Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark
Grundlæggende er kalibrering en sammenligning af målinger efterfulgt af en skriftlig rapport over resultaterne, den såkaldte systematisk målefejl. Dokumentet med resultater betegnes generelt som et kalibreringscertifikat eller -protokol.
Resultatet af sammenligningen ved kalibrering er udtrykt som en forskel, dvs. afvigelsen af målingen, på det instrument der skal kalibreres, i forhold til en mere nøjagtig reference enhed. Denne forskel kan udtrykkes enten som en afvigelse i den af enheden målte værdier eller som en procentdel.
På flowmålere til industriel anvendelse er det som regel en puls-/frekvensudgang eller en 4-20 mA udgang og mindre hyppigt er det displayet eller bus signaler, der skal kalibreres, og da flowmålere sædvanligvis kalibreres ved forskellige strømningshastigheder, er det forholdsvis enkelt registrere målefejlene ved de forskellige strømningshastigheder og få resultaterne plottet i en tabel eller graf. Ved hjælp af kalibreringskurven er det muligt at detektere i hvilken grad kalibreringsværdierne svinger ved de forskellige flowhastigheder; med andre ord, kan målerens linearitet vurderes. Jo mindre de individuelle kalibreringsværdier afviger fra hinanden, desto bedre er måleapparatets linearitet.
Kalibrering af flowmålere finder normalt sted med et veldefineret medie, hvor temperatur, tryk, ledningsevne og volumenstrøm kendes, ligesom faste omgivelsesbetingelser (tryk, temperatur og fugtighed) også skal være veldefinerede. Alt efter den ønskede kalibreringsnøjagtighed benyttes metoder til kalibreringen.
Volumetrisk Kalibrering
Til en volumetrisk kalibrering anvendes en tank med en nøjagtig kendt kapacitet. Væsken løber enten ud af tanken af sig selv, eller trykkes/pumpes ud af tanken ved en bestemt hastighed indtil det ønskede volumen er taget ud af tanken. Tankens indhold kontrolleres ved hjælp af en skala (niveaumåler) på selve tanken eller en grænsekontakt, der kan starte/stoppe eller omdirigerer væskeflowet, ledes en kendt væskemængde gennem måleren. Den volumetriske metode giver ikke mulighed for flyvende start, og der kan derfor være nogen usikkerhed forbundet med start- og stop- fasen.
Den volumetriske metode anvendes stadig i industrien, men den gravimetriske metode bliver i stigende grad anvendt, bl.a. fordi volumen er afhængig af temperatur og tryk, så disse parametre skal tages i betragtning, når denne metode anvendes.
Gravimetrisk kalibrering
Gravimetrisk kalibrering foregår ved, at væsken fra en tank med tilstrækkelig kapacitet cirkuleres gennem enheden under test, indtil systemet når den ønskede flowhastighed. Når denne værdi er nået, vil væsken, blive dirigeret til en vejetank, samtidig med der startes en frekvenstælling. Så snart den ønskede vandmængde er i vejetanken, skifter flowomskifteren tilbage til sin oprindelige position, og frekvenstælleren stoppes.
De resultater, der opnås ved vejning og frekvenstælling bliver efterfølgende sammenlignet, og resultatet indgår i kalibreringsprotokollen.
Hvis enheden under test er en masseflowmåler, kan værdien fra vejetanken direkte sammenlignes med Frekvenstælleren, men er måleren en volumenmåler, så skal værdien fra vejetanken først kompenseres for væskens densitet ved den aktuelle temperatur.
Kalibrering efter referencemåler
Ved denne form for kalibrering benyttes en eller flere mastermålere, hvis nøjagtighed minimum bør være tre til fem gange bedre, i det ønskede måleområde, end den måler som skal kalibreres.
Metoden er enkel at implementere, idet mastermåleren og den måler som skal testes monteres på rørstrækket efter hinanden, således at værdierne på de 2 målere umiddelbart kan sammenlignes.
At metoden ikke bare anvendes til alle flowmålere skyldes at der i dag findes måleprincipper på markedet som er så nøjagtige, at det kan være vanskeligt at finde og vedligeholde mastermålere der er nøjagtige nok. Derfor benyttes metoden normalt kun til kalibrering af målere med nøjagtigheder på 0,5% og derover – hvilket dog også udgør den største del af de flowmålere der i dag anvendes.
Nøjagtigheder og installation
Alle måleprincipper, uanset hvor avancerede de er, stiller således nogle krav til det der skal måles - og principielt kan de på kalibreringscertifikaterne angivne afvigelser kun gælde for forhold, der modsvarer de på prøvestanden eksisterende driftsbetingelser – altså under ideelle betingelser!
Det første problem der opstår ved installation er at leve op til de respektafstande til forskellige former for obstruktioner i rørføringen, som var tilstede under ideelle forhold – på prøvestanden. De fleste leverandører angiver derfor vejledende afstande, angivet som et vist antal gange lige rørføring før og efter måleren, dvs. det antal gange før/efter måleren, hvor et lige rør i målerens dimension skal være monteret, for at man kan opnå et for måleprincippet veldefineret flowprofil. Flowprofilet er det hastighedsprofil mediet vil have i røret, og det varierer afhængig af hvad der sidder i rørstækningen, hvordan denne er udformet og hvor hurtigt mediet bevæger sig i røret (Reynold’s tallet).
Udover flowprofilet skal man også være opmærksom på, at kalibreringen sker under definerede tryk-, temperatur- og omgivelsesforhold. Afviger driftsbetingelser fra referencebetingelserne kan det i praksis resultere i mere eller mindre alvorlige afvigelser i den målte værdi. Afvigelserne i den aktuelle opgaver afhænger både af princip og medie, hvorfor det må vurderes fra gang til gang, om de ændrede driftsbetingelser vil have signifikant betydning på resultatet af målingen.
Generelt skal man altså være opmærksom på, at det i praksis kan være vanskeligt at genskabe de forhold som benyttes i forbindelse med en kalibreringsproces, og man derfor må forsøge at tilnærme sig det ideelle ved at følge leverandørens anvisninger omkring montage af den aktuelle flowmåler - følges disse kan man forvente at opnå en måling, der ligger inden for målerens specifikationer.
Illustrationer venligst stillet til rådighed af KROHNE Messtechnik GmbH