در مطالب قبلی وبلاگ پریسماتک به بررسی اصول کار فلومترهای کوریولیس و نیز روش نصب فلومترهای کوریولیس پرداختیم. اما دما، فشار و سایر مشخصه‌های سیال می‌توانند تا حد قابل توجهی نسبت به شرایط آزمایشگاهی استاندارد کالیبراسیون تغییر کنند. به همین دلیل نیاز است تا تجهیزات مورد استفاده در شرایط صنعتی به صورت دوره‌ای کالیبراسیون مجدد شوند. فلومترهای کوریولیس نیز از این قاعده مستثنی نیستند. در این مطلب از وبلاگ پریسماتک به بررسی کالیبراسیون فلومتر کوریولیس می‌پردازیم. تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.
اصول کار فلومتر کوریولیس
اصول کار فلومتر کوریولیس بر اساس اصول مکانیک حرکت است. با حرکت سیال درون لوله مرتعش، نیروی کوریولیس ایجاد می‌شود. با نزدیک شدن سیال به نقطه اوج دامنه ارتعاش، سیال باید شتاب زاویه‌ای خود را افزایش دهد تا با ارتعاشات لوله حرکت کند. به طریق مشابه، شتاب زاویه‌ای هنگام دور شدن سیال از نقطه اوج دامنه ارتعاش و نزدیک شدن به نقطه خروج از لوله کاهش می‌یابد. در نتیجه یک عکس‌العمل پیچشی از لوله فلو در طول حرکت سیال و گذار آن از سیکل‌های مختلف ارتعاش رخ می‌دهد. برای اطلاع از نحوه دقیق عملکرد فلومترهای کوریولیس به این مطلب مراجعه بفرمائید. قبل از توضیح کالیبراسیون فلومتر کوریولیس به بررسی این امر می‌پردازیم که چه عواملی فلومتر کوریولیس را تا این اندازه دقیق و قابل اعتماد در کاربردهای مختلف می‌سازند.
مزایای فلومتر کوریولیس
فلومترهای کوریولیس قادرند علاوه بر فلو جرمی، چگالی و نیز فلو حجمی سیال را اندازه‌گیری کنند. همچنین نصب این فلومترها نیز راحت‌تر است. برخی فلومترها برای اطمینان از عملکرد صحیح به چند متر لوله مستقیم در بالادست و پایین دست تجهیز نیاز دارند. اما فلومترهای کوریولیس این نیاز را ندارند و برای نصب در بسیاری از مکان‌های چالشی مناسب هستند. با این همه، یکی از کلیدی‌ترین مزایای فلومتر کرویولیس این توانایی آن‌هاست که می‌توانند فلو گازها و نیز مایعات را بدون نیاز به تنظیمات یا اصلاحات اندازه بگیرند. این توانایی مخصوص فلومترهای کوریولیس است.
علاوه بر این، این نوع فلومتر جرمی می‌تواند فلوی آب، نفت سبک و سیالات ویسکوز را نیز اندازه بگیرند. به دلیل عدم وجود قسمت‌های متحرک، سیال ویسکوز بر عملکرد هیچ قسمتی از دستگاه تاثیر منفی ندارد و باعث گرفتگی نمی‌شود. نکته بسیار مهم دیگر مورد فلومتر کوریولیس این است که این تجهیز هیچ بخش مکانیکی در معرض فرسودگی و کهنگی ندارد. همین امر طول عمر تجهیز را تا حد قابل توجهی افزایش می‌دهد. مزیت دیگر این ویژگی که خاص فلومتر کوریولیس است این است که مانند سایر انواع فلومترهای دارای بخش مکانیکی، نیاز به کالیبراسیون مکرر ندارند. المان اندازه‌گیر در معرض رسوب و تغییر در طول زمان نیست.
دستگاه‌های کمی هستند که بتوانند چنین عملکرد منعطفی نسبت به سیال تحت سنجش خود داشته باشند. هنگامی که فلومتر کوریولیس در حال تولید است، توسط سازنده (معمولا با سیال آب) کالیبراسیون می‌شود تا ضرایب کالیبراسیون برای آن واحد به دست آید. بر اساس تئوری، این تجهیز پس از آن می‌تواند برای اندازه‌گیری فلو سیالات مختلف با چگالی و ویسکوزیته‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. اما در عمل، بسته به شرایط فرایند، عدم قطعیت اندازه‌گیری می‌تواند مقادیر بسیار بزرگی باشد.
شرایط کالیبراسیون فلومترهای کوریولیس
برای انجام اندازه‌گیری دقیق و بهینه، فلومتر باید در نزدیک‌ترین شرایط به شرایط کاری مورد استفاده کالیبره شود. دلیل این امر این است که فشار، دما و مشخصه‌های سیال فرایند ممکن است نسبت به شرایط معمول آزمایشگاهی تفاوت داشته باشند. بسیاری از شرکت‌های مربوطه، انجام کالیبراسیون در شرایط کاری نزدیک به محیط دستگاه و با آب یا یک روغن با ویسکوزیته پایین را پیشنهاد می‌دهند. واضح است که تطبیق تمام مولفه‌های سیال کالیبراسیون با سیال فرایند به دلیل وجود محدودیت‌های تجهیزات کالیبراسیون موجود، تقریبا امری غیر ممکن است. دلیل آن هم وجود محدودیت‌هایی مانند بازه نرخ فلو، بازه دما، بازه فشار و حتی مشخصه‌های فیزیکی سیال است که به این معنی است شرکت‌ها عمدتا نمی‌توانند تمام پارامترهای سیال مورد نظر مشتریان را برآورده کنند.
آیا موارد بیان شده در بالا به این معنی هستند که نمی‌توان از فلومتر برای اندازه‌گیری دبی سیال استفاده کرد، مگر اینکه دقیقا در شرایط کاری خود کالیبره شده باشد؟ خیر. اکثر فلومترهای کوریولیس می‌توانند در شرایط نسبتا مشابه با شرایط کاری واقعی کالیبره شوند. در این حالت فقط مقداری بر عدم قطعیت اندازه‌گیری‌های فلومتر افزوده می‌شود. یا به عبارت دیگر اندازه‌گیر‌های دستگاه کمتر دقیق بوده و بیشتر مستعد اندازه‌گیری اشتباه است. بنابراین میزان دقت به نوع کاربرد بستگی دارد.
عدم قطعیت بالا برای اندازه‌گیری مقادیر بالا از فراورده‌های گران قیمت مانند نفت و گاز و بنزین خروجی از پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها قابل قبول نیست. زیرا عدم دقت در طولانی مدت موجب خسارت مادی بالایی می‌شود. اما برای اندازه‌گیری مقادیر کم از یک محصول ممکن است داشتن مقادیر بالاتر عدم قطعیت اندازه‌گیری نیز قابل قبول باشد. در این حالت می‌توان کالیبراسیون فلومتر را در شرایطی انجام داد که کاملا مطابق با شرایط کاری دستگاه نیست. برای بهره بردن از این امکان، فلومتر انتخاب‌شده باید حساسیت پایینی نسبت به تغییرات شرایط مختلف فرایند داشته باشد.
فلومتر کوریولیس یکی از انواع فلومترها است که این ویژگی را دارد. به همین دلیل امروزه بسیاری از صنایع از جمله نفت و گاز، داروسازی، صنایع غذایی و صنایع لبنی و نوشیدنی، فلومتر کوریولیس را به عنوان جایگزین انواع سنتی فلومتر مانند فلومترهای توربینی، اختلاف فشار و جابه‌جایی مثبت انتخاب می‌کنند.
از نظر تاثیر فشار و دما بر عملکرد باید گفت فلومترهای کوریولیس به طور کامل نسبت به تغییرات فیزیکی در شرایط کاری ایمن نیستند. مشخص شده است که Young’s modulus تیوب فلو با افزایش و کاهش دما و فشار تغییر می‌کند. این تغییر در سفتی تیوب موجب کاهش یا افزایش پیچش یا شیفت فاز در فلومتر کوریولیس می‌شود. فلومتر کوریولیس نوع تیوب Uشکل نسبت به فشار under-read خطی از خود نشان می‌دهد. اما فلومترهای کوریولیس نوع لوله مستقیم over-read خطی نسبت به فشار دارند. همچنین باید نیروهای محوری که به دلیل فشار و دما روی تیوب اندازه‌گیری عمل می‌کنند را نیز در نظر گرفت.
برای در نظر گرفتن تمام این تاثیرات، سازنده فلومتر کوریولیس در قسمت پردازنده فلومتر از ضرایب تصحیح متناسب با تغییرات فشار و دما مخصوص هر تجهیز استفاده می‌کند. مقاوم بودن این تصحیح‌کننده‌ها بسته به نوع فلومتر کوریولیس دارد.
کالیبراسیون فلومتر کوریولیس
در مورد تجهیزات گران قیمت با تکنولوژی جدید، مانند فلومتر کوریولیس لازم است به نکات زیادی توجه شود. یکی از مهم‌ترین فاکتورها که هنگام کالیبراسیون فلومتر کوریولیس باید به آن توجه کرد، قابلیت ردیابی یا پیگیری (traceability) آن است. کالیبراسیون فلومتر کوریولیس نیز به اندازه طراحی، مهارت و کیفیت ساخت آن در داشتن یک اندازه‌گیری دقیق مهم است. مهارت، تجربه و اعتبار سازنده موارد مهمی هستند که با توجه به آن‌ها می‌توان تعیین کرد آیا کالیبراسیون فلومتر کوریولیس خود را به سازنده بسپاریم یا آن را برای کالیبراسیون به شرکت‌های مخصوص کالیبراسیون بفرستیم. بنابراین توصیه می‌شود هنگام خرید فلومتر کوریولیس سازنده‌ای را انتخاب کنید که کالیبراسیون دستگاه و خدمات پس از فروش لازم را به شما ارائه دهد. کالیبراسیون تمام تجهیزات پریسماتک با کیفیت بسیار عالی توسط متخصصان خود سازنده انجام می‌شود و نیازی به بیرون‌سپاری کالیبراسیون و صرف هزینه جداگانه وجود ندارد.
فلومترهای کوریولیس روش ساخت یکسانی ندارند و هر کدام دقت‌های مختلفی در اندازه‌گیری دارند. همان طور که قبلا بیان کردیم، در کاربردهای مختلف سطوح دقت مختلفی مورد نیاز است. به عنوان مثال، در فلومترهای کوریولیس مورد استفاده در صنایع داروسازی و انتقال نفت و گاز (custody transfer) بالاترین سطح دقت لازم است. استانداردهای مورد نیاز برای دقت در موارد مختلف معمولا در هر کشور متفاوت است و سازندگان برای صادرات محصولات خود باید این موارد را در نظر بگیرند.
در مورد کالیبراسیون فلومتر کوریولیس باید به چند نکته مهم توجه کرد. اولین نکته، همانطور که قبلا هم به آن اشاره کردیم، قابلیت ردیابی استاندارد مرجع مورد استفاده در کالیبراسیون فلومتر کوریولیس است. مورد دیگر، روش کالیبراسیون مورد استفاده برای هر مدل خاص فلومتر کوریولیس است.
قابلیت ردیابی (traceability) اندازه‌گیری
قابلیت ردیابی یا traceability دو المان اساسی دارد که عبارتند از:
- یک زنجیره بی نهایت از مقایسه اندازه‌گیری‌ها، هر کدام با یک استاندارد بالاتر، که به تدریج به استانداردهای مرجع ملی یا بین‌المللی می‌رسد.
- وجود محاسبات عدم قطعیت مستندشده که شامل عدم قطعیت‌های انباشتی اندازه‌گیری‌های قبلی در زنجیره مقایسه‌ها باشد.
برای هر تاسیسات ضروری است که مهم‌ترین ابزار اندازه‌گیری و کنترل فلو فرایند آن (مانند فلومتر کوریولیس) دارای استاندارد محلی، ملی و بین‌المللی باشد و همچنین بر استانداردهای کیفیت داخلی مورد نظر خود هم مطابقت داشته باشد. داشتن قابلیت ردیابی اندازه‌گیری بسیار سخت‌گیرانه با استانداردهای بین‌المللی کمک می‌کند تجهیزات اندازه‌گیری فلو بر آن استانداردها منطبق باشند.
در مورد اندازه‌گیری فلو جرمی، مانند اندازه‌گیری با فلومتر کوریولیس، این ردیابی در نهایت به استاندارد بین‌المللی جرم (International Mass Standard) باز می‌گردد که توسط Planck constant تعیین می‌شود. ردیابی مسیری را مستند می‌کند که توسط آن همه چیز به یک نقطه شروع مرکزی ثابت می‌رسد. علاوه بر این، قابلیت ردیابی به یک تاسیسات این امکان را می‌دهد که یک سطح عدم قطعیت مناسب را برای اندازه‌گیری‌ها تعیین و اعمال کنند. یافتن تعادل صحیح بین هزینه‌های عدم قطعیت و مزایای کیفیت محصولات و بازده فرایند با درک عدم قطعیت مستند شده در مدارک قابلیت ردیابی یا وبسایت شرکت مربوط به محصول مورد نظر امکان‌پذیر است. در تمام نمونه‌ها، سطح دقت یک محصول به سطح عدم قطعیت آن بستگی دارد. در تصویر زیر، یک زنجیره از قابلیت ردیابی نشان داده شده است.
روش‌های کالیبراسیون فلومتر کوریولیس
در کالیبراسیون فلومتر کوریولیس، قابلیت ردیابی یک استاندارد مرجع کالیبراسیون بسیار مهم است، اما روش کالیبراسیون نیز اهمیت بالایی دارد. فرایند کالیبراسیون نیازمند یک رویه به دقت کنترل‌شده و نیز یک محیط است که در آن تست‌های تکرارپذیر روی دستگاه انجام شود. هنگام کالیبراسیون فلومتر کوریولیس دو روش مجزا وجود دارند که می‌توان توسط آن‌ها به کالیبراسیون بهینه دست یافت. برای سایر انواع فلومترها روش‌های دیگری وجود دارند که برای تجهیزاتی به کار می‌روند که لازم نیست نرخ فلو عبوری را با دقت مورد انتظار از یک فلومتر کوریولیس اندازه‌گیری کنند.
روش کالیبراسیون فلومتر کوریولیس شروع/پایان استاتیک
زمانی که دسته یا بچ کالیبراسیون با شرایط فلو صفر شروع می‌شود و پایان می‌یابد، یک روش شروع/پایان استاتیک (Static start/finish) کالیبراسیون وزنی است. در این روش از ترازو به عنوان مرجع استفاده می‌شود و ترازو با استفاده از استانداردهای جرم قابل ردیابی کالیبره شده است. در این مثال، مایع آزمایش آب است. آب از طریق واحد تحت آزمایش (UUT) اندازه‌گیری و در مخزن جمع آوری می‌شود. در پایان آزمایش، مخزن مجدداً وزن شده و با جرم کل اندازه‌گیری شده توسط UUT مقایسه می‌شود.
در کاربردهایی که لازم است عدم قطعیت بهتری به دست آید، جرم نشان داده شده در ترازو به دلیل اثر شناوری بر روی آب در مخزن و همچنین به دلیل اثر شناوری بر روی هر لوله غوطه‌ور در راه‌اندازی تصحیح می‌شود. . فشار و دمای سیال در بالادست و پایین دست UUT اندازه‌گیری می شود. برای شروع/پایان استاتیک، فشار محیط، دما و رطوبت در طول هر آزمایش اندازه‌گیری می‌شود. شکل زیر نحوه عملکرد این روش را به صورت گرافیکی نشان می‌دهد.
روش استاندارد انتقال
روش کالیبراسیون فلومتر کوریولیس استاندارد انتقال (TSM) کالیبراسیون یک روش شروع/پایان پویا است که در آن یک دسته یا بچ با یک جریان ثابت شروع شده و به پایان می‌رسد. با استفاده از آب به عنوان سیال آزمایش، کالیبراسیون در مجرای بسته انجام می‌شود. آب از هر دو تجهیز مرجع (RM) و واحد تحت آزمایش عبور می‌کند. در این مثال، از دو فلومتر کوریولیس مرجع استفاده شده است که به عنوان تجهیزهای اصلی یا master شناخته می‌شوند و در ابتدا با استاندارد فلو جرمی معتبر ISO/IEC 17025 مبتنی بر روش شروع/پایان استاتیک کالیبره شده‌اند. قابلیت ردیابی مرتبط با این روش سالانه با استفاده از متر مرجع جهانی برای آزمایش مقایسه حفظ می‌شود.
با روش TSM مجموع جرم از UUT با کل جرم از RM با استفاده از شمارنده پالس مقایسه می‌شود. شمارنده‌های پالس برای UUT و RM همزمان روشن و خاموش می‌شوند. اندازه‌گیری دما و فشار در بالادست و پایین دست سیال برای اطمینان از سازگاری و تکرارپذیری انجام می‌گیرد. شکل زیر روش کالیبراسیون فلومتر کوریولیس استاندارد انتقال (TSM) را نشان می‌دهد.
تناسب با عدم قطعیت هدف
هنگام در نظر گرفتن روش‌های کالیبراسیون و استانداردهای ردیابی، باید به هزینه‌های رسیدن به هر سطح بالاتر و بهبود عدم قطعیت توجه کرد. همچنین باید به این نکته توجه کرد که با توجه به تأثیر بر فرآیندی که در آن از فلومتر کوریولیس استفاده می‌شود، چقدر عدم قطعیت ممکن است قابل توجیه باشد. تعیین سطوح عدم قطعیت یک تجهیز با ترکیب عدم قطعیت هر یک از مراحل قابل ردیابی تا کالیبراسیون تجهیز انجام می‌شود. عدم قطعیت در بازه‌های کوچکی افزایش می‌یابد که غالباً تاثیرش بر نتایج فرآیند ناچیز است و در هر مرحله از زنجیره ردیابی پایین‌تر می‌رود.
اما چه اتفاقی می‌افتد وقتی یک فلومتر کوریولیس آزمایشگاه را ترک می‌کند و دیگر در محیط کنترل شده‌ای که کالیبره شده نیست؟ در این حالت اثرات ثانویه وارد عمل می‌شوند و عدم قطعیت بیشتری به عملکرد تجهیز در محل در یک فرآیند اضافه می‌کنند. عدم قطعیت کالیبراسیون و اثرات فرآیند روی فلومتر با هم ترکیب می‌شوند و عدم قطعیت نهایی اندازه‌گیری را تعیین می‌کنند. به همین دلیل مهم است که هم عدم قطعیت کالیبراسیون و هم تاثیر و بزرگی اثرات ثانویه یک فرآیند را درک کنیم تا سطح مناسب عدم قطعیت کالیبراسیون را که برای اطمینان از کیفیت محصول نهایی مورد نیاز یا قابل قبول است، بدانیم.
اگر این مطلب برای شما مفید بود، شاید مطالب زیر نیز برای شما مفید باشند:
نصب فلومتر کوریولیس چگونه است؟
عیب‌یابی کنداکتیوتی متر ــ راهنمای کاربردی
مس فلومتر یا فلومتر جرمی چیست؟
فلومتر التراسونیک ــ راهنمای جامع
کالیبراسیون رفراکتومتر چگونه انجام می‌شود؟
پریسماتک اولین تولیدکننده رفرکتومتر، فلومتر و کنداکتیویتی‌مترهای صنعتی در انواع مختلف است. برای راهنمایی در انتخاب این ابزارها با شماره‌های شرکت تماس بگیرید.
محصولات پریسماتک:
انواع فلومترهای الکترومغناطیسی
