Hiệu chuẩn transmitter áp suất 4–20 mA: sơ đồ vòng, sai số theo khoảng đo, lúc nhận và sau chỉnh

Hiệu chuẩn transmitter áp suất 4–20 mA: sơ đồ vòng dòng điện, công thức dòng và sai số theo phần trăm khoảng đo, trình tự lúc nhận và sau chỉnh, ví dụ 0–16 bar, lưu ý về HART và điểm 0.

Trong hệ thống điều khiển quá trình, áp suất hiếm khi được đọc trên mặt áp kế mà đi qua transmitter (bộ chuyển đổi áp suất) thành dòng 4–20 mA về PLC, DCS. Một transmitter sai 0,3 % có thể làm bơm chạy sai điểm, van an toàn không được bảo vệ đúng, mức bồn tính lệch hàng trăm lít. Hiệu chuẩn transmitter có những điểm riêng: phải kiểm cả phần đo áp suất lẫn phần phát dòng điện, phân biệt rõ việc đặt dải bằng HART với việc hiệu chuẩn thật, và ghi kết quả trước và sau khi chỉnh. Bài này trình bày sơ đồ, trình tự, cách tính sai số theo phần trăm khoảng đo, một ví dụ lúc nhận và sau chỉnh, và những lưu ý khi làm tại hiện trường.

1. Sơ đồ hiệu chuẩn

• Đầu vào: bơm tay (khí hoặc dầu) tạo áp, áp kế chuẩn đo áp suất thật; hoặc bộ hiệu chuẩn áp suất tích hợp cả bơm và cảm biến chuẩn.
• Đầu ra: transmitter 2 dây lấy nguồn từ chính vòng dòng điện; đồng hồ mA chuẩn mắc nối tiếp đo dòng. Cũng có thể đo điện áp trên điện trở chuẩn 250 Ω (1–5 V) nếu điện trở đó đã biết chính xác.
• HART: giao tiếp số chồng lên dòng 4–20 mA, cần điện trở vòng tối thiểu khoảng 250 Ω; thiết bị cầm tay HART dùng để đọc cấu hình, đặt dải và chỉnh (trim).
• Chuẩn áp suất và đồng hồ mA đều phải tốt hơn nhiều so với độ chính xác của transmitter; với transmitter ±0,1 % khoảng đo, chuẩn cần cỡ ±0,025 % hoặc tốt hơn.

2. Quan hệ áp suất và dòng điện

Dòng ra lý tưởng là I = 4 + 16·(p − LRV)/(URV − LRV), với LRV, URV là giá trị áp suất ứng với 4 mA và 20 mA. Sai số tính theo phần trăm khoảng đo:

e = (I_đo − I_{lý tưởng}) / 16 mA × 100 %

Hai dạng sai số cơ bản: lệch điểm 0 (đường dịch song song, sai như nhau ở mọi điểm) và lệch khoảng đo (độ dốc sai, sai số tăng theo áp suất). Thực tế thường có cả hai, cộng thêm phi tuyến và trễ nhỏ. Theo khuyến nghị NAMUR NE 43, tín hiệu dưới 3,8 mA hoặc trên 20,5 mA là vượt dải, còn từ 3,6 mA trở xuống hoặc 21 mA trở lên là báo lỗi thiết bị.

3. Trình tự hiệu chuẩn

1. Ghi cấu hình: đọc bằng HART dải LRV, URV, đơn vị, giảm chấn, chế độ đầu ra; chụp lại để so sau.
2. Cách ly transmitter khỏi quá trình (van, khóa liên động), báo cho người vận hành vì tín hiệu sẽ thay đổi.
3. Nối nguồn áp chuẩn và đồng hồ mA; xả khí hoặc chất lỏng trong ống để tránh cột chất lỏng làm lệch.
4. Đo lúc nhận (as found) tại 0, 25, 50, 75, 100 % khoảng đo theo chiều tăng rồi chiều giảm; chờ ổn định ở mỗi điểm, chú ý thời gian giảm chấn.
5. Đánh giá: nếu mọi điểm trong giới hạn thì kết thúc; nếu không, chỉnh.
6. Chỉnh: chỉnh phần đo (sensor trim) ở hai điểm áp suất chuẩn, và chỉnh phần phát dòng (output trim) bằng đồng hồ mA nếu dòng ra không khớp giá trị số.
7. Đo sau chỉnh (as left) lại toàn bộ các điểm, ghi cả hai bảng vào giấy chứng nhận.

Quy trình hiệu chuẩn bộ chuyển đổi áp suất trong nước là ĐLVN 112:2002; phương pháp đánh giá tính năng thiết bị đo quá trình có trong bộ IEC 61298.

4. Ví dụ: transmitter 0–16 bar, ±0,1 % khoảng đo

Lúc nhận, transmitter chỉ 4,040 mA ở 0 bar (lệch điểm 0 +0,25 %) và sai số giảm dần theo áp suất (lệch khoảng đo khoảng −0,3 %). Ba điểm đầu vượt giới hạn ±0,1 %. Đây là thông tin quan trọng: các giá trị áp suất thấp mà hệ thống ghi nhận từ lần hiệu chuẩn trước có thể cao hơn thực tế tới 0,04 bar, cần đánh giá ảnh hưởng tới quá trình. Sau khi chỉnh điểm 0 và khoảng đo, sai số lớn nhất còn +0,038 %, trong đó phần chênh giữa chiều tăng và chiều giảm (trễ) khoảng 0,03 %.

5. Những điều cần nhớ

• Đặt dải bằng HART không phải hiệu chuẩn: đổi LRV, URV chỉ đổi phép tính bên trong. Muốn biết transmitter đúng hay sai vẫn phải cấp áp suất chuẩn và đo dòng thật.
• Hai loại chỉnh: chỉnh cảm biến (sensor trim) sửa phép đo áp suất, chỉnh đầu ra (output trim, D/A trim) sửa bộ phát dòng. Chỉnh nhầm loại sẽ che mất lỗi thật.
• Điểm 0 sau khi lắp: tư thế lắp, ống dẫn chứa chất lỏng, màng cách ly có dầu làm lệch điểm 0; chỉnh điểm 0 tại chỗ ở áp suất 0 đã biết, ghi lại lượng chỉnh.
• Áp suất tĩnh: transmitter chênh áp làm việc ở áp suất đường ống cao có thể lệch điểm 0 và khoảng đo so với khi hiệu chuẩn ở áp suất khí quyển; xem thông số ảnh hưởng áp suất tĩnh của nhà sản xuất.
• Điện áp vòng: nguồn 24 V trừ sụt áp trên điện trở vòng, rào chắn an toàn, cáp phải còn đủ điện áp tối thiểu cho transmitter ở 20 mA; thiếu áp làm dòng bị cắt ở đầu trên.
• Giảm chấn: giá trị giảm chấn lớn làm tín hiệu đáp ứng chậm; đọc sớm sẽ tưởng là trễ.

6. Những lỗi hay gặp

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 áp kế lò xo và áp kế hiện số, áp suất tuyệt đối, dư, chênh và chân không, các nguồn sai số khi đo áp suất.