Aktuální vydání

celé číslo

06

2022

Vodohospodářství, energetika a využití obnovitelných zdrojů energie

IIoT, vestavné a průmyslové počítače a edge computing

celé číslo

Verifikace kalibračního koeficientu on-line aneb aktivně proti zanášení a korozi

číslo 4/2006

Verifikace kalibračního koeficientu on-line aneb aktivně proti zanášení a korozi

Úvod

V minulém čísle vyšel příspěvek o problémech dvoufázového toku. V tomto čísle se budeme věnovat jednomu z problémů, které nová generace průtokoměrů dokázala výrazným způsobem eliminovat. Jde o detekci změny chování měřicího systému způsobenou zanášením, erozí nebo korozí měřicích trubic. Znalost potenciálních problémů vede k výrazným úsporám pro uživatele Coriolisových průtokoměrů z hlediska údržby, spolehlivosti a dostupnosti vlastního měření.

Základní pojmy

Na začátku je třeba definovat tři základní pojmy: kalibrace, validace a verifikace.

Obr. 1.

Obr. 1 Závislost velikosti amplitudy kmitání trubic na jejich frekvenci

Kalibrace je zjištění matematického vztahu mezi průtokem a signálem generovaným senzory průtokoměru.

Validace je zjištění správnosti měření porovnáním indikovaného údaje průtoku s obecně uznávaným primárním standardem průtoku (master meter).

Verifikace je zjištění správnosti měření kontrolou vhodné sekundární veličiny spřažené s hodnotou průtoku.

Hnacím motorem pro zavádění postupů validace a verifikace průtokoměrů jsou zejména legislativní požadavky pro zajišťování kvality výsledného produktu, požadavky na ochranu životního prostředí a zdraví osob a rovněž požadavky kladené metrologickými ústavy při zajišťování správného měření v obchodním styku.

Obr. 2.

Obr. 2. Jednoprocentní změna tloušťky stěny trubic průtokoměru způsobená erozí

Aplikací algoritmů verifikace průtokoměru vznikají uživatelům značné výhody a úspory jak z hlediska dostupnosti měření, tak i z hlediska jeho kvality.

Implementace verifikace měření u Coriolisových průtokoměrů

Nový typ hmotnostního průtokoměru Micro Motion umožnil zavést algoritmy verifikace do průmyslově používaných přístrojů. Verifikací se v tomto případě zjišťuje, zda se průtokoměru nezměnily metrologické nebo jiné parametry a že kalibrační konstanty jsou stejné, jako byly při výrobě. To se děje zjištěním neprůtokových parametrů, které mají vliv na vlastní měření.

U Coriolisových průtokoměrů Micro Motion se k verifikaci používá zjišťování tuhosti trubice při známé hustotě média.

Tuhost systému je stanovena poměrem síly a prodloužení materiálu, které je touto silou způsobeno. Jedna z možností, jak výhodně zjistit tuhost trubic, je určit rezonanční frekvenci jejich kmitání. Rezonanční frekvence f je dána vztahem:

vztah 1.

kde f je rezonanční frekvence, k tuhost, mt hmotnost trubice, mm hmotnost média, přičemž hmotnost média mm je dána součinem průřezu a délky trubice a hustoty média. Rezonanční frekvence se určí tak, že se měří závislost amplitudy kmitání na frekvenci. Typický průběh je na obr. 1. Frekvence, při níž je amplituda maximální, je rezonanční frekvence.

Obr. 3.

Obr. 3. Chyba měření způsobená erozí

Jestliže se rezonanční frekvence v čase mění, může to mít dvě příčiny: změnu hustoty média nebo změnu tuhosti. Je-li zaručena konstantní hustota, poukazuje změna rezonanční frekvence na změnu tuhosti, tedy na možný problém. Změna tuhosti trubic totiž znamená i změnu metrologických vlastností průtokoměru, a to jak při měření průtoku, tak i při měření hustoty média; měření obou veličin totiž vycházejí z toho, že tuhost měřicího systému se v čase nemění.

Změna tuhosti může být způsobena:

  • korozí – nesprávnou volbou materiálu trubic,
  • erozí – obrušováním trubice senzoru abrazivními částicemi proudícími velkou rychlostí v médiu,
  • poškozením – mechanickým, tlakovým nebo jiným.

Pro bližší ilustraci vlivu změny tuhosti trubic na měření bylo vykonáno mnoho testů. Obecně platí, že 1% opotřebení stěn (viz obr. 2, obr. 3) způsobí přibližně 1% chybu v měření průtoku.

Obr. 4.

Obr. 4. Příklady defektů trubic: a) mechanické poškození, b) bodová koroze, c) poškození vzniklé cyklickým namáháním trubice

Vliv eroze a koroze je srovnatelný. Pro ilustraci je na obr. 4 uvedeno, jak vypadají defekty trubic, které připadají v úvahu v Coriolisově hmotnostním průtokoměru.

Celý algoritmus verifikace je patentován, a přestože jeho teorie vypadá jednoduše, je jeho implementace podložena množstvím testů uskutečněných v praxi.

Závěr

Příspěvek se věnuje problému přímé (on-line) verifikace kalibračního faktoru průtoku a hustoty Coriolisova hmotnostního průtokoměru. Aplikace postupu verifikace přináší uživatelům průtokoměrů několik výhod. Společně s dalšími unikátními vlastnostmi nového typu hmotnostního průtokoměru od společnosti Micro Motion představuje převratný skok v provozování systémů měření průtoku.

Dr. Ing. Radek Strnad,
Product specialist Flow,
Emerson Process Management, s. r. o.

Emerson Process Management, s. r. o.
Hájkova 2747/22
130 00 Praha 3
tel.: 271 035 600
fax: 271 035 655
e-mail: info.cz@emersonprocess.cz
http://www.emersonprocess.cz