Одного разу замовник надіслав нам графік тенденцій із лінії дозування хімічних речовин, на якому показання витратоміра піднялися майже на 0,3% повної шкали протягом однієї виробничої зміни - із закритими клапанами та нульовим фактичним потоком. Завод уже виключив проблеми із заземленням і бульбашки повітря. Те, що вони не врахували, так це те, що температура рідини в цій лінії коливалась майже на 15 градусів між партіями, і цього коливання було достатньо, щоб перетягнути нульову точку за базову лінію.
Це більш поширена проблема, ніж люди очікують, і її варто правильно зрозуміти, перш ніж дивитися на подібну діаграму, розмірковуючи, що не так з вашим глюкометром.
Що насправді означає нульова{0}}стабільність
Нульовою точкою є те, що показує витратомір, коли рідина справді не рухається через нього. В ідеальному світі це число дорівнює рівному нулю і залишається там. На практиці він відхиляється - іноді на волосок, іноді достатньо, щоб відмовитися від вимірювання-класу виставлення рахунків або суворо контрольованого процесу дозування.
Стабільність нульової{0}} точки має найбільше значення в програмах, де низька швидкість потоку має реальні наслідки: дозування хімікатів, дозування їжі та напоїв, очищення стічних вод і контрольне вимірювання. Лічильник, який чудово працює при великій витраті, все одно може спричинити дорогі проблеми, якщо його нульова точка блукає під час періодів простою або повільних-фаз потоку.
Це також одна з проблем, яку важче виявити на ранній стадії, оскільки зміщення нульової-точки часто виглядає ідентично справжньому повільному витоку або клапану, який не повністю встановлений. Команди технічного обслуговування часто витрачають години на пошуки механічної несправності, перш ніж хтось перевірить, чи температура рідини під час останнього калібрування відповідає температурі, при якій процес фактично працює зараз.
Як електромагнітний витратомір вимірює потік
Принцип дії — закон електромагнітної індукції Фарадея. Котушка всередині лічильника створює магнітне поле поперек труби. Коли провідна рідина рухається через це поле, вона індукує напругу між двома електродами, і ця напруга прямо пропорційна швидкості рідини. Ні рухомих частин, ні перешкод на шляху потоку -, що значною мірою пояснює популярність цих лічильників для води, стічних вод і багатьох технологічних хімікатів.
Заковика в тому, що цей вимірювальний ланцюг має кілька ланок, і температура рідини може непомітно впливати на декілька з них одночасно.
Три способи температури порушують нульову точку
Невідповідне розширення між підкладкою та електродами
Футеровка труби та електроди зазвичай виготовляються з різних матеріалів, і вони не розширюються чи стискаються з однаковою швидкістю при зміні температури. Якщо підкладка розширюється швидше, ніж кріплення електрода, це створює механічну напругу на електродах і може змінити їх положення на дуже невелику, але вимірну величину. Цей крихітний рух змінює розташування електродів відносно магнітного поля, і індукована напруга зміщується разом із ним - навіть коли рідина стоїть на місці.
Зміни провідності рідини
Більшість електропровідних рідин стають більш електропровідними з підвищенням температури. Оскільки сигнал витратоміра залежить від рідини, яка діє як рухомий провідник у магнітному полі, будь-яка зміна цієї провідності може змінити індуковану напругу незалежно від фактичної швидкості потоку. Тому рідина, яка нагрівається під час-процесу, може призвести до того, що лічильник повідомить про невеликі не-нульові показання під час того, що має бути статичним,-умовою відсутності - потоку -, що є однією з найбільш часто задокументованих причин дрейфу нульової-точки в посібниках з усунення несправностей.
Котушка та електроніка
Котушка збудження, яка створює магнітне поле, має власний опір, який змінюється залежно від температури. Зсув опору котушки змінює силу магнітного поля, що змінює індуковану напругу, яку сприймають електроди. Крім того, підсилювачі та електроніка-обробки сигналу всередині корпусу передавача самі-чутливі до температури; такі компоненти, як операційні підсилювачі та аналого-цифрові перетворювачі, можуть відчувати зрушення посилення та дрейф напруги зміщення зі зміною температури навколишнього середовища або процесу, і ці невеликі електронні помилки посилюються вниз за потоком до видимого нульового зсуву.
Польовий приклад
Виконувалася хімічна-переробка середнього розміруелектромагнітний витратомірна лінії гарячого розчину, де температура партії змінювалася приблизно на 10–15 градусів залежно від продукту, що запускається. Оператори помітили, що суматор витрати протягом ночі накопичував невеликі об’єми, навіть якщо всі клапани були закриті. Сам лічильник не був несправним - нульова точка просто слідувала кривій температури рідини протягом кожного циклу партії.
Виправлення не передбачало заміни лічильника. Перехід на трансмітер з активною температурною компенсацією в поєднанні з процедурою повторного-налаштування на нуль, виконаної за фактичної робочої температури рідини, а не при температурі навколишнього цеху, знизив дрейф до свердловини в межах зазначеного допуску. Урок, який запам’ятався команді заводу: перевірка нульової -точки, виконана на холодному статичному стенді, не скаже вам багато про те, як лічильник поводитиметься, коли технологічна рідина нагріється.
Як виробники проектують навколо температурного дрейфу
Підібрані матеріали для теплового розширення
Поєднання матеріалів підкладки та електрода з однаковими коефіцієнтами теплового розширення зменшує механічну напругу, яка спричиняє зсув положення електрода. Це здебільшого рішення на стадії-проектування, тому вибір матеріалу облицювання (PTFE, PFA, гума, кераміка тощо) варто поцікавитися, визначаючи лічильник для широкого-перепаду температури.
Низька-частота, прямокутне-збудження
Старіші схеми збудження синусоїд{0}}і постійного-струму більш схильні до дрейфу нуля, ніж низькочастотні-квадратні-системи збудження, які зараз є стандартними для більшості промислових лічильників. Періодична зміна полярності струму збудження на протилежну та вибірка сигналу при кожному фіксованому значенні допомагає усунути повільні-перешкоди, включно з деякими-температурними ефектами, що значною мірою є причиною того, чому цей метод збудження став галузевим за замовчуванням для-чутливих до стабільності додатків.
Вбудована-температурна компенсація
Зараз багато передавачів включають датчик температури та алгоритм компенсації, який регулює вихідний сигнал на основі-температури процесу в реальному часі, коригуючи провідність і електронний дрейф, описані вище, перш ніж показники досягнуть дисплея чи системи керування.
Практики встановлення, які зменшують проблему
Якість заземлення, забруднення електродів і паразитні електромагнітні перешкоди – усе це ускладнює будь-який дрейф,-пов’язаний із температурою, тому належне встановлення - суцільних заземлюючих кілець, адекватні прямі-труби та екранування від потужних електромагнітних джерел - робить будь-яку температурну компенсацію, яку має лічильник, ефективно виконувати свою роботу.
Що це означає, якщо ви вказуєте витратомір
Якщо ваш процес передбачає значне коливання температури рідини під час роботи - порційного нагрівання, сезонних змін навколишнього середовища або перемикання гарячого/холодного продукту -, перед замовленням варто поставити постачальнику три запитання:
- Який метод збудження використовує цей лічильник і чи він розрахований на стабільність у діапазоні температур, який ви побачите?
- Чи включає передавач активну температурну компенсацію чи лише-калібрування фіксованої температури?
- Яка рекомендована процедура калібрування за-нульовою точкою та чи потрібно її виконувати за температури процесу, а не за кімнатної?
Лічильник, який є точним за специфікаціями під кутом 20 градусів, не обов’язково є точним під кутом 45 градусів, і розрив між цими двома числами є саме тим місцем, де зазвичай ховаються проблеми дрейфу нульової{2}}точки.
FAQ
Чи можна-виправити дрейф нульової точки за допомогою лише повторного калібрування?
Іноді, але повторне калібрування за неправильної температури лише скидає помилку, а не усуває її. Якщо дрейф зумовлений-температурою, виправлення має стосуватися компенсації чи умов встановлення, а не лише-одноразове налаштування нуля.
Якої зміни температури достатньо, щоб викликати помітне зміщення нуля?
Це залежить від конструкції лічильника та рідини, але коливань у діапазоні 10–20 градусів зазвичай достатньо, щоб отримати вимірний дрейф у лічильниках без активної температурної компенсації, особливо при низьких витратах.
Чи однаково це впливає на всі електромагнітні витратоміри?
Ні. Лічильники з узгодженими матеріалами підкладки/електродів, збудженням-квадратної хвилі та вбудованою-температурною компенсацією є значно стійкішими до-зумовленого температурою дрейфу нуля, ніж старіші або дешевші-конструкції.
Чи дрейф-нульової точки те саме, що дрейф калібрування?
Не зовсім. Калібрувальний дрейф стосується зміни загальної точності лічильника в діапазоні вимірювань, тоді як дрейф нульової-точки конкретно впливає на базову лінію відсутності{2}}потоку. Лічильник може мати стабільну калібрування всюди, крім нуля.
Чи слід повторно{0}}встановлювати лічильник при температурі навколишнього середовища чи температурі процесу?
Температура процесу, коли це можливо. Обнулення лічильника на холодному стенді, а потім його встановлення на гарячій лінії є однією з найпоширеніших - і - причин скарг на дрейф, яких можна уникнути.
Розмір труби чи швидкість потоку погіршують-температурний дрейф?
Не безпосередньо, але вимірювачі більшого-діаметра з більшою площею поверхні електродів можуть бути дещо чутливішими до описаного вище механічного навантаження, оскільки у розширенні бере участь більше матеріалу. Це ще одна причина перевірити метод збудження та схему компенсації на великих установках, а не припускати, що технічні характеристики меншого лічильника застосовуються в масштабі.
Заключні думки
Температурний-дрейф нульової-точки є не стільки дефектом, скільки фізичною проблемою, яку кращий дизайн і правильна інсталяція можуть вирішити аж до не-проблеми. Механізм працює через три канали - механічне навантаження на електроди, зсув провідності рідини та дрейф всередині котушки й електроніки -, і всі три добре реагують на правильну комбінацію матеріалів, методу збудження та схеми компенсації.
Якщо ваш процес використовує рідини в широкому діапазоні температур, і ви не впевнені, що поточний лічильник - або той, який ви збираєтеся замовити -, створений для роботи з цим, надішліть нам деталі процесу (тип рідини, діапазон температур, розмір труби та застосування), і ми допоможемо вам підібрати правильну специфікацію, перш ніж це стане проблемою на місці. Зв’яжіться з нашою командою, щоб отримати рекомендацію.
Список літератури
[1] Артанг, "Нестабільність нульової точки електромагнітного витратоміра: причини та вирішення".artang.com
[2] Артанг, "Причини та вирішення аномальної нульової точки електромагнітного витратоміра".artang.com
[3] Сісенчина, «Як відрегулювати нульову точку електромагнітного витратоміра».sisenchina.com
[4] Патент США 5443552 «Електромагнітний витратомір і метод електромагнітного вимірювання швидкості потоку».зображення-ppubs.uspto.gov
[5] Патент США 4059014, «Електромагнітний витратомір».зображення-ppubs.uspto.gov
[6] Flowmetertech, «Проблема нульового дрейфу та метод лікування масового витратоміра».flowmetertech.com
