obr titPrevádzkové prístroje na meranie tlaku a teploty poskytujú kritické informácie o meraní na spracovanie v riadiacich systémoch. Presnosť merania tlakových a teplotných snímačov je často dôležitá pre optimalizáciu procesov alebo pre správnu funkciu bezpečnostných systémov.


Prístroje sú často inštalované v nepriaznivých prevádzkových prostrediach, ktoré spôsobujú, že ich výkon sa môže časom meniť alebo môže dôjsť k posunu výstupného signálu. Ak chcete, aby tieto zariadenia fungovali v rámci očakávaných limitov, je potrebné ich pravidelné overovanie, údržba a kalibrácia.

Kalibrácia HART prevodníkov tlaku
Výrobcovia snímačov tlaku zlepšili presnosť a technológiu, ktorá je inštalovaná do týchto inteligentných meracích zariadení. Mnohé konvenčné kalibračné prístroje sa stali nedostatočnými alebo jednoducho neschopnými testovať a kalibrovať tieto snímače tlaku s vysokou presnosťou.
Vyžadujú sa teda lepšie kalibračné riešenia. Overenie a dokumentácia kalibrácie a nastavenie inteligentného snímača tlaku HART môže vyžadovať brašnu plnú prístrojov. Vykonávanie tejto úlohy pomocou kalibrátora s komunikáciou HART, ako je Fluke 754, zjednodušuje úlohu a redukuje počet nástrojov, ktoré potrebujete na vykonanie kalibrácie.
Skôr, než začnete kalibráciu v prevádzke: Nainštalujte tlakový konektor na ručný zdroj tlaku. Keď je konektor nainštalovaný, výmena za tlakový modul s iným rozsahom je len otázkou sekúnd bez použitia ďalších nástrojov. Pre dosiahnutie požadovanej presnosti: Na dosiahnutie takej vysokej presnosti, akú dosahujú dnešné prevodníky tlaku, zvoľte rozsah tlakového modulu čo najbližšie rozsahu skúšaného prístroja. Priemyselné štandardy odporúčajú presnosť etalónového tlakového modulu aspoň 4-krát vyššiu, než je presnosť skúšaného zariadenia.

obr1
Obr. 1: Ukážka kalibrácie HART prevodníka tlaku pomocou kalibrátora Fluke 754

 

Kalibrátor Fluke 754 podporuje tlakové moduly série 750P a má vstavanú komunikáciu HART na podporu nastavenia skúšaných snímačov. Taktiež dokáže ukladať výsledky kalibrácie pred a po nastavení a vypočítať, či tento výsledok vyhovuje alebo nevyhovuje.

Ako vykonať kalibráciu
1. Izolujte snímač tlaku od procesu a odpojte i jeho elektrické pripojenie. Ak vykonávate meranie prúdu cez diódu prevodníka, ponechajte pripojenie zapojené, ale toto meranie neposkytuje najlepšiu presnosť merania.
2. Pripojte konektory kalibrátora Fluke 754 k prevodníku tlaku.
3. Pripojte kábel tlakového modulu ku kalibrátoru Fluke 754 a prepojte hadičkou ručnú pumpu a snímač tlaku. Stlačte tlačidlo HART na kalibrátore pre zobrazenie konfigurácie prevodníka.
4. Znova stlačte tlačidlo HART a kalibrátor vám ponúkne správnu kombináciu merania/generovania. Ak si želáte dokumentovať kalibráciu, stlačte voľbu As-Found (kalibrácia pred nastavením), vložte toleranciu merania a nasledujúce parametre. Ak je meraný prúdový signál v rámci tolerancie, kalibrácia je kompletná.
5. Zvoľte nastavenie a nastavte tlak prevodníka v nule, prúdový výstupný signál a vstupný senzor.
6. Po nastavení zvoľte As-Left (kalibrácia po nastavení), zaznamenajte výstupné parametre prevodníka tlaku po nastavení a ak je výsledok vyhovujúci, kalibrácia je kompletná.

Kalibrácia manometrov pomocou piestových tlakomerov
Kalibrácia manometrov pomocou piestového tlakomera je časom overená metóda kalibrácie tlaku, ktorá je vhodná na vykonanie v laboratóriu, ak je presnosť a spoľahlivosť kalibrácie prioritou.

obr2
Obr. 2: Ukážka kalibrácie manometra pomocou piestového tlakomera

 

Ako vykonať kalibráciu
1. Pripojenie manometra by malo byť realizované v rovnakej polohe (horizontálne, vertikálne) ako je realizované v prevádzke.
2. Kalibračné body by mali byť zvolené rovnomerne vzhľadom na rozsah skúšaného prístroja.
3. Vhodné závažia sú umiestňované na piestový tlakomer vzhľadom na požadované kalibračné body.
4. Zvýšenie tlaku je realizované pomocou vstavanej pumpy alebo lisu až kým piest so závažiami voľne nepláva.
5. Piest so závažiami je následne ručne roztočený, aby sa minimalizovalo trenie.
6. Pokiaľ sa piest točí a pláva, je vykonané odčítanie zo skúšaného prístroja a nasledujúce porovnanie s hodnotou generovaného tlaku naložených závaží.

Kalibrácia prepočítavačov prietoku plynu
Prepočítavače prietoku plynu vypočítavajú prietok v potrubí pomocou merania diferenčného tlaku na clone a vyžadujú špeciálnu kalibráciu pre optimálnu presnosť. Tieto merania sa skladajú z troch základných premenných pre výpočet prietoku: objemové meranie prietoku (diferenčný tlak na clone), statický tlak v potrubí a teplota plynu.
Výpočet aktuálnej hmotnosti a objemu prietoku plynu je vykonaný na základe týchto údajov. Kalibrácia môže byť vykonaná pomocou troch rôznych kalibrátorov – jeden pre nízky tlak, druhý pre vysoký tlak a tretí pre teplotu. Je však možné ju vykonať aj pomocou jedného multifunkčného kalibrátora navrhnutého presne pre tieto úlohy.
Príkladom môže byť kalibrátor Fluke 721 alebo 721Ex. Má vstavané dva tlakové moduly a možnosť merania teploty. Najpopulárnejšia je konfigurácia rozsahu 1 bar pre nízkotlakový modul (P1) a vysokotlakový modul (P2) s rozsahom 100 bar alebo 200 bar. Taktiež umožňuje meranie teploty pomocou voliteľného odporového snímača teploty a zobrazovať všetky tri merané hodnoty súčasne, ak je to potrebné.

obr3
Obr. 3: Ukážka kalibrácie prepočítavačov prietoku plynu

 

Ako vykonať kalibráciu
Pred kalibráciou izolujte skúšaný prepočítavač od potrubia. Štandardne je nainštalovaný na päťcestnom ventile. Ak je to tak, zatvorte zodpovedajúce ventily kvôli odizolovaniu prepočítavača od potrubia. Uistite sa, že sú dodržané všetky bezpečnostné predpisy súvisiace s týmto úkonom.
Nastavte požadované jednotky tlaku pre rozsah P1, P2 a taktiež °C pre teplotu.
1. Kalibrácia nízkeho diferenčného tlaku je vykonaná aplikovaním atmosférického tlaku na nízkotlakový port ako referencie. Odvzdušnite nízkotlakové pripojenie prepočítavača alebo prevodníka tlaku a pripojte vysokotlakový port tohto prístroja k nízkotlakovému portu kalibrátora (P1). Pripojte počítač k prepočítavaču. Počítač vás bude inštruovať, aby ste kalibrovali prepočítavač alebo prevodník v jednom alebo viacerých bodoch. Napríklad v bodoch 0, 25 a 50 kPa. Stláčaním rukoväte tlakovej pumpy pomaly vygenerujte požadovaný tlak a použite ventil jemnej regulácie na nastavenie presnej hodnoty.
2. Kalibrácia statického tlaku je štandardne vykonaná aplikovaním na rovnaký vysokotlakový port alebo na vysokotlakový aj nízkotlakový port súčasne. Tieto informácie nájdete v návode k prepočítavaču. Prepojte vysokotlakový modul kalibrátora (P2) k vhodnému portu prepočítavača alebo prevodníka tlaku a pripojte aj zdroj vysokého tlaku. Počítač vás bude inštruovať o požadovaných tlakových bodoch, ktoré je potrebné nastaviť.
3. Kalibrácia teploty na prepočítavači je vykonaná v jednom bode pri štandardnej teplote potrubia. Vložte odporový snímač teploty do skúšobného bodu v potrubí (objímky) a nechajte ho teplotne stabilizovať. Počítač bude požadovať zadanie nameranej hodnoty. Následne vyberte odporový snímač z objímky a kalibrácia je kompletná.
4. Prepočítavače prietoku plynu s výstupom 4 až 20 mA: Mnoho prepočítavačov prevádza nízky tlak, statický tlak a teplotu na výstupný analógový signál 4 – 20 mA. V tomto prípade tieto prevodníky signálu môžu vyžadovať individuálnu kalibráciu, ak nie sú výsledky postačujúce (Pre bližšie informácie pozrite kalibráciu HART prevodníkov tlaku).
Ďalším zdrojom nepresností môže byť vstupná A/D karta. Tá môže byť kalibrovaná pomocou kalibrátora umožňujúceho generovanie prúdových signálov.

Kalibrácia snímačov teploty obsahujúcich prevodník na analógový signál
V priemysle je na meranie teploty zvyčajne použitá kombinácia samotného snímača ako je napríklad odporový snímač teploty alebo termočlánok a prevodníka teploty, ktorý prevádza signál zo snímača do riadiaceho systému.
Všetky snímače, vrátane odporových snímačov teploty, časom driftujú. Preto by mohla kalibrácia prevodníka, a nie snímača, viesť k chybným výsledkom a následnému ovplyvneniu výkonnosti procesu.
Aby sme sa vyhli takémuto problému, odporúčame kalibrovať celú slučku, čiže súčasne kombináciu snímača a prevodníka teploty ako celok.

obr4
Obr. 4: Ukážka kalibrácie snímača teploty s prevodníkom teploty

 

Ako vykonať kalibráciu
1. Odpojte snímač teploty z prevádzky.
2. Ponorte snímač teploty čo najhlbšie do presného zdroja teploty, ako je napríklad suchá teplotná piecka alebo teplotný kúpeľ, ak je ním možné pokryť teplotný rozsah snímača.
3. Pripojte etalónový snímač teploty, ako aj výstupné konektory 4 – 20 mA z prevodníka teploty do vhodného kalibrátora (Prevádzkové teplotné piecky a kúpele Fluke môžu byť vybavené takýmito vstupmi, prípadne je možné použiť dokumentačný kalibrátor Fluke 754).
4. Zapnite napájanie slučky. (Kalibrátor Fluke 754 a prevádzkové teplotné piecky obsahujú túto funkciu).
5. Nastavte požadované teplotné body na teplotnej piecke alebo kúpeli. (Prevádzkové teplotné piecky Fluke majú možnosť predprogramovania bodov, aby mohla byť celá kalibrácia automatizovaná).
6. V každom bode odčítajte a zaznamenajte hodnotu teploty etalónového snímača a skúšaného snímača teploty.
7. Rovnako zaznamenajte hodnotu výstupu z prevodníka teploty, aby bolo možné určiť, ktorý komponent celku potrebuje prípadne nastavenie.

TEXT/FOTO: Michal Janoško, D-Ex Instruments
Lektorovala: prof. Ing. Hana Pačaiová, PhD.

Použitá literatúra:
[1] Fluke Process calibration tools catalog