Specificaties van een Drukmeting Nader bekeken.

Transcriptie

1 Specificaties van een Drukmeting Nader bekeken. (General Electric : Ramon Popall) Er zijn veel leveranciers die druk sensoren en druk transmitters produceren en gebruiken vaak eigen terminologie als het gaat om nauwkeurigheid, stabiliteit, drift, temperatuur gevoeligheid, responsie snelheid, temperatuurbereik en temperatuureffecten en nog meer parameters. Er is er geen algemene uniforme methode om de specificaties van druksensoren uit te drukken en te kunnen vergelijken. In deze presentatie wordt aan de hand van een aantal praktijk voorbeelden de invloed de verschillende soorten specificaties op de meetperformance geïllustreerd.

2 Onderwerpen Welke termen komt u als gebruiker tegen Zijn deze allemaal van toepassing Basis beoordeling kalibraties Geavanceerde beoordeling Kalibraties Waarde en vb van een trend analyse

3 Voorbeeld specificaties

4 Prestatie factoren (druk) Sensoren Precisie versus Nauwkeurigheid Non Lineariteit, Hysteresis and Repeteerbaarheid (NLH&R) Temperatuur Error Band TEB Zero and Span Full Scale tov Span Stabiliteit Resolutie Error Budgetten Trending

5 De belangrijkste termen BSL Best Straight Line BFSL TSL BFSLTZ % FS Percentage of Full Scale % RDG % Span TEB Temperatuur Error Band TEF Stability Het Jaarlijkse verloop Shift Drift Kreep NLH&R Non-Linearity, Hysteresis en Repeatability Non-Linearity Hysteresis Repeatability

6 Precisie versus Nauwkeurigheid Analogie vh doel Verspreiding is smal, met een hoge piek die demonstreert een goede precisie, maar is verwijderd van het doel. Precies, niet nauwkeurig Nauwkeurig, niet precies Precies en nauwkeurig Distributie is breder, maar gelijk verdeeld om het doel heen, dit demonstreert nauwkeurigheid om het doel te raken. Distributie is smal, met een hoge piek, welke ook gelijk verdeeld rond het doel, dit demonstreert zowel precisie (precision) als nauwkeurigheid (accuracy).

7 Meet onzekerheid en herleidbaarheid Meet Onzekerheid: Dit is een schatting van de meetnauwkeurigheid van de traceerbaarheidsketen van kalibraties Herleidbaarheid en Traceerbaarheid: wordt gedefinieerd als het vermogen om onomstotelijk vast te kunnen stellen dat een Instrument of standaard is gekalibreerd door een geaccrediteerde ILAC laboratorium in geaccepteerde intervallen of gekalibreerd is geweest tegen een andere standaard welke in de ketting van kalibraties uiteindelijk leidt naar de uitgevoerde kalibratie.

8 Non-Linearity, Hysteresis Non Lineariteit, Hysteresis and repetities (NLH&R) Non linearity TSL Terminal Straight line betekent een rechte lijn van de laagste in- en uitgaande meting tot de hoogste uitlezing vd in- en uitgaande meting. Input BSL is de beste lijn die de maximale afwijking minimaliseert tussen een rechte lijn en de werkelijke uitlezingen van de metingen. Non-lineariteit, hysteresis en herhaalbaarheird - ongeconditioneerde piezo-resistieve sensoren hebben een typische performance of 0.2% FS. Veel sensoren en instrumenten lineariseren de uitgang en verbeteren daarmee significant hun nauwkeurigheid (sensoren doen dit normal gesproken electronisch en instrumenten via software). 8

9 Non-Linearity, Hysteresis and Repeatability Uitgang Hysteresis Hysteresis - is het gemeten verschil tussen en opgaande uitgang en wanneer deze dealt op een gegeven punt. Ingang Repeatability: Als dezelfde uitlezingen van de uitgang op hetzelfde meetpunt met elkaar vergeleken worden, is hun verschil de herhaalbaarheid. Deze afwijking is normal gesproken klein en kan ook de reproduceerbaarheid van de uitlezing genoemd worden 9

10 Temperature effects Voor veld instrumenten zijn de temperatuur effecten normal gesproken meegenomen voor een bereik van graden of voor het hogere segment zelfs 0 to 50 C Voorbeelden zijn oa de GE DPI620GENii, de FLUKE 745 en BEAMEX MC6 Voor laboratorium instruments gelden meestal kleinere bereiken 18 C to 28 C Voorbeelden zijn de GE PACE5000\6000, WIKE CPC800O en FLUKE 7260 regelaars Veld instrumenten moeten in een breder bereik opereren omdat de ruimtes waar drukregeleaars normaliter opereren geconditioneerd zijn. Al deze instrumenten compenseren constant hun metingen en compenseren voor veranderingen in temperatuur. Bij de opgegeven nauwkeurigheid van instrumenten wordt aangegeven over welk temperatuur bereik dit gecompenseerd wordt. Sensors can be expected to operate in wider temperature environments so the performance over the temperature range is stated separately. GE uses FS TEB (explained on the next slide). 10

11 Temperature Error Band - TEB 11

12 Full Scale definitie voor Non Zero meetbereiken (ranges) Pressure Pressure Pressure Pressure Full Scale Full Scale Full Scale Output Output Output Output Full Scale Range 0 to 10 bar Full Scale 10 bar Span 10 bar Range -1 to 10 bar Full Scale 10 bar Span 11 bar Range 4 to 10 bar Full Scale 10 bar Span 6 bar Range -200 to 100 mbar Full Scale 200 mbar Span 300 mbar Pressure Pressure Pressure Pressure Span Span Span Output Output Output Output Span Als een druk meetbereik van een instrument niet vanaf nul ( = Full Scale) begint is een uitgebreidere definitie noodzakelijk. Als de prestatie van een sensor wordt gedefineerd in de term Volle Schaal = Full Scale dan zijn de calculaties zoals hierboven welke door GE M&C worden gebruikt. Nauwkeurigheid = Accuracy in negatieve en positieve drukken worden apart berekend 12

13 Zero(Nul) en span afstelling Output Zero of nul afstelling Output Span Afstelling Input Voor Na Input De nul en span afstellingen worden laat in het productie process van de fabriek gedaan. Hoe nauwkeurig dit wordt gedaan staat op het bijbehorende data blad. 13

14 Vergelijking Volle Schaal = Full scale tov Meetbereik = Span van een sensor De meeste instrumenten bieden een precisie aan als een % van de volle schaal = Full scale (FS) of % van het meetbereik of span. Als een precisie als % of van het meetbereik wordt aangeboden zal het getal kleiner zijn dan als deze als % van de volle schaal = full scale (FS) wordt aangeboden. B.v. de afwijking van een sensor is +/-1 mbar en het meetbereik is -1 bar tot +1 bar In dit geval is de afwijking als volgt: als een % vd volle schaal (full scale) is deze 0.1% (FS = 1 mbar / 1000 mbar x 100) als een % vh meetbereik of span is deze 0.05% (Span = 1 mbar / 2000 mbar x 100) 14

15 % Full scale, span, reading DE PRECISIE VAN INSTRUMENTEN WORDT MEESTAL OPGEGEVEN ALS % VD FULL SCALE (FS), % VD SPAN OF % AFLEZING (RDG). PRECISIE EN NAUWKEURIGHEID ZIJN NIET HETZELFDE ALS RESOLUTIE. Volle Schaal of Full Scale is de maximale afwijking vanaf nul / zero b.v. Error voor een range van -1 tot +1 BarG is de full scale 1 mbar; Error voor een range van 0 tot +1 BarG is de full scale ook 1 mbar Span is het maximale bereik tussen het laagste en hoogste meet punt e.g. Voor een range of -1 to +1 the span is 2; Voor een range van 0 tot +1 is de Span 1 Als de aangegeven precisie % of span is, kan dezelfde afwijking een kleiner getal zijn dan als een % of full scale (FS) zou zijn aangegeven. b.v. De afwijking is +/-1 mbar en in eenheden is het meetbereik is -1 bar to +1 bar, De error : als een % of full scale is 0.1% als een % of span is 0.05% In dit scenario is de error cq afwijking gelijk maar lijkt % of Span beter te zijn Reading = Aflezing is direct de afgelezen waarde b.v % rdg % FS Opm - alle % aflezing verklaringen moeten een correctie hebben omdat bij de onderkant van de schaal de afwijking onmogelijk is te behalen b.v % van nul = nul error!!! Als Alternatief kunnen % rdg waarden opgegeven worden over een beperkt bereik van het meetbereik van het instrument b.v % rdg tussen 10% en 100% van de volle schaal. 15

16 Resolutie Resolutie - is het kleinste verandering in een gemeten waarde welke een instrument kan detecteren (Resolutie wordt ook wel aangeduid als gevoeligheid) Precisie en resolutie zijn met elkaar verbonden maar alleen omdat een instrument 7 decimalen resolutie laat zien, wil niet zeggen dat het instrument een uitzonderlijk hoge precisie heeft. Resolutie is ±0.5 psi Om een betrouwbare meet nauwkeurigheid te bereiken moet het instrument genoeg resolutie hebben. Bijvoorbeeld, een instrument met een FS of 1 bar en een nauwkeurigheid van 0.01% FS kan betrouwbaar meten tot 0.1 mbar, de display resolutie moet dus genoeg decimalen laten zien om een druk verandering weer te kunnen geven van 0.1 mbar. Resolutie is ±1 mbar 16

17 Nauwkeurigheid als % FS Stabiliteit 0,3 0,25 0,2 Sensor Stabiliteit vergelijking TERPS = Resonante druk sensor 0,15 0,1 0, Piezo Calculated Piezo Actual TERPS Calculated TERPS Actual Tijd- Jaren Stabiliteit is de verandering van het uitgangsignaal over tijd. Lange termijn stabiliteit (i.e. drift) - Een langzame verandering van een metrologische karakteristiek van een meet instrument. Het wordt meestal aangegeven bij referentie condities, dus als een sensor over een breed temperatuur bereik wordt ingezet, of op een constant hoge temperatuur gehouden wordt temperature, may shift more than the stability number due to the effect of temperature on performance over time. 17

18 Error budgetten 18

19 Error band berekening 19

20 Error budget analyse Neem een Digitale standard met een nauwkeurigheid (accuracy) van 0.003% FS. Digitale Standard accuracy = Linearity+Hysteresis+Repeatability+Temperature, maar exclusief de lange termijn stabiliteit, onzekerheid van de kalibratie standaard en andere omgevingsfactoren. Hieronder volgt een vb. van een error budget analyse van een typische Digitale Standard met RSS. 20

21 Voorbeeld geavanceerde totale error analyse 21

22 Bepaling of een transfer standard adequate is Het is algemeen geaccepteerd dat een 4:1 ratio acceptabel is voor een transfer standaard om een adequate kalibratie te kunnen uitvoeren. De gebruikte transfer standard moet dus een 4 keer hogere specificatie hebben als het instrument dat wordt gekalibreerd m.a.w. om een sensor met een specificatie van 0,2% te kunnen kalibreren, moet een standaard gebruikt worden met een specificatie van minimal 0.05% of beter. 4:1 Nauwkeurigheid Ratio Eenvoudig te evalueren, de kalibratie standard is geschikt Geen verdere justificatie vereist Geadvanceerde Error Analyse Als de 4:1 ratio niet gehaald kan worden Identificeer afwijkingsbronnen cq mogelijkheden Voer een statistische error analyse uit en combineer alle afwijkingsbronnen om de meetonzekerheid te bepalen van het instrument welke getest wordt (Normaal gesproken de RSS welke de ISO methode is) 22

23 Trending Met een goed Asset management software pakket krijgt u een veel beter inzicht in de verandering van de error per instrument en ook of deze error per jaar veranderd. 23

24 Factoren om rekening mee te onthouden U kunt er niet van op aan dat alle leveranciers dezelfde specificities noch betekenis gebruiken. U moet zich verdiepen in de definities en terminology van uw leveranciers en hun producten. De meeste producten worden op basis van een Accuracy specificatie aangeboden. De druk en temperatuur markten zijn zeer competitief. Fabrikanten wijken af in philosophy hoe zij hun onzekerheid en terminologie weergeven voor hun producten. Definities zijn ook vaak gebaseerd op het type instrument dat gespecificeerd wordt zoals een referentie standaard of een transfer standaard. Het woord accuracy gebruikt door sommige leveranciers voor transfer standaarden beschrijven alleen de korte termijn performance van het instrument. Het is zeer specifiek en wordt gebruikt om de effecten van lineariteit, hysteresis and repeteerbaarheid te bepalen. Het vertegenwoordigd niet de expanded uncertainty van het instrument waarin ook de jaarlijkse stabiliteit en de onzekerheid van de gebruikte meetstandaard in verwerkt zijn. Trending wordt de nieuwe trend van

25 Contacts & Acknowledgements Presenter: Ramon Popall, Lead Sales Operations Specialist, GE Digital Solutions Author: GE Digital Solutions Contact: Frank Gerritse, Region Manager, GE Digital Solutions Phone: Acknowledgments: Based on Druck Pressure Technology, David Frost