Een klant stuurde ons ooit een trendgrafiek van een chemische doseerlijn, waarop een flowmeterwaarde te zien was die met bijna 0,3% van de volledige schaal omhoog kroop tijdens een enkele productieploeg - met de kleppen gesloten en geen werkelijke flow. De installatie had aardingsproblemen en luchtbellen al uitgesloten. Waar ze geen rekening mee hadden gehouden, was dat de vloeistoftemperatuur in die lijn tussen de batches met bijna 15 graden schommelde, en die schommel alleen al was voldoende om het nulpunt van de basislijn te slepen.
Dit is een vaker voorkomend probleem dan mensen verwachten, en het is de moeite waard om het goed te begrijpen voordat u naar een soortgelijke grafiek staart en zich afvraagt wat er mis is met uw meter.
Wat nul-puntstabiliteit eigenlijk betekent
Het nulpunt is de waarde die een debietmeter produceert als er echt geen vloeistof doorheen beweegt. In een ideale wereld ligt dat getal precies op nul en blijft dat ook zo. In de praktijk gaat het - soms met een haartje mis, soms zo ver dat de facturatie- meting of een strak gecontroleerd doseringsproces van de baan raakt.
Nul{0}}puntstabiliteit is het belangrijkst in toepassingen waar lage stroomsnelheden reële gevolgen hebben: chemicaliëndosering, batchverwerking van voedingsmiddelen en dranken, afvalwaterzuivering en meting van overdrachtsgegevens. Een meter die prima presteert bij een hoog debiet kan nog steeds dure problemen veroorzaken als het nulpunt afdwaalt tijdens perioden van inactiviteit of langzame- debietfasen.
Het is ook een van de moeilijkere problemen om vroegtijdig op te sporen, omdat een nul-puntverschuiving vaak identiek lijkt aan een echt langzaam lek of een klep die niet goed op zijn plaats zit. Onderhoudsteams zijn vaak urenlang bezig met het opsporen van een mechanisch defect voordat iemand controleert of de vloeistoftemperatuur op het moment van de laatste kalibratie overeenkomt met de temperatuur waarop het proces nu daadwerkelijk draait.
Hoe een elektromagnetische flowmeter de flow meet
Het werkingsprincipe is de wet van Faraday van elektromagnetische inductie. Een spoel in de meter genereert een magnetisch veld door de leiding. Terwijl geleidende vloeistof door dat veld beweegt, induceert het een spanning tussen twee elektroden, en die spanning is recht evenredig met de snelheid van de vloeistof. Geen bewegende delen, geen obstructie in het stroompad -, wat een groot deel is van de reden waarom deze meters populair zijn voor water, afvalwater en veel proceschemicaliën.
Het addertje onder het gras is dat deze meetketen meerdere schakels heeft, en dat de vloeistoftemperatuur stilletjes meerdere schakels tegelijk kan beïnvloeden.
Drie manieren waarop temperatuur het nulpunt verstoort
Niet-overeenkomende uitzetting tussen voering en elektroden
De pijpvoering en de elektroden zijn meestal gemaakt van verschillende materialen en zetten niet in dezelfde mate uit of krimpen in als de temperatuur verandert. Als de bekleding sneller uitzet dan de montage van de elektrode, wordt er mechanische spanning op de elektroden uitgeoefend en kan hun positie met een zeer kleine maar meetbare hoeveelheid verschuiven. Die kleine beweging verandert de manier waarop de elektroden ten opzichte van het magnetische veld zitten, en de geïnduceerde spanning verschuift mee - zelfs als de vloeistof volledig stilstaat.
Veranderingen in de geleidbaarheid van vloeistoffen
De meeste geleidende vloeistoffen worden geleidender naarmate de temperatuur stijgt. Omdat het signaal van de debietmeter afhankelijk is van de vloeistof die als een bewegende geleider binnen het magnetische veld fungeert, kan elke verandering in die geleidbaarheid de geïnduceerde spanning veranderen, onafhankelijk van de werkelijke stroomsnelheid. Een vloeistof die halverwege het-proces opwarmt, kan er daarom voor zorgen dat de meter een kleine niet-nulwaarde rapporteert tijdens wat een statische-stromingsconditie zou moeten zijn -, een van de vaker gedocumenteerde oorzaken van nul-puntafwijking in handleidingen voor probleemoplossing in het veld.
Spoel- en elektronicadrift
De excitatiespoel die het magnetische veld opwekt, heeft zijn eigen weerstand, en de weerstand verandert met de temperatuur. Een verschuiving in de spoelweerstand verandert de sterkte van het magnetische veld, waardoor de geïnduceerde spanning die de elektroden opvangen verandert. Bovendien zijn de versterkers en de signaal{2}}elektronica in de zenderbehuizing zelf temperatuur-gevoelig; Componenten zoals operationele versterkers en A/D-converters kunnen te maken krijgen met versterkingsverschuivingen en bias-spanningsdrift naarmate de omgevings- of procestemperatuur verandert, en deze kleine elektronische fouten worden stroomafwaarts versterkt tot een zichtbare nulverschuiving.
Een veldvoorbeeld
Een middelgroot chemisch verwerkingsbedrijf draaide eenelektromagnetische debietmeterop een hete oplossingslijn waar de batchtemperaturen ongeveer 10-15 graden varieerden, afhankelijk van het product dat werd verwerkt. Operators merkten dat de stroomtotalisator 's nachts kleine volumes bleef verzamelen, zelfs als alle kleppen gesloten waren. De meter zelf was niet defect - het nulpunt volgde eenvoudigweg de temperatuurcurve van de vloeistof gedurende elke batchcyclus.
De oplossing betrof niet het vervangen van de meter. Door over te schakelen naar een zender met actieve temperatuurcompensatie, gecombineerd met een re-zero-procedure uitgevoerd bij de werkelijke bedrijfstemperatuur van de vloeistof in plaats van bij de omgevingstemperatuur in de werkplaats, kwam de drift ruim binnen de gespecificeerde tolerantie. De les die het team van de fabriek is bijgebleven: een nul-puntcontrole uitgevoerd op een koude, statische bank zegt niet veel over hoe de meter zich zal gedragen zodra de procesvloeistof heet wordt.
Hoe fabrikanten ontwerpen rond temperatuurschommelingen
Bij elkaar passende materialen voor thermische uitzetting
Het combineren van voering- en elektrodematerialen met vergelijkbare thermische uitzettingscoëfficiënten vermindert de mechanische spanning die ervoor zorgt dat de positie van de elektrode verschuift. Dit is grotendeels een beslissing in de ontwerp-fase. Daarom is de keuze van het voeringmateriaal (PTFE, PFA, rubber, keramiek, enzovoort) de moeite waard om naar te vragen bij het specificeren van een meter voor een toepassing met grote- temperatuurschommelingen.
Lage-frequentie, vierkante-golfexcitatie
Oudere sinus{0}}golf- en constante-stroom-excitatieontwerpen zijn gevoeliger voor nul-drift dan de laag-vierkante-golf-excitatiesystemen die nu standaard zijn in de meeste industriële meters. Het periodiek omkeren van de polariteit van de excitatiestroom en het bemonsteren van het signaal bij elke vaste waarde helpt bij het opheffen van langzaam-bewegende interferentie, inclusief enkele temperatuur-gedreven effecten, wat een groot deel is van de reden waarom deze excitatiemethode de industriestandaard werd voor stabiliteits-gevoelige toepassingen.
Ingebouwde-temperatuurcompensatie
Veel zenders beschikken nu over een temperatuursensor en een compensatie-algoritme dat de uitvoer aanpast op basis van de realtime procestemperatuur, waarbij de hierboven beschreven geleidbaarheid en elektronische drift worden gecorrigeerd voordat de meting ooit het display of het besturingssysteem bereikt.
Installatiepraktijken die het probleem verminderen
De kwaliteit van de aarding, vervuiling van de elektrode en elektromagnetische interferentie van buitenaf vormen allemaal een aanvulling op de temperatuur-gerelateerde drift die al aanwezig is, dus een goede installatie, - stevige aardingsringen, voldoende rechte- pijpleidingen en afscherming tegen sterke elektromagnetische bronnen - zorgen ervoor dat elke temperatuurcompensatie die de meter heeft daadwerkelijk zijn werk effectief doet.
Wat dit betekent als u een flowmeter specificeert
Als uw proces gepaard gaat met vloeistoftemperaturen die aanzienlijk schommelen tijdens bedrijf - batchverwarming, seizoenswisselingen in de omgeving of een omschakeling tussen warm en koud product -, is het de moeite waard om de leverancier drie directe vragen te stellen voordat u bestelt:
- Welke excitatiemethode gebruikt deze meter en is hij geschikt voor stabiliteit over het temperatuurbereik dat u daadwerkelijk zult zien?
- Bevat de zender actieve temperatuurcompensatie of alleen vaste-temperatuurkalibratie?
- Wat is de aanbevolen nul-puntskalibratieprocedure en moet deze worden uitgevoerd bij procestemperatuur in plaats van bij omgevingstemperatuur?
Een meter die op een specificatieblad nauwkeurig is op 20 graden, is niet noodzakelijkerwijs nauwkeurig op 45 graden, en de kloof tussen deze twee getallen is precies waar nul-puntafwijkingsproblemen zich vaak verbergen.
Veelgestelde vragen
Kan nul-puntafwijking worden opgelost met alleen herkalibratie?
Soms, maar opnieuw kalibreren op de verkeerde temperatuur reset de fout alleen maar in plaats van deze te verwijderen. Als de afwijking door temperatuur- wordt veroorzaakt, moet de oplossing betrekking hebben op compensatie- of installatieomstandigheden, en niet slechts op een eenmalige -tijd-nulaanpassing.
Hoeveel temperatuurverandering is genoeg om een merkbare nulverschuiving te veroorzaken?
Het hangt af van het ontwerp van de meter en de vloeistof, maar schommelingen in het bereik van 10-20 graden zijn doorgaans voldoende om een meetbare drift in meters te produceren zonder actieve temperatuurcompensatie, vooral bij lage stroomsnelheden.
Heeft dit een gelijke invloed op alle elektromagnetische debietmeters?
Nee. Meters met op elkaar afgestemde voering-/elektrodematerialen, vierkante- golfexcitatie en ingebouwde- temperatuurcompensatie zijn aanzienlijk beter bestand tegen temperatuur-gedreven nuldrift dan oudere of goedkopere- ontwerpen.
Is nul-puntsdrift hetzelfde als kalibratiedrift?
Niet helemaal. Kalibratiedrift heeft betrekking op de algehele nauwkeurigheid van de meter die over het gehele meetbereik verschuift, terwijl nul-puntdrift specifiek de nul-basislijn beïnvloedt. Een meter kan overal een stabiele kalibratie hebben, behalve op nul.
Moet de meter opnieuw-op nul worden gezet bij omgevingstemperatuur of procestemperatuur?
Procestemperatuur, waar mogelijk. Een meter op een koude bank op nul zetten en deze vervolgens op een hotline installeren is een van de meest voorkomende - en vermijdbare - oorzaken van de driftklachten die we tegenkomen.
Zorgen de leidinggrootte of stroomsnelheid ervoor dat de temperatuur-gedreven drift erger wordt?
Niet direct, maar meters met een grotere-diameter en een groter elektrodeoppervlak kunnen iets gevoeliger zijn voor het soort mechanische spanning dat hierboven wordt beschreven, omdat er meer materiaal bij de uitzetting betrokken is. Het is nog een reden om de excitatiemethode en het compensatieontwerp op grotere installaties te controleren, in plaats van aan te nemen dat het specificatieblad van een kleinere meter op schaal van toepassing is.
Laatste gedachten
Temperatuur-gerelateerde nul--afwijking is niet zozeer een defect als wel een natuurkundig probleem dat door een beter ontwerp en een correcte installatie kan worden opgelost tot een niet-probleem. Het mechanisme loopt via drie kanalen - mechanische spanning op de elektroden, verschuivingen in de geleidbaarheid van vloeistoffen en drift in de spoel en elektronica - en ze reageren alle drie goed op de juiste combinatie van materialen, excitatiemethode en compensatiecircuits.
Als uw proces vloeistoffen over een breed temperatuurbereik gebruikt en u er niet zeker van bent dat de huidige meter - of degene die u gaat bestellen - hiervoor is gebouwd, stuur ons dan de procesgegevens (vloeistoftype, temperatuurbereik, leidingmaat en toepassing) en wij kunnen u helpen de juiste specificatie te vinden voordat dit een probleem in de praktijk wordt. Neem contact op met ons team voor een aanbeveling.
Referenties
[1] Artang, "Nulpuntinstabiliteit van de elektromagnetische stroommeter: oorzaken en oplossingen."artang.com
[2] Artang, "Oorzaken en oplossingen voor een abnormaal nulpunt van een elektromagnetische stroommeter."artang.com
[3] Sisenchina, "Hoe het nulpunt van een elektromagnetische flowmeter kan worden aangepast."sisenchina.com
[4] Amerikaans octrooi 5443552, "Elektromagnetische debietmeter en methode voor het elektromagnetisch meten van de stroomsnelheid."afbeelding-ppubs.uspto.gov
[5] Amerikaans octrooi 4059014, "Elektromagnetische flowmeter."afbeelding-ppubs.uspto.gov
[6] Flowmetertech, "Zero Drift-probleem en behandelingsmethode van massastroommeter."flowmetertech.com
