Однажды клиент прислал нам диаграмму тенденций с линии дозирования химикатов, показывающую, что показания расходомера выросли почти на 0,3 % от полной шкалы за одну производственную смену - с закрытыми клапанами и нулевым фактическим расходом. На заводе уже исключили проблемы с заземлением и пузырьки воздуха. Чего они не учли, так это того, что температура жидкости в этой линии между партиями колебалась почти на 15 градусов, и одного этого колебания было достаточно, чтобы отодвинуть нулевую точку от ее базовой линии.
Это более распространенная проблема, чем люди ожидают, и ее стоит правильно понять, прежде чем смотреть на аналогичную диаграмму и задаваться вопросом, что не так с вашим счетчиком.
Что на самом деле означает стабильность нулевой{{0}точки
Нулевая точка — это любые показания расходомера, когда через него действительно не движется жидкость. В идеальном мире это число равно нулю и остается там. На практике он отклоняется - иногда на волосок, иногда настолько, что нарушается выставление счетов-измерение уровня или строго контролируемый процесс дозирования.
Стабильность нулевой-точки особенно важна в приложениях, где низкие скорости потока имеют серьезные последствия: дозирование химикатов, приготовление партий продуктов питания и напитков, очистка сточных вод и коммерческий учет. Счетчик, который отлично работает при высоком расходе, все равно может вызвать дорогостоящие проблемы, если его нулевая точка смещается во время периодов простоя или фаз медленного-потока.
Это также одна из самых сложных проблем, которую можно обнаружить на ранней стадии, поскольку смещение нулевой-точки часто выглядит идентично настоящей медленной утечке или не полностью посаженному клапану. Бригады технического обслуживания часто часами ищут механическую неисправность, прежде чем кто-либо проверит, соответствует ли температура жидкости во время последней калибровки температуре, при которой процесс фактически протекает сейчас.
Как электромагнитный расходомер измеряет расход
Принцип работы – закон электромагнитной индукции Фарадея. Катушка внутри счетчика создает магнитное поле поперек трубы. Когда проводящая жидкость движется через это поле, она индуцирует напряжение между двумя электродами, и это напряжение прямо пропорционально скорости жидкости. Никаких движущихся частей и препятствий на пути потока -, что во многом объясняет, почему эти счетчики популярны для воды, сточных вод и многих технологических химикатов.
Загвоздка в том, что эта цепочка измерений имеет несколько звеньев, и температура жидкости может незаметно влиять более чем на одно из них одновременно.
Три способа, которыми температура нарушает нулевую точку
Несоответствующее расширение между футеровкой и электродами
Облицовка трубы и электроды обычно изготавливаются из разных материалов, и они не расширяются и не сжимаются с одинаковой скоростью при изменении температуры. Если футеровка расширяется быстрее, чем крепление электрода, это создает механическое напряжение на электродах и может сместить их положение на очень небольшую, но измеримую величину. Это крошечное движение меняет положение электродов относительно магнитного поля, и индуцированное напряжение смещается вместе с ним -, даже если жидкость стоит совершенно неподвижно.
Изменения проводимости жидкости
Большинство проводящих жидкостей становятся более проводящими при повышении температуры. Поскольку сигнал расходомера зависит от жидкости, действующей как движущийся проводник в магнитном поле, любое изменение этой проводимости может изменить индуцированное напряжение независимо от фактической скорости потока. Жидкость, которая нагревается в середине-процесса, может, таким образом, привести к тому, что измерительный прибор сообщит о небольших не-нулевых показаниях во время того, что должно быть статичным, состояние отсутствия-потока - является одной из наиболее часто документируемых причин дрейфа нулевой-точки в руководствах по устранению неполадок на местах.
Дрейф катушки и электроники
Катушка возбуждения, генерирующая магнитное поле, имеет собственное сопротивление, которое меняется с температурой. Изменение сопротивления катушки изменяет силу магнитного поля, что приводит к изменению индуцированного напряжения, воспринимаемого электродами. Кроме того, усилители и электроника-обработки сигналов внутри корпуса передатчика сами по себе-чувствительны к температуре; такие компоненты, как операционные усилители и аналого-цифровые преобразователи, могут испытывать сдвиги коэффициента усиления и дрейф напряжения смещения при изменении температуры окружающей среды или процесса, и эти небольшие электронные ошибки усиливаются в дальнейшем, превращаясь в видимый сдвиг нуля.
Пример поля
На предприятии средней-химической переработки работалоэлектромагнитный расходомерна линии горячего раствора, где температура партии варьировалась примерно на 10–15 градусов в зависимости от обрабатываемого продукта. Операторы заметили, что сумматор потока продолжал накапливать небольшие объемы в течение ночи, даже когда все клапаны были подтверждены закрытыми. Сам счетчик не был неисправен -, нулевая точка просто следовала кривой температуры жидкости в каждом цикле дозирования.
Ремонт не включал замену счетчика. Переключение на преобразователь с активной температурной компенсацией в сочетании с процедурой обнуления, выполняемой при фактической рабочей температуре жидкости, а не при температуре окружающей среды в цеху, позволило снизить дрейф до значений, находящихся в пределах указанного допуска. Урок, который запомнился команде завода: проверка нулевой-точки, выполняемая на холодном статическом стенде, мало что говорит о том, как счетчик будет вести себя, когда технологическая жидкость станет горячей.
Как производители проектируют систему с учетом температурного дрейфа
Соответствующие материалы с термическим расширением
Сочетание материалов футеровки и электродов с одинаковыми коэффициентами теплового расширения снижает механическое напряжение, вызывающее смещение положения электрода. В основном это решение на-этапе проектирования, поэтому выбор материала футеровки (ПТФЭ, ПФА, резина, керамика и т. д.) стоит учитывать при выборе счетчика для применения в условиях широкого-колебания температур.
Низкая-частота, возбуждение прямоугольной-волны
Старые конструкции синусоидального-возбуждения и возбуждения постоянного-тока более склонны к дрейфу нуля, чем низкочастотные системы возбуждения прямоугольных-волн, которые теперь являются стандартными для большинства промышленных счетчиков. Периодическое изменение полярности тока возбуждения и выборка сигнала при каждом фиксированном значении помогает нейтрализовать медленно-подвижные помехи, включая некоторые температурные-эффекты, что во многом объясняет, почему этот метод возбуждения стал отраслевым стандартом для приложений,-чувствительных к стабильности.
Встроенная-температурная компенсация
Многие датчики теперь оснащены датчиком температуры и алгоритмом компенсации, который регулирует выходной сигнал на основе температуры процесса в реальном-времени, корректируя проводимость и электронный дрейф, описанные выше, прежде чем показания достигнут дисплея или системы управления.
Методы установки, которые уменьшают проблему
Качество заземления, загрязнение электродов и паразитные электромагнитные помехи усугубляют уже имеющийся температурный-дрейф, поэтому правильная установка - надежных заземляющих колец, достаточные прямые-участки труб и экранирование от сильных электромагнитных источников - позволяют любому температурному компенсатору эффективно выполнять свою работу.
Что это означает, если вы указываете расходомер
Если в вашем процессе используются значительные колебания температуры жидкости во время работы - нагрева партии, сезонных изменений окружающей среды или смены горячего/холодного продукта -, перед заказом стоит задать поставщику три прямых вопроса:
- Какой метод возбуждения используется в этом измерителе и рассчитан ли он на стабильность в диапазоне температур, который вы действительно увидите?
- Включает ли преобразователь активную температурную компенсацию или только фиксированную-калибровку по температуре?
- Какова рекомендуемая процедура калибровки нулевой точки-и следует ли ее выполнять при температуре процесса, а не окружающей среды?
Измеритель, который указан в спецификации с точностью до 20 градусов, не обязательно будет точен при 45 градусах, а разрыв между этими двумя числами — это именно то место, где обычно скрываются проблемы смещения нулевой точки.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли устранить смещение нулевой-точки только с помощью повторной калибровки?
Иногда повторная калибровка при неправильной температуре просто сбрасывает ошибку, а не удаляет ее. Если дрейф вызван температурой-, исправление должно учитывать компенсацию или условия установки, а не просто однократную-регулировку нуля.
Насколько сильного изменения температуры достаточно, чтобы вызвать заметный сдвиг нуля?
Это зависит от конструкции счетчика и жидкости, но колебаний в диапазоне 10–20 градусов обычно достаточно, чтобы вызвать измеримый дрейф счетчиков без активной температурной компенсации, особенно при низких скоростях потока.
Одинаково ли это влияет на все электромагнитные расходомеры?
Нет. Счетчики с подобранными материалами футеровки/электродов, возбуждением прямоугольных-волн и встроенной-температурной компенсацией значительно более устойчивы к температурному-дрифту нуля, чем более старые или более дешевые- конструкции.
Является ли смещение нулевой-точки тем же, что и смещение калибровки?
Не совсем. Калибровочный дрейф означает смещение общей точности расходомера в диапазоне измерения, тогда как дрейф нулевой-точки конкретно влияет на базовую линию отсутствия-расхода. Счетчик может иметь стабильную калибровку везде, кроме нуля.
Следует ли обнулять счетчик-при температуре окружающей среды или температуре процесса?
Температура процесса, если это возможно. Обнуление счетчика на холодном стенде, а затем установка его на горячую линию — одна из наиболее распространенных - и предотвратимых - причин жалоб на дрейф, которые мы наблюдаем.
Увеличивает ли размер трубы или скорость потока температурный-дрейф?
Не напрямую, но приборы большего-диаметра с большей площадью поверхности электродов могут быть несколько более чувствительны к описанному выше механическому напряжению, поскольку в расширении участвует больше материала. Это еще одна причина проверить метод возбуждения и конструкцию компенсации на более крупных установках, а не предполагать, что технические характеристики меньшего счетчика применимы в масштабе.
Заключительные мысли
Смещение нулевой точки,-связанное с-температурой, — это не столько дефект, сколько физическая проблема, которую при правильном проектировании и правильной установке можно устранить до-непроблемы. Механизм работает по трем каналам -: механическое воздействие на электроды, сдвиги проводимости жидкости и дрейф внутри катушки и электроники -, и все три хорошо реагируют на правильное сочетание материалов, метода возбуждения и схемы компенсации.
Если в вашем процессе используются жидкости в широком диапазоне температур и вы не уверены, что измеритель тока - или тот, который вы собираетесь заказать, - предназначен для этого, отправьте нам подробную информацию о процессе (тип жидкости, диапазон температур, размер трубы и область применения), и мы поможем вам подобрать правильную спецификацию, прежде чем это станет проблемой на местах. Свяжитесь с нашей командой для получения рекомендаций.
Ссылки
[1] Артанг, «Нестабильность нулевой точки электромагнитного расходомера: причины и решения».artang.com
[2] Артанг, «Причины и решения аномальной нулевой точки электромагнитного расходомера».artang.com
[3] Сисенчина, «Как отрегулировать нулевую точку электромагнитного расходомера».sisenchina.com
[4] Патент США № 5443552, «Электромагнитный расходомер и способ электромагнитного измерения расхода».изображение-ppubs.uspto.gov
[5] Патент США 4059014, «Электромагнитный расходомер».изображение-ppubs.uspto.gov
[6] Flowmetertech, «Проблема нулевого дрейфа и метод решения массового расходомера».flowmetertech.com
