Kalibrering av flowmeter for gass

Det er viktig å ikke undervurdere betydningen av å kalibrere et flowmeter, inkludert termiske masseflowmetere. Selv om et flowmeter kan være designet med strenge kvalitetsstandarder og avansert teknologisk utstyr, kan resultatet bli dårligere dersom kalibreringsprosessen er unøyaktig. Dette kan oppstå hvis kalibreringen gjøres for eksempel ved hjelp av simuleringsmetoder i stedet for en faktisk gasskalibrering. Resultatet kan da være utilfredsstillende målinger fra flowmeteret. Kvaliteten på instrumentet kan da oppfattes som dårlig og påvirke valg av flowmeter.

Slik fungerer et termisk masseflowmeter

Et termiske masseflowmeter fungerer ved å måle kjøleeffekten til en gass som beveger seg forbi sensorene. Kjøleeffekten er en funksjon av gass egenskapene, for eksempel: termisk ledningsevne, spesifikk varme, tetthet og viskositet. Dette gjelder alle termiske masseflowmetere, uavhengig av deres måleteknikk og produsent. I tillegg kommer variasjoner i sensorenes karakteristikk og hvordan hver enkel sensor blir påvirket av variasjoner i prosessen.

Les mer detaljert i denne artikkelen her.

Varmeoverføring

Alle produsenter av termiske strømningsmålere må ikke bare forstå ligningen for varmeoverføring og overflateareal, men også alle måter varme kan overføres på. Variasjonen i hvordan varme overføres er unik for hver enkel strømningsmåler, på same måte som fingeravtrykkene er ulike selv om de er på de samme hender. Selv om høyre og venstre pekefinger kan se like ut, har de sine egne særpreg. På samme måte vil sensorene i termiske massestrømsmålere, til tross for strenge produksjonskontroller, presise fremstillingsmetoder og automatisert montering, oppleve variasjoner. Disse små variasjonene gjør det slik at en standard formel eller gasskorreksjonsfaktor ikke alltid er tilstrekkelig.

Kalibreringslaboratorium med sporbart utstyr

Investeringene og infrastrukturen som er nødvendig for å utvikle og vedlikeholde en sporbar kalibreringslab er veldig omfattende. Spesielt for gasser som er farlige eller brennbare. I tillegg innebærer det å strømme den spesifikke gassen samt energien som kreves for å gjøre dette under bestemte temperatur- og trykkforhold, en høyere løpende kostnad. Mangen produsenter velger å unngå disse investeringen og de tilhørende kostnadene ved å utføre en simulert eller ekvivalens kalibrering i stedet for en faktisk gasskalibrering.

Ikke alle «ekvivalenter» er faktisk sammenlignbare

Produsenter som gjennomfører ekvivalenskalibreringer bruker vanligvis en referansegass. Ofte er dette luft under normale forhold, typisk 1 barA ved 20°C. Når de måler luftstrømmen bruker de kalibreringsparametere som er basert på erfaringsdata og bruker en teoretisk formel for å justere gasskalibreringen til instrumentet. I beste fall gir denne prosedyren mediets kjøleeffekt i tillegg til viskositet, tetthet, spesifikk varme, varmeledningsevne og Reynolds nummer. I motsetning til en faktisk gasskalibrering, gjenskaper denne teoretiske ekvivalensmetoden ikke nøyaktig den termiske varmeledningsevnen av den faktiske gassen. Korrigeringer som kreves for nøyaktige prosessforhold, for eksempel variasjoner i trykk og temperatur, skaper en enda større usikkerhet. Som angitt og bekreftet av ISO Standard 14511, avsnitt 8:

«… den beste fremgangsmåten for kalibrering av termiske masseflowmetere er å utføre en faktisk gasskalibrering, og under faktiske prosessforhold, når det er mulig.» (oversatt fra Engelsk)

I en kritisk applikasjon hvor måling av flowraten er avgjørende for sikkerhet eller effektivitet, bør man ikke benytte seg av en simulert kalibreringsmetode for termiske masseflowmetere. Spesielt når det er mulig å utføre en kalibrering med aktuell gass. Videre anbefales det også å unngå bruk av luftekvivalens eller simulert kalibrering under forhold med moderat ustabilitet, varierende strømningshastigheter, eller når det er et potensielt ikke-lineært forhold mellom kalibreringsvæsken og driftsvæsken. I slike tilfeller har teoretiske eller ekvivalente kalibreringer begrenset bruk. Strømningsområder med et forhold større enn 10:1 går ofte utenfor et enkelt lineært korrigeringsområde, og en enkeltfaktorkorreksjon blir ineffektiv. Dette er spesielt relevant for termiske massestrømsmålere som er avhengig av termisk ledningsevne og kjøleeffekter.

Problemet med simulerte kalibreringer

For å illustrere usikkerheten ved simulerte kalibreringer, vurderer vi nøyaktighetskurvene i figuren til høyre. Disse kurvene er fra en termisk strømningsmåler fra en ledende global produsent, der måleren har en meny for valg av gasser. Feilnivået er bekymringsfullt. Instrumentet er ikke kalibrert direkte med hver enkel gass, men har brukt en unøyaktig korreksjonsfaktor. Store feil antyder enkel korrigering og produsenten bruker ikke korreksjon for å korrigere ikke-lineariteter. Luft- og nitrogenkurvene viser minimal avvik, da kalibreringen utføres med luft. Ved bruk av andre gasser kan feilene være så høy som ± 100 %. Algoritmen mislykkes også i å korrigere ikke-linearitet ved høyere temperaturer, noe som kan variere med 30 %, og dermed begrense korreksjonens anvendbarhet over hele målområde.

For å demonstrere den betydelige forbedringen man oppnår ved å bruke en faktisk gass-kalibrering, se figur til høyre. Den viser nøyaktigheten til en FCI Model ST100 ved å bruke en faktisk gass-kalibrering for naturgass. Sammenligner man dette resultatet med naturgasslinjen i figur over, som brukte en ekvivalenskalibrering, kan man se en markant forbedring i målenøyaktigheten.

Hva bør man spørre om og vite

Hvis du er ansvarlig for hvordan strømningsmålere presterer i en kritisk prosess eller for anleggets sikkerhet og miljøstandarder, bør du stille produsentene spørsmål om kalibreringsprosedyren. Produsentene må kunne forklare og vise hvordan den nye måleren blir kalibrert. De skal også kunne opplyse om hvilke typer sporbart utstyr som brukes, hvilke metoder og under hvilke forhold kalibreringen skjer, samt hvilke spesifikke mekaniske, elektriske og sikkerhetsstandarder som følges.

Man kan be om å få besøke kalibreringslaben der arbeidet utføres og møte de ansvarlige for arbeidet. En fabrikkrepresentant for flowmeteret bør gjøres tilgjengelig for deg når det er nødvendig for å gjennomgå kravene til applikasjonen og inspisere målerens faktiske plassering for å sikre en vellykket installasjon.

Konklusjon

I flere tiår har FCI, Fluid Components International vært ledende i markedet for termiske masseflowmetere. Flowmeterets pålitelighet og nøyaktighet sikres gjennom kalibrering med rett gass, trykk og temperatur. FCI har investert i mer enn 20 forskjellige kalibreringsrigger som er lokalisert på tre forskjellige kontinenter. Disse riggene, i forskjellige rørdiametere, kan kalibrere luft, rene inerte gasser, hydrokarbongasser og gassblandinger med opp til 20 forskjellige gasser. Alle riggene har muligheten til å kalibrere i faktiske temperaturer opp til 454 ° C og til det faktiske trykket som varierer fra atmosfæretrykk til 34 bar g .

www.fluidcomponents.com

Utvalgte produkter