إذا كنت قد سحبت من أي وقت مضى "صحية"جهاز إرسال الضغطخارج الخط، ووضعه على جهاز المعايرة، ووجدته يقرأ نصف بالمائة من الصفر دون سبب واضح، فأنت تعرف بالفعل الجزء المحبط من هذه المشكلة: نادرًا ما يعلن الانجراف عن نفسه. لا يوجد إنذار لـ "حلقة 4-20 مللي أمبير الخاصة بك تكذب عليك ببطء." تبدأ العملية فقط بالقليل من الثراء، أو العجاف قليلاً، أو تبدأ وحدة التحكم في المستوى في البحث، ولا يفكر أحد في إلقاء اللوم على جهاز الإرسال حتى يتم التحقق من ثلاثة أشياء أخرى بالفعل.
تتناول هذه المقالة ما يحدث فعليًا داخل المستشعر عندما ينحرف جهاز الإرسال، ولماذا يحدث ذلك حتى مع وجود معدات تتم صيانتها جيدًا، وما يميز جهاز الإرسال الذي يحتفظ بالمعايرة لسنوات عن جهاز الإرسال الذي يحتاج إلى رعاية الأطفال.
ماذا يعني "الانجراف" فعليًا في حلقة 4-20 مللي أمبير
قبل الخوض في الأسباب، من المفيد أن تكون دقيقًا بشأن ماهية الانجراف، لأن الإصلاح يعتمد على النوع الذي تتعامل معه.
الانجراف صفريحول الناتج بأكمله عن طريق إزاحة ثابتة. إذا كان من المفترض أن يرسل جهاز الإرسال 4 مللي أمبير عند 0% ويرسل بدلاً من ذلك 4.3 مللي أمبير، فإن نفس إزاحة 0.3 مللي أمبير تظهر عند كل نقطة على المقياس - 50% تقرأ عالية بنفس هامش 0%. عادةً ما يكون من السهل اكتشاف هذا الأمر وتصحيحه باستخدام حقل صفري.
الانجراف تمتدهو أكثر مزعج. يتزايد الخطأ مع تحرك القراءة بعيدًا عن الصفر، لذلك يمكن لجهاز الإرسال أن يبدو جيدًا تمامًا عند قيم العملية المنخفضة ويكون متوقفًا بنسبة مئوية أو أكثر بالقرب من النطاق الكامل. هذا هو ما يظهر على أنه "يقرأ مقياس التدفق بشكل جيد في معظم الأيام، ولكن هناك شيء ما معطل أثناء ذروة الحمل"، وهو بالضبط نوع الخطأ الذي يتم إلقاء اللوم عليه في العملية قبل أن يقوم أي شخص بفحص الأداة.
تظهر معظم أجهزة الإرسال التي تفشل في الميدان مزيجًا من الاثنين، بالإضافة إلى بعض التباطؤ، وهذا هو السبب في أن فحص المعايرة الحقيقية - وليس مجرد مقارنة قراءة مباشرة- مع مقياس آخر - هي الطريقة الوحيدة الموثوقة لتأكيد الانحراف.
الأسباب الحقيقية وراء الانجراف
لا شيء من هذا غامض. بمجرد أن يغادر جهاز الإرسال المنصة ويدخل في الخدمة، فإن نفس مجموعة العوامل - درجة الحرارة، ودورة الضغط، والرطوبة، والاهتزاز، وتقادم المكونات العادية - تمثل تقريبًا كل-فقد الدقة على المدى الطويل [1]. وإليك كيف يلعب كل واحد في الواقع.
الدراجات الحرارية على عنصر الاستشعار
يحتوي كل مستشعر ضغط على معامل درجة حرارة، مما يعني أن الصفر والامتداد يتغيران قليلاً مع درجة الحرارة المحيطة أو درجة حرارة العملية. يتم تعويض ذلك في معايرة المصنع، ولكن دورات التسخين والتبريد المتكررة - خزان يمتلئ بالمنتج الساخن ويفرغ في البيئة المحيطة، تركيب خارجي يتأرجح 40 درجة فهرنهايت بين النهار والليل - يضع ضغطًا ميكانيكيًا مستمرًا على الحجاب الحاجز وارتباطه. وعلى مدى دورات كافية، يتوقف منحنى التعويض الذي بناه المصنع عن مطابقة الواقع بشكل وثيق كما كان من قبل.
تعب الحجاب الحاجز وزحف المواد
ويتحرك عنصر الاستشعار نفسه ولو بالميكرونات. تكون الخلايا السعوية الرقيقة- عرضة للزحف البطيء إلى نقطة الصفر بعد سنوات من دورة الضغط، كما أن العناصر المقاومة للضغط ليست محصنة أيضًا - يتغير الهيكل البلوري نفسه قليلاً تحت الضغط المستمر. أحد الأرقام التي يتم الاستشهاد بها بشكل متكرر من استطلاعات الأجهزة تضع الانجراف الصفري النموذجي لأجهزة الاستشعار السعوية في الخدمة الصناعية المستمرة في مكان ما في نطاق بضعة أجزاء من المئات إلى بضعة أعشار من المائة سنويًا [2] - صغير على الورق، ولكنه يكفي ليكون ذا أهمية عند النقل المحكم- أو حلقة الأمان على مدار بضع سنوات.
شيخوخة المكونات الإلكترونية
لا يقتصر الأمر على المستشعر فقط. إلكترونيات تكييف الإشارة، ومحول A/D، والجهد المرجعي - كلها قديمة. تجف المكثفات قليلاً، وتزحف قيم المقاومات، وفي أجهزة الإرسال التناظرية القديمة، يمكن أن يمثل هذا وحده حصة كبيرة من إجمالي الانجراف المرصود. يعد هذا جزءًا كبيرًا من السبب وراء قيام أجهزة الإرسال الذكية المعتمدة على المعالجات الدقيقة-بإجراء معايرة أفضل بشكل ملحوظ من الوحدات التناظرية القديمة خلال نفس عمر الخدمة -، حيث يوجد ببساطة عدد أقل من الدوائر التناظرية المتبقية للانجراف.
تأثيرات الضغط الثابت على أجهزة إرسال DP
هذا واحد يمسك الكثير من الناس على حين غرة. في جهاز إرسال الضغط التفاضلي الذي يقيس فرقًا صغيرًا عبر خط يعمل عند ضغط ثابت مرتفع (خط)، يُترجم الخطأ في الضغط الساكن نفسه إلى خطأ في قراءة DP - على الرغم من أن الضغط الساكن ليس هو المتغير الذي تقيسه. يتم تمثيل تطبيقات DP الثابتة العالية-، وتدفق البخار كمثال شائع، بشكل غير متناسب في شكاوى الانجراف لهذا السبب بالضبط.
إجهاد التثبيت الميكانيكي
إن جهاز الإرسال الذي تم تثبيته بشدة على اتصال العملية الخاص به، أو تم تركيبه على مشعب غير صحيح قليلاً، يكون تحت الحمل قبل أن يرى ضغط العملية. لا يظهر هذا الضغط الأساسي دائمًا في اليوم الأول -، بل يظهر كتحول صفري بعد بضعة أشهر بمجرد أن يؤدي التدوير الحراري والاهتزاز إلى فكه أو تثبيته بشكل أكبر. ويحدث الاهتزاز الناتج عن المضخات والضواغط القريبة نفس الشيء تدريجيًا.
إعادة المعايرة المتأخرة - "السبب" الذي لا يعد سببًا حقيقيًا
يستحق التسمية بشكل منفصل: في بعض الأحيان لا يوجد فشل دراماتيكي على الإطلاق. إن جهاز الإرسال ببساطة يتقادم بما يتماشى مع مواصفات الاستقرار السنوية المنشورة، وقد امتد الفاصل الزمني للمعايرة إلى ما هو أبعد مما تم تصميم الجهاز ليحمله. فحص عقلاني تقريبي يستخدمه بعض الفنيين الميدانيين: اضرب سنوات الخدمة في مواصفات الاستقرار السنوي المنشورة - إذا كان الخطأ المُقاس في هذا الملعب، فهو تقادم عادي، وليس خطأ. إذا كان الأمر أبعد من ذلك بكثير، فإن هناك شيئًا آخر - ضغطًا حراريًا أو ميكانيكيًا أو ثابتًا - هو السبب الأرجح.
مثال ميداني
وصف أحد مهندسي العمليات في مصنع خلط المواد الكيميائية متوسط الحجم- ذات مرة كيفية متابعة إنذار المستوى المتقطع طوال الجزء الأكبر من ربع السنة. سيقرأ جهاز إرسال المستوى القائم على DP- الموجود في مفاعل مغلف بشكل صحيح عند فحوصات إيقاف التشغيل، وينجرف عاليًا أثناء عمليات الإنتاج، ويستقر مجددًا بين عشية وضحاها - مما جعل الأمر يبدو وكأنه مشكلة عملية وليس مشكلة أداة. استغرق الأمر سحب سجلات المعايرة ومقارنتها بسجل درجة حرارة الدفعة لملاحظة النمط: تم تتبع خطأ مدى جهاز الإرسال تقريبًا تمامًا مع التدوير الحراري من الغلاف، وليس مع المستوى نفسه. يؤدي التبديل في جهاز إرسال بمعامل درجة حرارة منشور أقل - وإضافة العزل الحراري على خط النبض - إلى حل المشكلة دون لمس عناصر التحكم في العملية على الإطلاق. الدرس الذي بقي في ذهن الفريق بعد ذلك: لا تفترض أن مقارنات القراءة المباشرة-تستبعد الانحراف، ولا تفترض أن قراءة إيقاف التشغيل المستقرة تعني أن جهاز الإرسال يعمل بشكل جيد تحت الحمل.
تشخيص الانجراف قبل أن يكلفك ذلك
هناك بعض العادات التي تكتشف الانحراف مبكرًا، قبل أن تتحول إلى اضطراب في العملية أو عملية تدقيق فاشلة:
- قارن الأرقام "كما وجدت" مقابل الأرقام "كما هو موجود" في كل معايرةوليس فقط ما إذا كانت القراءة النهائية قد مرت أم لا. جهاز الإرسال الذي يحتاج إلى تصحيح كبير حتى يمر، يخبرك بشيء ما، حتى لو نجح تقنيًا.
- تنفيس إلى الغلاف الجوي والتحقق من الصفر الحقيقي، وليس مجرد مقارنة عملية مباشرة بأداة أخرى - يمكن أن تتفق أداتان منجرفتان مع بعضهما البعض وكلاهما خاطئ.
- تتبع الاتجاه، وليس مجرد النجاح/الفشل.جهاز الإرسال الذي يستخدم 80% من التسامح المسموح به عند كل فحص يتجه إلى مكان ما؛ ربما لا يحتاج الشخص الذي يظل ثابتًا عند 5٪ من التسامح لسنوات إلى فترة زمنية أقصر.
- إعادة ضبط منفصلة-عن المعايرة الفعلية.يؤدي تغيير قيم النطاق الأدنى/العلوي على جهاز الإرسال الذكي إلى تغيير ما يعرضه - ولا يفعل شيئًا لتصحيح انحراف المستشعر. يتم خلط هذا في كثير من الأحيان أكثر مما ينبغي.
ممارسات المعايرة التي تقلل في الواقع من مخاطر الانجراف
استخدم مرجعًا يمكن تتبعه بشكل صحيح
تعد المعايرة الميدانية جيدة بقدر ما تتم مقارنتها به. يجب أن يكون المعيار المرجعي قابلاً للتتبع إلى معهد القياس الوطني - NIST في الولايات المتحدة، أو هيئة مكافئة في أي مكان آخر - وكقاعدة عمل، يجب أن يكون الجهاز المرجعي أكثر دقة بشكل ملموس من جهاز الإرسال قيد الاختبار، والذي يُشار إليه عادةً على أنه نسبة دقة 3:1 إلى 4:1 على الأقل، ويشار إليها باسم نسبة دقة الاختبار، أو TAR [3][4]. إن معايرة جهاز إرسال مُقدر بـ ±0.075% مقابل مرجع ذو دقة مضاعفة فقط لا يثبت أي شيء حقًا.
تعيين فترات زمنية من البيانات، وليس العادة
لا يوجد فاصل زمني عالمي "صحيح" -، فهو يعتمد على مدى أهمية الحلقة وبيئة العملية وأي متطلبات تنظيمية يتم تطبيقها. نقل الحضانة والسلامة-الحلقات المجهزة غالبًا ما يكون لها دورات إلزامية خاصة بها بغض النظر عن الانحراف الملحوظ [4]. ما يهم هو أن الفاصل الزمني يتم تعيينه من بيانات المعايرة التاريخية لتلك الخدمة المحددة، وليس منسوخًا من توصية عامة للشركة المصنعة ولا تتم إعادة النظر فيه أبدًا.
مطابقة تكنولوجيا الاستشعار مع التطبيق
لا تتصرف كل تقنيات الاستشعار بنفس الطريقة تحت نفس الضغط. تميل العناصر السعوية إلى الحفاظ على عدم الاستقرار بشكل جيد مع مرور الوقت؛ تستجيب التصميمات المقاومة للتجويف بشكل أسرع ولكنها يمكن أن تظهر مزيدًا من الانجراف تحت الحمل المستمر؛ تتفوق أجهزة الإرسال الرقمية ذات المعالجات الدقيقة- بشكل عام في الأداء التناظري-فقط على التصميمات لتحقيق الاستقرار على المدى الطويل- لأن تعويض درجة الحرارة يتم التعامل معه حسابيًا وليس من خلال المكونات التناظرية القديمة [5]. بالنسبة إلى خدمة DP الثابتة- العالية، يستحق جهاز الإرسال الذي يحتوي على مواصفات خطأ الضغط الثابت المنشورة والمختبرة الانتباه إلى - العديد من أوراق البيانات التي تدفن هذا الرقم، وهو بالضبط الذي يتنبأ بالأداء العالمي الحقيقي- في هذا التطبيق.
ماذا يعني هذا عند تحديد جهاز إرسال
بالنسبة للمشتري الذي يقوم بتقييم أجهزة الإرسال بدلاً من استكشاف الأخطاء وإصلاحها لجهاز مثبت، فإن الوجبات الجاهزة العملية هي النظر إلى ما هو أبعد من رقم الدقة الأساسي في السطر الأول من ورقة البيانات. المواصفات التي تتنبأ فعليًا بسلوك الانجراف على المدى الطويل-موضحة بشكل أكبر: الاستقرار السنوي المنشور (يُشار إليه عادةً بنسبة %/سنة)، ومعامل درجة الحرارة عبر النطاق المعوض الكامل، و- لأجهزة إرسال DP - مواصفات تأثير الضغط الثابت. غالبًا ما يتفوق جهاز الإرسال ذو الدقة الرئيسية الأقل قليلاً ولكن مواصفات الاستقرار الأكثر إحكامًا على وحدة "أكثر دقة" لمدة عامين أو ثلاثة أعوام في الخدمة، حيث تظهر التكلفة الحقيقية للانجراف: أعمال إعادة المعايرة غير المخطط لها، واضطرابات العملية، وفي التطبيقات المنظمة، ونتائج التدقيق.
الأفكار النهائية
لا يعد الانحراف علامة على وجود عيب في جهاز الإرسال - بل هو أمر مؤكد فيزيائيًا لأي مستشعر معرض للتدوير الحراري العالمي-والضغط الميكانيكي وتقادم المكونات. السؤال الهندسي ليس كيفية التخلص منها، ولكن كيفية تحديدها وتثبيتها ومعايرتها بحيث تبقى داخل نطاق موثق يمكن التنبؤ به بدلاً من الظهور كمشكلة عملية غامضة بعد ستة أشهر من الآن.
مراجع
- ScienceDirect، "دقة جهاز إرسال الضغط" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS، "انجراف جهاز إرسال الضغط بدون انحراف: دليل التشخيص والمعايرة" -https://blog.gamicos.com/pressure-جهاز الإرسال-صفر-الانجراف-دليل التشخيص-المعايرة-
- ISA، "أساسيات معايرة أجهزة إرسال الضغط،" InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/departments/basics-من-معايرة-أجهزة إرسال الضغط-
- التحكم العالمي، "معايرة أجهزة الضغط" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibratedpressureinstrumentation.pdf
- RealPars، "ما الذي يسبب الانجراف التناظري؟" -https://www.realpars.com/blog/analog-الانجراف
