۲۰ نکته ای که در کالیبراسیون فشارسنج ها باید به آن توجه کنید – بخش اول

۲۰ نکته‌ای که در کالیبراسیون فشارسنج ها باید به آن توجه کنید

از مهم‌ترین نکاتی که در مورد تجهیزات ابزار دقیق باید بدانیم کالیبراسیون فشارسنج است. گیج‌های فشار یکی از تجهیزات ابزار دقیق در فرآیندهای صنعتی است. مشابه تمامی تجهیزات اندازه گیری برای اطمینان از عملکرد دقیق فشارسنج‌ها نیاز است که در فواصل منظم کالیبره شوند.
به همین منظور و برای راحتی همکاران گرامی چک لیستی از موارد مهم کالیبراسیون گیج فشار را در این مقاله تدوین کردیم لطفا با ما همراه باشید.

 چک لیست ۲۰ نکته کلیدی کالیبراسیون فشارسنج ها

• کلاس دقت
• فشار مدیا
• آلودگی
• تفاوت ارتفاع
• آزمایش نشت لوله
• اثر Adiabatic
• گشتاور
• موقعیت کالیبراسیون و نصب
• فشار تولیدی
• فشار راه اندازی گیج
• خواندن مقادیر فشار ( رزلوشن)
• تعداد نقاط کالیبراسیون
• هیسترزیس
• ضربات وارد شده به گیج
• تعداد دوره‌های کالیبراسیون ( تکرار پذیری)
• تنظیم و تصحیح
• مستندات یا گواهی کالیبراسیون
• شرایط محیطی
• ردیابی متالوژی
• عدم اطمینان از کالیبراسیون

فشار چیست؟

قبل از بررسی هر یک از موارد بالا، در ادامه نگاهی سریعی به مفاهیم اساسی در مبحث فشار می‌پردازیم.

فشار چیست؟ فشار نیروی عمودی وارد بر سطح است تقسیم بر مساخت سطحی که به آن نیرو وارد می‌شود. بنابراین فشار، نیرو تقسیم بر مساحت سطح یا p = F / A است.

در نقاط مختلف جهان از واحدهای فشار مختلفی استفاده می‌شود که این امر می‌تواند بسیار گیج کننده باشد.

واحد فشار مهندسی مطابق سیستم SI پاسکال است که هر یک پاسکال برابر است با نیروی یک نیوتون وارد بر سطحی با مساحت یک متر مربع ۱ Pa = 1 N / m2 می‌باشد.

بنابراین پاسکال یک واحد بسیار کوچک است و اغلب با ضرایبی مانند هتکو، کیلو یا مگا استفاده می‌شود.

برای دریافت اطلاعات جامع در مورد تبدیل واحد های فشار مطالعه مقاله‌ای با همین عنوان را به شما  پیشنهاد می‌کنیم.

انواع فشار

فشار انواع مختلفی دارد، از جمله فشار گیج، فشار مطلق، فشار خلاء، فشار تفاضلی و فشار بارومتریک (barometric).

تفاوت اصلی این مدل فشارسنج‌ها نقطه مرجعی است که در مقایسه با آن فشار اندازه گرفته می‌شود.

فشارسنج‌ها برای اندازه‌گیری تمامی انواع فشارهای ذکر شده در بالا طراحی شده‌اند.

همچنین فشار سنج‌های ترکیبی یا compound طراحی شده‌اند که هر دو فشار مثبت و فشار منفی را اندازه می‌گیرند.

گیج فشار

هنگامی که از گیج فشار صحبت می‌کنیم، طبیعی است که  فشار سنج‌های آنالوگی که شاخص عقربه‌ای و مقیاس فشار دارند را بررسی کنیم.

گیج فشار آنالوگ معمولا طبق استانداردهای  EN 837 یا  ASME B40.100تولید می‌شوند.

اغلب  گیج فشار عقربه ای از یک لوله بوردون، دیافراگم یا کپسول ساخته می‌شوند. یک ساختار مکانیکی که عقربه را با افزایش فشار در طول مقیاس حرکت می‌دهد.

فشارسنج‌ها دقت‌های مختلفی دارند که دقت و ویژگی‌های دیگری از فشارسنج را مشخص می‌کنند.

رنج فشار مطلوب به طور معمول با ۱، ۱٫۶، ۲٫۵، ۴، ۶ تقسیم می‌شوند.

قطر فشارسنج‌ها معمولا در اندازه‌های ۴۰، ۵۰، ۶۳، ۸۰، ۱۰۰، ۱۱۵، ۱۶۰ و ۲۵۰ میلی متر (۱ ½, ۲, ۲ ½, ۴, ۴ ½, and 6 inches) ساخته می شوند.

هر چه مقدار دقت یک فشارسنج بیشتر باشد، قطر صفحه نیز بزرگتر می‌شود.

اتصالات فشارسنج‌ها به صورت لوله‌های موازی رزوه ای (G) مطابق با استاندارد  ISO 228-1 یا لوله رزوه ای مخروطی (NPT) مطابق با استاندارد ANSI/ASME B1.20.1 طراحی می‌شوند.

همچنین گیج فشار دیجیتال وجود دارند که به جای صفحه آنالوگ مقادیر را به صورت عددی نمایش می‌دهند.

در این مقاله بیشتر به بررسی فشارسنج‌های آنالوگ می‌پردازیم، اما مطالب مطرح شده برای فشارسنج های دیجیتال نیز معتبر است.

فشارسنج‌ها تقریبا در تمامی صنایع استفاده می‌شوند و یک ابزار بسیار رایج برای کالیبراسیون است.

هر دستگاه اندازه گیری فشار فرآیندی باید در فواصل منظم برای اطمینان از عملکرد درست کالیبره شود.

سنسورهای فشار از تجهیزات مکانیکی هستند که به دلیل وارد شدن اثرات مکانیکی به آنها خطر استفاده از آنها افزایش می‌یابد.

اصول اولیه کالیبراسیون

وقتی که فشارسنج را کالیبره می‌کنیم، یک ورودی دقیق به فشارسنج وارد می‌کنیم و با مقایسه مقدار خوانده شده با مقدار اصلی مقدار خطای فشارسنج مشخص می‌شود. با مشخص شدن مقدار خطا فشارسنج را تنظیم می‌کنیم تا مقدار صحیح را نمایش دهد.

از نکاتی مهمی که در کالیبراسیون فشارسنج‌ها باید در نظر گرفت این است که خطای فشارسنج باید کمتر از دقت فشارسنج باشد.

۱-کلاس دقت

فشارسنج‌ها در کلاس دقت‌های مختلفی قابل سفارش هستند. کلاسهای دقت در استاندارد ASME B40.100 ( دقت در محدوده ۰٫۱ تا ۵ درصد ) همچنین در استاندارد EN 837 ( دقت در محدوده ۰٫۱ تا ۴ درصد)

مشخصات کلاس دقت معمولا شامل ” % از محدوده” است و به این معناست که اگر کلاس دقت ۱% و محدوده مقیاس ۱۰۰ psi  باشد، دقت ۱psi± است.

از کلاس دقتی که گیج درآن کالیبره شده است اطمینان حاصل کنید، زیرا این امر به صورت طبیعی بر سطح دقت پذیری گیج تاثیر می‌گذارد، اما دقت اثرات دیگری بر روند کالیبراسیون دارد.

۲-فشار سیال

هنگامی که یک فشارسنج را کالیبره می‌کنیم، در بیشتر موارد از آن برای اندازه گیری فشار مایعات و گازها استفاده می‌کنیم.

معمولا مدیای گازی که به فشارسنج وارد می‌شود هوا است و در سایر موارد گازهایی مانند نیتروژن است.

و متداول‌ترین مایعی که فشار آن را اندازه می‌گیریم آب یا روغن است. فشار سیال در طول کالیبراسیون به سیال فرآیندی که گیج به آن متصل شده است دارد.

سیال همچنین به رنج فشارسنج نیز بستگی دارد.

فشارسنج با رنج‌های پایین را معمولا با سیال‌های آب یا گاز کالیبره می‌کنند، اما اگر رنج فشارسنج بالاتر برود ایمن‌تر و متداول‌تر است که از مایع به عنوان سیال استفاده کنیم.

۳- آلودگی

فشارسنج که در یک فرآیند نصب شده است، از نوع فشار سیال خاصی استفاده می‌کند، بنابراین این نکته در هنگام انتخاب سیال برای کالیبراسیون مورد توجه قرار گیرد.

در کالیبراسیون یک فشارسنج نباید از سیالی استفاده کنید که بعد از اتصال گیج به فرآیند در سیال، مشکلی ایجاد کند.

همچنین باید توجه داشت در بعضی از موارد سیال فرآیند ممکن است برای تجهیزات کالیبراسیون مضر باشد.

ممکن است داخل گیج فشار خاک باشد که اگر وارد تجهیزات کالیبراسیون شود موجب آسیب می‌شود.

اگر از فشارسنج برای اندازه گیری فشار گاز استفاده شود معمولا احتیاج به تمیز کردن گیج نیست در غیر این صورت حتما باید قبل از اتصال فشارسنج به تجهیزات کالیبره، آن را تمیز کنید.

یکی از سخت‌ترین فرآیندها برای کالیبره، فشارسنجی است که برای اندازه گیری فشار اکسیژن به کار می‌رود.

اگر در هنگام کالیبراسیون فشارسنج‌های اکسیژنی با رنج فشار بالا، روغن وارد دستگاه شود خیلی خطرناک است و ممکن است باعث انفجار شود.

۴-تفاوت ارتفاع

اگر تجهیزات کالیبراسیون و فشارسنج در ارتفاع یکسانی نباشند، فشار هیدرواستاتیک سیال در لوله ممکن است باعث خطا شود.

البته تا زمانی که از گاز به عنوان سیال استفاده می‌شود این مسئله مطرح نمی‌شود (همچنین گاز به نسبت مایع بسیار ارزان‌تر است).

زمانی که در سیستم از مایع به عنوان سیال استفاده می‌شود فشار هیدرواستاتیک ایجاد می‌کند که نهایتا باعث ایجاد خطا می‌شود.

بزرگی خطای ایجاد شده به چگالی مایع و تفاوت ارتفاع بستگی دارد.

اگر کالیبراسیون و اندازه‌گیری در ارتفاع یکسان امکان پذیر نباشد، باید اثرات تفاوت ارتفاع محاسبه شود و در طول کالیبراسیون مورد توجه قرار گیرد.

در ادامه یک مثال از فشار هیدرواستاتیک را بررسی می‌کنیم:

فشار هیدرواستاتیک به روش زیر محاسبه می‌شود:

P_h=ρgh

P_h=فشار هیدرواستاتیک

Ρ=چگالی مایع

g= جاذبه محیط

h=  اختلاف ارتفاع

به عنوان مثال: اگر سیال آب باشد (چگالی ۹۹۷٫۵۶ kg/m³)، و جاذبه محیط ۹٫۸ m/s² و تفاوت بین فشارسنج و تجهیزات مرجع ۱ متر باشد. باعث خطای (kPa9.8 (98mbar or 1.42psi می‌شود.

توجه داشته باشید با توجه به رنج فشارسنج، خطای ناشی از تفاوت ارتفاع ممکن است خیلی قابل توجه باشد.

۵-آزمایشی نشتی لوله

اگر در هنگام کالیبراسیون نشتی در لوله کشی وجود داشته باشد، خطاهای غیرقابل پیش بینی ممکن است رخ دهد.

بنابراین قبل از کالیبراسیون حتما باید آزمایش نشت لوله را انجام دهید.

ساده‌ترین روش آزمایش نشتی این است که سیستم را فشار دهیم و فشار را برای مدت زمانی طولانی ثابت نگه داریم و مانیتور کنیم تا فشار بیش از حد کاهش نیابد.

بعضی از سیستم‌های کالیبراسیون (کنترل کننده های فشار) حتی در صورت نشتی نیز ممکن است فشار را ثابت نگه دارند. در این حالت شامل، کنترلر پیوسته تنظیم کننده فشار می‌شود.

 فهمیدن نشتی سیستم در این مورد، دشوار است، بنابراین برای آزمایش نشتی فشار باید از یک کنترلر نیز استفاده شود.

در یک سیستم باید اثر Adiabatic به خصوص در سیال‌های گازی مورد توجه قرار گیرد.

۶-اثر Adiabatic

در یک سیستم بسته که سیال گاز تحت فشار است، دمای گاز بر حجم گاز تاثیر گذار است، که نهایتا بر روی فشار اثر می‌کند.

هنگامی که فشار به سرعت افزایش می‌یابد، دمای گاز نیز افزایش می‌یابد، این دمای بالاتر باعث افزایش گاز می‌شود، بنابراین حجم گاز افزایش می‌یابد و فشار بیشتری تولید می‌شود.

وقتی دمای گاز شروع به خنک شدن می‌کند، حجم گاز کم می‌شود و فشار کاهش می‌یابد.

این افت فشار ممکن است به صورت نشتی در سیستم به نظر برسد، اما در واقع به دلیل اثر adiabatic است که ناشی از تغییرات دمای گاز است.

هر چقدر سرعت تغییر فشار بالاتر باشد، این اثر بزرگتر می‌شود.

تغییرات فشار ناشی از این اثر اگر دما ثابت نگه داشته شود به تدریج کاهش می‌یابد.

بنابراین اگر فشار سیستم به سرعت تغییر می‌کند، قبل از اینکه به عنوان نشتی در سیستم آن را در نظر بگیرید، مطمئن شوید که سیستم ثابت شده است.

۷-نیروی گشتاور

از نیروی فشار بیش از حد مجاز برای اتصال فرآیند فشار به گیج، وقتی که امکان آسیب به گیج به ویژه در سنسورهای حساس به گشتاور نباید استفاده کرد.

حتما دستورالعمل‌های سازنده در نیروی گشتاور مجاز را مد نظر قرار دهید. برای آماده سازی تجهیزات مناسب، آداپتور و آب بندی زمان لازم را صرف کنید.

۸- موقعیت کالیبراسیون و نصب

با توجه به اینکه فشارسنج یک ابزار مکانیکی است، محل نصب آن در مقادیر خوانده شده تاثیر می‌گذارد.

بنابراین، توصیه می‌شود فشارسنج را در موقعیتی که در فرآیند نصب می‌کنید، کالیبره کنید.

دستورالعمل‌های سازنده برای محل نصب و کار باید در نظر گرفته شود.

یک مورد مشخص که در موقعیت نصب باید در نظر بگیرید،  تغییر ۵ درجه در موقعیت نصب نباید عقربه فشارسنج را بیشتر از نصف کلاس دقت تغییر دهد.

۹-فشار تولیدی

برای کالیبره کردن گیج فشار، شما به یک منبع برای اعمال فشار به گیج نیاز دارید. راه‌های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد:

شما می‌توانید از یک پمپ دستی فشار، یک تنظیم کننده با سیلندر تحت فشار، یا حتی یک dead weight tester )DWT) استفاده کنید.

DWT یک فشار بسیار دقیق تولید می‌کند که برای تولید فشار نیاز به کالیبراسیون جداگانه نیست. اما DWT بسیار گران است، قابلیت حمل ندارد، مراقبت زیادی نیاز دارد و به خاک و آلودگی بسیار حساس است.

استفاده از پمپ دستی برای کالیبراسیون فشار برای تولید و اندازه گیری دقیق فشار (کالیبراسیون) متداول‌تر است. کنترل کننده فشار نیز می‌تواند برای تولید فشار استفاده شود.

ادامه نکات در مقاله دوم