「健康」を引いたことがあるなら圧力トランスミッタラインから外してキャリブレータに乗せると、明白な理由もなくゼロから 0.5 パーセントずれていることがわかりました。この問題のもどかしい部分はすでにご存知でしょう。ドリフトはめったにそれ自体を発表しません。 「4 ～ 20 mA ループが徐々に嘘をついている」という警告はありません。プロセスは、少しリッチか少しリーンで実行を開始するか、レベル コントローラーがハンティングを開始するだけで、他の 3 つの項目がすでにチェックされるまでは誰も送信機を責めようとは考えません。
この記事では、送信機のドリフト時にセンサー内で実際に何が起こっているのか、よくメンテナンスされた機器でもドリフトが起こる理由、そして何年も校正を保持する送信機とベビーシッターが必要な送信機の違いについて説明します。{0}
4 ～ 20 mA ループにおける「ドリフト」の実際の意味
原因を探る前に、ドリフトとは何かを正確に理解することが重要です。修正方法は、対処しているタイプによって異なるためです。
ゼロドリフト出力全体を固定オフセットだけシフトします。トランスミッタが 0% で 4 mA を送信することになっているのに、代わりに 4.3 mA を送信する場合、同じ 0.3 mA オフセットがスケール上のすべての点に表示されます。- 50% は 0% と同じマージンで高く読み取られます。これは通常、簡単に見つけられ、フィールドゼロトリムで簡単に修正できます。
スパンドリフトのほうが迷惑です。読み取り値がゼロから遠ざかるにつれて誤差が大きくなるため、トランスミッターは低いプロセス値では完全に正常に見えても、フルスケール付近で 1 パーセント以上ずれることがあります。これは、「流量計の読み取り値はほとんどの日は正常ですが、負荷のピーク時に異常が発生する」という形で現れるもので、まさに誰かが機器をチェックする前にプロセスのせいにされる種類のエラーです。
現場で故障したほとんどの送信機は、両方の混合と多少のヒステリシスを示します。そのため、ドリフトを確認するための信頼できる唯一の方法は、実際の校正チェック - であり、別のゲージとのライブ読み取り値の比較 - だけではありません - です。
ドリフトの背後にある実際の原因
これはどれも神秘的なものではありません。送信機がベンチを離れて使用を開始すると、同じ少数の要因 - 温度、圧力サイクル、湿度、振動、および通常のコンポーネントの経年劣化 - が、ほぼすべての長期的な精度損失の原因となります。-[1]。それぞれが実際にどのように実行されるかは次のとおりです。
センサー素子の熱サイクル
すべての圧力センサーには温度係数があります。つまり、周囲温度またはプロセス温度によってゼロとスパンがわずかに変化します。これは工場出荷時の校正で補正されますが、加熱と冷却のサイクルを繰り返す -、高温の製品で満たされて周囲に排出されるタンク、昼と夜で 40 度 F の変動がある屋外設置 - により、ダイアフラムとその接合に継続的な機械的ストレスがかかります。十分なサイクルを経ると、工場で構築された補償曲線はかつてほど現実と一致しなくなります。
ダイヤフラムの疲労と材料のクリープ
たとえミクロン単位であっても、センシング素子自体が動きます。薄いダイアフラムの容量性セルは、何年にもわたる圧力サイクルの後、ゼロ点でゆっくりとクリープする傾向があり、ピエゾ抵抗素子も影響を受けません。- 結晶構造自体は、持続的なストレス下でわずかに変化します。計測調査で頻繁に引用される数値によると、継続的な産業サービスにおける静電容量式センサーの一般的なゼロ ドリフトは、年間数百分の 1 から数十分の 1 パーセントの範囲にあるとされています [2] - 紙の上では小さいですが、数年にわたる厳重な保管場所での転送や安全ループでは十分に問題となります。-
電子部品の経年劣化
センサーだけではありません。信号調整電子機器、A/D コンバータ、基準電圧 - はすべて古くなります。コンデンサはわずかに乾燥し、抵抗値は徐々に上昇します。古いアナログ送信機では、これだけで観測されたドリフト全体のかなりの部分を占める可能性があります。これは、スマートなマイクロプロセッサ-ベースの送信機が一般に、同じ耐用年数にわたって従来のアナログ ユニットよりも著しく優れた校正を保持する理由の大きな部分を占めています。-単にドリフトするアナログ回路が少ないだけです。
DP トランスミッタに対する静圧の影響
これは多くの人を不意を突いてしまいます。高い静圧（ライン）圧力で動作するライン間の小さな差動を測定する差圧トランスミッターでは、静圧が測定対象の変数ではない場合でも、静圧自体の誤差は DP 読み取り値 - の誤差に変換されます。一般的な例である蒸気流などの高静的 DP 用途は、まさにこの理由からドリフトに関する苦情に不釣り合いに代表されています。
機械的取り付け応力
トランスミッターのプロセス接続に過度に強いトルクがかけられている場合、または実際とはわずかにずれているマニホールドに取り付けられているトランスミッターは、プロセス圧力がかかる前に負荷がかかっています。このベースライン ストレスは、必ずしも初日に現れるわけではありません -。熱サイクルや振動によってストレスが緩んだり、さらに定着すると、数か月後にゼロ シフトとして現れます。近くのポンプやコンプレッサーからの振動も徐々に同じことを引き起こします。
期限を過ぎた再調整 - は実際には原因ではない「原因」
個別に名前を付ける価値があります。劇的な失敗がまったくない場合もあります。トランスミッタは、公表されている年間安定性仕様に沿って経年劣化しているだけであり、校正間隔は、機器が保持するよう設計された期間を超えています。一部の現場技術者が使用する大まかな健全性チェック: 公開されている年間安定性仕様を使用年数に掛けます -。測定された誤差がその範囲内であれば、それは故障ではなく通常の経年劣化です。それをはるかに超えている場合は、他の - 熱圧、機械圧、または静圧 - が原因である可能性が高くなります。
フィールドの例
中規模の化学バッチ処理プラントのプロセス エンジニアは、四半期の大部分で断続的なレベル アラームを追いかけていたとかつて述べました。{0}ジャケット付き反応器の DP- ベースのレベル発信器は、シャットダウン チェックでは正しく読み取り、生産運転中は高く漂い、一晩で元に戻るため -、機器の問題ではなくプロセスの問題のように見えました。このパターンに気づくには、校正記録を取得し、バッチ温度ログと相互参照する必要がありました。送信機のスパン誤差は、レベル自体ではなく、ジャケットからの熱サイクルをほぼ正確に追跡していました。-公表されている温度係数が低い - のトランスミッタと交換し、導圧線 - に断熱材を追加することで、プロセス制御にまったく触れることなく問題が解決されました。その後のチームの教訓は、ライブでの測定値の比較からドリフトが排除されると想定しないこと、およびシャットダウン時の測定値が安定しているということは、送信機が負荷の下でも正常であることを意味すると想定しないことです。-
費用がかかる前にドリフトを診断する
いくつかの習慣は、プロセスの混乱や監査の失敗につながる前に、ドリフトを早期に発見します。
- キャリブレーションごとに「見つかったまま」の数値と「放置されたままの」数値を比較します、最終読み取りが合格したかどうかだけではありません。合格するには大きな修正が必要だった送信機は、たとえ技術的に合格したとしても、何かを伝えています。
- 大気開放して真のゼロを確認する別の機器とのライブプロセスの比較だけではありません。- 2 つのドリフト機器が互いに一致していても、どちらも間違っている場合があります。
- 合格/不合格だけでなく、傾向を追跡します。各チェックで許容値の 80% を使用した送信機は、どこかに向かっていました。許容範囲の 5% で何年も安定した状態を維持する場合は、おそらくこれより短い間隔は必要ありません。
- 実際のキャリブレーションとは別にレンジ変更を行います。{0}スマート送信機の下限/上限範囲の値を変更すると、表示内容が変わります - センサーのドリフトを修正することはできません。これは必要以上に頻繁に混同されます。
実際にドリフトのリスクを軽減する校正の実践
適切に追跡可能なリファレンスを使用する
フィールドキャリブレーションは、比較対象によって決まります。参照標準は、国家計量機関 - 米国の NIST、またはその他の同等の機関 - に追跡できる必要があり、実用的なルールとして、参照機器はテスト対象の送信機よりも有意に正確である必要があり、一般に、テスト精度比 (TAR) と呼ばれる少なくとも 3:1 ～ 4:1 の精度比として引用されています [3][4]。精度が 2 倍しかない基準に対して ±0.075% の定格の送信機を校正しても、実際には何も証明されません。
習慣ではなくデータから間隔を設定する
普遍的な「正しい」間隔はありません。- それは、ループの重要度、プロセス環境、適用される規制要件によって異なります。カストディ転送と安全性を計測したループには、観測されたドリフトに関係なく、独自の義務付けられたサイクルが存在することがよくあります [4]。重要なのは、その間隔がその特定のサービスの過去の校正データに基づいて設定されており、メーカーの一般的な推奨事項からコピーしたり、決して再検討したりしないことです。
センサー技術をアプリケーションに適合させる
すべてのセンシング テクノロジーが同じストレス下で同じように動作するわけではありません。容量性要素は時間が経ってもゼロ安定性を維持する傾向があります。ピエゾ抵抗設計は応答が速くなりますが、負荷が継続するとドリフトが大きくなる可能性があります。デジタル、マイクロプロセッサ-で補償された送信機は、温度補償が経年変化するアナログ コンポーネントではなく計算によって処理されるため、一般にアナログ-のみの設計よりも長期安定性において優れています。-[5]。高静的 DP サービスの場合、公開され、テストされた静圧エラー仕様を備えた送信機は、-多くのデータシートにこの数値が隠されていることに注意する価値があります。-この数値は、まさにそのアプリケーションにおける実際のパフォーマンスを予測するものです。-
送信機を指定する場合の意味
設置済みの送信機のトラブルシューティングではなく、送信機を評価する購入者にとって、実際的なポイントは、データシートの最初の行にある基本精度の数値を確認することです。実際に長期ドリフト挙動を予測する仕様は、さらに下にあります。公表されている年間安定性 (通常は %/年で表されます)、全補償範囲にわたる温度係数、および DP トランスミッタの - - 静圧効果仕様です。ヘッドライン精度はわずかに低いものの、安定性仕様がより厳しいトランスミッタは、サービス開始後 2 ～ 3 年で「より正確な」ユニットよりも優れたパフォーマンスを発揮することがよくあります。ドリフトによる実際のコストが現れるのは、計画外の再校正作業、プロセスの混乱、規制されたアプリケーションでは監査結果などです。
最終的な考え
ドリフトはトランスミッターの欠陥を示すものではありません。-現実世界の熱サイクル、機械的ストレス、コンポーネントの経年劣化にさらされるセンサーにとって、ドリフトは物理的に確実に発生するものです。-エンジニアリング上の問題は、それを排除する方法ではなく、6 か月後に謎のプロセス問題として現れるのではなく、予測可能で文書化された範囲内に収まるように、それをどのように指定、インストール、および調整するかです。
参考文献
- ScienceDirect、「圧力伝送器の精度」-https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS、「圧力トランスミッターのゼロドリフト: 診断および校正ガイド」-https://blog.gamicos.com/圧力-トランスミッタ-ゼロ-ドリフト-診断-校正-ガイド
- ISA、「圧力トランスミッタの校正の基礎」、InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/Departments/basics- の-校正-圧力-送信機
- コントロール グローバル、「圧力計器の校正」-https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibratedpressureinstrumentation.pdf
- RealPars、「アナログ ドリフトの原因は何ですか?」 -https://www.realpars.com/blog/analog-ドリフト
