Klient przesłał nam kiedyś wykres trendów z linii dozowania środków chemicznych, pokazujący, że odczyt przepływomierza wzrósł w górę o prawie 0,3% pełnej skali w ciągu jednej zmiany produkcyjnej - przy zamkniętych zaworach i zerowym rzeczywistym przepływie. Zakład wykluczył już problemy z uziemieniem i pęcherzyki powietrza. Nie wzięli pod uwagę tego, że temperatura płynu na tej linii wahała się między partiami o prawie 15 stopni i samo to wahanie wystarczyło, aby przesunąć punkt zerowy poza linię bazową.
Jest to problem częstszy, niż się spodziewamy, i warto go dokładnie zrozumieć, zanim zaczniesz patrzeć na podobny wykres i zastanawiać się, co jest nie tak z Twoim licznikiem.
Co właściwie oznacza-stabilność punktu zerowego
Punkt zerowy to wartość odczytana przez przepływomierz, gdy w rzeczywistości nie przepływa przez niego płyn. W idealnym świecie liczba ta wynosi dokładnie zero i tam pozostaje. W praktyce - czasami dryfuje o włos, a czasem na tyle, że zakłóca pomiar-rozliczeń lub ściśle kontrolowany proces dozowania.
Stabilność punktu zerowego-ma największe znaczenie w zastosowaniach, w których niskie natężenia przepływu mają realne konsekwencje: dozowanie chemikaliów, dozowanie żywności i napojów, oczyszczanie ścieków i dozowanie rozliczeniowe. Licznik, który doskonale radzi sobie z dużym przepływem, może nadal powodować kosztowne problemy, jeśli jego punkt zerowy będzie się wahał w okresach bezczynności lub w fazach wolnego-przepływu.
Jest to także jeden z trudniejszych problemów do wykrycia na wczesnym etapie, ponieważ-przesunięcie punktu zerowego często wygląda identycznie jak prawdziwy powolny wyciek lub niedokładnie osadzony zawór. Zespoły konserwacyjne często spędzają godziny na poszukiwaniu usterki mechanicznej, zanim ktokolwiek sprawdzi, czy temperatura płynu w czasie ostatniej kalibracji odpowiada temperaturze, w której faktycznie przebiega proces.
Jak przepływomierz elektromagnetyczny mierzy przepływ
Zasadą działania jest prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Cewka wewnątrz miernika wytwarza pole magnetyczne w rurze. Gdy płyn przewodzący przemieszcza się przez to pole, indukuje napięcie między dwiema elektrodami, a napięcie to jest wprost proporcjonalne do prędkości płynu. Żadnych ruchomych części, żadnych przeszkód na ścieżce przepływu -, co w dużej mierze decyduje o popularności tych liczników w przypadku wody, ścieków i wielu chemikaliów procesowych.
Problem polega na tym, że ten łańcuch pomiarowy ma kilka ogniw, a temperatura płynu może po cichu zakłócać więcej niż jedno z nich jednocześnie.
Trzy sposoby, w jakie temperatura zakłóca punkt zerowy
Niedopasowane rozszerzenie pomiędzy wykładziną a elektrodami
Wyściółka rury i elektrody są zwykle wykonane z różnych materiałów i nie rozszerzają się ani nie kurczą w tym samym tempie pod wpływem zmian temperatury. Jeśli wykładzina rozszerza się szybciej niż mocowanie elektrody, powoduje to mechaniczne naprężenia elektrod i może przesunąć ich położenie o bardzo małą, ale mierzalną wielkość. Ten niewielki ruch zmienia położenie elektrod względem pola magnetycznego, a indukowane napięcie zmienia się wraz z nim - nawet wtedy, gdy płyn stoi całkowicie nieruchomo.
Zmiany przewodności płynu
Większość płynów przewodzących staje się bardziej przewodząca wraz ze wzrostem temperatury. Ponieważ sygnał przepływomierza zależy od cieczy działającej jako poruszający się przewodnik w polu magnetycznym, każda zmiana tej przewodności może zmienić indukowane napięcie niezależnie od rzeczywistej prędkości przepływu. Płyn nagrzewający się w połowie-procesu może zatem spowodować, że miernik zgłosi niewielki-zerowy odczyt w stanie, który powinien być statyczny i nie-przepływać-, co jest jedną z częściej dokumentowanych przyczyn-dryfu punktu zerowego w przewodnikach rozwiązywania problemów w terenie.
Dryf cewki i elektroniki
Cewka wzbudzenia wytwarzająca pole magnetyczne ma swój własny opór, który zmienia się wraz z temperaturą. Zmiana rezystancji cewki zmienia siłę pola magnetycznego, co zmienia napięcie indukowane przez elektrody. Co więcej, wzmacniacze i elektronika-przetwarzająca sygnał wewnątrz obudowy nadajnika same są-wrażliwe na temperaturę; w elementach takich jak wzmacniacze operacyjne i przetworniki A/D mogą wystąpić przesunięcia wzmocnienia i dryft napięcia polaryzacji w miarę zmiany temperatury otoczenia lub procesu, a te małe błędy elektroniczne są wzmacniane w dalszej części procesu, tworząc widoczne przesunięcie zera.
Przykład terenowy
Prowadzono-średniej wielkości zakład przetwarzania chemicznegoprzepływomierz elektromagnetycznyna linii gorącego roztworu, gdzie temperatury wsadu zmieniały się o około 10–15 stopni w zależności od przetwarzanego produktu. Operatorzy zauważyli, że licznik przepływu gromadził przez noc małe objętości, nawet gdy wszystkie zawory były zamknięte. Sam miernik nie był uszkodzony -, punkt zerowy po prostu podążał za krzywą temperatury płynu w każdym cyklu wsadowym.
Naprawa nie polegała na wymianie licznika. Przejście na przetwornik z aktywną kompensacją temperatury w połączeniu z procedurą-zerowania przeprowadzoną w rzeczywistej temperaturze roboczej płynu, a nie w temperaturze otoczenia w warsztacie, obniżyło dryft znacznie w granicach określonej tolerancji. Lekcja, która utkwiła w pamięci zespołu zakładu: kontrola punktu zerowego- przeprowadzona na zimnym, statycznym stole warsztatowym nie mówi zbyt wiele o tym, jak zachowa się miernik, gdy płyn procesowy będzie gorący.
Jak producenci projektują wokół dryftu temperatury
Dopasowane materiały rozszerzające się pod wpływem ciepła
Łączenie materiałów okładzinowych i elektrod o podobnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej zmniejsza naprężenia mechaniczne, które powodują zmianę położenia elektrody. Jest to w dużej mierze decyzja podejmowana-na etapie projektowania, dlatego też warto zadać sobie pytanie o wybór materiału wyściółki (PTFE, PFA, guma, ceramika itd.) przy wyborze miernika do zastosowania w-dużych wahaniach temperatur.
Niska-częstotliwość,-wzbudzenie fali prostokątnej
Starsze konstrukcje wzbudzenia z falą sinusoidalną i-prądem stałym są bardziej podatne na dryft zera niż systemy wzbudzenia o niskiej-falie prostokątnej-, które są obecnie standardem w większości liczników przemysłowych. Okresowe odwracanie polaryzacji prądu wzbudzenia i próbkowanie sygnału przy każdej stałej wartości pomaga wyeliminować wolno-przemieszczające się zakłócenia, w tym niektóre efekty-pod wpływem temperatury, co w dużej mierze wyjaśnia, dlaczego ta metoda wzbudzenia stała się domyślną branżą w zastosowaniach-wrażliwych na stabilność.
Wbudowana-kompensacja temperatury
Wiele przetworników jest obecnie wyposażonych w czujnik temperatury i algorytm kompensacji, który dostosowuje sygnał wyjściowy na podstawie-rzeczywistej temperatury procesu, korygując opisane powyżej przewodnictwo i dryft elektroniczny, zanim odczyt dotrze do wyświetlacza lub systemu sterowania.
Praktyki instalacyjne, które redukują problem
Jakość uziemienia, zanieczyszczenia elektrod i błądzące zakłócenia elektromagnetyczne – to wszystko zależy od występującego-dryfu związanego z temperaturą, więc prawidłowa instalacja - solidnych pierścieni uziemiających, odpowiednich prostych-rur i ekranowania przed silnymi źródłami elektromagnetycznymi - sprawia, że każda kompensacja temperatury, którą miernik faktycznie wykona swoje zadanie, będzie skuteczna.
Co to oznacza, jeśli określasz przepływomierz
Jeśli Twój proces obejmuje temperatury cieczy, które znacznie się wahają podczas działania - podgrzewania wsadu, sezonowych zmian otoczenia lub zmiany produktu na ciepły/zimny -, przed złożeniem zamówienia warto zadać dostawcy trzy bezpośrednie pytania:
- Jaką metodę wzbudzenia wykorzystuje ten miernik i czy jest ona oceniana pod kątem stabilności w całym zakresie temperatur, który faktycznie zobaczysz?
- Czy przetwornik zawiera aktywną kompensację temperatury, czy tylko kalibrację stałej-temperatury?
- Jaka jest zalecana procedura kalibracji punktu zerowego-i czy należy ją wykonywać w temperaturze procesu, a nie otoczenia?
Miernik, który według specyfikacji jest dokładny przy 20 stopniach, niekoniecznie jest dokładny przy 45 stopniach, a różnica między tymi dwiema liczbami jest dokładnie tam, gdzie zwykle ukrywają się problemy z dryftem punktu zerowego-.
Często zadawane pytania
Czy dryf-punktu zerowego można naprawić za pomocą samej ponownej kalibracji?
Czasami, ale ponowna kalibracja w niewłaściwej temperaturze po prostu resetuje błąd, zamiast go usuwać. Jeśli dryft wynika z-temperatury, naprawa musi uwzględniać kompensację lub warunki instalacji, a nie tylko jednorazową-regulację zera.
Jaka zmiana temperatury jest wystarczająca, aby spowodować zauważalne przesunięcie zera?
Zależy to od konstrukcji licznika i cieczy, ale wahania w zakresie 10–20 stopni są zwykle wystarczające, aby wytworzyć mierzalny dryft w licznikach bez aktywnej kompensacji temperatury, szczególnie przy niskich natężeniach przepływu.
Czy dotyczy to w równym stopniu wszystkich przepływomierzy elektromagnetycznych?
Nie. Mierniki z dopasowanymi materiałami wykładziny/elektrod,-wzbudzeniem fali prostokątnej i wbudowaną-kompensacją temperatury są znacznie bardziej odporne na dryft zera-zależny od temperatury niż starsze lub tańsze-konstrukcje.
Czy dryft punktu zerowego-jest tym samym, co dryft kalibracyjny?
Nie całkiem. Dryft kalibracyjny odnosi się do ogólnego przesunięcia dokładności miernika w całym zakresie pomiarowym, podczas gdy dryft punktu zerowego-w szczególności wpływa na linię bazową braku-przepływu. Miernik może mieć stabilną kalibrację wszędzie z wyjątkiem zera.
Czy licznik należy-zerować w temperaturze otoczenia czy w temperaturze procesu?
Temperatura procesu, jeśli to możliwe. Zerowanie licznika na zimnym stole, a następnie zainstalowanie go na gorącej linii jest jedną z najczęstszych - i możliwych do uniknięcia - przyczyn skarg związanych z dryfem, które obserwujemy.
Czy rozmiar rury lub prędkość przepływu pogarszają dryf-zależny od temperatury?
Nie bezpośrednio, ale mierniki o większej-średnicy i większych powierzchniach elektrod mogą być nieco bardziej wrażliwe na rodzaj naprężeń mechanicznych opisanych powyżej, ponieważ w rozszerzaniu uczestniczy więcej materiału. To jeszcze jeden powód, aby sprawdzić metodę wzbudzenia i projekt kompensacji w większych instalacjach, zamiast zakładać, że specyfikacja mniejszego licznika ma zastosowanie w skali.
Ostatnie przemyślenia
Dryf-punktu zerowego związany z temperaturą to nie tyle wada, co problem fizyczny, który można rozwiązać dzięki lepszemu projektowi i prawidłowej instalacji, aż do-problemu. Mechanizm przebiega przez trzy kanały: - naprężenia mechaniczne na elektrodach, zmiany przewodności płynu i dryft wewnątrz cewki i elektroniki -, a wszystkie trzy kanały dobrze reagują na odpowiednią kombinację materiałów, metodę wzbudzenia i obwód kompensacyjny.
Jeśli w Twoim procesie płyny występują w szerokim zakresie temperatur i nie masz pewności, czy bieżący licznik - lub ten, który masz zamiar zamówić - jest do tego przystosowany, prześlij nam szczegóły procesu (rodzaj płynu, zakres temperatur, rozmiar rury i zastosowanie), a pomożemy Ci dopasować właściwą specyfikację, zanim stanie się to problemem w terenie. Skontaktuj się z naszym zespołem, aby uzyskać rekomendację.
Referencje
[1] Artang, „Niestabilność punktu zerowego przepływomierza elektromagnetycznego: przyczyny i rozwiązania”.artang.com
[2] Artang, „Przyczyny i rozwiązania nieprawidłowego punktu zerowego przepływomierza elektromagnetycznego”.artang.com
[3] Sisenchina, „Jak wyregulować punkt zerowy przepływomierza elektromagnetycznego”.sisenchina.com
[4] Patent USA 5443552, „Przepływomierz elektromagnetyczny i metoda elektromagnetycznego pomiaru natężenia przepływu”.image-ppubs.uspto.gov
[5] Patent USA 4059014 „Przepływomierz elektromagnetyczny”.image-ppubs.uspto.gov
[6] Flowmetertech, „Problem zerowego dryfu i metoda leczenia przepływomierza masowego”.flowmetertech.com
