Si alguna vez has hecho algo "saludable"transmisor de presiónSi se sale de la línea, lo coloca en un calibrador y descubre que lee medio por ciento de cero sin ninguna razón obvia, ya conoce la parte frustrante de este problema: la deriva rara vez se anuncia. No hay alarma para "su bucle de 4-20 mA le está mintiendo lentamente". El proceso simplemente comienza a funcionar un poco rico, un poco pobre, o un controlador de nivel comienza a buscar, y nadie piensa en culpar al transmisor hasta que ya se hayan verificado otras tres cosas.
Este artículo explica lo que realmente sucede dentro del sensor cuando un transmisor se desvía, por qué sucede incluso en equipos bien-mantenidos y qué separa a un transmisor que mantiene la calibración durante años de uno que necesita cuidado.
Lo que realmente significa "deriva" en un bucle de 4-20 mA
Antes de entrar en las causas, vale la pena ser preciso acerca de qué es la deriva, porque la solución depende del tipo con el que estés tratando.
Deriva cerodesplaza toda la salida en un desplazamiento fijo. Si se supone que un transmisor envía 4 mA al 0% y en su lugar envía 4,3 mA, ese mismo desplazamiento de 0,3 mA aparece en cada punto de la escala - 50% lee alto por el mismo margen que 0%. Éste suele ser fácil de detectar y corregir con un ajuste de campo cero.
Deriva del tramoes el más molesto. El error crece a medida que la lectura se aleja de cero, por lo que el transmisor puede verse perfectamente bien con valores de proceso bajos y estar desviado en un porcentaje o más cerca de la escala completa. Esto es lo que aparece como "el medidor de flujo lee bien la mayoría de los días, pero algo anda mal durante la carga máxima", y es exactamente el tipo de error que se atribuye al proceso antes de que alguien revise el instrumento.
La mayoría de los transmisores que fallan en el campo muestran una combinación de ambos, además de algo de histéresis, por lo que una verificación de calibración real - y no solo una comparación-de lecturas en vivo con otro medidor - es la única forma confiable de confirmar la deriva.
Las causas reales detrás de la deriva
Nada de esto es misterioso. Una vez que un transmisor sale del banco y entra en servicio, el mismo puñado de factores - temperatura, ciclos de presión, humedad, vibración y envejecimiento normal de los componentes - representan casi toda la pérdida de precisión a largo plazo-[1]. Así es como se desarrolla cada uno.
Ciclos térmicos en el elemento sensor
Cada sensor de presión tiene un coeficiente de temperatura, lo que significa que su cero y su rango cambian ligeramente con la temperatura ambiente o del proceso. Esto se compensa en la calibración de fábrica, pero los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento - un tanque que se llena con producto caliente y se vacía al ambiente, una instalación al aire libre que oscila a 40 grados F entre el día y la noche - ejercen una tensión mecánica continua sobre el diafragma y su unión. Después de suficientes ciclos, la curva de compensación que construyó la fábrica deja de coincidir con la realidad tanto como antes.
Fatiga del diafragma y fluencia del material
El propio elemento sensor se mueve, aunque sea en micras. Las células capacitivas de diafragma delgado-son propensas a un lento desplazamiento en su punto cero después de años de ciclos de presión, y los elementos piezoresistivos tampoco son inmunes - la estructura cristalina misma cambia ligeramente bajo estrés sostenido. Una cifra frecuentemente citada de estudios de instrumentación sitúa la deriva cero típica para sensores capacitivos en servicio industrial continuo en algún lugar en el rango de unas pocas centésimas a un par de décimas por ciento por año [2] - pequeña en el papel, pero suficiente para importar en una estrecha transferencia de custodia-o bucle de seguridad durante unos pocos años.
Envejecimiento de componentes electrónicos
No es sólo el sensor. La electrónica de acondicionamiento de señal, el convertidor A/D, el voltaje de referencia - todo envejece. Los condensadores se secan ligeramente, los valores de las resistencias aumentan y, en los transmisores analógicos más antiguos, esto por sí solo puede representar una parte significativa de la deriva total observada. Es una gran parte de la razón por la que los transmisores inteligentes basados en microprocesadores-generalmente mantienen la calibración notablemente mejor que las unidades analógicas heredadas durante la misma vida útil. - simplemente quedan menos circuitos analógicos que se desvíen.
Efectos de la presión estática en los transmisores DP
Esto toma a mucha gente con la guardia baja. En un transmisor de presión diferencial que mide un pequeño diferencial a través de una línea que corre a alta presión estática (línea), un error en la presión estática en sí se traduce en un error en la lectura de DP - incluso aunque la presión estática no sea la variable que está midiendo. Las aplicaciones de DP estáticas altas, siendo el flujo de vapor un ejemplo común, están representadas de manera desproporcionada en las quejas por deriva exactamente por esta razón.
Estrés de instalación mecánica
Un transmisor apretado con demasiada fuerza en su conexión de proceso, o montado en un colector que está ligeramente fuera de lugar, está bajo carga antes de que detecte la presión del proceso. Ese estrés inicial no siempre aparece el primer día -, aparece como un cambio cero unos meses más tarde, una vez que el ciclo térmico y la vibración lo aflojan o lo asientan más. La vibración de las bombas y compresores cercanos hace lo mismo gradualmente.
Recalibración atrasada - la "causa" que en realidad no es una causa
Vale la pena nombrarlo por separado: a veces no hay ningún fracaso dramático. El transmisor simplemente está envejeciendo de acuerdo con su especificación de estabilidad anual publicada, y el intervalo de calibración se ha extendido más allá de lo que el instrumento fue diseñado para soportar. Una prueba de cordura aproximada que utilizan algunos técnicos de campo: multiplique los años de servicio por la especificación de estabilidad anual publicada - si el error medido está en ese estadio, es envejecimiento normal, no una falla. Si es mucho más allá de eso, algo más - presión térmica, mecánica o estática - es el culpable más probable.
Un ejemplo de campo
Un ingeniero de procesos en una -planta de procesamiento por lotes de productos químicos de tamaño mediano describió una vez haber estado persiguiendo una alarma de nivel intermitente durante la mayor parte de un trimestre. El transmisor de nivel basado en DP- en un reactor encamisado leería correctamente en las comprobaciones de apagado, aumentaría durante los ciclos de producción y volvería a estabilizarse durante la noche -, lo que lo haría parecer un problema de proceso en lugar de un problema de instrumento. Fue necesario extraer registros de calibración y compararlos-con el registro de temperatura del lote para notar el patrón: el error de intervalo del transmisor se registró casi exactamente con el ciclo térmico de la chaqueta, no con el nivel en sí. Cambiar un transmisor con un coeficiente de temperatura publicado más bajo - y agregar aislamiento térmico en la línea de impulso - lo resolvió sin tocar los controles del proceso en absoluto. La lección que quedó grabada en el equipo después: no asumas que las comparaciones de lecturas-en vivo descartan la deriva, y no asumas que una lectura de apagado estable significa que el transmisor está bien bajo carga.
Diagnosticar la deriva antes de que le cueste
Algunos hábitos se desvían temprano, antes de que se convierta en un trastorno del proceso o una auditoría fallida:
- Compare los números "como se encontró" con los "como se dejó" en cada calibración, no solo si se aprobó la lectura final. Un transmisor que necesitaba una gran corrección para pasar le está diciendo algo, incluso si técnicamente pasó.
- Ventilar a la atmósfera y comprobar el cero verdadero., no solo una comparación de un proceso en vivo con otro instrumento - dos instrumentos a la deriva pueden coincidir entre sí y ambos estar equivocados.
- Realice un seguimiento de la tendencia, no solo de aprobado o reprobado.Un transmisor que ha utilizado el 80% de su tolerancia permitida en cada comprobación se dirige a alguna parte; uno que se mantenga estable al 5% de la tolerancia durante años probablemente no necesite un intervalo más corto.
- Separe el re-rango de la calibración real.Cambiar los valores del rango inferior/superior en un transmisor inteligente cambia lo que muestra - no hace nada para corregir la deriva del sensor. Esto se confunde más a menudo de lo que debería.
Prácticas de calibración que realmente reducen el riesgo de deriva
Utilice una referencia adecuadamente rastreable
La calibración de campo es tan buena como aquello con lo que se compara. El estándar de referencia debe ser rastreable hasta un instituto de metrología nacional - NIST en los EE. UU., o el organismo equivalente en otros lugares - y, como regla de trabajo, el instrumento de referencia debe ser significativamente más preciso que el transmisor bajo prueba, comúnmente citado como una relación de precisión de al menos 3:1 a 4:1, conocida como relación de precisión de prueba o TAR [3][4]. Calibrar un transmisor con una clasificación de ±0,075% frente a una referencia que solo tiene el doble de precisión no prueba nada.
Establezca intervalos a partir de datos, no de hábitos
No existe un intervalo "correcto" universal -; depende de la criticidad del bucle, el entorno del proceso y los requisitos reglamentarios que se apliquen. Transferencia de custodia y seguridad-Los bucles instrumentados a menudo tienen sus propios ciclos obligatorios independientemente de la deriva observada [4]. Lo que importa es que el intervalo se establece a partir de datos de calibración históricos para ese servicio específico, no se copia de una recomendación genérica del fabricante y nunca se revisa.
Haga coincidir la tecnología de sensores con la aplicación
No todas las tecnologías de detección se comportan de la misma manera bajo el mismo estrés. Los elementos capacitivos tienden a mantener una estabilidad cero con el tiempo; los diseños piezorresistivos responden más rápido pero pueden mostrar más deriva bajo carga sostenida; Los transmisores digitales-compensados por microprocesador generalmente superan a los diseños analógicos-solo en cuanto a estabilidad a largo plazo-porque la compensación de temperatura se maneja computacionalmente en lugar de a través de componentes analógicos obsoletos [5]. Para un servicio de presión estática alta-, vale la pena prestar atención a un transmisor con una especificación de error de presión estática probada y publicada. - muchas hojas de datos ocultan este número, y es exactamente la que predice el rendimiento del mundo real-en esa aplicación.
Qué significa esto cuando se especifica un transmisor
Para un comprador que evalúa transmisores en lugar de solucionar problemas de uno instalado, la conclusión práctica es mirar más allá del número de precisión base en la primera línea de la hoja de datos. Las especificaciones que realmente predicen el comportamiento de deriva a largo plazo-se encuentran más abajo: estabilidad anual publicada (generalmente expresada como %/año), coeficiente de temperatura en todo el rango compensado y - para transmisores DP - la especificación del efecto de presión estática. Un transmisor con una precisión ligeramente menor pero con una especificación de estabilidad más estricta a menudo superará a una unidad "más precisa" después de dos o tres años de servicio, que es donde aparece el costo real de la deriva: mano de obra de recalibración no planificada, alteraciones del proceso y, en aplicaciones reguladas, hallazgos de auditoría.
Pensamientos finales
La deriva no es una señal de que un transmisor esté defectuoso - es una certeza física para cualquier sensor expuesto a ciclos térmicos, estrés mecánico y envejecimiento de componentes del mundo real-. La cuestión de ingeniería no es cómo eliminarlo, sino cómo especificarlo, instalarlo y calibrarlo para que permanezca dentro de una banda predecible y documentada en lugar de aparecer como un problema de proceso misterioso dentro de seis meses.
Referencias
- ScienceDirect, "Precisión del transmisor de presión" -https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057809000329
- GAMICOS, "Deriva cero del transmisor de presión: guía de diagnóstico y calibración" -https://blog.gamicos.com/presión-transmisor-cero-deriva-diagnóstico-calibración-guía
- ISA, "Conceptos básicos de calibración de transmisores de presión", InTech -https://www.isa.org/intech-home/2016/september-october/departments/basics-de-calibración-transmisores-de presión
- Control Global, "Calibración de instrumentos de presión" -https://img.controlglobal.com/files/base/ebm/controlglobal/document/2022/08/1661881713031-ct1705calibrating Pressureinstrumentation.pdf
- RealPars, "¿Qué causa la deriva analógica?" -https://www.realpars.com/blog/analog-deriva
