لحساب دقة محول الضغط، من الضروري مراعاة كل من الدقة المرجعية والأداء في الموقع. يتم الحصول على الخطأ الإجمالي المحتمل (TPE) من خلال جمع أوجه عدم اليقين معًا مثل دقة فترة القياس المعايرة وتأثيرات درجة الحرارة المحيطة وتأثيرات الضغط الساكن.
في عالم هندسة العمليات الواسع، يعد قياس الضغط حجر الزاوية في العمليات الفعالة والآمنة والموثوقة.
مع تطور التقنيات وتقدم الصناعات، تصبح الحاجة إلى قياس الضغط الدقيق أكثر أهمية من أي وقت مضى.
بالنسبة لمهندسي الصيانة ومهندسي الأجهزة والتحكم ومهندسي العمليات، قد يكون التنقل بين تعقيدات مستشعرات الضغط في بعض الأحيان مثل البحث عن إبرة في كومة قش.
ولكن لا تخف! لتحقيق الأداء الأمثل، من الضروري فهم الفروق الدقيقة التي تؤثر على دقة المستشعر.
تبحث هذه المقالة في موضوع محولات الضغط، لمساعدة مهندسي الصيانة على فهم كيفية الحصول على قياسات ضغط دقيقة.
نبدأ باستكشاف أهمية تحديد الدقة المطلوبة لتطبيقات عملية محددة. ثم سنقوم بفك تشابك الفرق بين الأداء في الموقع والدقة المرجعية، مع تسليط الضوء على سبب أهمية هذا التمييز.
وعلاوة على ذلك، سنقوم بفك شفرة العديد من ظروف التشغيل التي قد يواجهها محول طاقة الضغط: من درجات الحرارة المحيطة المتقلبة إلى الضغوط الساكنة المتفاوتة، وتأثيرات كل منها. كما ستتم مناقشة الإزاحة الصفرية وإزاحة المدى وتداعياتها التراكمية.
وأخيرًا، سنقدم لك منهجية كاملة لحساب الخطأ الكلي المحتمل لمستشعر الضغط.
بحلول نهاية هذا المقال، نأمل أن تكون مزودًا بالمعرفة ليس فقط لاختيار محول الضغط المناسب، ولكن أيضًا لضمان دقته طوال فترة عمله. لننطلق في رحلة مفيدة معًا!
تتمثل الخطوة الأولى في تحديد الأداء الذي يتطلبه التطبيق الصناعي لنقطة قياس الضغط.
يجب أن يتراوح أداء محولات الضغط في الموقع عادةً ما بين 0.5% و2.0% من المدى المعاير، اعتمادًا على التطبيق. ومن المتوقع أن تكون أهداف الأداء التالية، في المتوسط، لجميع تصنيفات الخدمة: سلامة المحطة وكفاءتها بنسبة 0.5%، والتحكم البيئي بنسبة 1.0%، ونظام سكادا ونظام التحكم الموزع بنسبة 1.5%، ونظام مراقبة المحطة وتحسين العمليات بنسبة 2. 0%. وبالطبع، هذه مجرد متوسطات فقط وسيكون لدى بعض العملاء توقعات أعلى أو أقل حسب احتياجاتهم الخاصة. ومع ذلك، تعطي هذه الأرقام فكرة عامة عن مستوى الأداء الذي يبحث عنه عملاؤنا.
يجب عدم الخلط بين الأداء في الموقع والدقة المرجعية.
هناك مفهومان متميزان عندما يتعلق الأمر بأنظمة القياس:
هذه هي دقة حساس الضغط في ظل ظروف محددة خاضعة للرقابة، عادةً في المختبر. وهي توفر معيارًا أو مرجعًا يمكن مقارنة أداء الحساس به. وتشمل الدقة المرجعية التأثيرات المجمعة لعدم الخطية والتباطؤ وعدم التكرار في ظل هذه الظروف المحددة.
يشير هذا إلى أداء جهاز الاستشعار أو نظام القياس في ظل الظروف الحقيقية أو في البيئة التي تم تصميمه من أجلها.
يمكن أن يؤثر عدد من العوامل على الأداء في الموقع، بما في ذلك الاختلافات في درجة الحرارة المحيطة، وتأثير الضغط الساكن، والثبات بمرور الوقت، وتأثير جهد الإمداد، وموضع التركيب والعوامل البيئية الأخرى.
قد يختلف الأداء في الموقع عن الدقة المرجعية بسبب هذه المؤثرات الخارجية.
في الممارسة العملية، في حين أن مجس الضغط قد يتمتع بدقة مرجعية ممتازة في ظل ظروف خاضعة للرقابة، إلا أن أداءه في الموقع يمكن أن يختلف وفقًا لتعقيدات البيئة الحقيقية وعدم القدرة على التنبؤ بها. لذلك من الضروري أخذ هذين العاملين في الاعتبار عند تقييم أو نشر جهاز استشعار الضغط لتطبيق معين.
الخطوة الثانية هي تحديد ظروف التشغيل التي سيتعرض لها الجهاز.
اعتمادًا على التطبيق، قد تخضع أجهزة إرسال الضغط لتغيرات كبيرة في درجة الحرارة المحيطة.
على سبيل المثال، إذا تم استخدام مستشعر الضغط في الهواء الطلق، يمكن أن تختلف درجة الحرارة المحيطة من -20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية. وهذا يختلف تمامًا عن الاستخدام في المختبر حيث تكون درجة الحرارة المحيطة مستقرة ومكيفة الهواء.
المعامل الآخر الذي يجب أخذه في الاعتبار هو الضغط الساكن على العملية.
في حالة قياس الضغط التفاضلي، كلما زاد الضغط الساكن، انخفضت الدقة. بالنسبة لمستشعرات الضغط المطلق والنسبي، يكون تأثير الضغط الساكن صفرًا.
تسمح لنا معرفة هذه العوامل التي يمكن أن تؤثر على الدقة بحساب الخطأ الكلي المحتمل (TEP) ، والذي يحدد دقة محول الطاقة في ظل ظروف تركيب التطبيق عند الجمع بين جميع مصادر الخطأ الفردية. وخطأ الأداء الكلي هذا هو الفرق بين أكثر انحراف قياس إيجابي وأكثر انحراف سلبي عن الضغط الفعلي. ويتم حسابه من خلال الجمع بين جميع الأخطاء المحتملة في ظروف تشغيل التطبيق.
تُستخدم قيمة الخطأ الكلي المحتمل لتحديد أسوأ أداء لجهاز إرسال الضغط المركب في الموقع.
تؤثر عوامل مثل درجة الحرارة المحيطة والضغط الساكن تأثيرًا معينًا على دقة وأداء مستشعر الضغط. فهي تؤثر على كل من نقطة الصفر ونطاق القياس المحدد لأجهزة إرسال الضغط، مما يؤدي إلى انحرافات في القياس أو عدم دقة.
لقد حددنا أولاً الدقة المطلوبة في الموقع للتطبيق، وحددنا معلمات التركيب التي تؤثر على دقة القياس لدينا وتأثيرها على الإزاحة الصفرية وإزاحة المقياس.
تتمثل الخطوة التالية في حساب الخطأ الكلي المحتمل باستخدام المواصفات المتاحة على الموقع الإلكتروني للشركة المصنعة لمحول طاقة الضغط (المواصفات الفنية). هذا الحساب هو مجموع الجذور التربيعية لأوجه عدم اليقين المرتبطة بالدقة المرجعية وعوامل التركيب مثل درجة الحرارة المحيطة وتأثير الضغط الساكن.
يتضمن الخطأ الكلي المحتمل للجهاز الدقة المرجعية وتأثير درجة الحرارة المحيطة وتأثير الضغط الساكن ويتم حسابه باستخدام معادلة TPE التالية:
الخطأ الكلي المحتمل = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²)
E1 = الدقة الاسمية للميزان المعاير أو الدقة المرجعية E2= تأثير درجة الحرارة المحيطةE3 = تأثير الضغط الساكن
E1. الدقة الاسمية أو المرجعية
يجب حساب الدقة الاسمية على المقياس المعاير أو المحدد. وتتضمن الدقة المرجعية الحد الأقصى لأخطاء عدم اليقين للتباطؤ وعدم الخطية وعدم التكرار.
E2. تأثير درجة الحرارة المحيطة
تتم معايرة حساسات الضغط في المختبر عند درجة حرارة محيطة مستقرة. قد تكون درجة الحرارة المحيطة في مكان التطبيق مختلفة. تؤثر درجة الحرارة هذه على المكونات الإلكترونية لأداة القياس، وقد ينتج عن ذلك قياس غير دقيق. ويعبر مصنعو أجهزة استشعار الضغط، مثل Fuji Electric، عن هذا التأثير عمومًا بزيادات قدرها 28 درجة مئوية.
E3. تأثير الضغط الساكن
يمكن أن تنتج أخطاء الضغط الساكن عن عدة ظواهر داخل حساس الضغط. وتشمل هذه الظواهر تشوه الأغشية المعدنية تحت ضغط الخط وتوازن أحجام زيت التعبئة. ويحدد الموردون عمومًا تأثير الضغط الساكن كل 10 ميجا باسكال من تغير الضغط. يمكن أن تتجلى تأثيرات الضغط الساكن على محول الضغط التفاضلي في التحولات الصفرية والمدى. ويشار إلى هذه الظاهرة أحيانًا باسم "تأثير الضغط الساكن" أو "تأثير ضغط الخط".
التأثير على الصفر :
هذا هو الإزاحة في إشارة خرج المستشعر عندما لا يكون هناك ضغط تفاضلي في جهاز الإرسال، ولكن هناك ضغط ثابت أو ضغط خط مطبق.
نصيحة: يمكن التخلص من التأثير على الصفر عن طريق "التصفير" تحت ظروف الضغط الساكن، مما يعني أنه يمكن إعادة معايرة جهاز الإرسال أو تعديله تحت ضغط ساكن لإعادة نقطة الصفر إلى المستوى المرجعي الصحيح، حيث يتم "إخبار" جهاز الإرسال بأن تيار الخرج تحت ضغط ساكن، بدون ضغط تفاضلي، يجب أن يمثل صفرًا. وهذا يعوض بشكل فعال عن تأثيرات الضغط الساكن على القراءة الصفرية.
التأثير على النطاق :
هذا هو التغير في نطاق خرج جهاز الإرسال بسبب الضغط الساكن أو ضغط الخط.
في مثالنا، سنأخذ في الاعتبار شروط الخدمة التالية لتطبيقنا.
نحن نستخدم المواصفات أدناه لمستشعر الضغط التفاضلي FKC من Fuji Electric لحساب الأداء الكلي.
المواصفاتمستشعر الضغط التفاضلي فوجي إلكتريك - FKC
قم بتنزيل المواصفات لاكتشاف المواصفات الفنية لمستشعر الضغط الكهربائي من فوجي!
لذا، دعونا أولاً وقبل كل شيء، دعونا نفكر في الطراز المناسب لنطاق قياس الضغط المطلوب ولظروف تشغيل التطبيق باتباع دليل اختيار محول الضغط هذا. يجب ضبط إعداد المقياس في أقرب وقت ممكن إلى الحد الأعلى لنطاق خلية الاستشعار للحصول على أفضل دقة. لقياس الضغط من 0-100 ملي بار، نختار الطراز FKC..33 الذي يوفر أقرب نطاق 0/320 ملي بار.
| النماذج | حد الضغط الساكن MPa {بار} | نطاقات القياس كيلو باسكال {مبار} دقيقة | نطاقات القياس كيلو باسكال {مبار} كحد أقصى | الإعدادات الممكنة كيلو باسكال {م بار} |
|---|---|---|---|---|
| FKC 11 | -من -0.1 إلى + 3.2 {1 إلى + 32} | 0.1 {1} | 1 {10} | ±1 {±10} |
| FKC 22 | -من -0.1 إلى + 10 {1 إلى + 100} | 0.1 {1} | 6 {60} | ±6 {±60} |
| FKC 33 | -0.1 إلى + 16 {1 إلى + 160} | 0.32 {3.2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 35 | -0.1 إلى + 16 {1 إلى + 160} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 36 | -0.1 إلى + 16 {1 إلى + 160} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 38 | -0.1 إلى + 16 {1 إلى + 160} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 43 | -0.1 إلى + 42 {1 إلى + 420} | 0.32 {3.2} | 32 {320} | ±32 {±320} |
| FKC 45 | -0.1 إلى + 42 {1 إلى + 420} | 1.3 {13} | 130 {1300} | ±130 {±1300} |
| FKC 46 | -0.1 إلى + 42 {1 إلى + 420} | 5 {50} | 500 {5000} | ±500 {±5000} |
| FKC 48 | -0.1 إلى + 30 {1 إلى + 300} | 30 {300} | 3000 {30000} | ±3000 {±30000} |
| FKC 49 | -0.1 إلى + 30 {1 إلى + 300} | 500 {5000} | 20000 {200000} | {+20000,-10000} {+200000 ,-100000} |
دقة نطاق القياس المعايرة أو الدقة المرجعية
| الدقة: (بما في ذلك الدقة الخطية والتباطؤ والتكرار) |
| للموديلات من 32 كيلو باسكال إلى 3000 كيلو باسكال |
| MPE > 1/10 من الحد الأقصى للمقياس: ± 0.065% من MPE أو ± 0.04% من MPE كخيار |
| EMR < à 1/10 de l’échelle maximale : ± (0.015 + 0.005 × Ech.max/EMR ) % de l’EMR |
إن أفضل دقة مرجعية، بما في ذلك الحد الأقصى لأخطاء عدم اليقين في التباطؤ وعدم الخطية وعدم التكرار، هي ± 0.04% من المقياس لجهاز إرسال الضغط FKC من Fuji Electric FKC.
E1 = 0.04 % *100 E1= 0.04 ملي بار
تأثير درجة الحرارة المحيطة
| تأثير درجة الحرارة |
|---|
| القيم الواردة أدناه معطاة لتغيرات في درجات الحرارة تبلغ 28 درجة مئوية بين -40 درجة مئوية و+85 درجة مئوية. |
| الحد الأقصى لنطاق القياس | التأثير على الصفر (النسبة المئوية من الهيئة العامة للاتصالات السلكية واللاسلكية) | التأثير الكلي (النسبة المئوية من الهيئة العامة للاتصالات السلكية واللاسلكية) |
|---|---|---|
"1"/100 مم/ملم/جيم {10 ملي بار} "2"/600 مم/جيم {60 ملي بار} | ± (0.125+0.1 Ech.max/EMR)% (0.125+0.1 Ech.max/EMR) | ± (0.15+0.1 Ech.max/EMR)% (0.15+0.1 Ech.max/EMR) |
"3"/32 كيلو باسكال {320 ملي بار} "5"/130 كيلو باسكال {1300 ملي بار} "6"/500 كيلو باسكال {5000 ملي بار} "8"/3000 كيلو باسكال {30000 ملي بار} "9"/20000 كيلو باسكال {200000 ملي بار} | ±(0.075+0.0125 أقصى صدى كهربائي/معدل صدى كهربائي)% (0.075+0.0125 أقصى صدى كهربائي/معدل صدى كهربائي) | ±(0.095+0.0125 Ech.max/EMR)% (0.095+0.0125 Ech.max/EMR) |
في مثالنا، الفرق في درجة الحرارة المحيطة هو 28 درجة مئوية. نحن نفكر هنا في التأثير الكلي لتأثير درجة الحرارة.
E2 = ± (0.095 + 0.0125*320)% E2= ± 0.135 ملي بار
تأثير الضغط الساكن
| الضغط الساكن | التأثير على الصفر (النسبة المئوية من الحد الأقصى للمقياس) |
|---|---|
"1" / 100 مم/ملم/جيم {10 ملي بار} "2" / 600 مم/جيم/جيم {60 ملي بار} | ± 0.1% / 0.1 ميجا باسكال {1 بار} ± 0.063% / 1 ميجا باسكال {10 بار} |
"3" "4" | ± 0.035% / 6.9 ميجا باسكال {69 بار}± 0.035% / 6.9 ميجا باسكال {69 بار} |
نحن هنا نأخذ في الاعتبار الإزاحة الصفرية لتأثير الضغط الساكن.E3 = ± 0.035*320%E3 = ± 0.112 ملي بار يمكننا الآن حساب الخطأ الكلي المحتمل.
الخطأ الإجمالي المحتمل (FTE)
الخطأ الكلي المحتمل = ± √ ((E1) ² + (E2) ² + (E3) ²) E1= الدقة الاسمية للمقياس المعاير E2= تأثير درجة الحرارة المحيطة لكل 28 درجة مئويةE3 = تأثير الضغط الساكن لكل 6.9 ميجا باسكال
TPE = SQRT ((0.04)^2+(0.135)^2+(0.112)^2) TPE= 0.179 ملي بار TPE= 0.179 % من الامتداد
يتطلب تطبيق العملية دقة ± 0.2% من الامتداد. سيقيس المستشعر ضغطًا تفاضليًا يبلغ 100 ملي بار في ظروف التشغيل العادية. سيكون الأداء المطلوب للمستشعر في الموقع ± 0.5 ملي بار. يمكننا استنتاج أن حساس الضغط التفاضلي FKC من Fuji Electric مناسب لهذا التطبيق. لاستكمال تحليلنا لأداء الضغط، يمكننا إضافة عامل إضافي يؤثر على دقة الضغط في الموقع.
تأثير الضغط الزائد
يشير الضغط الزائد إلى حالة يتجاوز فيها الضغط النطاق الأقصى المعاير لجهاز القياس. يمكن أن تحدث هذه الحالات في حالة وقوع حادث أو حالة غير طبيعية. تتأثر دقة حساسات الضغط أيضًا بالضغط الزائد. ويعبّر مصنعو حساسات الضغط، مثل فوجي إلكتريك، عن هذا التأثير بشكل عام من حيث الحد الأقصى لضغط العمل.
| الضغط الساكن | التأثير على الصفر (النسبة المئوية من الحد الأقصى للمقياس) |
|---|---|
"1" / 100 مم/ملم/جيم {10 ملي بار} "2" / 600 مم/جيم/جيم {60 ملي بار} | ± 0.96 % / 3.2 ميجا باسكال {32 بار} ± 0.31 % / 10 ميجا باسكال {100 بار} |
"3""3" "4" "4" | ± 0.10 % / 16 ميجا باسكال {160 بار} FKC 35، 36، 38 ±0.15 % / 16 ميجا باسكال {160 بار} FKC 33± 0.26 % / 42 ميجا باسكال {420 بار} FKC 43، 45، 46 ± 0.06 % / 10 ميجا باسكال {100 بار} FKC 48، 49 |
E4 = ± 0.15*320% E4= ± 0.6 ملي بار يمكننا الآن حساب الدقة الإجمالية، بما في ذلك تأثير الضغط الزائد في النطاق.
الدقة الإجمالية = ± √ ((E1)²+(E2)²+(E3)²+(E4)2)
TA = SQRT ((0.04)^2+(0.04)^2+(0.135)^2+(0.112)^2+(0.6)^2)TA = 0.62639 ملي بار TA = 0.62639 % من الامتداد
يظل قياس الضغط جانبًا أساسيًا لضمان كفاءة وسلامة العمليات في مجال هندسة العمليات. فدقته أمر بالغ الأهمية، نظرًا لتنوع وتعقيد التطبيقات في مختلف القطاعات.
لقد أبرز الاستكشاف الشامل لمحولات الضغط في هذه المقالة أهمية فهم كل من الدقة المرجعية والأداء في الموقع، بالإضافة إلى العوامل التي تؤثر على هذه المعلمات، بما في ذلك تأثيرات درجة الحرارة المحيطة وتأثيرات الضغط الساكن والتحولات الصفرية وتحولات المدى.
من خلال الشرح المنهجي، كشفنا عن كيفية حساب الخطأ الكلي المحتمل (TPE)، مع الأخذ في الاعتبار أوجه عدم اليقين المختلفة مثل دقة المدى المعاير وتأثيرات درجة الحرارة المحيطة وتأثيرات الضغط الساكن. كما أن المثال المقدم، الذي يستخدم مواصفات مستشعر الضغط التفاضلي FKC من Fuji Electric، يبسط التطبيق العملي لهذه المعرفة.
في الأساس، عند اختيار محول طاقة الضغط، من الضروري التأكد من أنه لا يلبي معايير الأداء المطلوبة فحسب، بل يتحمل أيضًا ظروف الموقع المتغيرة، مما يضمن دقته طوال عمره التشغيلي. من خلال دمج المعلومات المقدمة، يمكن لمهندسي الصيانة والعمليات بلا شك اتخاذ قرارات أكثر استنارة، مما يحسن موثوقية وكفاءة أنظمتهم.
عند اختيار مستشعر الضغط، من المهم اختيار جهاز له تأثير ضئيل على البيئة.
توفر تكنولوجيا الخلية العائمة المتقدمة لمحولات الضغط من فوجي إلكتريك مناعة عالية ضد التغيرات في درجات الحرارة والضغط الساكن والضغط الزائد الشائع في صناعة المعالجة وتقلل بشكل كبير من خطأ القياس الكلي.
محولات الطاقة عالية الأداء من فوجي إلكتريك من فئة محولات الضغط عالية الأداء مصممة لإحداث ثورة في قياس الضغط. يتم توصيفها حراريًا أثناء عملية التصنيع لتحسين الدقة المرجعية وتقليل تأثير درجة الحرارة المحيطة والضغط الساكن.
مكّنت عملية التوصيف الحراري الفريدة من نوعها، والمعروفة باسم الدوران رباعي الأبعاد، من توصيف خلية جهاز إرسال الضغط على مدى درجة حرارة تتراوح بين -40 و+85 درجة مئوية.
يتم جمع البيانات أثناء عملية التصنيع من خلال تسجيل الإزاحة الصفرية والامتداد عند درجات حرارة مختلفة باستخدام عملية تصنيع آلية. يتم إجراء خوارزمية تركيب منحنى غير خطي لتوصيف السلوك الفريد لجهاز استشعار الضغط.
يتم تحميل بيانات التعويض بشكل مستمر في كل خلية من خلايا جهاز إرسال الضغط أثناء هذه العملية للتعويض الفعال عن تأثيرات البيئة الحرارية. والنتيجة هي دقة مرجعية (بما في ذلك التباطؤ وعدم الخطية وعدم التكرار) أقل من +0.04% من المقياس الكامل على هذا النطاق الواسع المعوض بدرجة الحرارة.
تخلص من الأخطاء المحتملة عند قياس الضغط التفاضلي: وفر الوقت والطاقة من خلال الاعتماد على أداة واحدة مصممة خصيصًا لقياسات الضغط التفاضلي الدقيقة.
اتصل بفوجي إلكتريك اليوم لمعرفة المزيد عن مستشعرات الضغط عالية الأداء من الفئة التي نقدمها واستغلال الإمكانات الكاملة لقياس الضغط الدقيق.
لا تفوّت هذه الفرصة لتحسين عملياتك وتحقيق أفضل النتائج. اتصل بنا الآن
