خطاهای ترانسمیترهای فشار با دیافراگم سیل

اجزا سیستم دیافراگم سیل:

از آنجایی که مکانیسم انتقال یک سیستم دیافراگم سیل (Diaphragm Seal)، مایع پرکننده است، درک ویژگی های فیزیکی مایع پرکننده مهم است. مایع پر کننده یک سیال تراکم ناپذیر است و تغییر فشار در فرآیند مستقیماً به سنسور ترانسمیتر منتقل می شود.

مایع پرکننده مناسب و یک اسمبل مناسب برای دستیابی به یک سیستم پر از مایع با کیفیت بسیار مهم است. آماده سازی مناسب مستلزم حذف تمام گازها از هر دو فسمت مایع پرکننده و مجموعه پر نشده ترانسمیتر-سیل است.

فرآیند پر کردن موفق از ورود هوای محیط به مجموعه جلوگیری می کند. هوا یا سایر گازهای موجود در سیستم، سیالات قابل تراکم هستند و باعث تغییر نامنظم خروجی ترانسمیتر می شوند.

هر سیال پر کننده ویژگی های فیزیکی منحصر به فرد خود را دارد و بیشترین نقش را در عملکرد کلی سیستم ایفا می کند. مشخصات فیزیکی عبارتند از: ویسکوزیته، ضریب انبساط حرارتی و وزن مخصوص (viscosity, coefficient of thermal expansion, and specific gravity).

ویسکوزیته سیال پر کننده اندازه گیری کننده سرعت جریان است و زمان پاسخ سیستم دیافراگم سیل را تعیین می کند. افزایش دما باعث می‌شود سیال پرکننده چسبناک‌تر شود و زمان پاسخ سریع‌تری را به همراه داشته باشد، در حالی که کاهش دما زمان پاسخ را کند می‌کند.

قطر داخلی و طول کپیلاری نیز بر زمان پاسخگویی سیستم تأثیر می گذارد. قطر داخلی کم جریان سیال پرکننده را محدود می کند و باعث کندی زمان پاسخ می شود. طول کپیلاری مربوط به زمان تغییر فشار برای رسیدن به سنسور ترانسمیتر است.

 

خطای اثر دمای سیل (Seal):

ضریب انبساط حرارتی مایع پر کننده سرعتی است که حجم مایع پرکننده در پاسخ به تغییرات دما منبسط یا منقبض می شود.

ضریب بزرگتر انبساط حرارتی معادل نرخ پاسخ بالاتر به تغییر است. حجم مایع پرکننده تا افزایش دما منبسط می شود و با کاهش دما منقبض می شود.

هر چه حجم سیال پرکننده در سیستم سیل بیشتر باشد، انبساط یا انقباض حجم کل بیشتر است. حجم سیستم به شدت به قطر داخلی کپیلاری، طول کپیلاری و حجم حفره سیل بستگی دارد.

از آنجایی که مجموعه دیافراگم سیل یک سیستم بسته است، حجم مایع پرکننده در حال انبساط به دیافراگم سیل فشار می آورد. دیافراگم سیل انبساط را محدود می کند و باعث ایجاد فشار برگشتی بر روی مایع پرکننده می شود. فشار برگشتی دیافراگم به شدت به سفتی دیافراگم یا نرخ فنر بستگی دارد.

نرخ فنر دیافراگم تابعی از الگوی دیافراگم، ضخامت، مدول الاستیسیته مواد و قطر است. دیافراگم انعطاف‌پذیرتر با نرخ فنر بالا فشار برگشتی وارد بر ترانسمیتر را به حداقل می‌رساند. تغییرات در فشار برگشتی اعمال شده بر روی ترانسمیتر معمولاً به عنوان خطای اثر دمای سیل نامیده می شود.

 

خطای اثر دمای سر:

وزن مخصوص مایع پر کننده نسبت چگالی سیال پر در مقایسه با چگالی آب است. با تغییر دما، وزن مخصوص مایع پرکننده تغییر می کند. افزایش دما باعث کاهش وزن مخصوص و کاهش دما باعث افزایش وزن مخصوص می شود.

ارتفاع سیل بر روی ترانسمیتر فشار تفاضلی فشار وارد می کند و به آن فشار سر گفته می شود. وزن مخصوص مایع پر کننده، همراه با ارتفاع سیل، متغیرهای اولیه مورد نیاز برای تعیین فشار سر هستند (فشار سر = وزن مخصوص x ارتفاع).

فشار اولیه سر قابل محاسبه است و در هنگام کالیبراسیون و راه اندازی سیستم فشار تفاضلی صفر می شود.

با این حال، تغییرات دما باعث تغییر در وزن مخصوص سیال پرکننده و تغییرات بعدی در فشار سر نسبت به راه اندازی اولیه می شود. این تغییرات در فشار سر معمولاً به عنوان خطای اثر دمای سر شناخته می شود.

 

بهره برداری از عناصر سیستم:

سیستم‌های سنتی سیل ‌ها و طول‌های کپیلاری معادل را در دو طرف ترانسمیتر فشار تفاضلی اعمال می‌کنند، این تغییرات فشار یکسان (یا تقریباً یکسان) را به دلیل خطای اثر دمای سیل ایجاد می‌کند.

از آنجایی که تغییرات فشار برابر است و در طرف مقابل ترانسمیتر، خطای اثر دمای سیل خالص لغو می شود. بنابراین، خطای خالص کاملاً تابعی از خطای اثر دمای سر است.

طراحی متقارن برای ارائه بهترین عملکرد کل سیستم در نظر گرفته می شود. با این حال، پیکربندی های متقارن سنتی بزرگترین منبع خطا را نادیده می گیرند، خطای اثر دمای سر فرصت کاهش کل خطای سیستم را درک نمی کند. سیستم‌های تنظیم شده از ویژگی‌های فیزیکی مایع پرکننده و ویژگی‌های طراحی مکانیکی سیستم دیافراگم سیل برای ارائه بهترین عملکرد کلی سیستم استفاده می‌کنند.

هر دو خطای اثر دمای سر و سیل به طور همزمان در سیستم در پاسخ به تغییرات دما رخ می دهند. ترانسمیتر تفاضلی نمی تواند نوع خطا را متمایز کند.

بنابراین، خطای کل سیستم مجموع اثر دمای آب بندی به اضافه خطای دمای هد است و نشان دهنده خطای انتقال یافته به ترانسمیتر فشار تفاضلی است. می توان نتیجه گرفت که دیافراگم سیل فشار تفاضلی باید به عنوان یک سیستم برای جبران موثر کل خطاهای سیستم ناشی از تغییرات دما در نظر گرفته شود.

یک سیستم تنظیم شده را در نظر بگیرید که کپیلاری های فشار بالا اضافی را حذف می کند و افزایش دما را از صفر اصلی تجربه می کند. خطای دمای هد باعث یک خطای خالص مثبت می شود و از نظر بزرگی با نصب سیستم متقارن، تحت شرایط تغییر دما یکسان است.

با این حال، خطاهای اثر دمای سیل سیستم تنظیم شده یک خطای خالص منفی را به همراه دارد. حجم مایع پرکننده در سمت پرفشار سیستم در مقایسه با سمت فشار پایین سیستم، حجم کمتری دارد.

بنابراین، جابجایی حجمی، و در نتیجه فشار معکوس دیافراگم، تحت سلطه سمت فشار پایین است، بنابراین ثابت می‌کند که خطای کل سیستم برای سیستم‌های تنظیم شده کمتر از سیستم‌های سنتی است.

 

به حداقل رساندن کل خطاهای سیستم:

کل خطاهای سیستم را می توان جبران کرد و در برخی موارد حذف کرد. به حداقل رساندن کل خطاهای سیستم مستلزم ایجاد خطاهای اثر دمای سیل است که از نظر بزرگی با خطاهای اثر دمای سر برابر هستند.

علاوه بر کاهش حجم مایع پرکننده کپیلاری با فشار بالا، موارد زیر را می توان برای بهبود عملکرد بیشتر تغییر داد. کاهش سفتی دیافراگم فشار بالا، افزایش حجم مایع پرکننده فشار کم، افزایش ضریب انبساط مایع پرکننده، و/یا افزایش سفتی دیافراگم کم فشار.

با توجه به تعداد متغیرها، دستیابی به یک سیستم آب بندی فشار دیفرانسیل کاملاً جبران شده نیاز به یک ابزار نرم افزاری خودکار دارد که به راحتی تعداد زیادی سیستم آب بندی جبران شده بالقوه را برای هر شرایط کاربردی مشخص محاسبه کند.

 

نتیجه:

خطاهای ناشی از دما در سیستم های آب بندی دیافراگم فشار تفاضلی ذاتی هستند. خطاها عمدتاً به دلیل ویژگی‌های فیزیکی مایع پرکننده هستند که به تغییر دما پاسخ می‌دهند. خطای کل سیستم نیز تابعی از فاصله بین اتصالات فرآیند کشتی و طراحی مکانیکی سیستم دیافراگم سیل است. کل خطای سیستم در پیکربندی سیستم متقارن سنتی جبران نشده است.