Nếu bạn đã từng kéo một "khỏe mạnh"máy phát áp lựctắt một dòng, đặt nó vào máy hiệu chuẩn và nhận thấy nó sai nửa phần trăm bằng 0 mà không có lý do rõ ràng, bạn đã biết phần khó chịu của vấn đề này: sự trôi dạt hiếm khi tự xuất hiện. Không có cảnh báo nào cho "vòng 4-20 mA của bạn đang dần nói dối bạn." Quá trình chỉ bắt đầu chạy giàu hơn một chút, hơi gầy hoặc bộ điều khiển mức bắt đầu săn lùng và không ai nghĩ sẽ đổ lỗi cho bộ phát cho đến khi ba thứ khác đã được kiểm tra.
Bài viết này tìm hiểu những gì thực sự xảy ra bên trong cảm biến khi bộ truyền phát bị lệch, tại sao điều đó lại xảy ra ngay cả trên-thiết bị được bảo trì tốt và điều gì tạo nên sự khác biệt giữa bộ truyền phát có khả năng hiệu chuẩn trong nhiều năm với thiết bị cần trông trẻ.
"Trôi" thực sự có nghĩa là gì trên vòng lặp 4-20 mA
Trước khi đi vào phần nguyên nhân, cần phải xác định chính xác trôi dạt là gì, vì cách khắc phục phụ thuộc vào loại bạn đang xử lý.
Không trôidịch chuyển toàn bộ đầu ra bằng một độ lệch cố định. Nếu một máy phát được cho là gửi 4 mA ở mức 0% và thay vào đó gửi 4,3 mA, thì độ lệch 0,3 mA tương tự đó sẽ hiển thị ở mọi điểm trên thang đo - 50% có mức đọc cao bằng cùng mức chênh lệch là 0%. Điều này thường dễ phát hiện và dễ sửa bằng cách cắt bớt trường.
Nhịp trôilà điều khó chịu hơn. Lỗi tăng lên khi số đọc di chuyển ra khỏi 0, do đó máy phát có thể trông hoàn toàn ổn ở các giá trị xử lý thấp và bị sai lệch một phần trăm trở lên gần toàn thang đo. Đây là hiện tượng hiển thị khi "đồng hồ đo lưu lượng đọc tốt hầu hết các ngày, nhưng có gì đó không ổn khi tải cao điểm" và đó chính xác là loại lỗi bị đổ lỗi cho quy trình trước khi bất kỳ ai kiểm tra thiết bị.
Hầu hết các máy phát bị lỗi tại hiện trường đều có sự kết hợp của cả hai, cộng với một số độ trễ, đó là lý do tại sao việc kiểm tra hiệu chuẩn thực tế - chứ không chỉ là-so sánh số đọc trực tiếp với máy đo khác - là cách đáng tin cậy duy nhất để xác nhận độ lệch.
Nguyên nhân thực tế đằng sau sự trôi dạt
Không có gì trong số này là bí ẩn. Sau khi máy phát rời khỏi bàn làm việc và đi vào sử dụng, cùng một số yếu tố - nhiệt độ, chu kỳ áp suất, độ ẩm, độ rung và độ lão hóa của thành phần thông thường - gây ra gần như toàn bộ sự mất mát độ chính xác dài hạn [1]. Đây là cách mỗi người thực sự diễn ra.
Chu kỳ nhiệt trên phần tử cảm biến
Mỗi cảm biến áp suất đều có một hệ số nhiệt độ, nghĩa là điểm 0 và nhịp của nó thay đổi một chút theo nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ quy trình. Điều đó đã được bù đắp trong quá trình hiệu chuẩn tại nhà máy, nhưng các chu trình làm nóng và làm mát lặp đi lặp lại - một thùng chứa đầy sản phẩm nóng và đổ ra môi trường xung quanh, hệ thống lắp đặt ngoài trời dao động 40 độ F giữa ngày và đêm - gây áp lực cơ học liên tục lên màng ngăn và liên kết của nó. Qua đủ các chu kỳ, đường cong đền bù mà nhà máy xây dựng không còn phù hợp với thực tế như trước nữa.
Độ mỏi của màng ngăn và độ rão của vật liệu
Bản thân phần tử cảm biến sẽ di chuyển, ngay cả khi chỉ bằng micron. Các tế bào điện dung màng-mỏng có xu hướng leo chậm ở điểm 0 sau nhiều năm chu kỳ áp suất và các phần tử áp điện cũng không tránh khỏi - bản thân cấu trúc tinh thể thay đổi đôi chút khi chịu áp lực kéo dài. Một con số thường được trích dẫn từ các cuộc khảo sát về thiết bị đo cho thấy độ lệch bằng 0 điển hình của cảm biến điện dung trong dịch vụ công nghiệp liên tục nằm trong khoảng từ vài phần trăm đến vài phần mười của phần trăm mỗi năm [2] - nhỏ trên giấy tờ, nhưng đủ quan trọng đối với vòng chuyển giao-hoặc an toàn được giám sát chặt chẽ trong vài năm.
Lão hóa linh kiện điện tử
Nó không chỉ là cảm biến. Các thiết bị điện tử điều hòa tín hiệu, bộ chuyển đổi A/D, điện áp tham chiếu - đều đã cũ. Tụ điện hơi khô, giá trị điện trở giảm dần và trên các máy phát analog cũ, chỉ riêng điều này cũng có thể chiếm một phần đáng kể trong tổng độ lệch quan sát được. Đó là một phần lớn lý do tại sao các bộ phát dựa trên bộ vi xử lý-thông minh thường có khả năng hiệu chuẩn tốt hơn đáng kể so với các thiết bị tương tự cũ trong cùng thời gian sử dụng - đơn giản là có ít mạch tương tự bị trôi hơn.
Hiệu ứng áp suất tĩnh trên máy phát DP
Điều này khiến rất nhiều người mất cảnh giác. Trên một bộ truyền áp suất chênh lệch đo một chênh lệch nhỏ trên một đường chạy ở áp suất tĩnh (đường truyền) cao, lỗi trong áp suất tĩnh sẽ chuyển thành lỗi trong chỉ số DP - mặc dù áp suất tĩnh không phải là biến số bạn đang đo. Các ứng dụng DP tĩnh-cao, ví dụ phổ biến là luồng hơi nước, được thể hiện một cách không cân xứng trong các khiếu nại về độ trôi chính xác vì lý do này.
Căng thẳng lắp đặt cơ khí
Một máy phát được vặn quá mạnh vào kết nối quy trình của nó hoặc được gắn trên một ống góp hơi lệch so với thực tế, đang ở mức tải trước khi nó nhìn thấy áp suất quy trình. Ứng suất cơ bản đó không phải lúc nào cũng xuất hiện vào ngày đầu tiên - nó xuất hiện dưới dạng độ dịch chuyển bằng 0 vài tháng sau khi chu trình nhiệt và rung động làm cho nó lỏng lẻo hoặc tiếp tục tăng thêm. Rung động từ máy bơm và máy nén gần đó cũng gây ra hiện tượng tương tự dần dần.
Hiệu chỉnh lại quá hạn - "Nguyên nhân" thực sự không phải là nguyên nhân
Đáng đặt tên riêng: đôi khi không có thất bại thảm hại nào cả. Máy phát chỉ đơn giản là bị lão hóa theo thông số kỹ thuật về độ ổn định hàng năm được công bố và khoảng thời gian hiệu chuẩn đã bị kéo dài vượt quá giới hạn thiết kế của thiết bị. Kiểm tra sơ bộ mà một số kỹ thuật viên hiện trường sử dụng: nhân số năm hoạt động với thông số độ ổn định hàng năm được công bố - nếu sai số đo được nằm ở sân bóng đó thì đó là sự lão hóa bình thường chứ không phải lỗi. Nếu vượt xa mức đó thì nguyên nhân có nhiều khả năng là nguyên nhân khác - nhiệt, cơ học hoặc áp suất tĩnh -.
Một ví dụ về trường
Một kỹ sư quy trình tại một-nhà máy trộn hóa chất cỡ trung bình từng mô tả việc theo đuổi báo động mức không liên tục trong gần một quý. Bộ truyền mức dựa trên DP-trên lò phản ứng có vỏ bọc sẽ đọc chính xác khi kiểm tra tắt máy, tăng cao trong quá trình vận hành sản xuất và ổn định trở lại qua đêm -, khiến vấn đề này trông giống như một sự cố quy trình hơn là một sự cố thiết bị. Phải lấy các bản ghi hiệu chuẩn và-tham chiếu chéo chúng với nhật ký nhiệt độ lô để nhận thấy mẫu: lỗi nhịp của máy phát được theo dõi gần như chính xác với chu kỳ nhiệt từ áo khoác chứ không phải với chính mức đó. Việc hoán đổi một máy phát có hệ số nhiệt độ được công bố thấp hơn - và thêm lớp cách nhiệt trên đường xung - đã giải quyết được vấn đề này mà không cần chạm vào bộ điều khiển quá trình. Bài học đọng lại trong nhóm sau đó: đừng cho rằng việc so sánh{10}đọc trực tiếp sẽ loại trừ sự sai lệch và đừng cho rằng việc đọc khi tắt máy ổn định có nghĩa là máy phát vẫn ổn khi tải.
Chẩn đoán sự trôi dạt trước khi bạn phải trả giá
Một số thói quen sẽ sớm bị trôi đi trước khi nó trở thành một quá trình khó khăn hoặc một cuộc kiểm tra thất bại:
- So sánh các số "như đã tìm thấy" và "như bên trái" ở mỗi lần hiệu chỉnh, không chỉ liệu lần đọc cuối cùng có trôi qua hay không. Một máy phát cần một sự điều chỉnh lớn để vượt qua đang cho bạn biết điều gì đó, ngay cả khi nó đã vượt qua về mặt kỹ thuật.
- Thông hơi ra khí quyển và kiểm tra số 0 thực, không chỉ là so sánh quá trình trực tiếp với một công cụ khác mà - hai công cụ trôi dạt có thể phù hợp với nhau và cả hai đều sai.
- Theo dõi xu hướng, không chỉ vượt qua/thất bại.Một máy phát đã sử dụng 80% dung sai cho phép của nó ở mỗi lần kiểm tra đang hướng tới một nơi nào đó; một người giữ ổn định ở mức 5% dung sai trong nhiều năm có lẽ không cần khoảng thời gian ngắn hơn.
- Tách biệt việc-điều chỉnh khỏi hiệu chỉnh thực tế.Việc thay đổi các giá trị phạm vi trên/dưới trên bộ phát thông minh sẽ thay đổi nội dung nó hiển thị - việc này không giúp điều chỉnh độ lệch của cảm biến. Điều này được trộn lẫn thường xuyên hơn mức cần thiết.
Thực hành hiệu chuẩn thực sự làm giảm rủi ro trôi dạt
Sử dụng tài liệu tham khảo có thể truy nguyên đúng cách
Hiệu chuẩn hiện trường chỉ tốt như những gì nó được so sánh. Tiêu chuẩn tham chiếu phải được truy nguyên tới viện đo lường quốc gia - NIST ở Hoa Kỳ hoặc cơ quan tương đương ở nơi khác - và theo quy tắc làm việc, thiết bị tham chiếu phải chính xác hơn đáng kể so với máy phát đang được thử nghiệm, thường được trích dẫn là tỷ lệ chính xác ít nhất là 3:1 đến 4:1, được gọi là Tỷ lệ chính xác kiểm tra hoặc TAR [3] [4]. Việc hiệu chỉnh máy phát được đánh giá ở mức ±0,075% so với tham chiếu chỉ chính xác gấp đôi không thực sự chứng minh được điều gì.
Đặt khoảng thời gian từ dữ liệu, không phải thói quen
Không có khoảng "chính xác" phổ quát - nó phụ thuộc vào mức độ quan trọng của vòng lặp, môi trường quy trình và bất kỳ yêu cầu quy định nào áp dụng. Các vòng lặp được thiết bị đo lường an toàn và chuyển giao quyền giám sát{2}}thường có chu kỳ bắt buộc riêng bất kể sự trôi dạt được quan sát thấy [4]. Điều quan trọng là khoảng thời gian được đặt từ dữ liệu hiệu chuẩn lịch sử cho dịch vụ cụ thể đó, không được sao chép từ khuyến nghị chung của nhà sản xuất và không bao giờ được xem lại.
Kết hợp công nghệ cảm biến với ứng dụng
Không phải mọi công nghệ cảm biến đều hoạt động theo cùng một cách dưới áp lực như nhau. Các phần tử điện dung có xu hướng giữ độ ổn định bằng 0 theo thời gian; thiết kế áp điện phản ứng nhanh hơn nhưng có thể bị trôi nhiều hơn khi chịu tải liên tục; các bộ truyền bù kỹ thuật số, bộ vi xử lý-thường hoạt động tốt hơn các thiết kế-tương tự chỉ có độ ổn định lâu dài-vì việc bù nhiệt độ được xử lý bằng máy tính thay vì thông qua các thành phần tương tự cũ [5]. Đối với dịch vụ DP tĩnh-cao, một máy phát có thông số kỹ thuật về lỗi áp suất tĩnh đã được công bố và thử nghiệm đáng để chú ý đến - nhiều bảng dữ liệu che giấu con số này và nó chính xác là thông số dự đoán hiệu suất-thực tế trong ứng dụng đó.
Điều này có nghĩa là gì khi bạn chỉ định một máy phát
Đối với người mua đánh giá các máy phát thay vì khắc phục sự cố của một máy phát đã lắp đặt, bài học thực tế là hãy xem qua con số độ chính xác cơ bản trên dòng đầu tiên của biểu dữ liệu. Các thông số kỹ thuật thực sự dự đoán hành vi trôi dạt dài hạn- nằm ở phần sâu hơn: độ ổn định hàng năm được công bố (thường được biểu thị bằng %/năm), hệ số nhiệt độ trên toàn bộ phạm vi được bù và - dành cho bộ phát DP - thông số kỹ thuật về hiệu ứng áp suất tĩnh. Một máy phát có độ chính xác tiêu đề thấp hơn một chút nhưng thông số kỹ thuật về độ ổn định chặt chẽ hơn thường sẽ hoạt động tốt hơn một thiết bị "chính xác hơn" sau hai hoặc ba năm sử dụng, đó là lúc chi phí thực sự do sai lệch xuất hiện: lao động hiệu chuẩn lại ngoài kế hoạch, rối loạn quy trình và trong các ứng dụng được quản lý, kết quả kiểm toán.
suy nghĩ cuối cùng
Độ lệch không phải là dấu hiệu cho thấy bộ phát bị lỗi - mà đó là điều chắc chắn về mặt vật lý đối với bất kỳ cảm biến nào tiếp xúc với- chu trình nhiệt trong thế giới thực, ứng suất cơ học và lão hóa linh kiện. Câu hỏi kỹ thuật không phải là làm thế nào để loại bỏ nó mà là làm thế nào để chỉ định, cài đặt và hiệu chỉnh xung quanh nó để nó nằm trong một dải tài liệu có thể dự đoán được thay vì hiển thị dưới dạng một vấn đề quy trình bí ẩn trong sáu tháng kể từ bây giờ.
Tài liệu tham khảo
- ScienceDirect, "Độ chính xác của máy phát áp suất" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS, "Máy phát áp suất không trôi: Hướng dẫn chẩn đoán và hiệu chỉnh" -https://blog.gamicos.com/ Pressure-máy phát-không-trôi-hướng dẫn chẩn đoán-hiệu chỉnh-
- ISA, "Cơ bản về hiệu chỉnh bộ truyền áp suất," InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/departments/basics-của-hiệu chỉnh-máy phát áp suất-
- Kiểm soát toàn cầu, "Hiệu chỉnh thiết bị đo áp suất" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibrating Pressureinstrumentation.pdf
- RealPars, "Nguyên nhân gây ra hiện tượng trôi tương tự?" -https://www.realpars.com/blog/analog-trôi
