Tryckgivare används i stor utsträckning inom processindustrin. Den annonserade noggrannhetsspecifikationen för moderna tryckgivare har blivit mer
och mer exakt.
Ofta innehåller den annonserade noggrannhetsspecifikationen ändå bara en del av sanningen. Den innehåller bara några av de noggrannhetskomponenter som påverkar den totala noggrannhet, som du i praktiken kan förvänta dig av transmittern i din applikation.
I den här texten kommer jag att undersöka några populära tryckgivares noggrannhetsspecifikationer och de olika noggrannhetskomponenterna, såsom effekten av mätområdets ändring, omgivningstemperatur, monteringsposition, statiskt tryck, långsiktig drift, vibration, strömförsörjning, med mera.
Jag kommer kort att förklara, med några exempel, vad dessa komponenter är och vad de betyder.
Bakgrund
Vi ser att "nummerspel" spelas med specifikationer av vissa transmittrar, där de annonserar ett noggrannhetsnummer som bara är en del av sanningen, dvs. det är bara en av de många noggrannhetskomponenterna som du bör ta hänsyn till. I vissa fall kan dessa annonser vara förvirrande och ge ett felaktigt intryck av den totala praktiska noggrannhet du kommer att få i din användning.
Kanske har konkurrensen och kapplöpningen om de bästa noggrannhetssiffrorna lett till denna situation, dvs. att vissa tillverkare gör en "begränsad" noggrannhetssiffra och sätter den på broschyrens omslag och annonserar det på deras webbplats, medan de fullständiga specifikationerna finns i bruksanvisningen.
Vanligtvis inkluderar en trycktransmitters specifikationer flera noggrannhetskomponenter, som du bör ta hänsyn till, när du överväger den totala noggrannheten.
I den här texten kommer jag att gå igenom specifikationerför några populära trycktransmittrar för att ge dig en uppfattning om vilka faktorer som är viktiga och som du bör ta hänsyn till och vara medveten om. Jag kommer också att lista några typiska specifikationsvärden för de olika partiella noggrannhetskomponenterna. Jag försöker att utvärdera alla transmittrar så lika som möjligt.
Kunderna är väldigt intresserade av mätnoggrannhet, eftersom transmitterns noggrannhet påverkar noggrannheten på själva kalibreringsutrustningen. Kalibratorn borde vara mer exakt än sändaren, men noggrannhetsförhållandet mellan dessa två är något människor har olika åsikter om. Hur som helst bör du vara medveten om den totala osäkerheten i kalibreringen och dokumentera det under kalibreringen.
Valet av processtransmitterns tolerans bör i alla fall baseras på processkraven och inte på specifikationerna för sändaren.
Dags att fördjupa oss i ämnet.
Noggrannhetskomponenter för Trycktransmitter
"Referensnoggrannhet"
Ofta nämns en separat "begränsad" precisionsangivelse, vanligtvis på broschyrens omslag eller på webbplatsen. Detta kan kallas "referensnoggrannhet" eller något liknande. Den omfattar bara vissa delar av noggrannheten, inte alla delar. Det innehåller till exempel endast linjäritet, hysteres och repeterbarhet.
Denna "bästa möjliga noggrannhet" inkluderar inte heller alla praktiska noggrannhetskomponenter som du bör ta i beaktande (monteringsposition, omgivningstemperatur, etc.). Så tro inte att denna specifikation är vad du kan förvänta dig av transmittern när du i praktiken installerar den i din process.
Denna "bästa möjliga noggrannhet" kan till exempel vara 0,04 % eller till och med 0,025 % av mätområdet, för de mest exakta tryckområdena, för de mest exakta sändarna.
Olika tryckområden
Ofta är den bästa (referens)noggrannheten endast giltig för vissa tryckområden, inte för alla tillgängliga intervall. Mätområdet kan också variera beroende på trycktyp, dvs. ett absolut mätområde kan skilja sig från ett mätområde för en manometer.
Medan de bästa mätområdena kan ha till och med 0,04 % av mätområdets noggrannhet, kan något annat mätområde av samma transmittermodell, ha till exempel en 0,1 % noggrannhet.
Noggrannhetsspecifikationerna kan fördubblas eller tredubblas för de olika tillgängliga mätområdena. Så se till att du vet vad noggrannheten är för de exakta mätområdena/ modellerna som du använder.
Ändring av mätområde
HART (smart) transmittrarnas mätområde kan konfigureras med ett brett intervall. Ofta kan du ändra mätområdet för en transmitter till en hundradedel av hela mätområdet, eller ännu mer. Noggrannhetsspecifikationer ges vanligtvis för hela mätområdet, eller till ett begränsat intervall.
Om HART-transmitterns mätområde (med en mA-utgång) konfigureras för ett mindre mätområde än hela mätområdet, försämras vanligtvis noggrannheten. Om du ändrar mätområdet för din transmitter till ett mindre mätområde än maxområdet, se då till att ta reda på hur mycket fel som bör läggas till noggrannheten.
Omgivningstemperaturens inverkan
De flesta tryckgivare används under varierande miljöförhållanden i processerna. Temperaturen på tryckmediet kan också variera kraftigt under användning.
Liksom de flesta mätenheter har trycktransmittrar vanligtvis någon form av temperaturkoefficient, det vill säga det finns en noggrannhetskomponent som beror på omgivnings-temperaturen.
Temperaturberoendet verkar ofta specificeras i ett format som är ganska svårt att förstå. Men försök förstå det och fråga leverantören om du inte kan lista ut det.
Hur som helst, om man tittar på olika sändare, kan detta variera från 0,01 % av hela mätområdet och upp till 0,5 % av hela mätområdet. De sämsta modellerna verkar specificera temperatureffekten som mer än 1 % av hela mätområdet. Om temperaturen i din process varierar mycket bör du ta hänsyn till detta.
Effekten av statiskt tryck (linjetryck)
Differenstrycktransmittrar kan användas under statiska linjetryckförhållanden. Det betyder att båda ingångarna har ett visst tryck och att transmittern mäter skillnaden mellan de två ingångarna. Jämför detta med en manometersändare som mäter trycket mot atmosfärstrycket eller en absolutgivare som mäter trycket mot vakuum.
En idealisk differentialsändare skulle endast mäta skillnadenmellan ingångarna, men i praktiken har det statiska linjetrycket en viss effekt på utsignalen.
Om du har båda ingångarna öppna för atmosfärstryck är differenstrycket naturligtvis noll. Dessutom, om du har samma tryck (säg 50 bar/psi) applicerat på båda ingångarna är differenstrycket fortfarande noll. I praktiken har det statiska trycket en viss effekt på transmitterns utsignal, vilket betyder att utsignalen ändras lite när linjetrycket ändras. Vanligtvis kan linjetryckseffekten variera från 0,025 % av hela mätområdet upp till 0,4 % av hela mätområdet, beroende på transmittermodell.
Vanligtvis påverkar linjetrycket framför allt nollpunkten på transmittern, men påverkar inte mätområdet så mycket. Så vid kalibrering kan du testa denna effekt genom att applicera samma tryck (ett lågt tryck och ett högt tryck) på båda ingångarna och se hur mycket nollan ändras.
Linjetrycket kan också ha viss effekt på sändarens mätområde, vilket gör det betydligt svårare att hantera och kalibrera. Det kräver en kalibrering med differentialtrycksstandard.
Långsiktig stabilitet
Alla mätenheter kommer gradvis att förlora sin mätnoggrannhet med tiden. Vissa mer, andra mindre. Detta gäller även trycktransmittrar.
Vissa trycktransmittrar har en specificerad stabilitet på ett år, andra har en 5- eller 10-årig specifikation, eller till och med ännu längre.
En sändare som har en referensnoggrannhet på 0,04 % av hela mätområdet kan till exempel ha en 1- års stabilitet på 0,2 % av hela mätområdet. Vissa andra modeller har 0,2% av hela mätområdet som gäller i 5 eller till och med 10 år. Den bästa som jag hittade var hade så låg specifikation som 0,01 % av hela mätområdet som 1-års stabilitet.
Beroende på hur ofta du kalibrerar dina trycktransmitrar bör du ta hänsyn till den långsiktiga stabilitetseffekten, eftersom transmittern kan drifta så mycket innan nästa kalibrering (och eventuell justering).
Monteringspositionens inverkan
Monteringspositionen har ofta en viss effekt på trycktransmitterns noggrannhet. För de flesta trycktransmittrar finns det en rekommendation för monteringsposition.
Byte av placering ändrar många gånger nollan, och påverkar inte mätområdets noggrannhet. I vanliga fall brukar man inte flytta transmitterns position. Positionen bör dock beaktas om du först kalibrerar sändaren i en verkstad och sedan installerar den i processen, eller om du tar bort sändaren från processen för kalibrering.
Visst, om en transmitter har en fjärrtätning kommer placeringen av kapillärrören att ha en stor effekt på nollvärdet. Återigen, är detta något som inte förändras under normal användning, men kan påverka kalibreringen om transmittern tas bort från sin installationsplats.
Vibrationseffekt
Många trycktransmittrar har en specifikation för effekten av vibrationer. Detta behöver naturligtvis beaktas endast om sändaren är installerad på en plats där det förekommer vibrationer.
Vibrationens inverkan på noggrannhet är ofta relativt liten och kan till exempel specificeras som "mindre än 0,1 % av hela mätområdet".
Strömförsörjningseffekt
En 2-trådstransmitter behöver en extern strömförsörjning för att fungera. Vanligtvis är det en 24 VDC matning. Transmittrar kan vanligtvis arbeta på ett brett matningsspänningsområde, till och med ner till 10 VDC. Hur som helst, om matningsspänningen ändras under driften, kan det ha en liten inverkan på transmitterns noggrannhet. Effekten av strömförsörjningsspänningen är vanligtvis liten och kan till exempel specificeras som "mindre än 0,01 % av hela mätområdet per 1 volts förändring i matningsspänningen". Om du har en normal och bra strömförsörjning, är detta i praktiken inte ett problem.
Total noggrannhetsspecifikation
Vissa transmittrar har någon form av "total noggrannhetsspecifikation", som inkluderar flera av de vanliga noggrannhetskomponenterna. Detta kan inkludera den tidigare nämnda "referensnoggrannheten", omgivningstemperatureffekten och statisk/linjetryckeffekt. Denna typ av total noggrannhet har ett mer användarvänligt värde eftersom den närmar sig den verkliga noggrannhet som du kan förvänta dig av en transmitter. Som ett exempel kan den "totala noggrannhetsspecifikationen" vara 0,14 % av hela mätområdet, medan referensen är 0,04 %.
Så snart du inkluderar temperatur- och linjetryckseffekterna multipliceras referensnoggrannheten med en faktor från 3 till 4.
Ett annat exempel kunde vara att man har 0,075 % referensnoggrannhet för hela mätområdet. När man inkluderar temperatureffekten ökar referensnoggrannheten till 0,2 %, och när även statiska tryckeffekter inkluderas går den upp till 0,3 % av intervallet. Om transmittern har denhär typen av "total" noggrannhetsspecifikation, hjälper det dig att få en mer realistisk bild av vilken noggrannhet du kan förvänta dig i praktiken. Även om den "totala" noggrannheten ofta saknas, har jag nu presenterat vissa noggrannhetskomponenter här.
Förorening vid användning
När en trycktransmitter används i en process för att mäta tryck finns det en stor risk att givarens membran förorenas av tryckmediet eller lite smuts. Denna typ av förorening kan ha en enorm effekt på transmitterns noggrannhet. Detta är naturligtvis inget som går att specificera, men är oberoende en stor risk vid normal användning, speciellt om du bestämmer dig för att ha en väldigt lång kalibreringsperiod, till exempel flera år. Så, förutom transmitterns långsiktiga driftspecifikation,är detta något som bör beaktas i riskanalysen. Om transmittern blir väldigt smutsig och börjar mäta väldigt fel, så ser du det vanligtvis i mätresultaten. Men om den bara börjar mäta litet fel, är det svårt att märka vid normal användning.
Exempel på bästa och värsta fall
När du lägger ihop alla olika noggrannhetsspecifikationer, som listats ovan, kommer du fram till den faktiska totala noggrannhetsspecifikationen som du kan förvänta dig i praktiken. Generellt sätt, när du kombinerar oberoende osäkerhetskomponenter, är den vanliga regeln att använda den "kvadratiska medelvärdemetoden" (root sum of the squares, RSS). Att bara lägga ihop alla komponenter som en rak summa skulle bli ett ”värsta scenario” och statistiskt sett, är det i praktiken inte särskilt troligt att alla komponenter kommer att vara i samma riktning samtidigt. Därför används denna statistiska RSS-metod. För att få en sammanfattning av ett ”bästa scenario”, bör vi ta alla de minsta noggrannhetskomponenterna och glömma de som kanske inte är relevanta. För att få ett ”värsta scenario”, bör vi ta alla noggrannhetskomponenters maxvärdenoch anta att de alla är närvarande.
Bästa fallets noggrannhet
För att få bästa möjliga noggrannhet användes följande antaganden:
- Välj den bästa referensnoggrannheten
- Välj den mest exakta modellen och mätområdet
- Gör ingen ändring i mätområdet > ingen effekt på noggrannheten
- Använd transmittern inom ett begränsat temperaturintervall, nära omgivningstemperaturen. Välj den minsta tillgängliga temperatureffekten
- Anta att det inte finns någon statisk/linjetryckseffekt (används för manometermätning) > ingen påverkan
- Anta att det inte finns någon vibrationseffekt > ingen påverkan
- Anta att strömförsörjningen är av god kvalitet > ingen påverkan
- Inkludera en ettårig drift
Det finns också många modeller som har en högre bästa möjliga noggrannhet. Efter att ha granskat specifikationerna för flera olika transmittrar, verkar det som att den minsta kombinerade noggrannheten som jag kan hitta, tar mig till ca 0,15 % av hela mätområdet. För de flesta andra modeller verkar det som att det bästa fallet är ungefär det dubbla, ungefär 0,3 % av hela mätområdet.
Det finns också många modeller som har större bästa möjliga noggrannhet.
Värsta fallets noggrannhet
För att få värsta möjliga noggrannhet användes följande antaganden:
- Välj modell/mätområde med den största noggrannhetsspecifikationen
- Anta att mätområdet ändrar
- Använd ett mätområde med störst temperatureffekt
- Anta att statiskt/linjetryck används
- Anta en liten vibrationseffekt
- Anta en liten strömförsörjningseffekt
- Inkludera en ettårig drift
Återigen, när man tittar på de olika specifikationerna, verkar det som att om man lägger till dessa värsta tänkbara noggrannhetsspecifikationer, hamnar vi någonstans runt 1 % till 1,5 % av hela mätområdets noggrannhet, med de mest exakta transmittrarna. Men detta värde kan också vara högre med vissa modeller.
Sammanfattning
Som tidigare nämnts, är moderna trycktransmittrar mycket noggranna instrument. Det är dock bra att läsa noggrannhetsspecifikationerna, inklusive alla de olika komponenter som påverkar noggrannheten. Det är lätt att missa dessa och bara titta på den enda noggrannheten, till exempel ”referensnoggrannhet”, som visas i marknadsföringen och i annat material.
Detsamma gäller naturligtvis all mätutrustning, inte bara för trycktransmittar. Det är alltid bra att läsa alla specifikationer, inklusive alla finstilta fotnoter.
Jag hoppas att du tyckte att den här texten var användbar.
Beamex lösningar för tryckkalibrering
Beamex erbjuder olika lösningar för tryckkalibrering, inklusive kalibrering av trycktransmittrar.
Vänligen kolla in vårt utbud här: Tryckkalibratorer
Diskussion