Przepływomierze, jak każde urządzenie, powinno podlegać kalibracji. Dlaczego? Dokładność przepływomierzy pogarszają się z upływem czasu, w celu więc zapewnienia niezbędnego poziomu wiarygodności wyników przeprowadzanych badań, urządzenia należy poddawać regularnej kalibracji. Kalibracja przepływomierzy jest zatem kluczowym elementem utrzymania pracy urządzeń na wysokim poziomie.
Czym jest kalibracja przepływomierzy?
Na początku przypomnijmy pokrótce, czym jest kalibracja
Kalibracja to zestaw operacji, które ustalają, w określonych warunkach, zależność między wartościami wielkości wskazywanych przez przyrząd pomiarowy lub system pomiarowy, a odpowiadającymi im wartościami realizowanymi przez normy. Ważne jest, aby na początku rozpoznać definicję „kalibracji” i zauważyć, że „porównanie” dotyczy tylko warunków w czasie kalibracji. Celem kalibracji jest zapewnienie wiarygodnych odczytów użytkowanego przepływomierza.
Kalibracja przepływomierzy – metody
Kalibracja przepływomierzy odbywa się przy pomocy trzech metod
-
- kalibracja na mokro przy użyciu rzeczywistego przepływu płynu;
-
- kontrola wymiarów fizycznych i wykorzystanie szczytów empirycznych odnoszących natężenie przepływu do tych wymiarów;
-
- kalibracja na sucho z wykorzystaniem symulacji przepływu, za pomocą środków elektronicznych lub mechanicznych.
Kalibracja przepływomierza w praktyce
Powszechne jest dokonywanie pomiarów przy użyciu kombinacji kilku przyrządów działających razem. Właściwe jest również kalibrowanie różnych części takiego systemu różnymi metodami. W przypadku przepływomierza z przetwornikiem i wskaźnikiem, powszechnie praktykuje się również kalibrację na mokro przepływomierza i odrębną kalibrację na sucho przetwornika i wskaźnika. Często można dodatkowo podzielić sam przepływomierz na zwilżoną cześć (element generujący sygnał przepływu) i przetwornik (część zapewniająca przetwarzanie sygnału). Ilekroć oddzielnie kalibruje się części systemu, należy zachować odpowiednie proporcje dokładności dla każdej kalibracji i obliczyć ogólną dokładność systemu za pomocą opisanej wcześniej metody.
Kalibracja na mokro
Kalibracja przepływomierzy na mokro, wykorzystująca rzeczywisty przepływ płynu, zazwyczaj zapewnia najwyższą dokładność kalibracji i znajduje zastosowanie tam, gdzie precyzja pomiarów jest kluczowa. Dokładne przepływomierze są zwykle kalibrowane na mokro już na etapie produkcji. Po dłuższym użytkowaniu często podlegają serwisowaniu, demontażowi oraz ponownej kalibracji.
W przypadku przepływomierzy używanych do celów rozliczeniowych lub innych zastosowań księgowych może być konieczna dodatkowa kalibracja zarówno po odbiorze, jak i po adiustacji. Uzyskane wyniki pozwalają ocenić niepewność pomiarową jaka mogła wystąpić w trakcie użytkowania miernika przed ponowną kalibracją. Jeśli błąd okaże się znaczny, należy przeanalizować jego wpływ na wcześniejsze pomiary i określić, czy konieczne są dodatkowe działania.
Być może najczęstszą metodą kalibracji na mokro jest porównanie wyjścia testowanego przepływomierza z jednym lub kilkoma przepływomierzami wzorcowymi. To przepływomierze, które zostały certyfikowane zgodnie ze standardami wysokiej dokładności. W tym celu można zbudować małe stanowisko porównawcze mierników głównych, przy niższych kosztach niż inne metody kalibracji na mokro. Jeśli układ jest właściwie zaprojektowany i utrzymywany, jest w stanie kalibrować przepływomierze z tolerancją odczytu ±1% lub mniej.
Kalibracja grawimetryczna przepływomierzy
Przepływomierze można kalibrować grawimetrycznie poprzez ważenie ilości cieczy zebranej w naczyniu. Naczynie waży się, a następnie odnotowuje masę (w powietrzu) zebranego płynu. Ponieważ ilość płynu musi być wyrażona jako masa, konieczne jest skorygowanie pomiaru o efekt wyporu powietrza.
Waga używana do kalibracji jest wzorcowana przy użyciu odważników o umownej gęstości 8000 kg/m³. Ponieważ zbierany płyn może mieć znacząco inną gęstość, wpływ naporu powietrza na zbiornik staje się istotnym czynnikiem.
Aby określić objętość, masę płynu dzieli się przez jego gęstość, wyznaczoną za pomocą przepływomierza. Gęstość można zmierzyć densytometrem, jednak częściej oblicza się ją na podstawie znajomości właściwości płynu oraz pomiarów temperatury i ciśnienia na mierniku testowym.
Metoda startu-mety statyczna
Metoda ta jest preferowana szczególnie w przypadku przepływomierzy stosowanych do pomiaru ilości cieczy, zwłaszcza w systemach pomiaru partii. Wymagane natężenie przepływu ustala się najpierw w zbiorniku. Następnie przepływ zostaje zatrzymany przy użyciu szybko działającego zaworu, pojemnik jest opróżniany, a zawór spustowy zamykany.
Kolejny etap polega na wznowieniu przepływu i ponownym napełnieniu pojemnika, po czym przepływ jest ponownie zatrzymywany. Podczas procesu rejestruje się masę cieczy oraz czas potrzebny do napełnienia zbiornika. Równocześnie odnotowywany jest odczyt z przepływomierza.
Dodatkowo, podczas napełniania zbiornika rejestruje się temperaturę i ciśnienie cieczy na przepływomierzu, co pozwala na dokładniejszą analizę pomiarów.
Metoda startu-mety dynamiczna
Metoda ta bywa nazywana metodą rozdzielającą. W tej technice przepływ przez przepływomierz nie jest zatrzymywany, lecz kierowany naprzemiennie między powrotem do zasilania a zbiornikiem zbiorczym. Przełącznik w mechanizmie rozdzielającym uruchamia i zatrzymuje licznik czasu, który mierzy czas napełniania pobranej miarki, a licznik sumuje impulsy z urządzenia testowego.
Kluczowym aspektem tej metody to precyzyjne oddzielenie płynu trafiającego do zbiornika od płynu powracającego do źródła. Stosuje się ją głównie w przypadku przepływomierzy z długimi czasami odpowiedzi
Głównym źródłem niepewności w obu metodach kalibracji grawimetrycznej jest błąd synchronizacji. W metodzie startu i mety wynika on z czasu odpowiedzi przepływomierza oraz zmian natężenia przepływu na początku i końcu pomiaru. W metodach rozdzielających niepewność powoduje natomiast brak idealnego wyzwalania w centrum hydraulicznego strumienia cieczy.
Istnieje kilka metod kalibracji przepływomierzy, a ich wybór zależy przede wszystkim od typu urządzenia, rodzaju medium oraz wymaganej dokładności pomiaru. Istotne jest, że niektóre przepływomierze są kalibrowane jednokrotnie przez producenta i nie wymagają ponownej kalibracji podczas normalnej eksploatacji. Jednak po serwisowaniu może zaistnieć konieczność przeprowadzenia dodatkowej kalibracji.
Z kolei inne typy przepływomierzy wymagają okresowej rekalibracji, ponieważ ich metoda działania, konstrukcja oraz warunki pracy mogą prowadzić do rozkalibrowania i dostarczania niewiarygodnych wyników.
Warto również zauważyć, że niektóre przepływomierze można rekalibrować bezpośrednio w miejscu instalacji, pod warunkiem posiadania odpowiedniego sprzętu. Inne natomiast wymagają kalibracji (a właściwie wzorcowania) w akredytowanych laboratoriach.
