(NB) Giáo trình Hiệu chuẩn thiết bị đo lường (Nghề: Sửa chữa thiết bị tự động hóa - Trung cấp) được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên xác định được quá trình hiệu chuẩn, mô tả được phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm và các biên bản được sử dụng trong việc hiệu chuẩn; mô tả được các thiết bị chuẩn dùng để hiệu chuẩn thiết bị khí nén và tương tự và các qui trình hiệu chuẩn cơ bản.
Xác định các công việc hiệu chuẩn
Tín hiệu vào hoặc nguồn vào
Các thiết bị đo tiếp xúc trực tiếp với quá trình được thiết kế để hoạt động trong phạm vi tín hiệu vào cụ thể như áp suất, nhiệt độ, điện áp hoặc dòng điện, phản ánh biến quá trình đo được Mức tín hiệu này thường không điều tiết tại ngõ vào thiết bị, ví dụ như các transmitter hoạt động trong phạm vi 0-200 inH2O hoặc 0-100 psi Phạm vi hoạt động thường ghi rõ trên thẻ của thiết bị, trong đó giá trị nhỏ nhất không nhất thiết là zero, mà có thể là một giá trị nhỏ hơn, như 60 – 400 inH2O trong một thiết bị đo.
Thiết bị đo cần được lắp đặt chỉ khi biến đo hoạt động bình thường trong phạm vi xác định để đảm bảo kết quả chính xác Việc thực hiện đo khi biến đo không hoạt động đúng cách có thể gây ra sai số hoặc làm hư hỏng thiết bị đo Chính vì vậy, kiểm tra tình trạng hoạt động của biến đo trước khi tiến hành đo là rất quan trọng để tránh các vấn đề về kết quả và độ bền của thiết bị.
Tín hiệu hoặc nguồn ra
Tín hiệu hoặc năng lượng ngõ ra từ thiết bị đo phản ánh tỷ lệ với tín hiệu vào và thể hiện mức độ chính xác của thiết bị Các tín hiệu này, cả vào lẫn ra, hoạt động trong phạm vi xác định như 0-60 psig, 3-15 psi, 20-100 kPa, 4-20 mA, hoặc 10-50 mA, giúp đảm bảo sự đo lường chính xác và hiệu quả.
Trong quá trình hiệu chỉnh thiết bị đo, giá trị tín hiệu ra phải được điều chỉnh để phản ánh chính xác tín hiệu vào, không nhất thiết phải là zero khi giá trị nhỏ nhất Khác với mức tín hiệu hoặc năng lượng ngõ vào, tín hiệu ra trên hầu hết thiết bị đo cần được hiệu chỉnh để tỷ lệ chính xác với tín hiệu vào tại mọi điểm đo trên thang đo của thiết bị Do đó, hiệu chuẩn thiết bị đo là bước quan trọng giúp đảm bảo các phát hiện và đo lường chính xác, từ đó nâng cao độ tin cậy của quá trình kiểm tra và phân tích dữ liệu.
Các khái niệm về hiệu chuẩn
Để thực hiện hiệu chuẩn chính xác, cần hiểu rõ các thuật ngữ chính như phạm vi đo (range) và khoảng đo (span), hai khái niệm thường bị nhầm lẫn trong quá trình hiệu chuẩn cảm biến hoặc thiết bị đo lường Cả phạm vi đo và khoảng đo đều áp dụng cho cả ngõ vào và ngõ ra của hệ thống, góp phần đảm bảo kết quả đo lường đúng chuẩn và tin cậy Hiểu rõ các thuật ngữ này giúp thực hiện các phép tính hiệu chuẩn chính xác, nâng cao hiệu suất và độ chính xác của thiết bị đo.
Phạm vi đo của thiết bị đo xác định các giới hạn ngõ vào hoặc ngõ ra cao và thấp của nó, giúp xác định phạm vi biến đổi mà thiết bị có thể đo lường chính xác Ví dụ, thiết bị đo áp suất có thể đo từ 60 inH2O đến 400 inH2O, tức phạm vi đo là 60-400 inH2O, trong khi đó, các thiết bị đo áp suất có ngõ ra từ 3 psi đến 15 psi có phạm vi là 3-15 psi Hiểu rõ phạm vi đo là yếu tố quan trọng để lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu đo lường trong các ứng dụng công nghiệp.
Khoảng đo đề cập đến độ chênh lệch giữa giới hạn trên và giới hạn dưới của thiết bị đo, giúp xác định phạm vi đo chính xác Ví dụ, nếu một thiết bị đo có phạm vi ngõ vào từ 60 đến 400 inH2O, thì khoảng đo của nó là 340 inH2O (400 – 60 = 340), đảm bảo đo lường trong phạm vi phù hợp Tương tự, với một thiết bị có phạm vi áp suất ngõ ra từ 3 đến 15 psi, khoảng đo của nó là 12 psi, phản ánh khả năng đo lường trong khoảng áp suất xác định Khoảng đo càng lớn thì thiết bị có khả năng đo đa dạng giá trị hơn, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Trong quá trình hiệu chuẩn, việc tính toán phần trăm của ngõ vào hoặc ngõ ra là rất quan trọng Để thực hiện điều này, bạn cần chuyển phần trăm sang dạng thập phân bằng cách chia cho 100 rồi nhân với giá trị khoảng đo Chẳng hạn, để tính 50% của một khoảng đo là 340 inH2O, bạn nhân 340 với 0,5 (dạng thập phân của 50%), kết quả là 170 inH2O.
Khi giá trị nhỏ nhất của phạm vi đo không phải là zero (không), cần phải thực hiện một bước điều chỉnh để tính chính xác điểm 50% Ví dụ, nếu phạm vi đo là 60-400 inH2O, điểm 50% không phải là 170 inH2O như thông thường, vì giá trị không là 60 inH2O Do đó, để xác định đúng điểm 50%, cần cộng giá trị không này vào giá trị đã tính (170 inH2O), dẫn đến kết quả chính xác là 230 inH2O (170 + 60) This adjustment ensures accurate measurement within the specified range.
Một ví dụ về cảm biến áp suất là thiết bị có phạm vi ngõ ra từ 3-15 psi, tương ứng với khoảng đo là 12 psi Tuy nhiên, do điểm không của cảm biến đặt ở 3 psi chứ không phải 0 psi, nên giá trị ngõ ra ở điểm 50% sẽ không phải là chính xác nửa của phạm vi, mà phải tính dựa trên điểm không này để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong đo lường.
Công thức sau đây có thể được sử dụng để tính toán giá trị tại bất kỳ điểm % nào của khoảng đo, bất kể giá trị không của nó
Giá trị = (giá trị lớn nhất – giá trị nhỏ nhất) x giá trị % + giá trị nhỏ nhất
Quá trình hiệu chuẩn
Hiệu chuẩn là quá trình đơn giản gồm đặt một tín hiệu xác định vào thiết bị và đo ngõ ra tương ứng, nhằm xác định mối quan hệ tỷ lệ biết trước giữa chúng Để đảm bảo ngõ ra cung cấp giá trị chính xác theo ngõ vào, cần đo liên tiếp các điểm theo tỷ lệ phần trăm dọc theo thang đo của thiết bị Nếu kết quả không chính xác, thiết bị phải được điều chỉnh cho đến khi ngõ ra phản ánh đúng giá trị của ngõ vào đã đặt.
Hiệu chuẩn thiết bị đơn giản nhất bao gồm điều chỉnh điểm không (zeroing) và điểm span (spanning) Khi thực hiện zeroing, bạn cần thiết lập giá trị ngõ ra của thiết bị đến giới hạn thấp nhất của dải đo, phản ánh điểm không của quá trình Ví dụ, với cảm biến khí nén có dải đo từ 20-150 inH2O, giá trị không là 20 inH2O, và nếu ngõ vào của cảm biến là 3-15 psi, thì giá trị không là 3 psi; khi đưa 20 inH2O vào ngõ vào, ngõ ra phải là 3 psi Nếu không đạt được, bạn cần điều chỉnh ngõ ra cho phù hợp Điều chỉnh điểm span liên quan đến thiết lập giới hạn trên của ngõ ra phù hợp với giới hạn trên của ngõ vào, như ví dụ, khi input đạt 150 inH2O thì ngõ ra phải là 15 psi Nếu chưa đạt, thiết bị cần được hiệu chỉnh để đảm bảo đo trong phạm vi mong muốn, qua đó thiết bị hoàn tất quá trình hiệu chỉnh span và hoạt động chính xác trong dải đo đã định.
Trong nhiều trường hợp, việc thiết lập giới hạn trên và giới hạn dưới là đủ để cấu hình thiết bị Tuy nhiên, đôi khi việc điều chỉnh một giá trị có thể ảnh hưởng đến các giá trị khác, yêu cầu thực hiện nhiều lần để đạt được thiết lập chính xác Việc điều chỉnh zero và span cho thiết bị thường cần phải thực hiện nhiều lần để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu.
Việc hiệu chuẩn không chỉ đơn giản là chỉnh zero và chỉnh span mà còn yêu cầu kiểm tra nhiều điểm chuẩn khác nhau Các điểm bổ sung, thể hiện các giá trị phần trăm khác nhau của khoảng đo, giúp đảm bảo độ chính xác của thiết bị Do đó, cần hiểu rõ cách tính phần trăm của khoảng đo ngõ vào và ngõ ra để thực hiện hiệu chuẩn chính xác và hiệu quả.
Có nhiều quy trình hiệu chuẩn khác nhau, trong đó phổ biến nhất là hiệu chuẩn 3 điểm và hiệu chuẩn 5 điểm Lựa chọn phương pháp hiệu chuẩn phù hợp phụ thuộc vào mức độ chính xác cần đạt và tiêu chuẩn công nghiệp hoặc quy định của công ty Việc chọn đúng quy trình giúp đảm bảo độ chính xác của thiết bị đo lường và tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng.
Lưu hồ sơ
Lưu hồ sơ về quá trình hiệu chuẩn thiết bị là một hoạt động quan trọng nhưng thường bị nhiều người quên, do đó cần được thực hiện cẩn thận Các công ty đều yêu cầu việc ghi chép lại quá trình hiệu chuẩn để làm bằng chứng về sự tuân thủ các quy trình công nghiệp và tiêu chuẩn vận hành Trong hệ thống cũ, việc lưu trữ thường được thực hiện bằng giấy theo các mẫu biểu tiêu chuẩn, còn các hệ thống hiện đại và hệ thống DCS có thể ghi chép dưới dạng điện tử, giúp đảm bảo tính chính xác và dễ truy xuất Việc duy trì hồ sơ chuẩn mực không chỉ là yêu cầu pháp lý mà còn giúp kiểm tra, bảo trì thiết bị hiệu quả, đảm bảo hoạt động liên tục và an toàn.
Phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm
Trong quá trình thực hiện phép hiệu chuẩn 5 điểm cho thiết bị đo, ngõ ra được kiểm tra độ chính xác và tỷ lệ so với tín hiệu ngõ vào tại các điểm 0%, 25%, 50%, 75%, và 100% của phạm vi đo (span) Quá trình hiệu chuẩn giúp đảm bảo thiết bị đo đạt chuẩn xác cao và đáng tin cậy trong các ứng dụng thực tế Mặc dù thực tế thường có tới 9 điểm hiệu chuẩn (bao gồm các điểm phụ như 25%, 50%, 75% của span), việc thực hiện hiệu chuẩn chính ở 5 điểm chính vẫn đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cần thiết cho đa dạng các nhiệm vụ đo lường Điều này giúp tối ưu hóa quy trình hiệu chuẩn đồng thời duy trì độ chính xác của thiết bị trong quá trình vận hành.
Trong quá trình kiểm tra, điểm số 5 điểm được tính theo phần trăm và chỉ chiếm 5% tổng điểm, phản ánh độ chính xác của hệ thống Chín điểm được lựa chọn vì dễ dàng điều chỉnh theo phạm vi hoạt động của thiết bị, giúp mô phỏng đặc tính thực tế của quá trình Phương pháp này cũng cho phép phát hiện độ trễ trong hệ thống, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy Quy trình thường yêu cầu nhiều lần kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo các thiết lập phù hợp, nâng cao độ chính xác và ổn định của hệ thống.
Phép hiệu chuẩn 3 điểm thì về bản chất là giống như thế, ngoại trừ ít điểm hơn (0%, 50%, 100%, 50%, và 0%)
Các bước tuần tự sau đây là một hướng dẫn chung để hiệu chuẩn thiết bị đo theo phương pháp 5 điểm:
Bước 1: Xác định loại tín hiệu vào để đặt vào thiết bị thay cho tín hiệu quá trình
Bước 2: Kiểm tra phạm vi đo sử dụng của thiết bị cần hiệu chuẩn (ví dụ, 0,14-1,4
Để đảm bảo thiết bị phù hợp với ngõ vào quá trình, cần xác định rõ mức áp suất (MPa, 0-60 psi hoặc 60-200 inH2O) Đồng thời, quá trình hiệu chuẩn cũng phải đi kèm với các phương thức hiệu chỉnh như sử dụng đinh vít, núm xoay hoặc màn hình hiển thị để đảm bảo độ chính xác của thiết bị trong suốt quá trình hoạt động.
Bước 3 trong quy trình đòi hỏi chuẩn bị các thiết bị hiệu chuẩn phù hợp để cung cấp tín hiệu ngõ vào chính xác và đảm bảo khả năng đọc tín hiệu ra chính xác Việc xác nhận rằng các thiết bị kiểm tra đã được hiệu chuẩn đúng và còn hiệu lực là vô cùng quan trọng nhằm đảm bảo độ chính xác của kết quả Đồng thời, cần tuân thủ tất cả các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định mà công ty đang áp dụng để duy trì chất lượng và độ tin cậy của quá trình kiểm tra.
Bước 4 quan trọng trong quá trình hiệu chuẩn là xác định điểm #1 (0%), yêu cầu cách ly thiết bị đo khỏi quá trình công nghệ theo quy trình của công ty Kết nối thiết bị hiệu chuẩn với thiết bị đo và đưa tín hiệu tương ứng điểm thấp nhất trong phạm vi đo (điểm zero), lưu ý rằng điểm zero này không nhất thiết phải bằng 0.
Trong bước 5, cần đọc giá trị ngõ ra của thiết bị đo và điều chỉnh thiết bị để giá trị này phù hợp với giá trị zero theo quy định Ví dụ, với một thiết bị đo có ngõ ra 4-20 mA, giá trị zero là 4 mA; còn với thiết bị có ngõ ra 1-5V, giá trị zero là 1 V Việc này giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình đo lường.
Bước 6: Xác định điểm #2 (25%) Đặt tín hiệu tương ứng 25% span của tín hiệu vào
Tính giá trị này sử dụng quy trình đã thảo luận ở phần trước
Bước 7: Tính giá trị ngõ ra mong muốn Ví dụ, điểm 25% của ngõ ra 4-20 mA là 8 mA
Một thiết bị đo có ngõ ra 1-5V thì giá trị này sẽ là 2 V
(5 -1) x 25% + 1 = 2 Đọc ngõ ra và điều chỉnh thiết bị đo để giá trị ngõ ra tương ứng với điểm 25%
Bước 8: Xác định điểm #3 (50%) Đặt tín hiệu tương ứng 50% span của tín hiệu vào
Tính giá trị này sử dụng quy trình đã thảo luận ở phần trước
Bước 9: Tính giá trị ngõ ra mong muốn Ví dụ, điểm 50% của ngõ ra 4-20 mA là 12 mA
Một thiết bị đo có ngõ ra 1-5V thì giá trị này sẽ là 3 V
(5 -1) x 50% + 1 = 3 Đọc ngõ ra và điều chỉnh thiết bị đo để giá trị ngõ ra tương ứng với điểm 50%
Bước 10: Xác định điểm #4 (75%) Đặt tín hiệu tương ứng 75% span của tín hiệu vào
Tính giá trị này sử dụng quy trình đã thảo luận ở phần trước
Bước 11: Tính giá trị ngõ ra mong muốn Ví dụ, điểm 75% của ngõ ra 4-20 mA là 16 mA
Một thiết bị đo có ngõ ra 1-5V thì giá trị này sẽ là 4 V
(5 -1) x 75% + 1 = 4 Đọc ngõ ra và điều chỉnh thiết bị đo để giá trị ngõ ra tương ứng với điểm 75%
Bước 12: Xác định điểm #5 (100%) Đặt tín hiệu tương ứng 100% span của tín hiệu vào
Bước 13 là bước quan trọng trong quá trình đo lường, yêu cầu đọc giá trị ngõ ra của thiết bị và điều chỉnh thiết bị sao cho giá trị này phù hợp với giá trị lớn nhất theo quy định Ví dụ, với thiết bị đo có ngõ ra 4-20 mA, giá trị lớn nhất là 20 mA; còn với thiết bị có ngõ ra 1-5V, giá trị lớn nhất là 5V Việc chuẩn chỉnh này giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình đo lường.
Trong bước 14, bạn cần thực hiện quá trình ngược lại theo thứ tự giảm dần (75%, 50%, 25%, 0%), gửi tín hiệu thích hợp đến ngõ vào và kiểm tra giá trị ngõ ra Quá trình này giúp đảm bảo hiệu chỉnh chính xác hệ thống theo yêu cầu, nâng cao độ chính xác và độ ổn định của thiết bị.
Bước 15: Lặp lại từ bước 4 đến bước 14 cho đến khi bạn thực hiện thành công toàn bộ
Quá trình đạt điểm số 9 và đạt được kết quả mong muốn có thể yêu cầu thực hiện nhiều lần điều chỉnh để hoàn thiện Việc này đòi hỏi kiên nhẫn và sự chỉnh sửa liên tục để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của kết quả cuối cùng.
Ngắt thiết bị hiệu chuẩn theo đúng quy trình của công ty để đưa thiết bị đo về trạng thái hoạt động Lưu hồ sơ các bước đã thực hiện bằng dạng phù hợp hoặc hệ thống ghi chép điện tử để đảm bảo tính minh bạch và chính xác Tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình của công ty trong quá trình hiệu chuẩn Đối với phép hiệu chuẩn 3 điểm, các bước thực hiện tương tự như quy trình chung nhưng chỉ tập trung vào các điểm đo quan trọng, gồm 0%, 50%, và 100%.
Hình 1-2: Một ví dụ về mẫu tài liệu hiệu chuẩn
TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 1:
1.1 Xác định các công việc hiệu chuẩn
1.2 Phương pháp hiệu chuẩn 5 điểm
CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 1:
Câu 1 Một thiết bị đo được áp suất của một quá trình từ 50 psi đến 1000 psi Hãy cho biết dải đo của thiết bị này? a 1000 psi b 0 ÷ 1000 psi c 950 psi d 50 ÷ 1000 psi
Ngõ ra của một transmitter nằm trong phạm vi từ 10 mA đến 50 mA, và cần xác định giá trị ngõ ra tại 75% phạm vi tuyến tính Với span của transmitter, giá trị ngõ ra tại 75% sẽ nằm trong khoảng từ 30 mA đến 45 mA Trong các lựa chọn, giá trị phù hợp nhất tại 75% span là 40 mA Điều này thể hiện rằng transmitter hoạt động trong phạm vi tối đa của nó để cung cấp tín hiệu chính xác cho các hệ thống đo lường công nghiệp.
Câu 3 Hãy xác định thứ tự thực hiện hiệu chuẩn theo 5 điểm (five- point calibration)? a 0%, 25%, 50%, 75% và 100% b 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, 75%,
Ngõ ra của một transmitter áp suất trong phạm vi 3-15 psi tại 0% span là 3 psi, phù hợp với các quy tắc đo lường chính xác Khi đo trong phạm vi 4-20 mA, ngõ ra của transmitter tại 25% span là 8 mA, đảm bảo tín hiệu đúng chuẩn truyền thông công nghiệp Với transmitter áp suất kiểu điện tử có dải hoạt động từ 50 đến 200 psi, việc chỉnh span giúp tín hiệu ngõ ra đạt 20 mA khi áp suất vào đạt mức nào, ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống đo lường.
Trong hệ thống đo áp suất, các thông số như áp suất ngõ vào đạt 50 psi, 150 psi, 200 psi hoặc 0 psi đóng vai trò quan trọng trong việc hiệu chỉnh và xác định hoạt động của thiết bị Một transmitter áp suất điện tử có dải hoạt động từ 50 đến 200 psi, và khi được chỉnh zero, tín hiệu ngõ ra đạt 4 mA, đặc biệt ở các mức áp suất khác nhau như 50 psi, 150 psi, 200 psi hoặc 0 psi Ngoài ra, để xác định span của một thiết bị đo áp suất, cần biết phạm vi đo, ví dụ như 0 đến 1000 psi hoặc từ 50 đến 1000 psi, nhằm đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình giám sát và kiểm tra áp suất.
Span là khoảng cách giữa giá trị đo cao nhất và giá trị đo thấp nhất của một thiết bị, thể hiện sự chênh lệch giữa hai mốc đo này Đặc biệt, span giúp xác định phạm vi hoạt động của thiết bị đo, bao gồm cả giới hạn trên và giới hạn dưới của phạm vi đo Đây là thông số quan trọng trong việc đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị đo lường.
2 BÀI 2: HIỆU CHUẨN CÁC THIẾT BỊ KIỂU KHÍ NÉN VÀ KIỂU
TƯƠNG TỰ GIỚI THIỆU BÀI 2:
Các hệ thống tự động hóa truyền thống thường tích hợp các công nghệ khí nén và điện tử, tạo thành một tổ hợp đồng bộ Việc hiệu chuẩn các thiết bị này khá đơn giản nhưng đòi hỏi dụng cụ phù hợp để đảm bảo độ chính xác cao Trong bài viết này, bạn sẽ học các nguyên lý hiệu chuẩn cơ bản cần thiết để tiến hành hiệu chuẩn các thiết bị khí nén và điện tử một cách chính xác và hiệu quả.
- Mô tả được các thiết bị chuẩn dùng để hiệu chuẩn thiết bị khí nén và tương tự và các qui trình hiệu chuẩn cơ bản;
- Hiệu chuẩn được các transmitter áp suất kiểu khí nén/kiểu điện tử và hoàn thành được các biên bản hiệu chuẩn;
- Hiệu chuẩn được các transmitter nhiệt độ và hoàn thành được các biên bản hiệu chuẩn;
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
- Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi làm công tác hiệu chuẩn thiết bị;
- Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2
Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén
Thiết bị hiệu chuẩn đa năng kiểu khí nén
Thiết bị hiệu chuẩn kiểu khí nén cần có khả năng mô phỏng chính xác tín hiệu vào và đo tín hiệu khí nén ngõ ra từ thiết bị đo Có nhiều phương pháp để thực hiện việc này, từ việc sử dụng các thiết bị riêng lẻ như máy đo, nguồn áp suất hoặc bơm tay, đến việc sử dụng các bộ hiệu chuẩn đa năng Trong thực tế, bộ hiệu chuẩn đa năng là thiết bị phổ biến và phổ biến nhất để hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén, nhờ tính linh hoạt và độ chính xác cao.
Các bộ hiệu chuẩn khí nén đa năng được thiết kế linh hoạt, có khả năng thực hiện nhiều loại hiệu chuẩn khác nhau Chúng thường đi kèm với các mô-đun cùng đa dạng bộ chuyển đổi, cho phép đo nhiều loại tín hiệu và dải đo khác nhau Hầu hết các bộ hiệu chuẩn này đều bao gồm nguồn áp suất, như bơm tay hoặc bơm điện tích hợp, hoặc dựa vào bơm ngoài để cung cấp chính xác áp lực cần thiết Chất lượng của bộ hiệu chuẩn đa năng được đo bằng độ bền, khả năng chống nước và tính di động, khi nhiều sản phẩm còn nhỏ gọn, dễ cầm tay như một đồng hồ đa năng, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Hình 2-1 trình bày một số bộ hiệu chuẩn khí nén phổ biến, bao gồm các mẫu tiêu biểu như Fluke 719, GE Druck DPI 620-IS và Crystal HPC40 Các bộ hiệu chuẩn truyền thống như Wally Box của Wallace and Tiernan (hiện nay là WIKA Instrument, LP) đã từng là những thiết bị chủ lực trong ngành công nghiệp, nhưng ngày nay đã bị thay thế bởi nhiều thiết kế mới hơn trong nhiều trường hợp.
Mỗi bộ hiệu chuẩn có cách sử dụng và cấu hình riêng, do đó, thông tin trong phần này mang tính tổng quát và cần tham khảo tài liệu hướng dẫn đi kèm Để đảm bảo độ chính xác, hãy xác nhận rằng thiết bị kiểm tra đã được hiệu chuẩn chuyên nghiệp và có chứng chỉ phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia Đồng thời, kiểm tra ngày hiệu chuẩn còn hiệu lực và phù hợp với hướng dẫn của nhà sản xuất hoặc tiêu chuẩn hiệu chuẩn của công ty nhằm duy trì độ tin cậy của kết quả đo lường.
Hình 2-1: Các bộ hiệu chuẩn khi nén
Transmitter áp suất chênh kiểu khí nén
Có nhiều loại transmitter khí nén khác nhau, được chọn dựa trên đặc điểm quá trình, trạng thái hệ thống, biến cần giám sát, môi trường hoạt động và loại hệ thống điều khiển Trong số đó, transmitter chênh áp (DP) là loại phổ biến nhất, thường được sử dụng để điều khiển lưu lượng, áp suất và mức chất lỏng trong hệ thống công nghiệp.
Các transmitter chênh áp kiểu khí nén thường được lắp đặt trong các quy trình công nghiệp để đo áp suất trong đường ống hoặc bồn chứa, giúp kiểm soát quá trình sản xuất hiệu quả Thiết bị này còn đo lưu lượng dòng chảy trong đường ống bằng cách đo độ giảm áp qua tấm đục lỗ, từ đó xác định tốc độ dòng chảy chính xác Ngoài ra, transmitter còn dùng để đo mức trong bồn chứa, dựa trên sự chênh lệch áp suất giữa đỉnh và đáy của bồn, cung cấp dữ liệu đáng tin cậy để kiểm soát mức tồn kho.
Hình 2-2: Transmitter DP kiểu khí nén
Nguyên lý hoạt động
Một transmitter DP kiểu khí nén sử dụng hộp áp suất chênh hai mặt để nhận hai mức áp suất khác nhau, chuyển đổi sự chênh lệch áp suất thành chuyển động cơ học qua một thanh lực Sự chuyển động của thanh lực điều khiển đòn cân bằng bằng cách xoay quanh điểm tựa, nhằm phản ánh chính xác áp suất chênh lệch Thanh chặn (flapper), một tấm phẳng gắn vào đòn cân, di chuyển để hạn chế mức độ mở của ống nozzle khí xả liên tục, từ đó điều chỉnh tín hiệu đầu ra một cách chính xác.
Khi thanh chặn đóng một phần ống nozzle, áp suất ngược trong ống được tạo ra và liên kết với ống nozzle, đầu còn lại kết nối với phía trên của màng trong rơ le khí nén Áp suất ngược tăng hoặc giảm, tác động lên màng theo vị trí của thanh chặn áp vào ống nozzle, giúp rơ le khí nén điều chỉnh lượng khí đầu ra theo tỷ lệ nhờ van lò xo.
Nguyên lý hoạt động của transmitter DP kiểu khí nén được lắp đặt để đo lưu lượng được minh họa trong hình 2-3
Phạm vi tín hiệu ra khí nén phổ biến nhất là từ 3-15 psi (20-100 kPa), thường được sử dụng để truyền tín hiệu đến các thiết bị như bộ điều khiển, bộ ghi, đồng hồ đo, bộ chỉ thị hoặc bộ cảnh báo hoạt động bằng khí nén Hình 2-4 trình bày chi tiết về một transmitter chênh áp kiểu khí nén truyền thống, thương hiệu Foxboro 13A, là ví dụ tiêu biểu trong hệ thống truyền tín hiệu khí nén.
Hình 2-3: Transmitter DP kiểu khí nén được lắp đặt để đo lưu lượng
Hình 2-4: Transmitter chênh áp kiểu khí nén Foxboro 13A
Các transmitter DP có thể sử dụng để đo áp suất, lưu lượng hoặc mức, đáp ứng nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau Dòng transmitter áp suất khí nén truyền thống Siemens 50 cung cấp nhiều mẫu mã đa dạng với phạm vi đo và khoảng đo phù hợp, giúp tối ưu hóa hiệu quả và độ chính xác của các hệ thống đo lường.
Trong các mẫu đo, giới hạn span của cả ba mẫu có giới hạn nhỏ nhất cao hơn điểm zero thực, gọi là điểm zero dương Điểm zero dương đóng vai trò thiết yếu để đảm bảo độ chính xác của thiết bị đo tại các điểm thấp trong dải đo Giới hạn span không chỉ xác định điểm zero mà còn xác định mức tín hiệu vào 100% trong quá trình hiệu chuẩn, giúp duy trì độ chính xác của thiết bị đo trong các phạm vi khác nhau.
Hộp áp suất transmitter chênh áp có hai mặt, một mặt là phía áp suất cao và mặt còn lại là phía áp suất thấp, và độ chênh áp là phép đo để xác định tín hiệu ra của transmitter Khi lắp đặt để đo lưu lượng, phía áp suất cao kết nối với phía vào của tấm đục lỗ, còn phía áp suất thấp kết nối với ngõ ra của thiết bị giảm áp; trong trường hợp đo áp suất trong đường ống hoặc bể chứa, phía áp suất thấp thông với khí quyển và luôn là áp suất zero Để hiệu chuẩn transmitter cách ly khỏi quá trình, cần mô phỏng các giá trị chênh áp trong phạm vi span của thiết bị, ví dụ như các mẫu của Siemens dòng 50, trong đó tín hiệu khí nén ngõ ra được thiết lập ở giá trị zero tương đương với áp suất chênh từ 3 psi đến 150 inH2O, 20 inH2O hoặc 50 inH2O tùy theo mẫu, và điểm 100% tương ứng với áp suất chênh là 50 inH2O, 225 inH2O hoặc 850 inH2O Các điểm khác yêu cầu xác định đúng span và tính các giá trị áp suất chênh tương ứng, trong đó span của các dải như 5-50 inH2O là 45 inH2O, 20-225 inH2O là 205 inH2O, và 150-850 inH2O là 700 inH2O.
Không cần thiết phải cấp áp suất cao và thấp đối với transmitter, chỉ cần duy trì độ chênh lệch áp suất giữa hai phía Bạn có thể đặt áp suất vào phía cao trong khi phía thấp thông với khí quyển Thường thì, nếu cả hai phía đều thông với khí quyển, áp suất chênh là zero, nhưng đối với dòng Siemens 50, không thể thiết lập ngõ ra ở giá trị 3 psi (tương đương zero) với áp suất chênh bằng zero vì phạm vi điểm zero của thiết bị có điểm dương Thay vào đó, bạn nên để phía thấp thông trực tiếp với khí quyển và cấp áp suất vào phía cao bằng với giá trị thấp nhất trong dải đo của thiết bị để đảm bảo hoạt động chính xác.
50, giá trị này sẽ là 5 inH2O, 20 inH2O, hoặc 150 inH2O, tùy thuộc vào bạn đang hiệu chuẩn cái nào.
Tổng quan quy trình hiệu chuẩn thiết bị kiểu khí nén
Mỗi bộ hiệu chuẩn đa năng kiểu khí nén có đặc điểm riêng, do đó, các bước hiệu chuẩn transmitter kiểu khí nén cần được thực hiện theo quy trình tổng quát Quan trọng là tham khảo tài liệu hướng dẫn của thiết bị trước khi tiến hành hiệu chuẩn để đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy Việc này giúp đảm bảo hiệu quả và độ chính xác của quá trình hiệu chuẩn, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật.
Bước 1: Ngắt kết nối transmitter khỏi quá trình công nghệ bằng cách phối hợp với nhân viên vận hành được phân công, thông qua thao tác điều khiển vòng ở chế độ thủ công để đảm bảo an toàn và tránh gián đoạn quá trình sản xuất.
Trong bước 2, cần tuân thủ quy trình xả tại vị trí kết nối của transmitter với quá trình công nghệ để đảm bảo an toàn và chính xác Đảm bảo transmitter đã được cách ly hoàn toàn khỏi hệ thống quá trình để tránh rò rỉ hoặc sai lệch dữ liệu Cuối cùng, cần cân bằng áp suất tĩnh ở hai phía của transmitter bằng cách mở van cân bằng giữa phía cao và phía thấp, giúp duy trì sự chính xác và ổn định của thiết bị trong quá trình vận hành.
Bước 3 trong quá trình hiệu chuẩn bao gồm tháo các đầu bịt hiệu chuẩn (thường là 1/6” hoặc 1/4”) ở phía của transmitter Sau đó, lắp đặt các đầu nối phù hợp để kết nối ống kiểm tra kèm theo với bộ hiệu chuẩn đến phía suất cao, đảm bảo kết nối chính xác Tiếp theo, kết nối nguồn áp suất của bộ hiệu chuẩn đến phía này để đảm bảo áp suất chuẩn được cung cấp đầy đủ Cuối cùng, đóng van cân bằng giữa phía cao và phía thấp để đảm bảo quá trình hiệu chuẩn chính xác và ổn định.
Bước 4: Tháo đường tín hiệu ngõ ra khí nén của transmitter Bịt đầu cuối để bảo vệ
Kết nối ngõ ra khí nén của transmitter tới ngõ vào phù hợp của bộ hiệu chuẩn
Bước 5 quan trọng là xác nhận lại hai van khóa, đảm bảo chúng đã được đóng an toàn để đảnh bảo an toàn trong quá trình vận hành Đồng thời, kiểm tra kỹ lưỡng để xác nhận rằng nguồn khí cấp cho transmitter đã sẵn sàng và ổn định, giúp duy trì hoạt động chính xác và hiệu quả của hệ thống cảm biến khí.
Trong bước 6, người thực hiện sử dụng quy trình đã được soạn thảo trong tài liệu của bộ hiệu chuẩn để cung cấp tín hiệu vào phù hợp cho transmitter (áp suất) và đọc kết quả đầu ra cũng là áp suất Hiệu chỉnh được thực hiện để đảm bảo tín hiệu đầu ra phản ánh chính xác tín hiệu vào ban đầu Quá trình này cần được lặp lại cho từng điểm theo chu kỳ của quy trình chuẩn, và nên thực hiện nhiều lần để đạt được kết quả hiệu chuẩn chính xác và mong muốn.
Sau khi hoàn tất quá trình hiệu chuẩn, tháo bỏ tất cả thiết bị hiệu chuẩn và kết nối lại transmitter về vị trí ban đầu, đảm bảo tất cả các đường ống và nút bịt được lắp đặt đúng chuẩn Hãy khôi phục transmitter về trạng thái hoạt động bình thường theo quy trình tiêu chuẩn của công ty, tuân thủ tất cả các quy định an toàn Cuối cùng, lưu hồ sơ quá trình hiệu chuẩn theo các tiêu chuẩn quy định của doanh nghiệp để đảm bảo minh bạch và kiểm tra dễ dàng.
Transmitter nhiệt độ
Một số loại vòng điều khiển nhiệt độ cũ sử dụng tín hiệu khí nén để vận hành transmitter nhiệt độ dựa trên nguyên lý áp suất chênh lệch, trong đó ngõ thấp thông với khí quyển Áp suất phía cao được tạo ra bởi hệ thống ống và bầu chứa khí ga, như khí heli, được kết nối và bọc kín với hộp áp suất của transmitter chênh áp Khi nhiệt độ thay đổi, khí trong bầu chứa sẽ giãn nở hoặc co lại theo tỷ lệ, ảnh hưởng đến áp suất trong hệ thống và làm thay đổi lực cân bằng trong transmitter, phản ánh chính xác sự biến đổi nhiệt độ của quá trình.
Hiệu chuẩn tại hiện trường cho transmitter nhiệt độ kiểu điện cơ được thực hiện bằng cách điều chỉnh dải đo thông qua việc điều chỉnh điểm zero bằng tua vít Đối với các thiết bị kiểu bầu chứa, quá trình hiệu chuẩn bao gồm cung cấp một giếng nhiệt chuẩn, trong đó bầu nhiệt được đặt để mô phỏng quá trình đo thực tế, và tín hiệu khí nén đầu ra được theo dõi bằng bộ hiệu chuẩn đa năng Lưu ý rằng, để đảm bảo chính xác, transmitter thường cần được cung cấp nguồn khí khô đã qua điều chỉnh, vì bộ hiệu chuẩn không thể tự điều chỉnh nguồn khí này.
Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu tương tự
Thiết bị hiệu chuẩn đa năng kiểu tương tự
Bộ hiệu chuẩn vòng Fluke 725 là một ví dụ tiêu biểu cho các thiết bị hiệu chuẩn điện tử tương tự, có khả năng đo và cung cấp tín hiệu đầu ra đa dạng như điện áp (V và mV), dòng điện (mA), tần số (Hz) và điện trở (Ω) Khi kết hợp với 28 mô-đun áp suất phù hợp, thiết bị này còn có thể đo áp suất và áp suất chênh lệch, đồng thời cung cấp nguồn và đo tín hiệu cùng lúc trong mọi chế độ hiệu chuẩn.
Bộ hiệu chuẩn này có khả năng cung cấp nguồn auto-step và auto-ramp, cho phép thiết lập tự động các dải đo theo các bước tăng như 4 mA, 8 mA, 12 mA, 16 mA và 20 mA Tính năng này giúp kỹ thuật viên dễ dàng lập trình nguồn áp suất để tự động điều chỉnh theo từng bước dựa trên dải đo, từ đó tối ưu quá trình hiệu chuẩn Ngoài ra, hệ thống còn cho phép thiết lập bộ hiệu chuẩn để tự động thực hiện auto-step hoặc auto-ramp tại một vị trí, đồng thời kiểm tra các tham số khác khi bộ hiệu chuẩn chuyển qua các mức nguồn khác nhau, nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong quá trình thử nghiệm và hiệu chuẩn thiết bị.
Hình 2-5: Bộ hiệu chuẩn vòng Fluke 725
Transmitter áp suất chênh kiểu tương tự
Transmitter DP kiểu tương tự như transmitter chênh áp khí nén, được sử dụng để đo lưu lượng, áp suất và mức chất lỏng hoặc khí Thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý chênh lệch áp suất, tuy nhiên tín hiệu ra là một tín hiệu điện tử tương tự, thay vì tín hiệu khí nén như các loại transmitter truyền thống Đây là giải pháp chính xác và dễ tích hợp trong hệ thống điều khiển tự động, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Nhiều transmitter DP tín hiệu tương tự có khả năng hiệu chuẩn với zero dương hoặc zero âm, với mức zero âm lên đến 500% và zero dương đến 600%, tùy thuộc vào hãng và dòng thiết bị Transmitter DP Rosemount dòng 1151DP là một ví dụ điển hình của các dòng thiết bị cũ có đặc tính này, giúp người dùng linh hoạt trong quá trình hiệu chuẩn và điều chỉnh tín hiệu đầu ra.
Hình 2-6 trình bày các kiểu lắp đặt chênh áp phổ biến sử dụng dòng 1151DP để đo lưu lượng trong các quá trình khác nhau như hơi, chất lỏng và khí ga Các lắp đặt này khác nhau về vị trí của lỗ đo và cách kết nối đường ống hoặc ống dẫn, nhằm loại bỏ sai lệch do ngưng tụ trong hệ thống hoặc bọt khí trong dòng chảy Thiết kế các lắp đặt này giúp đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình đo lưu lượng, nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống.
Hình 2-6: Các kiểu lắp đặt của transmitter lưu lượng kiểu DP điển hình
Áp suất thủy tĩnh
Các Transmitter DP dùng để đo áp suất tĩnh trong các ứng dụng mức chất lỏng, còn gọi là áp suất thủy tĩnh (head pressure) Khi hiệu chuẩn transmitter DP, cần xác định chính xác mức chất lỏng và tỷ trọng của nó để đảm bảo độ chính xác Áp suất thủy tĩnh được tính bằng chiều cao cột chất lỏng nhân với trọng lượng riêng của chất lỏng, thể hiện rõ rằng nó phụ thuộc vào chiều cao và trọng lượng riêng, nhưng không liên quan đến thể tích hoặc hình dạng của bồn chứa.
Đo mức bồn hở
Transmitter DP là thiết bị đo mức trong bồn hở hiệu quả, với phía áp suất cao kết nối trực tiếp đến bồn qua ống, còn phía áp suất thấp mở ra khí quyển Nó đo áp suất thủy tĩnh tại điểm kết nối trên bồn, từ đó gián tiếp xác định chính xác mức chất lỏng trong bồn Sử dụng transmitter DP giúp đảm bảo đo mức chính xác và tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp.
Khi transmitter được gắn thấp hơn điểm vật lý thấp nhất của mức cần đo, cần thực hiện hiệu chuẩn điểm zero âm để đảm bảo độ chính xác Trong những trường hợp hiếm hoi, nếu transmitter được lắp trên mức thấp nhất, quá trình hiệu chuẩn sẽ cần cộng thêm độ cao bên trên mức thấp nhất để đảm bảo kết quả đo chính xác.
Hình 2-7 trình bày một transmitter đo mức (LT) kiểu chênh áp được lắp đặt trên thành của bồn hở Nếu transmitter được gắn tại điểm mức thấp nhất mong muốn, phạm vi đo sẽ là 0-300 inch Tuy nhiên, trong thực tế, transmitter lại được gắn thấp hơn điểm mức thấp nhất mong muốn 75 inch, dẫn đến áp suất thủy tĩnh gia tăng cần được hiệu chỉnh bằng cách tính dải đo mới Công thức xác định dải đo là: range = (e) đến (e + h), giúp đảm bảo độ chính xác trong đo mức và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.
- e = áp suất thủy tĩnh gây ra bởi chiều cao Y (tính bằng in nước)
Áp suất thủy tĩnh lớn nhất được đo bằng đơn vị in nước (in H₂O) Để xác định dải đo, cần tính giá trị e và h dựa trên công thức e = (Y) × (sg), trong đó Y là chiều cao cột chất lỏng và sg là trọng lượng riêng của chất lỏng Việc tính toán chính xác các tham số này giúp đảm bảo phép đo áp suất thủy tĩnh chính xác và phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật.
- e = áp suất thủy tĩnh gây ra bởi chiều cao Y (tính bằng in nước)
- Y = khoảng cách theo chiều dọc giữa ngõ vào phía cao của transmitter và mức thấp nhất có thể đo được
- sg = tỷ trọng của chất lỏng trong bồn
Trong ví dụ này, Y bằng 75” (như trong hình 2-7) và tỷ trọng là 0,9 Dựa trên thông tin này cùng với phương trình đã cho, bạn có thể tính được giá trị của e bằng cách nhân Y với tỷ trọng, kết quả là e = 67,5” H₂O Tiếp theo, bạn cần xác định giá trị của h bằng cách sử dụng công thức h = (X) x (sg), trong đó X là chiều cao cần tính.
- h = áp suất thủy tĩnh lớn nhất đo được (tính bằng in nước)
- X = khoảng cách theo chiều dọc giữa mức lớn nhất và nhỏ nhất có thể đo được
- sg = tỷ trọng của chất lỏng trong bồn
Trong ví dụ này, giá trị X là 300 inch như đã trình bày trong hình 2-7, từ đó bạn có thể tính được chiều cao h bằng công thức h = X x sg, tương đương với h = 300 inch x 0,9 = 270 inch H2O Bây giờ, với giá trị của e và h đã biết, bạn có thể xác định phạm vi áp suất bằng công thức range = e đến e + h, tức là từ 67,5 inch đến 337,5 inch H2O Quá trình tính toán này được thể hiện rõ ràng qua đồ thị trong hình 2-8.
Hình 2-7: Một LT được gắn thấp hơn mức nhỏ nhất
Hình 2-8: Lắp đặt bồn hở với điểm zero âm
Đo mức bồn kín có áp suất
Áp suất hệ thống vượt quá mức cao của chất lỏng trong bồn kín ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất đo được tại đáy bồn Áp suất tại đáy bồn chính là tổng của áp suất hệ thống và áp suất gây ra bởi chiều cao của cột chất lỏng Hiểu rõ mối liên hệ này giúp đảm bảo chính xác trong đo lường và vận hành hệ thống chứa chất lỏng trong bồn kín.
Transmitter chênh áp có thể không hoạt động hiệu quả với độ chênh áp lớn, do đó áp suất bồn cần được trừ bớt khỏi áp suất tại đáy bồn Để thực hiện điều này, cả hai phía của transmitter DP phải được liên kết với bồn, với phía thấp nối vào lỗ đo trên đỉnh bồn, và phía cao nối vào lỗ đo tại đáy bồn Trong phương pháp lắp đặt này, áp suất của bồn được đưa vào cả hai phía của transmitter, khiến áp suất chênh lệch tỷ lệ thuận với chiều cao cột chất lỏng gây ra, đồng thời không ảnh hưởng bởi áp suất hệ thống Transmitter hoạt động ổn định như ban đầu, và phía thấp của đường ống trong lắp đặt bồn kín sẽ vẫn rỗng miễn là khí ga trên mặt chất lỏng không bị ngưng tụ Phương pháp này được gọi là lắp đặt kiểu chân khô (dry leg), và quy trình tính toán dải đo áp dụng cho kiểu này tương tự như đối với transmitter gắn đáy bồn hở.
Trong bồn kín chứa khí ga, nếu áp suất bị ngưng tụ thành chất lỏng, chất lỏng này có thể điền kín ống phía thấp, gây ảnh hưởng đến quá trình đo lường Để khắc phục, ống phía thấp được điền đầy chất lưu tham chiếu phù hợp gọi là chân ướt (wet leg), tạo ra một áp suất thủy tĩnh ổn định Chất lỏng tham chiếu này giúp duy trì sự chính xác của cảm biến, tuy nhiên cần thực hiện zero dương dải đo để bù đắp áp suất cộng thêm do chân ướt tạo ra Khi tính toán zero dương trong bồn kín có áp suất, cần tham khảo hình 2-9 để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.
Hình 2-9: Bù tỷ trọng của chất lỏng trong chân ướt Các công thức sau có thể được sử dụng để tính dải đo:
- e = áp suất thủy tĩnh tạo ra bởi Y (tính bằng inH2O)
- s = áp suất thủy tĩnh tạo ra bởi Z (tính bằng inH2O)
Để xác định áp suất thủy tĩnh cần đo bằng inH2O, bạn cần tính dải đo theo công thức phù hợp Trước tiên, xác định các giá trị của e, s, và h trong công thức tính áp suất Giá trị của e có thể được tính bằng công thức e = (Y) x (sg1), trong đó Y là hệ số đặc trưng, còn sg1 là trọng lượng riêng của môi chất đo Việc xác định chính xác các yếu tố này giúp đảm bảo độ chính xác trong việc đo áp suất thủy tĩnh.
- e = áp suất thủy tĩnh tạo ra bởi Y (tính bằng inH2O)
- Y = khoảng cách theo chiều dọc giữa phía vào cao của transmitter và mức thấp nhất có thể đo
- sg1 = tỷ trọng của chất lỏng trong bồn
Trong ví dụ này, Y bằng 100 inch và tỷ trọng của chất lỏng trong bồn (sg1) là 1, giúp xác định giá trị của e là 100 inH2O Bạn cần tính giá trị của s bằng công thức s = Z x sg2, trong đó Z là chiều cao để xác định độ sâu của chất lỏng Việc sử dụng các công thức này cho phép tính chính xác áp suất và chiều cao chất lỏng trong bồn theo các dữ liệu đầu vào.
- s = áp suất thủy tĩnh tạo ra bởi Z (tính bằng inH2O)
- Z = khoảng cách theo chiều dọc giữa đỉnh của cột chất lỏng trong chân ướt và điểm đo phía đáy của transmitter
- sg2 = tỷ trọng của chất lỏng trong chân ướt
Trong ví dụ này, Z là 575 inchH2O và tỷ trọng của chất lỏng trong chân ướt là 1,1, giúp tính toán giá trị s bằng công thức s = Z × sg2, kết quả là s = 632,5 inchH2O Để xác định dải đo h, cần sử dụng phương trình h = X × sg1, trong đó X là giá trị cần thiết để tính độ cao của cột chất lỏng trong hệ thống.
- h = áp suất thủy tĩnh lớn nhất đo được (tính bằng inH2O)
- X = khoảng cách theo chiều dọc giữa mức đo được nhỏ nhất và lớn nhất
- sg1 = tỷ trọng của chất lỏng trong bồn
Trong ví dụ này, X là 325” Sử dụng thông tin cần thiết và phương trình, bạn có thể tính được giá trị của h: h = (X) x (sg1) h = (325”) x (1) h = 325 inH2O
Bây giờ bạn đã biết giá trị của e, s, và h, bạn có thể sử dụng công thức để tính dải đo như sau: range = (e – s) đến (e + h – s) range = (100” – 632,5”) đến (100” + 325” – 632,5”) range = (-532,5 đến -207,5) inH2O
Tính toán này được thể hiện bằng đồ thị ở hình 2-10
Hình 2-10: Zero dương trong lắp đặt kiểu chân ướt
Zero và Span của Rosemount 1151
Span của tất cả transmitter Rosemount 1151 có thể điều chỉnh liên tục để phù hợp với bất kỳ phạm vi đo nào giữa điểm lớn nhất và điểm 1/6 của phạm vi đó, giúp tối ưu hóa hiệu suất đo lường Ví dụ, span của transmitter Rosemount 1151 trong range 4 có thể điều chỉnh từ 25 inH2O đến 150 inH2O, đảm bảo linh hoạt trong cấu hình Điểm zero của dòng Rosemount 1151 với ngõ ra E hoặc G có thể được điều chỉnh tới ±500% so với giá trị ban đầu hoặc ±600% dương, cho phép cân chỉnh chính xác theo yêu cầu của quá trình Tuy nhiên, điểm zero chỉ có thể đặt trong giới hạn áp suất của toàn thang đo, không vượt quá giới hạn đó để đảm bảo độ chính xác và an toàn Ví dụ, range 4 của transmitter không thể hiệu chỉnh trong phạm vi 100-200 inH2O vì 200 inH2O vượt quá giới hạn tối đa của range 4 là 150 inH2O.
Các nút hiệu chuẩn zero và span dễ tiếp cận nằm phía sau thẻ tên bên đấu dây, giúp dễ dàng thực hiện điều chỉnh Để tăng ngõ ra, cần vặn vít theo chiều kim đồng hồ, đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất thiết bị Việc điều chỉnh nút zero không ảnh hưởng đến cài đặt span, trong khi chỉnh span sẽ tác động đến cài đặt zero, tuy nhiên, ảnh hưởng này sẽ ít hơn khi sử dụng span có điểm zero làm cài đặt cơ sở hoặc nhỏ nhất, giúp duy trì độ chính xác cao trong quá trình hiệu chuẩn.
Hình 2-11: Vị trí các nút chỉnh zero và span của transmitter Rosemount 1151
Các bước của quy trình hiệu chuẩn cho Rosemount 1151DP range 4 rất quan trọng và có thể áp dụng tương tự cho các loại transmitters kiểu DP khác Trong quá trình hiệu chuẩn, cần chú ý đặc biệt ở bước 6 để giảm thiểu số lần hiệu chỉnh lại do ảnh hưởng của span đến cài đặt zero Dải hiệu chuẩn mong muốn trong ví dụ này là 0-100 inH2O, giúp đảm bảo độ chính xác của thiết bị đo áp suất.
Bước 1: Kết nối bộ hiệu chuẩn đa năng với ngõ ra transmitter Thiết lập đơn vị đo theo dòng điện
Khi đặt áp suất chênh lệch bằng 0 vào transmitter (nguồn áp suất để hở), cần điều chỉnh nút chỉnh zero cho đến khi ngõ ra của transmitter đạt giá trị 4 mA trên bộ hiệu chuẩn Việc thực hiện điều chỉnh này giúp thiết lập điểm chuẩn chính xác cho transmitter, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác trong hệ thống đo lường Đặt áp suất chênh lệch bằng 0 là bước quan trọng trong quá trình hiệu chuẩn để đảm bảo nguộn tín hiệu đầu ra phản ánh đúng giá trị thực tế.
Bước 3: Đặt áp suất chênh 100 inH2O vào ngõ cao của transmitter, trong khi ngõ thấp được để thông với khí quyển
Trong bước 4, điều chỉnh nút chỉnh span cho đến khi ngõ ra của transmitter đạt giá trị xấp xỉ 20 mA trên bộ hiệu chuẩn, không cần thiết phải chính xác ở bước này Tiếp theo, trong bước 5, xả áp suất chênh về zero và hiệu chỉnh lại ngõ ra zero của transmitter để đảm bảo độ chính xác và ổn định trong quá trình đo lường.
Bước 6: Đặt lại áp suất 100 inH2O vào ngõ cao của transmitter Nếu ngõ ra lớn hơn
Để điều chỉnh ngõ ra theo chuẩn 20 mA, bạn cần nhân độ lệch giữa giá trị đọc và 20 mA với hệ số 0,25, sau đó trừ hoặc cộng vào 20 mA tùy thuộc vào kết quả Khi ngõ ra nhỏ hơn 20 mA, nhân độ lệch với 0,25 và cộng thêm vào 20 mA để điều chỉnh phù hợp Quá trình này giúp ổn định ngõ ra tại điểm 100% quanh giá trị mong muốn, đảm bảo phản hồi chính xác trong hệ thống đo lường.
Bước 7: Xả áp suất bên phía cao và điều chỉnh lại điểm zero
Bước 8: Đặt lại áp suất 100 inH2O vào ngõ cao, và lặp lại bước 5 đến bước 7 cho đến khi ngõ ra toàn thang đạt giá trị 20 mA (±0,032 mA)
Bước 9: Lưu hồ sơ các hoạt động đã thực hiện bằng cách sử dụng các biểu mẫu hoặc hệ thống lưu trữ điện tử phù hợp để đảm bảo an toàn và dễ truy cập Tuân thủ đầy đủ các quy trình của công ty để duy trì tính minh bạch và chính xác của hồ sơ.
Transmitter nhiệt độ với ngõ ra tương tự
Việc đo lường và theo dõi nhiệt độ đóng vai trò thiết yếu trong nhiều quá trình công nghiệp và thương mại, từ kiểm soát nhiệt độ nấu trong xử lý thực phẩm, giám sát nhiệt độ của thép nóng chảy trong nhà máy, xác nhận nhiệt độ trong kho lạnh đến điều chỉnh nhiệt độ trong các phòng khô của nhà máy giấy.
Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ tương tự, transmitter nhiệt độ sử dụng các cảm biến đo để chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu 4-20 mA, giúp truyền dữ liệu đến phần tử điều khiển Phần tử chấp hành có thể là van điều chỉnh nhiệt độ (TCV), mở hoặc đóng để điều chỉnh lượng hơi hoặc nhiên liệu trong quá trình gia nhiệt Ngoài ra, hệ thống còn có thể sử dụng rơle hoặc van để điều chỉnh hệ thống làm mát, đảm bảo duy trì nhiệt độ tối ưu cho quy trình sản xuất.
Trong các loại cảm biến nhiệt phổ biến nhất, cặp nhiệt điện (thermocouple - TC) và cảm biến nhiệt điện trở (RTD - Resistance Temperature Detector) thường được kết nối với thiết bị truyền nhiệt độ để đo chính xác Để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của các thiết bị đo nhiệt độ, có nhiều công cụ hiệu chuẩn nhiệt độ đa dạng, từ các bộ hiệu chuẩn đa năng đến các thiết bị chuyên dụng như Fluke 724 Những bộ hiệu chuẩn này giúp thao tác hiệu chuẩn nhanh chóng, chính xác, hỗ trợ tối ưu trong kiểm tra và xác nhận hiệu suất của các cảm biến nhiệt.
Một bộ hiệu chuẩn chất lượng cung cấp các chức năng quan trọng liên quan đến nhiệt độ, bao gồm nhận dạng và mô phỏng loại Thermocouple (TC) Trong đó, khả năng mô phỏng TC giúp việc hiệu chuẩn các đài nhiệt độ trở nên dễ dàng và chính xác hơn, đặc biệt hữu ích khi hiệu chuẩn transmitter nhiệt độ.
Quy trình hiệu chuẩn transmitter nhiệt độ tổng quát gồm các bước chính cần thiết để đảm bảo độ chính xác và ổn định của thiết bị Bạn nên tham khảo tài liệu của bộ hiệu chuẩn để nắm rõ các thông tin chi tiết và hướng dẫn cụ thể Việc thực hiện hiệu chuẩn đúng quy trình giúp duy trì hiệu suất của transmitter nhiệt độ, nâng cao độ tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp.
Bước đầu tiên trong quá trình hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ là kết nối các đầu đo của bộ hiệu chuẩn với ngõ ra của transmitter nhiệt độ Sau đó, cần thiết lập bộ hiệu chuẩn để cung cấp nguồn vòng (loop power), đảm bảo quá trình hiệu chuẩn diễn ra chính xác và ổn định.
Bước 2: Kết nối dây TC của bộ hiệu chuẩn với ngõ vào TC của transmitter Thiết lập bộ hiệu chuẩn để mô phỏng loại TC tương ứng
Bước 3: Lựa chọn thang nhiệt độ phù hợp (C hoặc F)
Bước 4: Đặt nhiệt độ tại ngõ ra của bộ mô phỏng TC giá trị tương tứng với điểm zero
Bước 5: Đọc dòng ngõ ra của transmitter Nó phải là 4 mA Nếu không, điều chỉnh zero cho transmitter để đưa giá trị về 4 mA
Bước 6: Đặt nhiệt độ ngõ ra của bộ mô phỏng TC giá trị tương ứng với điểm lớn nhất
Bước 7: Đọc dòng ngõ ra của transmitter Nó phải là 20 mA Nếu không, điều chỉnh span cho transmitter để đưa giá trị về 20 mA
Bước 8: Lặp lại bước 4 đến bước 7 cho đến khi cả hai giá trị đạt được độ chính xác
Bước 9: Tháo tất cả thiết bị khỏi bộ phát tín hiệu (transmitter) và đưa thiết bị trở về trạng thái hoạt động bình thường Quá trình này cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình và biểu mẫu của công ty để đảm bảo sự an toàn và chính xác trong vận hành.
Để thực hiện hiệu chuẩn ba hoặc năm điểm thay vì chỉ hiệu chuẩn zero và span đơn giản, bạn cần áp dụng cùng quy trình nhưng thực hiện theo thứ tự các điểm phù hợp Phép hiệu chuẩn ba điểm nên tiến hành theo thứ tự 0%, 50%, 100%, sau đó quay về 50% và 0% Đối với hiệu chuẩn năm điểm, các điểm cần thực hiện lần lượt là 0%, 25%, 50%, 75%, 100%, rồi quay trở lại 75%, 50%, 25%, và kết thúc tại 0% Việc này giúp đảm bảo độ chính xác cao hơn cho quá trình hiệu chuẩn thiết bị của bạn.
TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 2:
2.1 Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu khí nén
2.2 Hiệu chuẩn các thiết bị kiểu tương tự
CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 2:
Transmitter áp suất khí nén có dải đo ngõ vào từ 0-100” H₂O và span ngõ vào từ 50-100” H₂O là loại zero mở rộng Điều này giúp thiết bị đo chính xác ở phạm vi rộng hơn, phù hợp cho các ứng dụng đo áp suất khí nén trong công nghiệp Việc chọn loại zero phù hợp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống đo lường Do đó, transmitter này thuộc loại zero mở rộng giúp mở rộng phạm vi đo phù hợp với yêu cầu của quá trình.
Khi hiệu chuẩn một transmitter khí né, bước đầu tiên là mở các ngõ áp suất để chuẩn bị cho quá trình hiệu chỉnh chính xác Điều này giúp đảm bảo các tín hiệu áp suất được kết nối đúng cách và không gây ảnh hưởng đến kết quả đo Việc mở các ngõ này là bước quan trọng để tiến hành cân bằng áp suất chênh, đảm bảo độ chính xác của thiết bị trong quá trình hiệu chuẩn.
Trong quá trình sử dụng chất lưu khí có khả năng ngưng tụ, ta có thể tạo ra một bộ phận gọi là chân ướt Chân ướt là loại chân phục vụ trong hệ thống dẫn lưu khí, có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao cùng với đặc tính ngưng tụ của chất lưu khí Việc lựa chọn chân ướt phù hợp giúp tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
Câu 4 Trình bày các bước hiệu chuẩn một transmitter áp suất kiểu khí nén
Câu 5 Trình bày các bước hiệu chuẩn một transmitter áp suất kiểu tương tự
Câu 6 Trình bày các bước hiệu chuẩn một transmitter nhiệt độ kiểu tương tự
3 BÀI 3: TRANSMITTER THÔNG MINH GIỚI THIỆU BÀI 3:
Transmitter thông minh hoạt động khác biệt so với transmitter truyền thống nhờ tích hợp bộ xử lý xử lý thông tin kỹ thuật số và truyền tải dưới nhiều hình thức khác nhau Nó lưu trữ dữ liệu về đặc tính của cảm biến kèm theo, giúp bù trừ các thay đổi của cảm biến để đảm bảo độ chính xác Quy trình factory characterization tạo hồ sơ chất lượng cảm biến, cung cấp thông tin chi tiết về đặc tính của thiết bị Các transmitter thông minh ngày nay sử dụng nhiều giao thức kỹ thuật số phổ biến, trong đó giao thức HART là nổi bật, cho phép truyền tải dữ liệu cấu hình, trạng thái, giá trị đo lường và chẩn đoán, nhưng không phục vụ hiệu chuẩn thiết bị.
- Mô tả các giao thức truyền thông khác nhau và các thiết bị được sử dụng để truyền thông
- Giải thích cách thức hiệu chuẩn các thiết bị HART
- Hiệu chuẩn một transmitter thông minh sử dụng một bộ giao tiếp HART và hoàn thiện hồ sơ theo quy định
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
- Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi làm công tác hiệu chuẩn thiết bị;
- Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 3
Người dạy nên áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, hỏi đáp và dạy học theo vấn đề để thúc đẩy sự chủ động của học sinh Đồng thời, yêu cầu người học thực hiện các câu hỏi thảo luận và bài tập bài 3, cả cá nhân lẫn nhóm, nhằm nâng cao khả năng phân tích và hợp tác đội nhóm.
Để đạt hiệu quả cao trong học tập, người học nên chủ động đọc trước giáo trình (bài 3) trước buổi học Đồng thời, cần hoàn thành đầy đủ các câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống của bài 3 theo cá nhân hoặc nhóm, và nộp đúng hạn theo quy định Điều kiện hoàn thành bài 3 là người học phải thực hiện đầy đủ các yêu cầu trên để đảm bảo tiêu chuẩn học tập.
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: phòng thiết bị đo lường
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh và các tài liệu liên quan đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp kiến thức và hướng dẫn học tập hiệu quả Học liệu, dụng cụ và nguyên vật liệu như trang thiết bị bảo hộ cá nhân đảm bảo an toàn cho sinh viên trong quá trình thực hành và nghiên cứu Việc lựa chọn và sử dụng các tài liệu tổng hợp giúp nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng yêu cầu của ngành học và thúc đẩy sự phát triển kỹ năng thực tiễn.
- Các điều kiện khác: không có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 3
- Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng
Giao thức HART
Giao thức HART là một giao thức mở toàn cầu dùng để truyền thông tự động giữa các thiết bị thông minh trong hệ thống tự động hóa Được phát triển bởi Rosemount, hiện nay giao thức này thuộc về Nền tảng Truyền thông HART (HART Communication Foundation), một tổ chức quốc tế giám sát sự phát triển và hỗ trợ giao thức này Giao thức HART có thể kết nối với các thiết bị sử dụng hệ thống dây 2 dây hoặc 4 dây, bao gồm các transmitter, bộ định vị, cơ cấu chấp hành van, lưu lượng kế kiểu từ, thiết bị đo mức, bộ phân tích chất khí và chất lỏng, cũng như các thiết bị điều khiển tự động, giúp nâng cao hiệu suất và khả năng giám sát trong hệ thống tự động hóa công nghiệp.
Các thiết bị thông minh HART được thiết kế để cung cấp phạm vi dữ liệu rộng có thể truy xuất dễ dàng thông qua các lệnh tiêu chuẩn Thông thường, mỗi thiết bị HART cho phép truy cập khoảng 35 mục dữ liệu khác nhau, bao gồm trạng thái thiết bị, thông báo chẩn đoán, đơn vị đo và biến quá trình, dòng điện vòng và phần trăm dải đo Ngoài ra, các dữ liệu này còn gồm các tham số cấu hình cơ bản, thông tin nhà sản xuất và đặc trưng của thiết bị, giúp tối ưu hóa quá trình giám sát và quản lý hệ thống tự động hóa.
Giao thức HART cung cấp truyền thông số hai chiều tương thích với tín hiệu 4-20 mA chuẩn công nghiệp, cho phép gửi đồng thời dữ liệu số và tín hiệu analog liên tục Đây là giải pháp lý tưởng để nâng cao khả năng giám sát, điều khiển thiết bị trong hệ thống tự động hóa công nghiệp Với khả năng truyền tối đa bốn phép đo trong một tin nhắn, các thiết bị giao thức HART nhiều ngõ ra tận dụng ưu điểm này để mở rộng ứng dụng Ngoài ra, hệ thống còn cho phép kết nối song song các thiết bị có yêu cầu truyền thông số trên cùng một đôi dây, mỗi thiết bị được cấp địa chỉ riêng, giúp chủ hệ thống dễ dàng giao tiếp lần lượt với từng thiết bị một cách hiệu quả.
Giao tiếp với các thiết bị HART có thể được thực hiện thông qua máy tính có giao diện HART hoặc bộ giao tiếp HART, là công cụ phổ biến để làm việc với giao thức này PLC và DCS cũng hỗ trợ giao diện HART, giúp dễ dàng tích hợp và vận hành trong hệ thống tự động hóa công nghiệp Các thiết bị cầm tay HART mang lại sự tiện lợi tại hiện trường và cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau, đáp ứng nhu cầu kiểm tra và cấu hình nhanh chóng Nhiều loại bộ giao tiếp cầm tay còn có khả năng giao tiếp bằng các giao thức số khác như FOUNDATION Fieldbus, nâng cao tính linh hoạt trong xử lý dữ liệu Để đảm bảo tương thích với các thiết bị mới, bộ giao tiếp cầm tay cần được cập nhật phần mềm phù hợp theo hướng dẫn của nhà sản xuất, giúp duy trì hiệu suất và khả năng làm việc tối ưu.
Hình 3-1: Bộ giao tiếp HART cầm tay
Hiệu chuẩn các thiết bị HART
Tóm tắt cấu trúc bên trong của thiết bị HART
Hình 3-2 trình bày ba tầng của thiết bị HART liên quan đến quá trình hiệu chuẩn Tầng đầu tiên nhận tín hiệu quá trình dạng tương tự dưới dạng số đếm thô, phản ánh giá trị đo được như điện áp, dòng điện, tần số hoặc điện dung Bộ chuyển đổi A/D inside bộ xử lý chuyển đổi tín hiệu tương tự sang giá trị số tương ứng trước khi gửi đến các tầng tiếp theo, đảm bảo quá trình hiệu chuẩn chính xác và hiệu quả.
Trong tầng vào, hệ thống sử dụng phương trình tích hợp sẵn hoặc bảng tra để tính toán tương quan giữa tín hiệu quá trình và biến quá trình thực như nhiệt độ, áp suất hoặc lưu lượng Ngõ ra của tầng này là một tín hiệu số phản ánh chính xác các giá trị đo lường của quá trình, có thể truy cập và đọc bằng bộ giao tiếp HART Bảng tra thường do nhà sản xuất cung cấp để đảm bảo độ chính xác và tiện lợi trong vận hành Hầu hết các thiết bị cảm biến còn có khả năng điều chỉnh tại hiệu trường thông qua quá trình hiệu chỉnh cảm biến (sensor trim), giúp tối ưu hóa hiệu suất đo lường của hệ thống.
Tầng thứ 2 trong hệ thống chuyển đổi tín hiệu ngõ vào PV từ dạng số sang tín hiệu dòng điện mA có giá trị từ 4 mA (phía thấp) đến 20 mA (phía cao của dải đo) Phần trăm dải đo được xác định dựa trên giá trị tối thiểu và tối đa của thiết bị, nhằm thiết lập phạm vi chính xác cho việc truyền tín hiệu Quá trình chuyển đổi này dựa trên các phép toán toán học, kết hợp với hàm truyền của thiết bị, thường là tuyến tính hoặc dạng căn bậc hai, tùy thuộc vào loại cảm biến như cảm biến áp suất Ngõ ra của tầng này là tín hiệu dòng điện có thể dễ dàng đọc qua bộ giao tiếp HART để giám sát và điều khiển hệ thống một cách chính xác.
Nhiều thiết bị HART có khả năng chuyển sang chế độ kiểm tra (test) để giữ ngõ ra ở mức tín hiệu không đổi Trong chế độ này, ngõ ra của tầng thứ hai sẽ cung cấp một giá trị dòng điện cố định thay vì giá trị dòng điện bình thường, giúp dễ dàng kiểm tra và xác định hoạt động của thiết bị.
Tầng thứ 3 chuyển đổi giá trị mA từ tầng hai sang dạng số phù hợp để điều khiển bộ biến đổi DAC Thiết bị này tạo ra tín hiệu tương tự 4-20 mA chính xác, trong đó các hệ số hiệu chuẩn nội bộ đảm bảo giá trị tín hiệu ra đúng, với 4 mA tương ứng 0% và 20 mA tương ứng 100% Quá trình hiệu chỉnh các hệ số này thường được gọi là hiệu chỉnh dòng điện vòng (current loop trim), nhằm đạt được độ chính xác cao cho tín hiệu truyền dẫn.
Hình 3-2: Nguyên lý hoạt động của một Transmitter HART
Tầng vào
Việc hiệu chuẩn tầng vào là bước quan trọng không thể thiếu đối với tất cả các thiết bị đo lường Khi kiểm tra, chỉ cần hiệu chuẩn đối với tầng vào nếu thiết bị HART chỉ hoạt động như một thiết bị số, không sử dụng ngõ ra dòng điện vòng Một bộ hiệu chuẩn đa năng được sử dụng để đo và cung cấp tín hiệu vào đã biết, trong khi bộ giao tiếp HART đo kết quả tín hiệu ra (PV) Với mối quan hệ tuyến tính giữa các tín hiệu và kết quả, cùng đơn vị đo, việc tính toán sai số trở nên dễ dàng hơn, đảm bảo kết quả kiểm tra phù hợp với độ chính xác do nhà sản xuất quy định.
Nếu kết quả kiểm tra không đạt yêu cầu, cần tuân thủ đúng quy trình của nhà sản xuất để điều chỉnh tầng vào, thường gồm một hoặc hai điểm chỉnh Trong đó, một số thiết bị như transmitter áp suất còn có điểm chỉnh zero để điều chỉnh sao cho hệ thống đạt được kết quả chính xác, thay vì chỉ tập trung vào điểm thấp của dải đo.
Tầng giữa
Khi cả hai tầng vào và tầng ra của thiết bị HART được hiệu chuẩn, chúng sẽ hoạt động chính xác, đảm bảo độ tin cậy trong quá trình đo lường Không cần hiệu chuẩn tầng thứ hai vì nó chỉ thực hiện các phép tính, giúp giảm thiểu công đoạn bảo trì và tiết kiệm thời gian Điều này cho phép người dùng dễ dàng thay đổi dải đo, đơn vị đo, và hàm truyền mà không làm ảnh hưởng đến quá trình hiệu chuẩn của các tầng vào và tầng ra, nâng cao tính linh hoạt và tiện ích của thiết bị.
Tầng ra
Hiệu chuẩn tầng ra liên quan đến việc sử dụng bộ giao tiếp HART để đặt thiết bị vào chế độ dòng điện ngõ ra cố định, đảm bảo thiết bị phát ra dòng điện mong muốn Một bộ hiệu chuẩn đa năng giúp đo lường chính xác dòng điện đầu ra, dễ dàng tính toán sai số nhờ mối quan hệ tuyến tính giữa tín hiệu và tín hiệu ra đều được đo bằng mA Kết quả kiểm tra phải đáp ứng độ chính xác theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất, đảm bảo hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Trong trường hợp kết quả kiểm tra không đạt yêu cầu, cần tuân thủ theo quy trình của nhà sản xuất để điều chỉnh tầng ra Quá trình này thường được gọi là hiệu chỉnh dòng điện vòng (current loop trim, D/A trim hoặc 4-20 mA trim) trong tài liệu bảo trì Việc hiệu chỉnh liên quan đến hai điểm hiệu chỉnh (trim point) nằm gần hoặc ngay bên ngoài giới hạn 4 và 20 mA để đảm bảo độ chính xác của thiết bị.
Hiệu chuẩn Transmitter áp suất thông minh kiểu HART
Các thiết bị HART có thể được hiệu chuẩn bằng bộ hiệu chuẩn đa năng và bộ giao tiếp HART, giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình kiểm tra Một số nhà sản xuất đã tích hợp tất cả chức năng này vào cùng một thiết bị, như Fluke 754 (hình 3-3), mang lại sự tiện lợi cho người dùng Khi sử dụng Fluke 754 để hiệu chuẩn transmitter áp suất, bạn cần chuẩn bị một mô-đun áp suất phù hợp và một bơm tay để điều chỉnh áp suất một cách chính xác.
Dưới đây là quy trình chuẩn để hiệu chuẩn một cảm biến áp suất thông minh, bao gồm việc sử dụng bộ hiệu chuẩn hoặc thiết bị giao mô-đun kết hợp Để đảm bảo kết quả chính xác, người dùng cần tham khảo tài liệu hướng dẫn của thiết bị để cập nhật các thông tin cụ thể và phù hợp với từng loại cảm biến Việc hiệu chuẩn đúng quy trình giúp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu đo lường, nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống áp suất.
Để bắt đầu quá trình hiệu chuẩn, kết nối bộ hiệu chuẩn hoặc thiết bị giao tiếp với ngõ ra của transmitter và thiết lập chế độ cấp nguồn cho vòng Một số thiết bị giao tiếp yêu cầu mắc một điện trở phù hợp nối tiếp để mô phỏng chính xác các điều kiện của vòng, do đó, cần kết nối chính xác theo yêu cầu nếu điều này là bắt buộc.
Bước 2 trong quá trình hiệu chuẩn cảm biến là kết nối bộ hiệu chuẩn với ngõ vào của transmitter bằng cách sử dụng mô-đun áp suất phù hợp và ống nối chất lượng Đảm bảo kết nối nguồn áp suất đúng theo yêu cầu để đảm bảo độ chính xác và an toàn cho quá trình hiệu chuẩn cảm biến.
Bước 3: Mở thông nguồn áp suất để ngõ vào transmitter ở giá trị zero Nhấn nút chỉnh áp suất về zero trên bộ hiệu chuẩn
Trong bước 4, cần kiểm tra xem giá trị dải đo thấp của cảm biến có phải là zero hay không Nếu đúng, bạn cần thiết lập giá trị thấp cho cảm biến để đảm bảo độ chính xác Trường hợp giá trị dải đo thấp không phải là zero, hãy đặt áp suất tương đương với giá trị dải đo thấp để chuẩn bị cho quá trình điều chỉnh Kế tiếp, đóng lỗ thông của bơm và điều chỉnh áp suất để gần bằng giá trị mong muốn, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác.
Sử dụng nút chỉnh tinh của bơm là cách hiệu quả để điều chỉnh chính xác giá trị áp suất Một số bộ hiệu chuẩn hiện đại còn có khả năng phát hiện giá trị đúng và báo hiệu khi đạt đến điểm mong muốn, giúp đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình vận hành.
Bước 5: Áp dụng cùng quy trình để thiết lập giá trị cao của dải đo
Bước 6: Điều chỉnh áp suất và lặp lại quy trình cho mỗi điểm hiệu chuẩn thêm
Hình 3-3: Fluke 754 được kết hợp giữa bộ hiệu chuẩn và bộ giao tiếp
Các lưu ý khi kiểm tra và hiệu chuẩn
Một số yếu tố khác phải lưu ý khi hiệu chuẩn các thiết bị HART được xác định như sau:
Damping trong các thiết bị HART là tham số giúp kiểm soát độ trễ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của thiết bị, nhằm tránh gây ra độ trễ quá lâu ảnh hưởng đến quá trình kiểm tra và hiệu chuẩn Thời gian damping càng lớn có thể gây ra độ trễ vượt quá giới hạn cho phép, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo Vì lý do này, cần đặt damping về giá trị zero trước khi tiến hành kiểm tra hoặc hiệu chuẩn để đảm bảo độ chính xác của kết quả, sau đó mới điều chỉnh lại damping theo yêu cầu sau khi hoàn tất quá trình kiểm tra.
Thay đổi dải đo số chỉ ảnh hưởng đến cấu hình của thiết bị HART mà không phải là hiệu chuẩn thiết bị Đây là một quan niệm sai lầm phổ biến, vì việc thay đổi dải đo chỉ tác động đến quá trình chuyển đổi của tầng thứ hai trong quá trình hiệu chuẩn HART, không làm thay đổi giá trị xử lý số khi đọc dữ liệu bởi bộ giao tiếp Việc hiệu chuẩn đúng yêu cầu sử dụng thiết bị bên ngoài chuẩn, như bộ hiệu chuẩn đa năng, để cung cấp tín hiệu chuẩn xác cho thiết bị trong quá trình hiệu chuẩn.
Điều chỉnh zero và span trong thiết bị HART là quy trình cần thiết để hiệu chuẩn chính xác, đảm bảo giá trị số PV phản ánh đúng giá trị tiêu chuẩn Tuy nhiên, việc chỉ thực hiện zero trim có thể không khắc phục được vấn đề dịch chuyển điểm zero trong quá trình hiệu chuẩn, dẫn đến các sai lệch trong giá trị đo đạc Ví dụ, một kỹ thuật viên đo áp suất chênh lệch phát hiện điểm zero bị dịch chuyển +1 inH2O, gây ra sai lệch trong ngõ ra từ 4 mA thành 4,16 mA, và từ 20 inH2O thành 20,16 mA Khi thực hiện hiệu chỉnh bằng cách nhấn nút zero, giá trị ngõ ra về đúng, nhưng khi kiểm tra bằng bộ giao tiếp HART, dải đo lại khác, gây hiện tượng ẩn lỗi Do đó, việc điều chỉnh span là cần thiết để đảm bảo rằng tất cả các giá trị nội bộ phản ánh chính xác dải đo tiêu chuẩn, tránh sai lệch trong quá trình vận hành.
Điều chỉnh dòng điện vòng là kỹ thuật viên thường dùng bộ giao tiếp HART cầm tay để đồng bộ chính xác dòng điện vào thiết bị và các thiết bị hiển thị trong vòng Tuy nhiên, chiến lược này có thể dẫn đến kết quả sai do ẩn đi vấn đề hiệu chuẩn ở tầng vào bằng cách bù trừ ở tầng ra, gây ra sai lệch trong giá trị số hiển thị Ví dụ, nếu điểm zero dịch chuyển và bộ chỉ thị số hiển thị 0,0 tại 4 mA và 100,0 tại một giá trị nhất định, điều này cho thấy sự cần thiết kiểm tra và hiệu chỉnh chính xác để đảm bảo tính chính xác của hệ thống.
Trong quá trình kiểm tra, bộ chỉ thị cho kết quả là 1,0 khi cả hai ngõ vào của thiết bị được để thông (zero), cho thấy hệ thống hoạt động bình thường trong điều kiện không tải Khi áp suất đặt vào là 100 inH2O, bộ chỉ thị hiển thị giá trị 101,0, phản ánh chính xác mức áp suất đo lường Đây là các kết quả quan trọng để xác nhận độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị trong các ứng dụng đo lường áp suất.
Sử dụng bộ giao tiếp HART, kỹ thuật viên điều chỉnh dòng điện vòng để hiển thị giá trị là 0 và 100, nhằm giải quyết vấn đề hiển thị, nhưng vẫn tồn tại một vấn đề hiệu chuẩn cơ bản Bộ giao tiếp HART sẽ cho thấy giá trị PV vẫn là 1 và 101 inH2O tại các điểm kiểm tra, trong khi dòng điện ngõ ra vẫn là 4,16 mA và 20,16 mA, mặc dù ngõ ra thực tế từ thiết bị là 4 mA và 20 mA Điều này cho thấy vấn đề đã bị che giấu nhưng chưa được xử lý triệt để Thay vì chỉ điều chỉnh dòng điện vòng, kỹ thuật viên nên thực hiện hiệu chuẩn toàn bộ hệ thống để loại bỏ nguyên nhân gốc rễ Chỉ khi giá trị PV đúng cả bên trong và bên ngoài thì mới đảm bảo thiết bị đã được hiệu chuẩn chính xác Bộ giao tiếp HART đặc biệt hữu ích trong quá trình này vì nó cho phép kiểm tra chính xác từng tầng của hệ thống.
TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 3:
3.2 Hiệu chuẩn các thiết bị HART
CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 3:
Câu 1 Giao thức HART được truyền qua … a Đường tín hiệu khí nén b Đường tín hiệu điện áp 1-5 V c Vòng tín hiệu dòng điện 4-20 mA d Bus trường FOUNDATION
Câu 2 Tầng thứ 3 của một thiết bị HART có thể được điều chỉnh để hiệu chỉnh … a Dòng điện b Ngõ vào c Hàm truyền d Bảng tra
Câu 3 Hiệu chuẩn một thiết bị HART luôn yêu cầu hai dụng cụ, một bộ giao tiếp
HART và một … a Vòng dòng điện b Bộ hiệu chuẩn đa năng c Vòng điện áp d Máy đo công suất
Câu 4 Trình bày các bước để hiệu chuẩn một transmitter thông minh kiểu HART
4 BÀI 4: TRANSDUCER VÀ BỘ ĐỊNH VỊ VAN GIỚI THIỆU BÀI 4:
Hiệu chuẩn không chỉ là hoạt động quan trọng đối với các thiết bị đo lường mà còn cần thiết cho các thiết bị khác như bộ định vị van và các bộ chuyển đổi Việc thiếu hiệu chuẩn có thể gây ra sự cố trên toàn bộ hệ thống thiết bị, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chính xác của quá trình vận hành Do đó, duy trì việc hiệu chuẩn định kỳ là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn, độ chính xác và hiệu quả của hệ thống thiết bị.
- Giải thích được cách hiệu chuẩn transducer và các bộ định vị van
- Hiệu chuẩn một transducer và hoàn thiện việc lưu trữ hồ sơ đúng quy định
- Hiệu chuẩn các bộ định vị van sau kiểu khí nén, kiểu điện – khí nén và kiểu số và hoàn thiện việc lưu trữ hồ sơ đúng quy định:
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận trong công việc;
- Tuân thủ nghiêm túc các quy định an toàn khi làm công tác hiệu chuẩn thiết bị;
- Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau khi thực hiện công việc
PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 4:
Đối với người dạy, nên áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực như diễn giảng, vấn đáp và dạy học theo vấn đề để nâng cao hiệu quả giảng dạy Đồng thời, yêu cầu người học thực hiện các câu hỏi thảo luận và bài tập bài 4, có thể làm cá nhân hoặc theo nhóm, để thúc đẩy sự tham gia tích cực và phát triển kỹ năng tư duy của học sinh.
Người học cần chủ động đọc trước giáo trình bài 4 để chuẩn bị cho buổi học Hoàn thành đầy đủ các câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống của bài 4 theo cá nhân hoặc nhóm, và nộp lại đúng hạn cho người dạy Điều kiện để thực hiện bài 4 là học viên chuẩn bị kỹ lưỡng và tuân thủ thời gian quy định.
- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: phòng thiết bị đo lường
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
Chương trình môn học và giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng, trong khi các tài liệu tham khảo và giáo án hỗ trợ quá trình học tập Đồ dùng học tập, phim ảnh và các tài liệu liên quan giúp sinh viên nắm bắt kiến thức thực tế, còn các loại dụng cụ và nguyên vật liệu phục vụ cho thực hành và nghiên cứu Ngoài ra, việc sử dụng các trang thiết bị bảo hộ cá nhân đảm bảo an toàn trong quá trình học tập và làm việc, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu rủi ro.
- Các điều kiện khác: không có
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 4
- Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng
Năng lực tự chủ và trách nhiệm trong học tập đóng vai trò quan trọng, yêu cầu người học phải chủ động nghiên cứu bài trước khi đến lớp và chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập để nâng cao hiệu quả học tập Họ cần tham gia đầy đủ thời lượng môn học, thể hiện sự nghiêm túc và trách nhiệm trong quá trình học, từ đó phát triển phẩm chất tự lập và ý thức trách nhiệm cao trong việc học tập.
- Điểm kiểm tra thường xuyên: không có
- Kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành: 01 bài kiểm tra lý thuyết và 01 bài kiểm tra thực hành
Hiệu chuẩn không chỉ là hoạt động liên quan đến các thiết bị đo lường mà còn rất quan trọng đối với các thiết bị khác như bộ định vị van và các transducer, vì chúng đều yêu cầu hiệu chuẩn để đảm bảo hoạt động chính xác Lỗi hiệu chuẩn trong các thiết bị đo lường có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong toàn bộ hệ thống đo lường, ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu quả công việc Đảm bảo hiệu chuẩn định kỳ giúp duy trì hiệu suất của các thiết bị, giảm thiểu rủi ro sai số và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành.