Se você já fez uma atitude "saudável"transmissor de pressãofora de uma linha, colocou-o em um calibrador e descobriu que estava com meio por cento de diferença de zero sem motivo óbvio, você já conhece a parte frustrante desse problema: o desvio raramente se anuncia. Não há alarme para "seu loop de 4-20 mA está lentamente mentindo para você". O processo simplesmente começa a funcionar um pouco rico, um pouco enxuto, ou um controlador de nível começa a oscilar, e ninguém pensa em culpar o transmissor até que três outras coisas já tenham sido verificadas.
Este artigo explica o que realmente acontece dentro do sensor quando um transmissor se desvia, por que isso acontece mesmo em equipamentos-bem conservados e o que separa um transmissor que mantém a calibração por anos de outro que precisa de babá.
O que "Drift" realmente significa em um loop de 4-20 mA
Antes de entrar nas causas, vale a pena ser preciso sobre o que é o desvio, porque a solução depende do tipo com o qual você está lidando.
Deriva zerodesloca toda a saída em um deslocamento fixo. Se um transmissor deve enviar 4 mA a 0% e, em vez disso, envia 4,3 mA, esse mesmo deslocamento de 0,3 mA aparece em todos os pontos da escala - 50% lê alto pela mesma margem de 0%. Este geralmente é fácil de detectar e corrigir com um ajuste de zero de campo.
Desvio de extensãoé o mais irritante. O erro aumenta à medida que a leitura se afasta de zero, de modo que o transmissor pode parecer perfeitamente bom em valores de processo baixos e desviar-se em uma porcentagem ou mais perto do fundo da escala. Isso é o que aparece como “o medidor de vazão lê bem na maioria dos dias, mas algo está errado durante o pico de carga”, e é exatamente o tipo de erro que é atribuído ao processo antes que alguém verifique o instrumento.
A maioria dos transmissores que falham em campo mostram uma mistura de ambos, além de alguma histerese, e é por isso que uma verificação de calibração real - e não apenas uma comparação de leitura ao vivo-com outro medidor - é a única maneira confiável de confirmar o desvio.
As verdadeiras causas por trás da deriva
Nada disso é misterioso. Depois que um transmissor sai da bancada e entra em serviço, o mesmo conjunto de fatores - temperatura, ciclos de pressão, umidade, vibração e envelhecimento comum dos componentes - são responsáveis por quase toda a-perda de precisão a longo prazo [1]. Veja como cada um realmente funciona.
Ciclagem Térmica no Elemento Sensor
Cada sensor de pressão possui um coeficiente de temperatura, o que significa que seu zero e amplitude mudam ligeiramente com a temperatura ambiente ou do processo. Isso é compensado na calibração de fábrica, mas ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento - um tanque que enche com produto quente e esvazia para a temperatura ambiente, uma instalação externa oscilando 40 graus F entre o dia e a noite - colocam estresse mecânico contínuo no diafragma e em sua ligação. Ao longo de ciclos suficientes, a curva de compensação que a fábrica construiu deixa de corresponder à realidade tão de perto como antes.
Fadiga do diafragma e deslocamento do material
O próprio elemento sensor se move, mesmo que em mícrons. Células capacitivas de diafragma-fino são propensas a um lento deslocamento em seu ponto zero após anos de ciclos de pressão, e os elementos piezoresistivos também não são imunes - a própria estrutura cristalina muda ligeiramente sob estresse sustentado. Um número frequentemente citado de pesquisas de instrumentação coloca o desvio zero típico para sensores capacitivos em serviço industrial contínuo em algum lugar na faixa de alguns centésimos a alguns décimos de por cento ao ano [2] - pequeno no papel, mas o suficiente para importar em uma transferência de custódia-ou ciclo de segurança rígido ao longo de alguns anos.
Envelhecimento de Componentes Eletrônicos
Não é apenas o sensor. A eletrônica de condicionamento de sinal, o conversor A/D, a tensão de referência - tudo isso envelhece. Os capacitores secam ligeiramente, os valores dos resistores aumentam e, em transmissores analógicos mais antigos, isso por si só pode ser responsável por uma parcela significativa do desvio total observado. Essa é uma grande parte da razão pela qual transmissores inteligentes-baseados em microprocessadores geralmente mantêm a calibração visivelmente melhor do que unidades analógicas legadas durante a mesma vida útil - simplesmente há menos circuitos analógicos à deriva.
Efeitos de pressão estática em transmissores DP
Este pega muita gente desprevenida. Em um transmissor de pressão diferencial que mede um pequeno diferencial em uma linha operando com alta pressão estática (linha), um erro na própria pressão estática se traduz em um erro na leitura de DP - mesmo que a pressão estática não seja a variável que você está medindo. Aplicações de alto-DP estático, sendo o fluxo de vapor um exemplo comum, são desproporcionalmente representadas em reclamações de desvio exatamente por esse motivo.
Estresse de instalação mecânica
Um transmissor aplicado com muita força em sua conexão de processo, ou montado em um manifold que está ligeiramente fora da realidade, está sob carga antes mesmo de ver a pressão do processo. Esse estresse básico nem sempre aparece no primeiro dia - ele aparece como uma mudança zero alguns meses depois, uma vez que o ciclo térmico e a vibração o soltam ou o acomodam ainda mais. A vibração de bombas e compressores próximos faz a mesma coisa gradualmente.
Recalibração atrasada - a "causa" que não é realmente uma causa
Vale a pena citar separadamente: às vezes não há nenhuma falha dramática. O transmissor está simplesmente envelhecendo de acordo com sua especificação de estabilidade anual publicada, e o intervalo de calibração foi ampliado além do que o instrumento foi projetado para suportar. Uma verificação aproximada de sanidade que alguns técnicos de campo usam: multiplique os anos de serviço pela especificação de estabilidade anual publicada - se o erro medido estiver nessa estimativa, é um envelhecimento normal, não uma falha. Se estiver muito além disso, algo mais - pressão térmica, mecânica ou estática - é o culpado mais provável.
Um exemplo de campo
Certa vez, um engenheiro de processo em uma fábrica de dosagem de produtos químicos de médio porte descreveu a busca por um alarme de nível intermitente durante quase um trimestre. O transmissor de nível-baseado em DP em um reator encamisado leria corretamente nas verificações de desligamento, oscilaria alto durante as execuções de produção e se estabilizaria durante a noite -, o que fazia com que parecesse um problema de processo em vez de um problema de instrumento. Foi necessário extrair registros de calibração e cruzá-los-com o registro de temperatura do lote para perceber o padrão: o erro de amplitude do transmissor rastreado quase exatamente com o ciclo térmico da jaqueta, não com o nível em si. Trocar um transmissor com um coeficiente de temperatura publicado mais baixo - e adicionar isolamento térmico na linha de impulso - resolveu o problema sem tocar nos controles do processo. A lição que ficou com a equipe depois: não presuma que as comparações de leitura ao vivo- excluam desvios e não presuma que uma leitura de desligamento estável significa que o transmissor está bem sob carga.
Diagnosticando o desvio antes que isso lhe custe
Alguns hábitos são detectados precocemente, antes que se transformem em uma perturbação no processo ou em uma auditoria fracassada:
- Compare os números "como encontrado" e "como esquerdo" em cada calibração, não apenas se a leitura final foi aprovada. Um transmissor que precisava de uma grande correção para passar está lhe dizendo algo, mesmo que tecnicamente tenha passado.
- Ventile para a atmosfera e verifique o zero verdadeiro, não apenas uma comparação de processo ao vivo com outro instrumento - dois instrumentos flutuantes podem concordar entre si e ambos estarem errados.
- Acompanhe tendências, não apenas aprovação/reprovação.Um transmissor que usou 80% de sua tolerância permitida em cada verificação está indo para algum lugar; alguém que se mantenha estável em 5% de tolerância durante anos provavelmente não precisa de um intervalo mais curto.
- Separe a re-variação da calibração real.Alterar os valores de faixa inferior/superior em um transmissor inteligente altera o que ele exibe - não faz nada para corrigir o desvio do sensor. Isso se confunde com mais frequência do que deveria.
Práticas de calibração que realmente reduzem o risco de desvio
Use uma referência adequadamente rastreável
A calibração em campo é tão boa quanto a comparação. O padrão de referência deve ser rastreável até um instituto nacional de metrologia - NIST nos EUA, ou órgão equivalente em outro lugar - e como regra de trabalho o instrumento de referência deve ser significativamente mais preciso do que o transmissor em teste, comumente citado como uma taxa de precisão de pelo menos 3:1 a 4:1, referida como Taxa de Precisão de Teste, ou TAR [3][4]. Calibrar um transmissor avaliado em ±0,075% em relação a uma referência que é apenas duas vezes mais precisa não prova nada.
Defina intervalos de dados, não de hábitos
Não existe um intervalo "correto" universal -, depende da criticidade do loop, do ambiente do processo e de quaisquer requisitos regulatórios aplicáveis. Os loops instrumentados-de transferência de custódia e segurança geralmente têm seus próprios ciclos obrigatórios, independentemente do desvio observado [4]. O que importa é que o intervalo seja definido a partir de dados históricos de calibração para aquele serviço específico, não copiado de uma recomendação genérica do fabricante e nunca revisado.
Combine a tecnologia do sensor com a aplicação
Nem toda tecnologia de detecção se comporta da mesma maneira sob o mesmo estresse. Os elementos capacitivos tendem a manter estabilidade zero ao longo do tempo; projetos piezoresistivos respondem mais rapidamente, mas podem apresentar mais desvios sob carga sustentada; transmissores digitais compensados por microprocessador-geralmente superam projetos analógicos-somente para estabilidade de longo-prazo porque a compensação de temperatura é tratada computacionalmente e não por meio de componentes analógicos antigos [5]. Para serviço de alto-DP estático, vale a pena prestar atenção a um transmissor com uma especificação de erro de pressão estática testada e publicada - muitas folhas de dados escondem esse número, e é exatamente aquele que prevê o desempenho-real nessa aplicação.
O que isso significa quando você especifica um transmissor
Para um comprador que avalia transmissores em vez de solucionar problemas de um transmissor instalado, a lição prática é olhar além do número de precisão básica na primeira linha da folha de dados. As especificações que realmente prevêem o comportamento de deriva de longo-prazo ficam mais abaixo: estabilidade anual publicada (geralmente declarada como %/ano), coeficiente de temperatura em toda a faixa compensada e - para transmissores DP - a especificação do efeito de pressão estática. Um transmissor com uma precisão de título um pouco menor, mas com especificações de estabilidade mais rígidas, muitas vezes superará uma unidade "mais precisa" com dois ou três anos de serviço, que é onde o custo real do desvio aparece: trabalho de recalibração não planejado, perturbações no processo e, em aplicações regulamentadas, resultados de auditoria.
Considerações Finais
O desvio não é um sinal de que um transmissor está com defeito - é uma certeza física para qualquer sensor exposto a ciclos térmicos-do mundo real, estresse mecânico e envelhecimento de componentes. A questão de engenharia não é como eliminá-lo, mas como especificá-lo, instalá-lo e calibrá-lo para que permaneça dentro de uma faixa previsível e documentada, em vez de aparecer como um problema misterioso de processo daqui a seis meses.
Referências
- ScienceDirect, "Precisão do Transmissor de Pressão" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS, "Desvio Zero do Transmissor de Pressão: Guia de Diagnóstico e Calibração" -https://blog.gamicos.com/pressão-guia de-zero-desvio-de diagnóstico-de calibração-do transmissor
- ISA, "Noções básicas de calibração de transmissores de pressão", InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/departments/basics-de-calibração de-transmissores de{8}}pressão
- Control Global, "Calibrando Instrumentação de Pressão" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibrating Pressureinstrumentation.pdf
- RealPars, "O que causa a deriva analógica?" -https://www.realpars.com/blog/analog-deriva
