسسه ملی اندازه‌شناسی - NIST در ایالات متحده، یا بدنه مشابه در جای دیگر - باشد و به عنوان یک قانون کار، ابزار مرجع باید به طور معنی‌داری دقیق‌تر از فرستنده تحت آزمایش باشد، که معمولاً به عنوان حداقل نسبت دقت 3:1 تا 4:1 ذکر می‌شود، که به عنوان تست [3،Accuracy] [3AR، یا Accuracy] نامیده می‌شود. کالیبره کردن یک فرستنده با درجه ± 0.075٪ در برابر مرجعی که فقط دو برابر دقیق تر است، واقعاً چیزی را ثابت نمی کند.

فواصل زمانی را از داده ها تنظیم کنید، نه عادت

هیچ فاصله جهانی "صحیح" وجود ندارد - این به بحرانی بودن حلقه، محیط فرآیند و هر الزام قانونی اعمال شده بستگی دارد. حلقه‌های ابزار دقیق انتقال و ایمنی{2}}بدون در نظر گرفتن دریفت مشاهده شده، اغلب چرخه‌های اجباری خود را دارند [4]. آنچه مهم است این است که فاصله زمانی از داده‌های کالیبراسیون تاریخی برای آن سرویس خاص تنظیم شده است، از توصیه عمومی سازنده کپی نشده و هرگز مجدداً مورد بررسی قرار نگرفته است.

تطبیق فناوری حسگر با برنامه

هر فناوری حسگری تحت فشار یکسانی رفتار یکسانی ندارد. عناصر خازنی در طول زمان به خوبی پایداری صفر را حفظ می کنند. طرح‌های پیزومقاومتی سریع‌تر پاسخ می‌دهند، اما می‌توانند رانش بیشتری را تحت بار پایدار نشان دهند. فرستنده‌های دیجیتال و ریزپردازنده جبران‌شده{1} عموماً برای پایداری طولانی‌مدت-از طراحی‌های آنالوگ بهتر عمل می‌کنند، زیرا جبران دما به جای اجزای آنالوگ کهنه [5] به صورت محاسباتی انجام می‌شود. برای سرویس DP استاتیک بالا، فرستنده ای با مشخصات خطای فشار استاتیک منتشر شده و آزمایش شده ارزش توجه دارد که - بسیاری از برگه های داده این عدد را مدفون می کنند و دقیقاً همان چیزی است که عملکرد واقعی{8}}جهانی را در آن برنامه پیش بینی می کند.

وقتی شما یک فرستنده را مشخص می کنید این به چه معناست

برای خریدار که فرستنده ها را به جای عیب یابی فرستنده های نصب شده ارزیابی می کند، راه حل عملی این است که به عدد دقت پایه در خط اول دیتاشیت نگاه کنید. مشخصاتی که در واقع رفتار رانش درازمدت را پیش‌بینی می‌کنند، پایین‌تر هستند: پایداری سالانه منتشر شده (معمولاً به صورت %/سال بیان می‌شود)، ضریب دما در محدوده کامل جبران‌شده، و - برای فرستنده‌های DP - مشخصات اثر فشار ساکن. فرستنده‌ای با دقت تیتر کمی پایین‌تر اما مشخصات پایداری دقیق‌تر، اغلب از واحد «دقیق‌تر» دو یا سه سال پس از استفاده بهتر عمل می‌کند، جایی که هزینه واقعی رانش نشان می‌دهد: کار برنامه‌ریزی نشده مجدد کالیبراسیون، اختلالات فرآیند، و در کاربردهای تنظیم‌شده، یافته‌های حسابرسی.

افکار نهایی

رانش نشانه ای نیست که فرستنده معیوب است - این یک اطمینان فیزیکی برای هر سنسوری است که در معرض-چرخه حرارتی واقعی، استرس مکانیکی، و پیری اجزا قرار دارد. سوال مهندسی این نیست که چگونه آن را حذف کنیم، بلکه این است که چگونه آن را مشخص، نصب و کالیبره کنیم تا در یک باند قابل پیش بینی و مستند باقی بماند به جای اینکه شش ماه بعد به عنوان یک مشکل فرآیند مرموز نشان داده شود.

مراجع

• ScienceDirect، "دقت فرستنده فشار" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
• GAMICOS، "دریفت صفر فرستنده فشار: راهنمای تشخیص و کالیبراسیون" -https://blog.gamicos.com/pressure-فرستنده{3}}صفر{4}}دریفت-تشخیص-کالیبراسیون-راهنما
• ISA، "مبانی کالیبراسیون ترانسمیترهای فشار،" InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/سپتامبر-اکتبر/departments/basics-از-کالیبراسیون-فشار-فرستنده
• Control Global, "Calibrating Pressure Instrumentation" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibratingpressureinstrumentation.pdf
• RealPars، "چه چیزی باعث دریفت آنالوگ می شود؟" -https://www.realpars.com/blog/analog-دریفت