Kalibrering av flowmeter for gass

Det er viktig å ikke undervurdere betydningen av å kalibrere et flowmeter, og dette gjelder også for termiske masseflowmetere. Selv om et flowmeter kan konstrueres med høye standarder og utstyr av høyeste teknologiske kvalitet, kan resultatet bli dårligere dersom kalibreringsprosessen er unøyaktig. Dette kan skje dersom kalibreringen er basert på en ekvivalent metode eller simulering, og ikke en faktisk media kalibrering. Utfallet kan da bli utilfredstillende resultater fra strømningsmåleren.

Slik fungerer et termisk masseflowmeter

Alle termiske masseflowmetere fungerer ved å måle kjøleeffekten av at gass strømmer forbi sensoren. Kjøleeffekten er stort sett en funksjon avgassegenskapene, for eksempel: termisk ledningsevne, spesifikk varme, tetthet,og viskositet. Dette gjelder alle termiske masseflowmetere, uavhengig av deresmåleteknikk, og produsent. I tillegg kommer variasjoner i sensorenes karakteristikk, og hvordan hver sensor blir påvirket av variasjoner i prosessen.

Varmeoverføring variabilitet

Alle produsenter av termiske masseflowmetere må ikke bare forstå varmens input-ligning og overflateområdet, men alle varmeoverføringsveiene. Variasjonen i summen av alle varmeoverføringsveiene vil være unik for hvert enkelt flowmeter og kan avvike på samme måte som et fingeravtrykk er individuelle.  Sensorene til termiske masseflowmetere har på samme måte sin individuelle karakteristikk. Selv med strenge toleranser, kontroller, og presisjonsmetoder for produksjon av sensorer. Alle disse faktorene kan være gjenstand for variasjon. Variasjonene gjør en standardisering av gasskorreksjonsfaktor mye mer kompleks enn bare en enkelt variabel korreksjonsfaktor, selv om variasjonene er usynlige for det blotte øyet.

Kalibreringslab med sporbart utstyr

Investeringene, og infrastrukturen som trengs for å utvikle og vedlikeholde en sporbar kalibreringslab er veldig omfattende. Spesielt for gasser somer farlige eller brennbare. I tillegg kommer gass og energi for å få gassen til å strømme igjennom anlegget ved et spesifikt trykk og temperatur. Dette fører til høye løpende kostnader. Noen produsenter velger å droppe denne investeringen for å unngå høye kostnader. I stedet velger man utføre en simulert eller ekvivalens kalibrering.

Ikke alle «Ekvivalenter» er faktisk like

Produsenter som utfører ekvivalenskalibreringer bruker vanligvis en referanse, oftest luft, ved omgivelsesforhold, (typisk 1 bar a ved 20 grader celcius). Til luftstrømavlesningene brukes empirisk baserte kalibreringsparametere som tar i bruk en teoretisk, beregning for å stille inn instrumentets gasskalibrering. 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 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 beregninger eller målt flowrate er avgjørende for sikkerhet eller effektivitet, bør ikke simulert kalibreringsmetode vurderes for termiske masseflowmetere, når en faktisk gasskalibrering er tilgjengelig.Videre anbefales ikke en luftekvivalentbasert kalibrering der hvor prosessforholdene er moderat ustabile. Eksempler på dette er prosesser hvor flowprofiler potensielt befinner seg i overgangsområdet, eller hvor det er et potensielt ikke-lineært forhold mellom kalibreringsgassen og den aktuelle driftsgassen. Dette gjør atteoretiske eller ekvivalenskalibreringer har et begrenset bruksområde. Mange flowmetere med et måleområde større enn 10: 1 strekker seg langt utover et enkelt lineært korreksjonsområde. En teoretisk faktorkorreksjon som blir anvendt av mange produsenter er ineffektiv på grunn av de ikke-lineære forholdene mellom gassene. Dette gjelder spesielt termiske flowmetere som er avhengige av varmeledningsevne og kjøleeffekter som den viktigste parameteren for å utføre måling.

Problemet med simulerte kalibreringer

For å illustrere måleusikkerheten til simulerte kalibreringer grafisk, se figur 1. Kurvene ble oppnådd fra et termisk flowmeter, produsert av en ledende global, produsent, hvor flowmeteret hadde en rekke forskjellige valg av gasser. Det er klart at dette instrumentet ikke er kalibrert direkte i henhold til hver av disse grunnleggende gassblandingene. Flowmeteret bruker i stedet en korreksjonsfaktor.Utslagene indikerer en enkel korreksjon, og produsenten bruker ikke en korreksjon for å korrigere for ikke-lineariteter. Det er synlig gjennom det meste av måleområdet at disse korreksjonene, selv om de er veldig store i omfang, har en viss linearitet. Som forventet er luft- og nitrogenkurvene relativt nær nullinjen fordi kalibreringen er utført med luft som kalibreringsgass. Når instrumentet benytter en av de andre gassene, kan den ekstra målefeilen være så høy som ± 100%! etter at den teoretiske korreksjonsfaktoren er brukt.Det er også mulig å se algoritmenes manglende evne til å korrigere ikke-linearitet for noen gasser som har svakt forhøyede temperaturer. ikke-linearitetsområdet kan variere så mye som 30%, noe som betyr at en korreksjonsfaktor-tilnærming, selv en nøyaktig en, ikke vil gjelde over hele måleområdet.

For å demonstrere den betydelige forbedringen man oppnår ved å bruke en faktisk gass-kalibrering, se figur 2 som viser nøyaktigheten til en FCI Model ST100 ved å bruke en faktisk gass-kalibrering for naturgass. Sammenligner man dette resultatet med naturgasslinjen i figur 1, som brukte en ekvivalenskalibrering, kan man se en markant forbedring i målenøyaktigheten.

Hva bør man spørre om, og vite

Hvis man er ansvarlig for flowmeterets ytelse i kritiske prosesser, eller for sikkerhet eller miljøovervåkning, har man rett til å spørre produsentene om kalibreringsprosedyrene deres. Produsentene skal kunne forklare og demonstrere hvordan bedriftens nye flowmetere kalibreres. Produsentene skal også kunne opplyse hvilke typer sporbart utstyr, under hvilke metoder og hvilke forhold, og hvilke spesifikke standarder, som er brukt under kalibreringen.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 Fluid Components International (FCI) vært ledende i markedet for termiske masseflowmetere. Flowmeterenes integritet, og sikkerhet blir gjort mulig av faktiske kalibreringer. FCI har investert i mer enn 20 forksjellige kalibreringsrigger, lokalisert på tre forskjellige kontinenter. Disse riggene, i forskjellige rørdiametere, kan kalibrere luft, rene inerte gasser, hydrokarbongasser og gassblandinger med så mange som 20 forskjellige gasser. Alle riggene har muligheten til å kalibrere i faktiske temperaturer opp til 454 ° C, og i det faktiske trykket, som varierer fra atmosfæretrykk til 34 bar g .

www.fluidcomponents.com