التوازن المثالي: كيف تحقق افضل معايرة للحساسات في مصنعك
عندما يقوم المهندسون بتصميم المصانع الحديثة، يقومون بتحديد مجموعة من أجهزة الاستشعار (الحساسات) sensors لقياس متغيرات العملية ، مثل التدفق والمستوى السائل في الخزان والضغط والحرارة.
تُستخدم هذه القياسات لمساعدة نظام التحكم في العملية على ضبط الصمامات والمضخات وغيرها من المشغلات في المصنع للحفاظ على القيم الصحيحة لهذه الكميات وضمان التشغيل الآمن.
إذا، كيف يمكن للمصنع الحفاظ على تشغيل هذه الحساسات بحيث يتم استشعار القيمة الفعلية للعملية وتمريرها إلى نظام التحكم؟
في هذا المقال، ستتعرف على أن الجواب على هذا السؤال هو: “معايرة جهاز الاستشعار sensor”.
معايرة الأجهزة هي عملية تعديل أو مجموعة من التعديلات تُجرى على جهاز أو أداة استشعار بهدف جعل هذا الجهاز يعمل بأقصى دقة ممكنة أو خاليًا من الأخطاء. إليك بعض مزايا معايرة الأجهزة:
1. الأخطاء في قياس أجهزة الاستشعار
الخطأ هو ببساطة الفرق الجبري بين القراءة والقيمة الفعلية للمتغير المقاس. يمكن أن تسبب العديد من العوامل أخطاءً في قياس الأجهزة الاستشعار.
1.1. الخطأ الناتج عن عدم وجود مرجعية صفرية مناسبة
أولاً، قد لا يكون للجهاز مرجعية صفرية مناسبة او تصفير صحيح.
أجهزة الاستشعار sensors وأجهزة الارسال الحديثة transmitters هي أجهزة إلكترونية، والجهد أو الإشارة المرجعية قد ينزلق مع مرور الوقت بسبب التغيرات في درجة الحرارة أو الضغط أو تغير الظروف المحيطة.
1.2. الخطأ الناتج عن انتقال في نطاق جهاز الاستشعار
ثانيًا، قد ينتقل “نطاق جهاز الاستشعار” بسبب الظروف ذاتها التي تم ذكرها للتو، أو ربما تغير نطاق التشغيل للعملية.
على سبيل المثال، قد تعمل العملية حاليًا في نطاق من 0 إلى 200 رطل لكل بوصة مربعة (PSI)، ولكن التغييرات في عملية التشغيل ستتطلب منها العمل في نطاق من 0 إلى 500 رطل لكل بوصة مربعة.
1.3. الخطأ الناتج عن التآكل الميكانيكي أو التلف
ثالثًا، قد يحدث خطأ في قياس جهاز الاستشعار بسبب التآكل الميكانيكي أو التلف. عادةً ما يتطلب هذا النوع من الأخطاء إصلاحًا أو استبدالًا للجهاز.الأخطاء غير مرغوب فيها، نظرًا لأن النظام التحكمي لن يمتلك بيانات دقيقة لاتخاذ قرارات التحكم منها، مثل ضبط مخرج صمام التحكم أو تعيين سرعة مضخة التغذية.
إذا كانت معايرة الجهاز بعيدة جدًا عن الظروف العملية الدقيقة، قد تتعرض سلامة العملية للخطر. إذا كنت مهندس أجهزة أو عمليات في مصنع، فأنت بحاجة إلى معايرة مناسبة لكل جهاز استشعار. المعايرة السليمة ستؤدي إلى قياسات دقيقة، مما يجعل التحكم الجيد في العملية ممكنًا. عند تحقيق التحكم الجيد، يكون للعملية أفضل فرصة للتشغيل بكفاءة وبأمان.
2. معايرة أجهزة الاستشعار sensors
معظم مصانع عمليات الإنتاج الحديثة تقوم بإجراء برامج لمعايرة أجهزة الاستشعار.
يمكن أن تستغرق عملية المعايرة وقتًا طويلًا، خصوصًا إذا كان من الصعب الوصول إلى الجهاز أو إذا استدعى الأمر أدوات خاصة.
2.1. ما هي عملية “التحقق كما وُجدas found “؟
من أجل تقليل كمية الوقت اللازمة لأداء معايرة جهاز الاستشعار، سأقوم أولاً بإجراء “تحقق كما وُجد” على الجهاز. هذا يعني ببساطة أداء عملية معايرة قبل أي تعديلات.
إذا تبين أن معايرة الجهاز الحالية تتوافق مع الحدود المذكورة للجهاز، فإنه ليس هناك حاجة لإعادة المعايرة.
2.2. كيفية أداء “فحص كما وُجد” أو “فحص الخمس نقاط”
لأداء “فحص كما وُجد”، يتم استخدام جهاز دقيق لتطوير إشارات العملية المقابلة لـ 0٪، و 25٪، و 50٪، و 75٪، و 100٪ من نطاق العملية للمرسل. تُراقب وتُسجل الإخراج المرسل المقابل، بوحدة الميلي أمبير، وهذا ما يُعرف بـ “فحص الخمس نقاط”.
بمعنى اخر نقوم باجراء تشغيل جهاز الاستشعار على 5 مستويات أو سعات (0-25-50-75-100%) وقياس الانحراف عن القيمة المرجعية
ثم، من أجل التحقق من وجود الانحراف المتقطع (hysteresis)، وهو ظاهرة تتمثل في أن خرج (القيمة الناتجة عن العملية) جهاز الاستشعار لقيمة العملية يكون مختلفًا عند الانتقال “إلى الأسفل” مقارنة بالانتقال “إلى الأعلى”، يتم تسجيل إشارات الخرج المقابلة لـ 100٪، و 75٪، و 50٪، و 25٪، و 0٪ بالترتيب.
2.3. كيفية حساب الانحرافات (الأخطاء) لجهاز الاستشعار
تُحسب الانحرافات في كل نقطة تفتيش وتُقارن بالحد الأقصى المسموح به للانحراف بالنسبة للجهاز. إذا كان الانحراف أكبر من الحد الأقصى المسموح به، فيُجرى معايرة كاملة. إذا كان الانحراف أقل من الحد الأقصى المسموح به، فيُعتبر أن معايرة الجهاز الاستشعار غير مطلوبة.
لنفترض أن الحد الأقصى للانحراف المسموح به هو 0.5%. استنادًا إلى البيانات الموجودة في ورقة المعايرة، نرى من الرسم البياني أن جميع الانحرافات أقل من الحد الأقصى المسموح به البالغ 0.5% لذلك، لا يتعين إجراء أي معايرة إضافية.
الآن لنفترض أن الحد الأقصى للانحراف المسموح به هو 0.20%. استنادًا إلى البيانات الموجودة في ورقة المعايرة، نرى من الرسم البياني أن بعض الانحرافات تتجاوز الحد الأقصى المسموح به البالغ 0.20%. لذلك، يتطلب ذلك إجراء معايرة لجهاز الاستشعار.
2.4. كيفية أداء معايرة جهاز الاستشعار
لأداء المعايرة، نحتاج إلى محاكي simulator عملية دقيق جدًا، في هذه الحالة إمداد ضغط pressure supply، متصل بجانب العملية للمرسل. يُربط جهاز قياس التيار بالمخرج لقياس الإخراج البالغ 4-20 مللي أمبير للمرسل. في الواقع المثالي، يتم استخدام محاكي وجهاز قياس تيار معايرين من معهد القياسات والمعايرة الوطني. في الممارسة العملية، يمكننا استخدام أجهزة قياس عملية دقيقة جدًا ووحدات إدخال الضغط.
2.4.1. معايرة الجهاز الاستشعار التناظري (ضبط الصفر والنطاق)
إذا كان لدينا مرسل تناظري، فيجب علينا ضبط الصفر والنطاق لتقليل أخطاء القياس. مع المرسل التناظري، هناك ضبط للصفر وضبط للنطاق متواجدين على المرسل نفسه. يتم ضبط الصفر لنقل الخرج إلى 4 مللي أمبير تمامًا عندما يتم تطبيق قيمة عملية تبلغ 0٪ على المرسل، ويتم ضبط النطاق لنقل الخرج إلى 20 مللي أمبير تمامًا عندما يتم تطبيق قيمة عملية تبلغ 100٪.
للأسف، مع المرسلات التناظرية، تكون عمليات ضبط الصفر والنطاق تفاعلية؛ وهذا يعني أن ضبط واحد يؤثر على الآخر. لذلك، عملية المعايرة تكون عملية تكرارية لضبط الصفر والنطاق، ولكن عادةً ما يتطلب ذلك 2 إلى 3 دورات فقط.
2.4.2. معايرة أجهزة الاستشعار الرقمية (تعديل جهاز الاستشعار والخرج)
مع المرسلات الرقمية، يمكننا ضبط إشارة جهاز الاستشعار الواردة عن طريق ضبط محول التناظر إلى رقمي، والذي يُسمى “تعديل الجهاز الاستشعار”، و/أو إشارة الإدخال إلى المحول من الرقمي إلى تناظري في الدائرة الخارجية، والذي يُسمى “تعديل 4-20 مللي أمبير” أو “تعديل الإخراج”.
2.4.3. بعد عملية المعايرة
بعد الانتهاء من عملية المعايرة، يتم رسم الأخطاء مرة أخرى. كما هو الحال مع القيم “كما وُجد”، هناك درجة معينة من الانحراف المتقطع. ومع ذلك، تم تقليل الانحراف الأقصى من 0.38٪ إلى 0.18٪، وهو داخل الحد المسموح به البالغ 0.20٪.
