آرشیو دسته بندی ها: کالیبراسیون

نقش و اهمیت کالیبراسیون در صنعت

اهمیت کالیبراسیون در صنعت به تعیین دقت و سازگاری ابزارهای اندازه گیری در مقایسه با تجهیزات کالیبراسیون مرجع، و سپس انجام تنظیمات لازم می‌باشد. اهمیت اولیه کالیبراسیون در صنعت این است که دقت، استانداردسازی و تکرارپذیری را در اندازه‌گیری‌ها حفظ می‌کند و معیارها و نتایج قابل اعتماد را تضمین می‌کند. بدون کالیبراسیون منظم، تجهیزات ممکن است از مشخصات خارج شوند، اندازه‌گیری‌های نادرست ارائه کنند و کیفیت، ایمنی و طول عمر تجهیزات را به خطر بیندازند.

همانطور که تکنولوژی در حال پیشرفت است، و جهان در حال خودکار شدن است، بسیاری از کارهای ما توسط ماشین آلات و تجهیزات انجام می شود. از اقلام روزمره مانند اسباب‌بازی‌ها گرفته تا محصولات پیچیده‌تر مانند ماشین‌ها و تجهیزات پزشکی، انواع وسایل با استفاده از ماشین‌ها تولید می‌شوند.

در حالی که ماشین‌ها و تجهیزات خودکار فرآیند تولید را آسان‌تر کرده‌اند، اما چند مشکل متمایز نیز دارد. یکی از آنها دقت و کارایی ماشین آلات است. اگر ابزارهای مورد استفاده برای تولید مواد به اندازه کافی دقیق برای پیروی از داده‌های مجموعه‌ای نباشند، دسته حاصل از محصولات این خطر را دارند که ناسازگار، نادرست و ناکارآمد باشند.

این یک تهدید جدی برای برخی از صنایع است، مانند مورد تجهیزات پزشکی. ابزارها باید همیشه دقیق باشند. برای حل این مشکل، کالیبراسیون در صنعت وارد عمل می شود.

دقت در تولید یک معیار کلیدی در مورد کیفیت و عملکرد یک فرآیند یا محصول نهایی است. اگر قطعه ای مطابق با مشخصات مورد نیاز مشتری، که با استفاده از محصول تعیین می شود، تولید نشود، احتمالاً عواقب منفی بیشتری در پی خواهد داشت. پس چرا کالیبراسیون در صنعت مهم است؟ اهمیت دقت در ساخت نشان دهنده اهمیت کالیبراسیون نیز می باشد، زیرا تجهیزات تولیدی باید به درستی کالیبره شوند تا بتوانند مطابق با مشخصات عمل کنند. بدون تجهیزات کالیبره شده مناسب، دستیابی به سطح لازم از دقت و الزامات کیفیت ISO غیرممکن است.

به خواندن این مقاله ادامه دهید تا بدانید کالیبراسیون در صنعت چیست و چرا باید آن را در فرآیند تولید خود بگنجانید.

کالیبراسیون چیست؟

کالیبره کردن به معنای مقایسه خروجی ابزاری است که باید کالیبره شود با مقادیر یک ابزار مرجع دقیق و اثبات شده است، به این ترتیب می توان تشخیص داد که آیا ابزار اندازه گیری بیش از حد  از مقدار واقعی منحرف نمی شود و برای انجام اندازه گیری مناسب است یا خیر.

به عنوان مثال، فرض کنید می خواهید فشار یک سیستم را با یک سنسور فشار اندازه گیری کنید تا کیفیت فرآیند را کنترل کنید. شما یک سنسور با دقت 0.1٪ انتخاب کرده اید. در حین کالیبراسیون می توانید اندازه گیری های این سنسور را با یک سنسور مرجع یا کالیبراتور فشار مقایسه کنید که برای مثال دقت 0.01% دارد. با مقایسه سنسور فشار با مرجع در چندین نقطه اندازه گیری، به عنوان مثال 0، 2، 4 6، 8 و 10 بار، انحراف را تعیین می کنید. این یک کالیبراسیون است. بر اساس انحراف تعیین شده (نتیجه کالیبراسیون) می توانید تعیین کنید که آیا سنسور هنوز به اندازه کافی برای هدف خود دقیق است یا خیر. همین اصل در هنگام کالیبره کردن انواع دیگر ابزارها نیز صدق می کند.

شرایط یک آزمایشگاه کالیبراسیون

آزمایشگاه های کالیبراسیون معتبر دستگاه های اندازه گیری مربوط به پارامترهای زیادی از جمله پارامترهای مختلف الکتریکی، فشار، دما، طول، حجم، جرم، توان و سختی را کالیبره می کنند.

به همین دلیل یک آزمایشگاه کالیبراسیون باید از نیروهای بسیار باتجربه و آموزش دیده و همچنین شرایط و امکانات بسیار پیشرفته بهره ببرند، تا بتوانند داده‌هایی بسیار قابل اطمینان و صحیح را به مشتریان خود ارائه دهند.

دستگاههای اندازه گیری مورد کالیبره در نیروگاه

کالیبراسیون به نیروگاه کمک می کند تا ایمنی را حفظ و بهبود بخشد و همچنین استانداردهای ملی و بین المللی را رعایت کند. با استفاده از تجهیزات کالیبراسیون با دقت بالا، می‌توان دقت اندازه‌گیری‌های حیاتی را در سطوح مورد نیاز حفظ کرد و نیروگاه‌ها توانایی تولید برق سالانه خود را افزایش دادند.‌

ابزار دقیق برای اندازه گیری جریان انرژی در عملیات برق و انرژی به منظور نظارت و بهبود عملیات استفاده می شود. عملکرد صحیح ابزارهای دقیق اغلب برای شناسایی و جلوگیری از تلفات انرژی که می‌تواند پیامدهای اقتصادی بزرگی داشته باشد، کلیدی است. عدم کالیبراسیون در صنعت صحیح این ابزارها می تواند منجر به عواقب اقتصادی قابل توجهی شود.

ابزارهایی که معمولاً در نیروگاه ها کالیبره می شوند عبارتند از فرستنده ها، سوئیچ ها، گیج ها، مبدل ها، دستگاه های فرکانس و شمارنده های پالس. عدم کالیبراسیون صحیح این دستگاه ها می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد فرآیند تأثیر بگذارد. کالیبراسیون ابزارها به‌موقع یک جنبه مهم برای اطمینان از یکپارچگی زیست‌محیطی فرآیند است که می‌تواند تعداد و شدت مسائل زیست‌محیطی را کاهش دهد.

کالیبراسیون در صنعت – کالیبراسیون دستگاههای اندازه گیری

فشار

نقش و اهمیت کالیبراسیون در صنعت برای کارآمدی هرچه بیشتر تجهیزات اندازه گیری پیشرفته امروزی یک عملکرد ضروری در هر صنعتی است که در آن از ابزارهای فشار برای نظارت بر فشار سیال و گاز و نرخ جریان استفاده می شود. کالیبراسیون فشار مقایسه خروجی یک فشارسنج یا سایر دستگاه های اندازه گیری در برابر یک ابزار استاندارد با دقت بالاتر است. یک کالیبراسیون تجاری معمولی از روش کالیبراسیون گیج فشار یا فرستنده سازنده استفاده می کند و معمولاً با استاندارد مرجع حداقل 4 برابر دقت دستگاه تحت آزمایش یا با عدم قطعیت اندازه گیری استاندارد ترکیبی کمتر از دستگاه تحت آزمایش انجام می شود. عدم دقت می تواند پرهزینه باشد، بنابراین هدف نهایی کالیبراسیون فشار، ارزیابی و تنظیم دقت تجهیزات فشار مورد استفاده برای اندازه گیری فرآیند برای جلوگیری از خطا یا عدم قطعیت است.

انواع کالیبراسیون فشار و روش ها

انواع فشار سنج

ابزار اندازه گیری فشار در کاربردها و صنایع مختلفی استفاده می شود. به منظور اطمینان و حفظ عملکرد مناسب ابزارهای تحت فشار، کالیبراسیون اولیه و منظم توصیه می شود. با این حال، با وجود چندین نوع ابزار فشار، سه نوع وجود دارد که عمدتاً در آزمایشگاه ها کالیبره می شوند:

مانومتر

این مانومترها ابزارهای اندازه گیری مکانیکی کاملی هستند که واحدهای فشار (bar، Pa، psi و …) را نشان می دهند. بسته به کاربرد، ممکن است نشانگر آنالوگ یا دیجیتال باشد.

 مبدل های فشار

آنها فشار اندازه گیری شده را به یک سیگنال الکتریکی آنالوگ تبدیل می کنند که متناسب با فشار اعمال شده است. بسته به مدل و کاربرد، سیگنال خروجی آنالوگ می تواند ولتاژ، جریان یا فرکانس باشد. مبدل های فشار به منبع تغذیه مداوم خارجی نیاز دارند.

ترانسمیترهای فشار

ترانسمیترهای فشار واحدهایی متشکل از یک مبدل فشار و یک ماژول برای تنظیم و تقویت سیگنال مبدل هستند. بسته به نوع و کاربرد، اطلاعات خروجی یک فرستنده فشار می تواند ولتاژ (5 ولت، 10 ولت و غیره)، جریان (0-20 میلی آمپر، 4-20 میلی آمپر و غیره)، فرکانس یا فرمت دیجیتال مانند RS 232 باشد. ترانسمیترهای فشار همچنین نیاز به منبع تغذیه مداوم خارجی دارد.

تجهیزات کالیبراسیون فشار

متداول ترین ابزاری که توسط آزمایشگاه های کالیبراسیون برای کالیبراسیون فشار استفاده می شود، دستگاه های Deadweight Tester  و کالیبراتورهای فشار هستند.

Deadweight Tester

در این تست وزن‌های قابل ردیابی به منظور بررسی صحت ابزار اندازه‌گیری فشار، بر سیال فشار وارد می‌کنند. آنها از یک سیلندر پیستونی استفاده می کنند که باری روی آن قرار می گیرد تا با فشار اعمال شده در زیر پیستون تعادل ایجاد کند. Deadweight Tester  می توانند به صورت هیدرولیکی یا پنوماتیکی کار کنند. این تسترها دقت بالایی دارند و به عنوان استانداردهای اولیه مشخص می شوند.

Deadweight Tester چگونه کار می کند؟

یک Deadweight Tester  با اعمال نیروی (F) بر روی یک ناحیه (A) فشار ایجاد می کند، که آن نیز تعریف فشار (P) است: P = F/A

در دستگاه Deadweight Tester، نیرو توسط جرمی در یک میدان گرانشی در بالای پیستونی با سطح مقطع مشخصی که درون یک سیلندر می چرخد، تامین می شود. این سیستم سیلندر پیستونی با تلورانس های بسیار بالا برای عملکرد صاف و دقیق ساخته شده است. سیال (پنوماتیک یا هیدرولیک) زیر پیستون تحت فشار قرار می گیرد تا پیستون و جرم در حالت تعادل شناور شوند. فشار در سیال برابر با نیرویی است که جرم بر سطح مقطع پیستون وارد می کند.

این یک توضیح مفهومی بسیار ساده و سرراست است، با این حال در عمل، نیرو و سطح مقطع پیستون تحت تأثیر شرایط محیطی است.

Deadweight Tester  که به عنوان ترازوی فشار نیز شناخته می شوند، به این دلیل نامگذاری شده اند که از وزن مرده در تعیین فشارهای کار در یک سیستم بسته و فشرده استفاده می کنند. برای هر مقدار فشار اعمال شده، از یک جرم (وزن) از پیش تعیین شده برای اعمال نیرو بر روی ناحیه ثابت (پیستون) برای مقابله با نیروی شناوری استفاده می شود.

استانداردهای فشار اولیه Dead-Weight Tester که بر اساس اصل اساسی قانون پاسکال کار می کند، که به این صورت تعریف می شود: «تغییر فشار در هر نقطه از یک سیال محصور در حالت استراحت بدون کاهش به تمام نقاط سیال منتقل می شود».

کالیبراتورهای فشار

پرکاربردترین ابزار برای کالیبراسیون فشار. آنها ابزارهای دیجیتال هستند و می توانند دستی یا رومیزی باشند. آنها می توانند حاوی پمپ فشار داخلی یا خارجی، مبدل های فشار داخلی یا خارجی باشند و همچنین می توانند ذاتاً برای استفاده در محیط های انفجاری بالقوه ایمن باشند. کالیبراتورهای فشار می توانند دارای ماژول های الکتریکی یا دما باشند تا بتوانند ولتاژ، جریان و دما را اندازه گیری و/یا تولید کنند. استفاده از این ابزارها واقعاً آسان است و مخصوصاً برای کالیبراسیون فشار در محل بسیار راحت هستند.

 روش کالیبراسیون

قبل از شروع هر روش کالیبراسیون، تمام الزامات مترولوژیکی دیگر باید برآورده شود. ابزار باید در آزمایشگاه گذاشته شود تا به مدت کافی در شرایط محیطی تثبیت شود. وضعیت گیج فشار باید بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که آسیب یا نقص آشکاری وجود ندارد. باید به مشخصات سازنده در مورد موقعیت نصب، گشتاور یا هر مورد خاص دیگر دقت شود.

در مثال زیر فرض می کنیم که استاندارد مرجع ما یک کالیبراتور فشار با پمپ داخلی است. گیج فشار باید به خروجی کالیبراتور فشار متصل شود. برای جلوگیری از نشتی که بر نتیجه اندازه گیری تأثیر می گذارد، باید به محکم بودن اتصالات توجه شود.

بررسی های اولیه

قبل از اقدام به کالیبراسیون، باید یک بررسی اولیه انجام شود تا وضعیت گیج فشار مشخص شود:

ابزار را کار کنید و حداقل دو بار آن را به حد فشار بالای خود برسانید و فشار را حداقل برای یک دقیقه نگه دارید.

در طول اولین افزایش فشار، نشانه به دست آمده برای مطابقت با مشخصات را بررسی کنید.

نشانه های گیج را در 0%، 50% و 100% دامنه اندازه گیری آن بخوانید.

روش کالیبراسیون فشار

معمول ترین روش کالیبراسیون در صنعت به صورت زیر انجام می شود:

کالیبراسیون یک بار در شش نقطه فشار (گسترش در دهانه اندازه گیری گیج) در فشارهای افزایشی و کاهشی انجام می شود. تکرارپذیری از سه اندازه گیری مکرر در یک نقطه فشار (ترجیحاً در 50 درصد مقیاس کامل) تخمین زده می شود.

در هر نقطه فشار حداقل داده های زیر باید ثبت شود:

• فشار نشان داده شده توسط ابزار مرجع
• نشانگر ابزار مورد آزمایش
• مقادیر کمیت های تأثیر (دما، فشار اتمسفر)
• پارامترهای شناسایی ابزار مورد آزمایش
• شناسایی ابزارهای موجود در سیستم اندازه گیری

گزارش کالیبراسیون فشار

گزارش کالیبراسیون باید نتایج را به گونه ای ارائه کند که به راحتی توسط کاربر نهایی قابل ارزیابی باشد. علاوه بر مقدار میانگین اندازه گیری فشار افزایشی و کاهشی و انحراف مقدار میانگین از مقدار مرجع، خطای تکرارپذیری و خطای پسماند نیز باید ارائه شود.

هیسترزیس به هیسترزیس مکانیکی دیافراگم حسگر مربوط می شود که در آن قرائت گیج فشار بسته به افزایش یا کاهش فشار قبل از اندازه گیری متفاوت است. خطای هیسترزیس به عنوان انحراف در مقدار بین مقدار فشار افزایشی و کاهشی اندازه گیری شده در یک نقطه پله تعریف می شود.

 عدم قطعیت گیج فشار

در مواردی که کالیبراسیون مربوط به یک ابزار اندازه گیری فشار آنالوگ است، چندین منبع عدم قطعیت وجود دارد. برخی از آنها در زیر ارائه شده است:

• عدم قطعیت ابزار مرجع در شرایط استفاده (عدم قطعیت گواهی کالیبراسیون، پایداری طولانی مدت، شرایط محیطی و غیره)
• عدم قطعیت به دلیل تکرارپذیری
• عدم قطعیت به دلیل قدرت تفکیک محدود ابزار مورد آزمایش
• عدم قطعیت ناشی از هیسترزیس ابزار مورد آزمایش
• عدم قطعیت ناشی از برآورد تصحیح سر بین ابزار مورد آزمایش و ابزار مرجع
• سوگیری شخصی در خواندن ابزارهای آنالوگ

 

بررسی استاندارد فشار مطلق، فشار گیج، فشار اتمسفر و فشار دیفرانسیل

فشار را می توان به عنوان اندازه گیری نیرو در واحد سطح بیان کرد. انواع مختلفی از اندازه گیری فشار بر اساس تفسیر آنها وجود دارد. فشار اتمسفر و فشار صفر مطلق اندازه دو فشار مرجع هستند. فشاری که فشار اتمسفر را به عنوان مرجع می گیرد، فشار گیج است. فشاری که فشار صفر مطلق را به عنوان نقطه مرجع می گیرد، فشار مطلق است. به طور خلاصه، انواع فشار عبارتند از:

 

• فشار اتمسفر (Patm): فشار روی سطح زمین.
• فشار مطلق (Pa) یا (Pabs) : فشار اتمسفر به اضافه گیج یا فشار خلاء.
• فشار گیج (Pg) یا (Pgauge): فشار مثبت درون یک سیستم منهای فشار اتمسفر.
• فشار خلاء (Pvac): فشار منفی در یک سیستم منهای فشار اتمسفر.
• فشار دیفرانسیل (dp): تفاوت بین دو نقطه فشار.

فشار اتمسفر

فشار اتمسفر (Pa)  فشار روی سطح زمین است. این فشار در نتیجه وزن هوا در بالای سطح است. بنابراین در ارتفاعات بالاتر فشار اتمسفر در مقایسه با سطح دریا کمتر است.

فشار مطلق

فشار مطلق (Pa) یا (Pabs)  فشاری است که فشار صفر مطلق یا خلاء کامل را نقطه مرجع خود در نظر می گیرد. بنابراین، هرگز نمی تواند ارزش منفی داشته باشد. می توان آن را به صورت مجموع فشار گیج و فشار اتمسفر بیان کرد.

Pa=Pg+Patm

که در آن (Pa) فشار مطلق، (Pg) فشار گیج و (Patm) فشار اتمسفر است.

فشار مطلق فشار اتمسفر را در نظر می گیرد. بنابراین، قرائت فشار ممکن است با تغییر در فشار اتمسفر که ممکن است به دلیل تغییرات ارتفاع رخ دهد، تغییر کند. استفاده از سنسور فشار مطلق برای اندازه گیری فشار مطلق، اتکا به تغییر فشار اتمسفر را برای مرجع حذف می کند. اندازه گیری فشار مطلق در کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری خلاء با دقت بالا دارند، مطلوب است.

استاندارد فشار سنج گیج

فشار گیج یا فشار نسبی (Pg) تفاوت بین فشار اندازه گیری شده و فشار اتمسفر محلی است. اگر فشار اندازه گیری شده کمتر از فشار اتمسفر باشد، ممکن است یک مقدار منفی برای فشار گیج داشته باشیم (بنابراین برای خلاء، می توان آن را به صورت (Pvac) بیان کرد. فرمول فشار سنج را می توان به صورت زیر بیان کرد:

Pg=P1-Patm

جایی که، (Pg) فشار گیج، (P1) فشار اندازه گیری شده و (Patm) فشار اتمسفر محلی اطراف سنسور فشار است.

سنسورهای فشار دارای یک عنصر حسگر مانند دیافراگم هستند که در اثر تغییر فشار منحرف می شود. سنسورهای فشار برای استفاده از فشار اتمسفر به عنوان نقطه مرجع خود به تهویه نیاز دارند. فشار گیج مستقل از فشار اتمسفر است و با افزایش ارتفاع تغییر نمی کند زیرا فشار گیج همیشه فشار اتمسفر محلی را در نظر می گیرد. بنابراین برای اندازه گیری فشار در لوله ها و مخازنی که فشار بالاتر از فشار اتمسفر است مناسب است.

استاندارد فشار دیفرانسیل

شکل 2: ΔP (H) فشار دیفرانسیل و P₀ و P₃ قرائت فشار هستند.

شکل 2: ΔP (H) فشار دیفرانسیل و P0 و P3 قرائت فشار هستند.

فشار دیفرانسیل (dP یا ΔP) به عنوان اختلاف بین دو فشار اعمال شده تعریف می شود. یک مقدار فشار به عنوان مرجع استفاده می شود و برای خواندن مقدار فشار دیگر استفاده می شود. اکثر خوانش های فشار را می توان فشار دیفرانسیل نامید زیرا فشار نسبت به فشار اتمسفر یا خلاء مطلق اندازه گیری می شود. اندازه‌گیری فشار تفاضلی در اندازه‌گیری افت یا کاهش فشار از یک طرف جسم به سمت دیگر مفید است. فرمول فشار دیفرانسیل را می توان به صورت زیر بیان کرد:

ΔP=Po-P3

جایی که  ΔP فشار دیفرانسیل است و P0 و P3 خوانش فشار هستند.

فشار دیفرانسیل فشار اتمسفر را در نظر نمی گیرد. برخی از کاربردهای رایج اندازه گیری فشار دیفرانسیل عبارتند از:

• اندازه گیری جریان
• اندازه گیری چگالی
• اندازه گیری سطح در مخازن
• مانیتورینگ پمپ و شیرها
• سیستم های نظارت بر حریق