Certa vez, um cliente nos enviou um gráfico de tendências de uma linha de dosagem de produtos químicos mostrando uma leitura do medidor de vazão que subiu quase 0,3% da escala total em um único turno de produção - com as válvulas fechadas e vazão real zero. A planta já havia descartado problemas de aterramento e bolhas de ar. O que eles não levaram em conta foi que a temperatura do fluido naquela linha oscilou quase 15 graus entre os lotes, e essa oscilação por si só foi suficiente para arrastar o ponto zero para fora de sua linha de base.
Este é um problema mais comum do que as pessoas esperam e vale a pena entendê-lo adequadamente antes de olhar para um gráfico semelhante e se perguntar o que há de errado com seu medidor.
O que realmente significa estabilidade-de ponto zero
O ponto zero é qualquer leitura que um medidor de vazão produz quando realmente não há fluido se movendo através dele. Em um mundo ideal, esse número fica exatamente em zero e permanece lá. Na prática, ele oscila - às vezes por um fio de cabelo, às vezes o suficiente para prejudicar a medição do grau de faturamento ou um processo de dosagem rigidamente controlado.
A estabilidade-do ponto zero é mais importante em aplicações onde baixas taxas de vazão trazem consequências reais: dosagem de produtos químicos, dosagem de alimentos e bebidas, tratamento de águas residuais e medição de transferência de custódia. Um medidor perfeitamente bom em alta vazão ainda pode causar problemas caros se seu ponto zero oscilar durante períodos ociosos ou fases de{2}}vazão lenta.
É também um dos problemas mais difíceis de detectar precocemente, porque uma mudança do ponto{0}}zero muitas vezes parece idêntica a um vazamento realmente lento ou a uma válvula que não está totalmente assentada. As equipes de manutenção frequentemente passam horas procurando uma falha mecânica antes que alguém verifique se a temperatura do fluido no momento da última calibração corresponde à temperatura em que o processo está realmente funcionando agora.
Como um medidor de vazão eletromagnético mede o fluxo
O princípio de funcionamento é a lei da indução eletromagnética de Faraday. Uma bobina dentro do medidor gera um campo magnético através do tubo. À medida que o fluido condutor se move através desse campo, ele induz uma voltagem entre dois eletrodos, e essa voltagem é diretamente proporcional à velocidade do fluido. Sem peças móveis, sem obstrução no caminho do fluxo -, o que é uma grande parte da razão pela qual esses medidores são populares para água, águas residuais e muitos produtos químicos de processo.
O problema é que esta cadeia de medição tem vários elos, e a temperatura do fluido pode interferir silenciosamente em mais de um deles ao mesmo tempo.
Três maneiras pelas quais a temperatura perturba o ponto zero
Expansão incompatível entre revestimento e eletrodos
O revestimento do tubo e os eletrodos geralmente são feitos de materiais diferentes e não se expandem ou contraem na mesma proporção quando a temperatura muda. Se o revestimento se expandir mais rapidamente do que a montagem do eletrodo, ele colocará tensão mecânica nos eletrodos e poderá mudar sua posição em uma quantidade muito pequena, mas mensurável. Esse pequeno movimento muda a forma como os eletrodos ficam em relação ao campo magnético, e a voltagem induzida muda junto com ele - mesmo com o fluido completamente parado.
Mudanças na condutividade dos fluidos
A maioria dos fluidos condutores torna-se mais condutiva à medida que a temperatura aumenta. Como o sinal do medidor de vazão depende do fluido agindo como um condutor móvel dentro do campo magnético, qualquer mudança nessa condutividade pode alterar a tensão induzida independentemente da velocidade real do fluxo. Um fluido que aquece no meio do-processo pode, portanto, fazer com que o medidor relate uma pequena leitura diferente de-zero durante o que deveria ser uma condição estática e sem{4}}fluxo -, uma das causas mais frequentemente documentadas de desvio do ponto-zero em guias de solução de problemas de campo.
Bobina e Deriva Eletrônica
A bobina de excitação que gera o campo magnético tem sua própria resistência, e a resistência muda com a temperatura. Uma mudança na resistência da bobina altera a força do campo magnético, o que altera a tensão induzida que os eletrodos captam. Além disso, os amplificadores e os componentes eletrônicos de processamento de-sinal dentro do invólucro do transmissor são sensíveis à temperatura-; componentes como amplificadores operacionais e conversores A/D podem sofrer mudanças de ganho e desvios de tensão de polarização à medida que a temperatura ambiente ou do processo se move, e esses pequenos erros eletrônicos são amplificados a jusante em uma mudança de zero visível.
Um exemplo de campo
Uma operação de processamento químico-de médio porte estava executando ummedidor de vazão eletromagnéticoem uma linha de solução quente onde as temperaturas do lote variavam em aproximadamente 10 a 15 graus, dependendo do produto sendo processado. Os operadores notaram que o totalizador de fluxo continuou acumulando pequenos volumes durante a noite, mesmo com todas as válvulas confirmadas como fechadas. O medidor em si não estava com defeito - o ponto zero estava simplesmente seguindo a curva de temperatura do fluido em cada ciclo de lote.
A correção não envolveu a substituição do medidor. A mudança para um transmissor com compensação de temperatura ativa, combinada com um procedimento de re-zeramento realizado na temperatura operacional real do fluido, e não na temperatura ambiente da oficina, reduziu o desvio para dentro da tolerância especificada. A lição que ficou gravada na equipe da fábrica: uma verificação do{3}}ponto zero realizada em uma bancada fria e estática não diz muito sobre como o medidor se comportará quando o fluido do processo estiver quente.
Como os fabricantes projetam em torno da variação de temperatura
Materiais de Expansão Térmica Combinados
O emparelhamento de materiais de revestimento e eletrodo com coeficientes semelhantes de expansão térmica reduz o estresse mecânico que faz com que a posição do eletrodo mude. Esta é em grande parte uma decisão do-estágio de projeto, e é por isso que vale a pena perguntar sobre a escolha do material de revestimento (PTFE, PFA, borracha, cerâmica e assim por diante) ao especificar um medidor para uma aplicação de-ampla variação de temperatura.
Baixa-frequência, excitação-de onda quadrada
Projetos mais antigos de excitação de-onda senoidal e de corrente-constante são mais propensos ao desvio de zero do que os sistemas de excitação de onda quadrada-de baixa-frequência, agora padrão na maioria dos medidores industriais. A inversão periódica da polaridade da corrente de excitação e a amostragem do sinal em cada valor fixo ajudam a cancelar interferências de{5}movimento lento, incluindo alguns efeitos-de temperatura, o que é uma grande parte do motivo pelo qual esse método de excitação se tornou o padrão do setor para aplicações sensíveis-à estabilidade.
Compensação de temperatura-integrada
Muitos transmissores agora incluem um sensor de temperatura e um algoritmo de compensação que ajusta a saída com base na temperatura do processo-em tempo real, corrigindo a condutividade e o desvio eletrônico descritos acima antes que a leitura chegue ao display ou ao sistema de controle.
Práticas de instalação que reduzem o problema
A qualidade do aterramento, a incrustação do eletrodo e a interferência eletromagnética dispersa contribuem para qualquer desvio-relacionado à temperatura já presente, portanto, uma instalação adequada - anéis de aterramento sólidos, tubulações retas-adequadas e proteção contra fontes eletromagnéticas fortes - fazem com que qualquer compensação de temperatura que o medidor tenha realmente faça seu trabalho de maneira eficaz.
O que isso significa se você estiver especificando um medidor de vazão
Se o seu processo envolve temperaturas de fluidos que oscilam significativamente durante a operação - aquecimento de lote, mudanças ambientais sazonais ou troca de produto quente/frio - vale a pena fazer três perguntas diretas ao fornecedor antes de fazer o pedido:
- Qual método de excitação este medidor usa e ele é classificado para estabilidade em toda a faixa de temperatura que você realmente verá?
- O transmissor inclui compensação de temperatura ativa ou apenas calibração de-temperatura fixa?
- Qual é o procedimento de calibração de ponto{0}}zero recomendado e ele deve ser feito na temperatura do processo e não na temperatura ambiente?
Um medidor que é preciso em uma folha de especificações a 20 graus não é necessariamente preciso a 45 graus, e a lacuna entre esses dois números é exatamente onde os problemas de desvio do ponto-zero tendem a se esconder.
Perguntas frequentes
O desvio do-ponto zero pode ser corrigido apenas com a recalibração?
Às vezes, mas recalibrar na temperatura errada apenas redefine o erro em vez de removê-lo. Se o desvio for causado-pela temperatura, a correção precisará abordar a compensação ou as condições de instalação, e não apenas um-ajuste de zero uma vez.
Quanta mudança de temperatura é suficiente para causar uma mudança de zero perceptível?
Depende do projeto do medidor e do fluido, mas oscilações na faixa de 10 a 20 graus são geralmente suficientes para produzir um desvio mensurável em medidores sem compensação ativa de temperatura, especialmente em baixas vazões.
Isso afeta todos os medidores de vazão eletromagnéticos igualmente?
Não. Medidores com materiais de revestimento/eletrodo correspondentes, excitação de-onda quadrada e compensação de temperatura-incorporada são significativamente mais resistentes ao desvio de zero-acionado pela temperatura do que projetos mais antigos ou de{4}}custo mais baixo.
O desvio do ponto-zero é o mesmo que o desvio da calibração?
Não exatamente. O desvio de calibração refere-se à mudança da precisão geral do medidor em toda a faixa de medição, enquanto o desvio do-ponto zero afeta especificamente a linha de base sem-fluxo. Um medidor pode ter uma calibração estável em qualquer lugar, exceto em zero.
O medidor deve ser-zerado novamente na temperatura ambiente ou na temperatura do processo?
Temperatura do processo, sempre que possível. Zerar um medidor em uma bancada fria e depois instalá-lo em uma linha quente é uma das causas mais comuns - e evitáveis - das reclamações de desvio que vemos.
O tamanho do tubo ou a velocidade do fluxo pioram o desvio causado pela temperatura?
Não diretamente, mas medidores de diâmetro-maior com áreas de superfície de eletrodo maiores podem ser um pouco mais sensíveis ao tipo de tensão mecânica descrita acima, já que há mais material envolvido na expansão. É mais um motivo para verificar o método de excitação e o projeto de compensação em instalações maiores, em vez de assumir que a folha de especificações de um medidor menor se aplica em escala.
Considerações Finais
O desvio do ponto zero-relacionado à temperatura-não é tanto um defeito quanto um problema de física que um design melhor e uma instalação correta podem resolver até se tornar um-problema. O mecanismo funciona através de três canais - estresse mecânico nos eletrodos, mudanças de condutividade do fluido e desvio dentro da bobina e da eletrônica - e todos os três respondem bem à combinação certa de materiais, método de excitação e circuito de compensação.
Se o seu processo utiliza fluidos em uma ampla faixa de temperatura e você não tem certeza de que o medidor atual - ou aquele que você está prestes a encomendar - foi desenvolvido para lidar com isso, envie-nos os detalhes do processo (tipo de fluido, faixa de temperatura, tamanho do tubo e aplicação) e poderemos ajudá-lo a encontrar a especificação correta antes que se torne um problema de campo. Entre em contato com nossa equipe para uma recomendação.
Referências
[1] Artang, "Instabilidade de ponto zero do medidor de fluxo eletromagnético: causas e soluções."artang. com
[2] Artang, "Causas e soluções do ponto zero anormal do medidor de fluxo eletromagnético."artang. com
[3] Sisenchina, "Como ajustar o ponto zero de um medidor de vazão eletromagnético."sisenchina. com
[4] Patente US 5.443.552, "Medidor de vazão eletromagnético e método para medição eletromagnética da vazão".imagem-ppubs.uspto.gov
[5] Patente dos EUA 4059014, "Medidor de vazão eletromagnético".imagem-ppubs.uspto.gov
[6] Flowmetertech, "Problema de deriva zero e método de tratamento do medidor de fluxo de massa."flowmetertech.com
