Các nguồn sai số khi đo áp suất: cột chất lỏng, dao động, nhiệt độ, trôi và ngân sách sai số

Vì sao đo áp suất tại hiện trường sai hơn lúc hiệu chuẩn: điểm lấy áp, cột chất lỏng trong ống dẫn, dao động và giảm chấn, nhiệt độ, trôi, lắp đặt; ví dụ ngân sách sai số và danh sách kiểm tra.

Một transmitter vừa hiệu chuẩn đạt ±0,1 % trên bàn thí nghiệm, lắp lên hệ thống lại chỉ lệch 1 %. Lý do thường không nằm ở transmitter mà ở những thứ xung quanh nó: ống dẫn áp đầy nước làm thành một cột chất lỏng, van cân bằng chưa đóng kín, áp suất sau bơm dao động mạnh, nắng chiếu làm nóng một phía. Bài này đi qua các nguồn sai số khi đo áp suất tại hiện trường, độ lớn điển hình của từng nguồn, cách nhận ra và cách giảm, rồi gộp lại thành một ngân sách sai số để thấy vì sao độ trôi và nhiệt độ thường lớn hơn độ chính xác ghi trên phiếu thông số.

1. Chuỗi đo áp suất và nơi sai số xuất hiện

• Điểm lấy áp: đặt ở chỗ dòng chảy xoáy, sau co, van tiết lưu hoặc bơm, áp suất đo được không đại diện cho áp suất cần đo. Lỗ lấy áp có ba via, bám cặn cũng làm sai.
• Ống dẫn áp: chứa chất lỏng hoặc khí không đúng như giả định; bọt khí trong ống chất lỏng, nước đọng trong ống khí, ống tắc làm đáp ứng chậm.
• Van, cụm van: van cân bằng của transmitter chênh áp chưa đóng kín làm hai cổng thông nhau; khớp nối rò rỉ.
• Transmitter: trôi theo thời gian, ảnh hưởng nhiệt độ, tư thế lắp, quá áp.
• Tín hiệu: thang đo cài trong PLC khác dải của transmitter, độ phân giải đầu vào tương tự, nhiễu.

2. Cột chất lỏng

Nếu ống dẫn đầy chất lỏng và cảm biến đặt thấp hơn điểm lấy áp một đoạn Δh, cảm biến đo thêm áp suất của cột chất lỏng ρ·g·Δh. Với nước, mỗi mét chênh là khoảng 98 mbar, gần 1 % của dải 10 bar. Đặt cao hơn thì ngược lại.

• Bù bằng cách chỉnh điểm 0 tại chỗ khi hệ thống không có áp và ống đầy chất lỏng, hoặc tính và trừ ρ·g·Δh.
• Ống khí: đặt cảm biến cao hơn điểm lấy áp để nước ngưng chảy về đường ống; nước đọng trong ống khí tạo cột lỏng không xác định.
• Ống chất lỏng: đặt cảm biến thấp hơn để bọt khí thoát lên; xả khí định kỳ.
• Đo mức bằng chênh áp với ống ướt (wet leg): mật độ chất lỏng trong ống thay đổi theo nhiệt độ cũng làm sai.

3. Áp suất dao động và giảm chấn

Sau bơm piston, máy nén, hoặc khi có búa nước, áp suất dao động nhanh quanh giá trị trung bình. Đọc một lần trên tín hiệu như vậy là lấy ngẫu nhiên một điểm trong dải dao động. Áp kế lò xo còn bị mòn cơ cấu nhanh khi kim rung liên tục.

• Giảm chấn bằng phần cứng: bộ giảm chấn (snubber), ống mao dẫn, áp kế có dầu glycerin.
• Giảm chấn điện tử: đặt hằng số thời gian trong transmitter hoặc lấy trung bình trong PLC; đổi lại đáp ứng chậm, không dùng cho vòng điều khiển cần nhanh hoặc bảo vệ quá áp tức thời.
• Khi hiệu chuẩn tại chỗ, phải biết giảm chấn đang đặt bao nhiêu và chờ đủ thời gian sau mỗi bước áp suất.

4. Nhiệt độ, trôi và lắp đặt

• Nhiệt độ môi trường làm trôi điểm 0 và độ nhạy; phiếu thông số thường ghi ảnh hưởng theo mỗi 10 °C hoặc 28 °C. Nắng chiếu trực tiếp có thể làm thân transmitter nóng hơn không khí 20–30 °C.
• Nhiệt độ môi chất: hơi nước, dầu nóng truyền nhiệt vào cảm biến; dùng ống dẫn đủ dài hoặc ống xi phông để làm nguội.
• Màng cách ly và ống mao dẫn chứa dầu: dầu giãn nở theo nhiệt độ làm lệch điểm 0, càng lớn khi ống mao dẫn dài và màng nhỏ.
• Trôi dài hạn: thường được nhà sản xuất ghi theo % giới hạn trên của dải mỗi năm; đây là lý do phải hiệu chuẩn định kỳ.
• Tư thế lắp: cảm biến điện dung, áp kế lò xo bị lệch điểm 0 khi lắp khác tư thế lúc hiệu chuẩn; chỉnh điểm 0 sau khi lắp.
• Quá áp: búa nước hoặc thử áp vượt dải có thể làm màng cảm biến biến dạng vĩnh viễn.

5. Ngân sách sai số tại hiện trường

Gộp các nguồn theo căn tổng bình phương, transmitter "±0,1 %" sau một năm sử dụng ngoài hiện trường có độ không đảm bảo mở rộng khoảng ±0,18 % khoảng đo, tức ±18 mbar trên dải 10 bar. Hai nguồn lớn nhất là độ trôi dài hạn và nhiệt độ môi trường, không phải độ chính xác lúc xuất xưởng. Muốn giảm: hiệu chuẩn định kỳ dày hơn, che nắng và cách nhiệt, bù cột chất lỏng, chọn transmitter có thông số trôi và ảnh hưởng nhiệt nhỏ.

6. Danh sách kiểm tra nhanh

Khi nghi ngờ một điểm đo áp suất, đi theo thứ tự: xác nhận cấu hình (dải, đơn vị, áp tuyệt đối hay dư), kiểm tra điểm 0 khi cách ly và xả áp, kiểm tra rò rỉ bằng cách đóng van và theo dõi, so với một áp kế chuẩn cầm tay lắp song song, cuối cùng mới tháo transmitter đi hiệu chuẩn.

7. Xem thêm

• Cảm biến áp suất: cấu tạo, nguyên lý áp trở, điện dung, áp điện và cách chế tạo.
• Các bài khác trong loạt: hiệu chuẩn transmitter 4–20 mA, các loại áp suất và an toàn, thực hành hiệu chuẩn cảm biến áp suất với áp kế chuẩn.