کالیبراسیون فشارسنج ها ( پرشرمترها )، روش ها و نکته ها

انواع فشار سنج

ابزار اندازه گیری فشار در موارد بسیار متنوع و صنایع مختلفی استفاده می شود. به منظور اطمینان و حفظ عملکرد مناسب ابزارهای تحت فشار، کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر بصورت اولیه و منظم توصیه می شود. با این حال، با وجود چندین نوع ابزار فشار، سه نوع وجود دارد که عمدتاً در آزمایشگاه ها کالیبره می شوند: 

1. مانومتر

این مانومترها ابزارهای اندازه گیری کاملا مکانیکی هستند که واحدهای فشار (bar، Pa، psi و …) را نشان می دهند. بسته به کاربرد آنها ممکن است دارای یک آشکار کننده آنالوگ یا دیجیتال باشند. 

1. مبدل های فشار

آنها فشار اندازه گیری شده را به یک سیگنال الکتریکی آنالوگ تبدیل می کنند که متناسب با فشار اعمال شده است. بسته به مدل و کاربرد، سیگنال خروجی آنالوگ می تواند ولتاژ، جریان یا فرکانس باشد. مبدل های فشار به منبع تغذیه مداوم خارجی نیاز دارند. 

1. ترانسمیترهای فشار

آنها واحدهایی متشکل از یک مبدل فشار و یک ماژول برای تنظیم و تقویت سیگنال مبدل هستند. بسته به نوع و کاربرد، اطلاعات خروجی یک فرستنده فشار می تواند ولتاژ (5 ولت، 10 ولت و غیره)، جریان (0-20 میلی آمپر، 4-20 میلی آمپر و غیره)، فرکانس یا فرمت دیجیتال مانند RS 232 باشد. فرستنده های فشار همچنین نیاز به منبع تغذیه مداوم خارجی دارند. 

تجهیزات کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر

متداول ترین ابزاری که توسط آزمایشگاه های کالیبراسیون برای کالیبراسیون فشار استفاده می شود، دستگاه های DWT و کالیبراتورهای فشار هستند.

 DWT

وزنه های هستند که به منظور بررسی صحت ابزار اندازه گیری فشار وزنی مشخصی را بر روی سیال وارد می کنند. در این روش از یک سیلندر پیستونی استفاده می شود که بار روی آن قرار می گیرد تا با اعمال فشار در زیر پیستون ابزار اندازه گیری تست شود. DWT ها می توانند به صورت هیدرولیکی یا پنوماتیکی کار کنند. این تسترها دقت بالایی دارند و به عنوان استانداردهای پایه شناخته می شوند.

 کالیبراتورهای فشار

اینها پر استفاده ترین ابزار برای کالیبراسیون فشار می باشند. ابزارهای دیجیتالی هستند که می توانند دستی یا رومیزی باشند. آنها می توانند حاوی پمپ فشار داخلی یا خارجی، و مبدل های فشار داخلی یا خارجی باشند. همچنین می توانند ذاتاً برای استفاده در محیط های انفجاری بالقوه ایمن باشند. کالیبراتورهای فشار می توانند دارای ماژول های الکتریکی یا دما باشند تا بتوانند ولتاژ، جریان و دما را اندازه گیری و/یا تولید کنند. استفاده از این ابزارها واقعا آسان است و به خصوص برای کالیبراسیون فشار در محل بسیار راحت هستند.

 روش کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر

قبل از شروع هر روش کالیبراسیون، سایر الزامات مترولوژیکی باید مد نظر قرار داده شود. ابزار مورد تست باید برای مدتی در آزمایشگاه قرار داده شود تا با سپری شدن مدت کافی به شرایط محیطی تثبیت شده ای برسد. وضعیت گیج فشار باید بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که بر روی آن هیچ آسیب یا نقص آشکاری وجود ندارد. در این میان باید توجه ویژه ای به مشخصات درج شده توسط سازنده در مورد موقعیت نصب، گشتاور یا هر نیاز خاص دیگر شود.

در مثال زیر فرض می کنیم که استاندارد مرجع ما یک کالیبراتور فشار با پمپ داخلی است. گیج فشار باید به خروجی کالیبراتور فشار متصل شود. برای جلوگیری از نشتی که بر نتیجه اندازه گیری تاثیر می گذارد، باید به محکم بودن اتصالات توجه شود.

 بررسی مقدماتی کالیبراسیون فشارسنج پرشرمتر

قبل از اقدام به کالیبراسیون، باید یک بررسی مقدماتی انجام شود تا وضعیت گیج فشار مشخص شود:

1. ابزار را راه اندازی کنید و حداقل دو بار فشار را  حد حداکثری دستگاه برسانید و حداقل برای یک دقیقه شرایط را حفظ کنید.
2. در طول اولین افزایش فشار، به فشار نمایشگر برای مشاهده تطابق با مشخصات ذکر شده برای دستگاه دقت کنید.
3.  نمایشگر گیج را در مقادیر 0%، 50% و 100% دامنه اندازه گیری دستگاه بخوانید.

 مراحل کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر

معمول ترین روش کالیبراسیون، رویه پایه ای است که در Euramet/CG-17/v.01 «راهنماهای کالیبراسیون مانومترهای الکترومکانیکی» توضیح داده شده است:

کالیبراسیون یک بار در شش نقطه فشار (تقسیم شده در رنج اندازه گیری گیج) در حالات افزایشی و کاهشی فشارهای انجام می شود. تکرارپذیری آزمون از طریق سه اندازه گیری مکرر در یک نقطه فشار (ترجیحاً در 50 درصد توان کل) تخمین زده می شود.

در هر نقطه فشار حداقل داده های زیر باید ثبت شود:

• فشار نشان داده شده توسط ابزار مرجع
• عدد نشانگر ابزار مورد آزمایش
• مقادیر کمیت های موثر (دما، فشار اتمسفر)
• پارامترهای شناسایی ابزار مورد آزمایش
• پارامترهای شناسایی ابزارهای موجود در سیستم اندازه گیری

 گزارش کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر

گزارش کالیبراسیون باید نتایج را به گونه ای ارائه کند که به راحتی توسط کاربر نهایی قابل ارزیابی باشد. علاوه بر مقدار میانگین اندازه گیری فشار افزایشی و کاهشی و انحراف مقدار میانگین از مقدار مرجع، خطای تکرارپذیری و خطای هیسترزیس نیز باید ارائه شود.

هیسترزیس به هیسترزیس مکانیکی دیافراگم حسگر مربوط می شود. در این حالت فشار قرائت شده دستگاه بسته به حالت افزایشی یا حالت کاهشی فشار قبل از قرائت متفاوت می باشد. خطای هیسترزیس به عنوان انحراف در مقدار بین مقدار فشار افزایشی و کاهشی اندازه گیری شده در یک نقطه تعریف می شود.

 عدم قطعیت گیج فشار

در مواردی که کالیبراسیون مربوط به یک ابزار اندازه گیری فشار آنالوگ است، چندین علت برای وجود عدم قطعیت وجود دارد. برخی از آنها در زیر ارائه شده است:

• عدم قطعیت ابزار مرجع در شرایط استفاده (عدم قطعیت گواهی کالیبراسیون، پایداری طولانی مدت، شرایط محیطی و غیره)
• عدم قطعیت به دلیل تکرارپذیری
• عدم قطعیت به دلیل قدرت تفکیک محدود ابزار مورد آزمایش
• عدم قطعیت ناشی از هیسترزیس ابزار مورد آزمایش
• عدم قطعیت ناشی از برآورد تصحیح سر بین ابزار مورد آزمایش و ابزار مرجع
• سوگیری شخصی در خواندن ابزارهای آنالوگ

با پیروی از اصول EA-4/02 “بیان عدم قطعیت اندازه گیری در کالیبراسیون” می توانیم عدم قطعیت را برای هر مقدار اندازه گیری ارزیابی کنیم.

20 نکته مهم که باید در کالیبراسیون فشارسنج پرشرمتر در نظر داشت

1- سطح دقت دستگاه

گیج های فشار در انواع مختلف سطح دقت عرضه می شوند. دقت دستگاه ها با استانداردهای ASME B40.100 (سطح دقت از 0.1 تا 5 درصد رنج) و یا EN837 (سطح دقت از 0.1 تا 4 درصد رنج) مشخص می شوند. سطح دقت دستگاه بیشتر اوقات به صورت “% از رنج” گزارش می شوند که به معنی آن است که اگر بطور مثال میزان رنج بین 0 تا 100 psi باشد دقت دستگاه ± 1 psi می باشد.

2- ماده مورد استفاده در تست فشار

3- آلودگی

هنگام نصب گیج فشار بر روی خط فرآیند گیج ها با نوع خاصی از مواد جهت اندازه گیری فشار درگیر می باشد که این موضوع نیز باید در انتخاب ماده مورد استفاده در کالیبراسیون مد نظر قرار گیرد. شما زمان کالیبراسیون نباید از موادی استفاده کنید که در زمان نصب مجدد دستگاه بر روی خط اشکالی ایجاد نماید. همچنین باید در نظر داشته باشید که گاهی مواد فرآیندی خط ممکن است برای سیستم کالیبراسیون شما نامناسب باشند و به خط کالیبراسیون شما آسیب وارد نمایند. 

جرم و آلودگی موجود در گیج فشار میتواند راه خود را به داخل خط کالیبراسیون شما پیدا کرده و به آن آسیب وارد نماید. زمان استفاده از گاز برای کالیبراسیون میتوانید بر سرراه گیچ تله رطوبت یا آلودگی قرار دهید، اما در زمان استفاده از محیط مایع، قبل از بستن دستگاه بر روی خط کالیبراسیون باید دستگاه را تمیز نمایید.

به عنوان مثال یکی از حاد ترین شراطی که در آن از گیج های فشار استفاده می شود خطوط اندازه گیری فشار اکسیژن می باشد. اگر هر میزانی از گریس وارد یک سیستم فشار بالای اکسیژن گردد، این می تواند بسیار خطرناک باشد زیرا این میتواند باعٍ انفجار گردد. 

4- اختلاف ارتفاع

اگر تجهیزات کالیبراسیون و گیج مورد کالیبره دارای اختلاف سطح باشند این اختلاف سطح می تواند موجب بروز خطا گردد. این معمولا زمانی که از محیط گازی برای کالیبراسیون استفاده می شود مشکلی بوجود نمی آورد، زیرا در مقایسه با مایعات گاز سبکتر می باشد. اما زمانی که مایع به عنوان محیط کالیبراسیون استفاده می شود، مایع داخل سیستم لوله کشی دارای وزنی خواهد بود که به علت بروز فشار هیدرواستاتیک این موضوع می تواند مشکل ساز گردد. بزرگی خطا به دانسیته مایع و اختلاف ارتفاع بستگی دارد. اگر امکان نصب کالیبراتور و گیج در یک سطح وجود نداشت در آن صورت تاثیر این اختلاف ارتفاع باید محاسبه شده و در زمان کالیبراسیون لحاظ گردد.

مثالی از تاثیر فشار هیدرواستاتیک 

فشار هیدرواستاتیک به صورت زیر محاسبه می شود. 

Ph = ρ g h

Ph = فشار هیدرواستاتیک

ρ = دانسیته مایع (kg/m3)

g = جاذبه محلی (m/s2)

h = اختلاف سطح (m)

اگر از آب به عنوان محیط کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر استفاده می شود، با فرض بر اینکه دانسیته آب 997.56 kg/m3، جاذبه 9.8 m/s2 و اختلاف ارتفاع 1 متر باشد. در این صورت میزان خطا معادل kPa 9.8 یا 98 mbar یا 1.42 psi می باشد. دقت کنید که این میزان خطا بسته به محیطی که دستگاه قرار است در آنجا نصب شود خطای زیادی باشد.

5- تست نشتی لوله 

اگر نشتی در سیستم لوله کشی وجود داشته باشد طی کالیبراسیون خطاهای غیر قابل پیشبینی می تواند رخ دهد. بنابراین تست نشتی باید قبل از آغاز به کالیبراسیون فشارسنج یا پرشرمتر صورت گیرد. ساده ترین روش نشتی یابی این است که به سیستم فشار را باز کرده و اجازه دهیم تا فشار استیبل گردد سپس به افت فشار در سیستم دقت شود. در برخی از سیستم ها کنترل کننده فشار وجود دارد که افت فشار را جبران میکنند. این امر تشخیص نشتی را می تواند نا ممکن کند. در نتیجه در صورت وجود چنین کنترل کننده هایی در خط باید این کنترل کننده از مدار خارج شود تا بتوان نشتی سیستم را تشخیص داد. اثر یا فرآیند بی دررو نیز باید در مد نظر قرار داده شود. بخصوص در سیستم هایی که از گاز استفاده می کنند.

6- پدیده یا اثر بی دررو

در یک سیستم بسته که از گاز به عنوان ماده اعمال فشار استفاده می شود دمای گاز حجم گاز را تحت تاثیر قرار می دهد که در نهایت بر روی فشار تاثیر گذار خواهد بود.

زمانه که فشار به سرعت افزایش پیدا میکند، دمای گاز نیز افزایش می یابد، و این افزایش فشار موجب می شود که گاز منبسط گردد که در پی آن حجم بیشتر و فشار بیشتری را دارا خواهد بود. زمانی که دما شروع به کاهش می نماید، حجم گاز شروع به کاهش می کند و این موجب افت فشار می گردد. این افت فشار میتوانند با وجود نشتی در سیستم شبیه باشد، اما این در حقیقت با اثر بی دررو در اثر تغییرات دما بوجود آمده. این تغییرات فشار به مرور با ثابت شدن دما کاهش می باند. 

بنابراین، اگر فشار را به سرعت بالا برده اید اجازه بدهید که سیستم برای مدتی یکنواخت شده و سپس در مورد وجود نشتی در سیستم قضاوت کنید.

7- نیروی گشتاور 

 به خصوص برای گیج های حساس به گشتاور، هنگام اتصال کانکتورهای فشار به گیج از نیروی بیش از حد استفاده نکنید، زیرا ممکن است به گیج آسیب برساند. دستورالعمل های سازنده را برای نیروی گشتاور مجاز دنبال کنید. برای استفاده از ابزار مناسب، آداپتورهای مناسب و آب بندی وقت بگذارید.

8- کالیبراسیون / زاویه و موقعیت نصب

از آنجایی که گیج های پرشر تجهیزاتی مکانیکی هستند زاویه و حالت آنها می تواند خواندنشان را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین توصیه می شود که گیج در حالتی کالیبره شود که معمولا بر روی خط قرار است استفاده گردد. دستورالعمل های سازنده برای موقعیت عملیات/ نصب نیز باید در نظر گرفته شود.

یک ویژگی معمول برای موقعیت نصب دستگاه ها این است که تغییر 5 درجه در موقعیت نباید نشانگر گیج را بیش از نیمی (0.5 برابر) از کلاس دقت آن منحرف کند.

9- تولید فشار

برای کالیبره کردن یک گیج نیاز به یک منبع تولید فشار است. روشهای متفاوتی برای تولید این فشار امکان پذیر می باشد بطور مثال می توان از پمپ دستی فشار، تنظیم کننده فشار با محفظه شیشه ای یا حتی تستر وزن مرده (وزنه راکد) استفاده کنید.

وزنه تستر وزن مرده فشار بسیار دقیقی را ایجاد میکند که برای اندازه گیری این فشار نیازی به کالیبراتور جداگانه نداریم، اما این نوع تستر ها گران بوده، زیاد قابلیت جابجایی نداشته، برای استفاده نیاز به دقت بالایی دارند و به کثیفی حساس می باشند.

استفاده از پمپ دستی کالیبراسیون فشار برای تولید فشار و دستگاه اندازه گیری فشار دقیق (کالیبراتور) برای اندازه گیری فشار رایج تر است. همچنین می توان از کنترل کننده فشار یا رگلاتور برای تامین فشار استفاده نمود.

10- اعمال فشار / امتحان کردن گیج

بعلت ساختار مکانیکی موجود، گیج فشار همیشه مقداری اصطکاک در قطعات متحرکش دارد که می تواند در طی زمان دستگاه را دستخوش تغییر قرار دهد، بنابراین این اهمیت دارد که قبل از شروع به ثبت داده ها برای کالیبراسیون دستگاه را با اعمال فشار تمرین دهیم. این عمل به ویژه زمانی اهمیت پیدا می کند که گیج مدت زمانی تحت تاثیر فشار نبوده باشد. عمل تمرین دادن گیج باید 2 – 3 بار قبل از آغاز فرآیند کالیبراسیون اصلی صورت بپذیرد.

ادامه دارد…

مقاله قبلی