Calibração de instrumentos de medição de nível: um guia completo

A maioria das fábricas opera mais de um tipo de instrumento de nível. O mesmo site pode tersensores ultrassônicos em tanques abertos, transmissores de radarem vasos pressurizados, emedidores de nível magnético em aplicações de interface- e cada um é calibrado de maneira um pouco diferente. Isso é bom no papel, mas na prática muitas vezes é o motivo pelo qual a calibração fica inconsistente: os técnicos adotam o procedimento que melhor se lembram, e o instrumento que não recebe muita atenção é geralmente aquele que se afasta mais antes que alguém perceba.

Este guia reúne as três tecnologias de medição de nível mais comuns - ultrassônica, radar e magnética - em uma referência. Aborda o que cada um tem em comum, onde as etapas de calibração divergem e como construir uma rotina de manutenção que não dependa da memória de um técnico. Se você precisar do procedimento passo a passo completo-a-para um tipo de instrumento específico, oferecemos um link para os guias detalhados em cada seção.

Por que uma estratégia de calibração é importante, e não apenas um procedimento de calibração

Individualmente, calibrar um sensor é simples. O problema mais difícil aparece no nível da fábrica: com uma dúzia ou mais de instrumentos em três tecnologias diferentes, intervalos de calibração inconsistentes e procedimentos não documentados são o que realmente causa discrepâncias de inventário, alarmes falsos e inspeções não planejadas. Uma estratégia - intervalos padrão por criticidade, um formato de documentação compartilhado e um entendimento comum do que é "bom" para cada tecnologia - é mais importante do que qualquer calibração ser feita com perfeição.

Visão geral das tecnologias de medição de nível

Antes de entrar nos detalhes da calibração, é útil saber o que realmente está sendo medido e por que o procedimento é diferente.

O ponto comum: cada uma dessas tecnologias precisa de uma referência zero definida e uma referência definida em-escala completa. A diferença está no que gera o sinal e no que pode interferir nele.

Calibração de medidor de nível ultrassônico

A calibração ultrassônica centra-se na definição das distâncias zero (vazia) e span (cheia) e, em seguida, na verificação em relação a uma referência independente em alguns pontos intermediários. A principal variável a ser gerenciada é o caminho acústico - qualquer coisa que perturbe a superfície (espuma, turbulência) ou bloqueie o feixe (obstruções internas) irá prejudicar as leituras mesmo quando zero e amplitude estiverem configurados corretamente.

Leia o procedimento completo: Como calibrar um medidor de nível ultrassônico- aborda calibração seca versus úmida, considerações de-faixa morta, compensação ambiental e um exemplo de campo de um problema de desvio-relacionado à espuma que parecia ser um problema de calibração, mas não era.

Calibração do sensor de nível de radar

A calibração do radar segue a mesma lógica zero/span do ultrassom, mas com uma variável adicional: a constante dielétrica do meio do processo. Como o radar mede por meio de reflexão eletromagnética em vez de som, meios de reflexão fraca - hidrocarbonetos leves, gases liquefeitos, líquidos de baixa{2}}condutividade - retornam um eco mais fraco, e o transmissor precisa saber o valor dielétrico do meio para interpretar esse eco corretamente.

Etapas típicas de calibração:

• Confirme distâncias de referência vazias e completasdo desenho da embarcação, igual ao ultrassônico - medido da face da antena até os pontos mais baixos e mais altos na faixa de medição.
• Insira a constante dielétricapara o meio de processo, se o transmissor o suportar. A maioria dos fabricantes publica tabelas de referência; adivinhar esse valor é uma das causas mais comuns de baixa precisão em meios-dielétricos baixos.
• Calibração a secousa um alvo de referência (uma placa metálica plana, normalmente com pelo menos um metro quadrado) posicionado nas distâncias vazia e cheia conhecidas, com a antena mantida perpendicular a ela.
• Calibração úmidaenche o recipiente até níveis conhecidos e ajusta a saída para corresponder ao - necessário quando obstruções internas geram ecos falsos que precisam ser mapeados e filtrados.
• Mapeamento de eco-falso, às vezes chamado de "curva de eco" ou "curva vazia", ​​registra os reflexos de estruturas internas fixas (agitadores, bicos, escadas) para que o software do transmissor possa ignorá-los durante a operação normal.
• Verifique em níveis intermediários, não apenas os pontos finais - particularmente importantes em embarcações com teto não{1}}plano ou partes internas angulares, o que pode distorcer a leitura quase completamente.

O radar tende a exigir menos recalibração ao longo do tempo do que o ultrassônico, já que não é afetado por mudanças-de temperatura na velocidade do som. É um caminho de atualização comum para aplicações onde o ultrassom luta contra - vapor pesado, espuma ou poeira -, já que as ondas eletromagnéticas não são atenuadas por essas condições da mesma forma que as ondas sonoras.

Calibração de medidor de nível magnético

Os medidores de nível magnético funcionam de maneira diferente dos outros dois. O indicador visual - uma coluna de bandeiras magnéticas invertidas - rastreia a posição física de um flutuador e geralmente não requer calibração no mesmo sentido; não há processamento de sinal para ajustar. O que requer atenção é oalinhamento de escalae, quando um transmissor estiver conectado ao medidor, calibração da saída desse transmissor.

Verificações e procedimentos típicos:

• Verifique se a gravidade específica do flutuador corresponde ao meio do processo.Um flutuador dimensionado para a densidade errada irá andar na posição errada mesmo se todo o resto estiver instalado corretamente - este é um problema de especificação, não algo que você pode corrigir ajustando a escala.
• Verifique o livre movimento do flutuadorna câmara guia. Qualquer aderência, causada por detritos, corrosão ou câmara torta, aparecerá como uma leitura de nível atrasada ou que não se move.
• Alinhe a escalausando o procedimento de correção do fabricante, que normalmente leva em conta o deslocamento entre a linha central do ímã do flutuador e a base do flutuador.
• Se um transmissor magnetostritivo ou de{0}cadeia de palheta estiver conectado, execute uma calibração padrão de zero/span nesse transmissor: mova o flutuador para a referência 0%, confirme ou ajuste a saída e repita em 100%.
• Cruze-a coluna visual com a saída do transmissorperiodicamente - uma incompatibilidade entre os dois geralmente aponta para um desvio de calibração do transmissor em vez de um problema de flutuação mecânica, uma vez que a indicação visual em si não tem componentes eletrônicos para desviar.
• Inspecione quanto a interferência magnéticase as leituras parecerem consistentemente erradas, - campos magnéticos externos fortes próximos à câmara podem afetar a resposta do sinalizador, embora isso seja incomum em instalações típicas.

Como a indicação visual principal é mecânica e não eletrônica, os medidores de nível magnético tendem a manter sua precisão por longos períodos com intervenção mínima - a principal carga de manutenção recai sobre a câmara do flutuador e, quando instalada, sobre o transmissor.

Calibração a seco versus calibração úmida: a mesma escolha, todas as tecnologias

Independentemente do instrumento com o qual você está trabalhando, a mesma decisão fundamental se aplica: calibrar usando distâncias de referência conhecidas (seco) ou calibrar contra um recipiente realmente cheio (úmido).

• Calibração a secoé mais rápido e não requer desligar um navio ou enchê-lo em níveis específicos. É o padrão para monitoramento geral de processos onde uma pequena margem de erro é aceitável.
• Calibração úmidaleva em conta o comportamento real dentro daquela embarcação específica - obstruções internas, geometria não-padrão, propriedades reais do meio - e é a escolha certa para transferência de custódia, relatórios regulatórios ou qualquer aplicação onde o custo de estar errado supera o custo do tempo extra de configuração.

Um meio-termo razoável, usado com frequência na prática:-calibre a seco no comissionamento usando desenhos precisos e, em seguida, verifique com uma única verificação úmida em uma fita de imersão ou leitura no visor antes que o instrumento entre em serviço completo.

Um exemplo de campo: mesmo sintoma, três causas raízes diferentes

Uma instalação de processamento que executava todos os três tipos de instrumentos em diferentes embarcações uma vez rastreou uma reclamação recorrente de “a leitura de nível não corresponde ao tanque” devido a três causas não relacionadas em três sensores diferentes, todas relatadas na mesma semana.

No sensor ultrassônico, a causa foi uma camada de espuma confundindo o eco - já abordado no guia ultrassônico vinculado acima. Na unidade de radar, a causa foi a falta de uma configuração de constante dielétrica; ele foi deixado em um valor padrão apropriado para água, mas o meio real era um solvente muito menos reflexivo, enfraquecendo o eco e introduzindo ruído próximo ao limite inferior da faixa. No medidor de nível magnético, o próprio flutuador era o problema - um flutuador de substituição instalado durante um reparo anterior tinha a classificação de gravidade específica errada para o meio do processo, então estava mais baixo do que deveria, independentemente de quão bem a escala estava alinhada.

Nenhum dos três foi corrigido por “recalibração” no sentido genérico. Cada um exigia a compreensão do que aquela tecnologia específica depende para produzir uma leitura precisa em primeiro lugar. Esse é o argumento prático para tratar a calibração como um conhecimento específico-do instrumento, em vez de uma única lista de verificação universal.

Com que frequência cada tipo de instrumento deve ser recalibrado?

Os intervalos{0}especificados pelo fabricante sempre devem substituir as orientações gerais quando forem mais conservadores, principalmente para qualquer instrumento que alimente um sistema-instrumentado de segurança.

Erros comuns que afetam todas as três tecnologias

Tratar cada discrepância como um problema de calibração.Como mostra o exemplo de campo, a correção geralmente é uma definição de configuração, um componente mecânico ou uma condição de processo - e não os próprios valores zero/span.

Ignorando documentação.Seja qual for a tecnologia envolvida, um registro de calibração que diz apenas “calibrado, OK” é quase inútil para detectar tendências de desvio. Registre sempre o método de referência, as condições ambientais e os valores antes/depois.

Supondo que as configurações de fábrica sejam definitivas.Cada instrumento é enviado com uma configuração padrão que pode não corresponder à geometria específica do recipiente ou ao meio de processo. Verificar essa configuração durante o comissionamento - e não apenas após o aparecimento de um problema - evita a maioria dos problemas abordados neste guia.

Intervalos inconsistentes em níveis de risco semelhantes.Se uma aplicação de transferência-de custódia em uma tecnologia for verificada trimestralmente, uma aplicação igualmente crítica em uma tecnologia diferente no mesmo local deverá estar em um cronograma comparável, e não ser deixada de acordo com o que o contratante de comissionamento original definiu.

Construindo um Programa de Calibração Simples

Para um local que executa tipos de instrumentos mistos, um programa viável geralmente tem três partes:

• Um nível de criticidade para cada instrumento de nível- transferência de custódia/segurança, processo padrão e não-crítico - com intervalo definido para cada nível, aplicado de forma consistente, independentemente da tecnologia.
• Um formato de registro de calibração compartilhado, para que quem obtiver o histórico de manutenção posteriormente possa comparar os instrumentos lado a lado, em vez de interpretar três convenções de registro diferentes.
• Uma breve lista de verificação-específica da tecnologiapara cada tipo de instrumento - extraído das seções acima - para que os técnicos não dependam da memória ou apliquem uma mentalidade ultrassônica a um medidor magnético.

Nada disso requer software especial ou um grande orçamento. Uma planilha compartilhada com as três listas de verificação anexadas cobre adequadamente a maioria das operações de pequeno-a-médio- porte; sites maiores com dezenas de instrumentos normalmente incorporam isso em seus CMMS existentes.

Considerações Finais

Medidores de nível ultrassônicos, de radar e magnéticos resolvem o mesmo problema básico de três maneiras diferentes, e essa diferença é mais importante no momento da calibração do que a maioria dos cronogramas de manutenção considera. Padronizar intervalos e documentação em um local é útil, mas não deve ocultar o fato de que cada tecnologia tem seus próprios modos de falha - espuma em ultrassom, incompatibilidades dielétricas no radar, erros de especificação de flutuação em medidores magnéticos. Saber com qual deles você está lidando e do que esse instrumento específico realmente depende para obter precisão é o que separa uma solução rápida de uma chamada de serviço repetida.

Referências

• Instrument Society of America (ISA) - orientação geral sobre instrumentação de medição de nível e práticas de calibração.
• Instituto Americano de Petróleo,Manual de Padrões de Medição de Petróleo, Capítulo 3 - princípios de medição de tanques e medição de nível.
• Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) - dados de referência sobre a velocidade do som no ar e sua dependência da temperatura.
• Documentação técnica do fabricante para instrumentos de nível ultrassônico, de radar e magnético, - banda morta-, constante dielétrica e referências de especificação de flutuação.
• Não tem certeza de qual tecnologia de medição de nível se adapta à sua aplicação ou precisa de ajuda para auditar práticas de calibração em uma frota mista de instrumentos? Envie-nos os detalhes da sua embarcação e as condições do processo - teremos prazer em ajudá-lo a resolver isso.

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