У комплексних вимірюваннях рідини в нафтовій і хімічній промисловості точність і стабільність приладів тиску мають вирішальне значення. Поліпропіленові (PP) мембранні манометри виділяються своєю чудовою стійкістю до корозії, що робить їх ідеальними для роботи з кислотними та лужними агресивними середовищами. Однак професійні користувачі часто зосереджуються на ключовому показнику ефективності: гістерезисі.
Гістерезис відноситься до явища, коли показане манометром значення відрізняється при досягненні певної заданої точки зі стану низького тиску (зростання тиску) і досягнення тієї самої точки зі стану високого тиску (зниження тиску). Ця розбіжність не є випадковою помилкою, а є систематичним відхиленням, що є результатом внутрішніх фізичних характеристик приладу та структурних обмежень. Для високоточного контролю в нафтохімічних процесах розуміння та мінімізація гістерезису має важливе значення для забезпечення якості продукції та безпеки експлуатації.
I. Механічний гістерезис пружних елементів: внутрішні властивості матеріалу
Основні компоненти a ПП мембранний манометр це діафрагма і механізм внутрішнього руху. Основним джерелом гістерезису є механічні дефекти цих пружних елементів.
1. Пружний гістерезис матеріалу діафрагми
Незважаючи на те, що поліпропіленові діафрагми часто покращуються покриттям з PTFE або використовуються як частина композитної конструкції, як пружний елемент, шлях відновлення деформації не є абсолютно ідентичним, коли напруга прикладається та згодом знімається.
-
При підвищенні тиску діафрагма деформується.
-
Коли тиск знижується, внутрішнє мікроструктурне тертя та перебудова молекулярного ланцюга всередині діафрагми затримують її повне повернення до початкового стану.
-
Це розсіювання енергії призводить до того, що деформація (або зміщення) під час процесу зростання тиску відрізняється від деформації під час процесу спадання за того самого значення тиску, що безпосередньо проявляється як гістерезис покажчика.
-
Особливо для полімерного матеріалу PP, його в'язкопружні характеристики більш виражені. При тривалому або циклічному застосуванні тиску цей ефект механічного гістерезису часто більш значний, ніж у металевих діафрагмах.
2. Незначне тертя в механізмі руху
Переміщення діафрагми має передаватися на покажчик через прецизійні механічні компоненти, такі як тягові зв’язки, секторні та центральні шестерні. Невеликі сили тертя між цими рухомими парами є другим основним джерелом гістерезису.
-
У процесі висхідного тиску сила тертя протилежна напрямку руху.
-
Під час процесу зниження тиску напрямок сили тертя змінюється на зворотний.
-
У момент зміни тиску механізм повинен подолати статичне тертя, перш ніж рух відновиться, викликаючи затримку між зміною тиску та реакцією покажчика.
-
Навіть мікронного рівня тертя достатньо, щоб викликати помітні відхилення в індикації тиску.
II. Ефекти в’язкості та стисливості в системі переміщення рідини
У манометрах з діафрагмою з поліпропілену зазвичай використовується система мембранного ущільнення з наповнювальною рідиною для ізоляції корозійних середовищ. Фізичні властивості цієї системи перенесення рідини вносять значний внесок у гістерезис.
1. В'язкість наповнювальної рідини
Заповнювальна рідина (така як силіконова олія або фторуглеродна олія) має певний ступінь в’язкості. Коли діафрагма деформується під тиском і витісняє рідину:
-
Рідина повинна протікати по внутрішніх каналах і капілярах.
-
Внутрішнє тертя рідини (в’язке опір) перешкоджає миттєвій передачі енергії.
-
Це особливо актуально під час швидких змін тиску або коли низькі температури навколишнього середовища збільшують в’язкість, сповільнюючи рухливість рідини та затримуючи передачу тиску, тим самим посилюючи явище гістерезису.
2. Розчинення газу та залишкові мікробульбашки
Якщо процес дегазації не завершений під час заповнення рідини, залишкові мікробульбашки або гази, розчинені в рідині, створюють стисливість при зміні тиску.
-
Це призводить до того, що початкове зміщення діафрагми спершу стискає ці газові бульбашки, а не відразу передає тиск на трубку Бурдона або внутрішній датчик.
-
Процес стиснення та вивільнення газу є нелінійним і має затримку в часі, створюючи ефект «пружного буфера», який вводить гістерезис вимірювання.
III. Зняття напруги та релаксація в структурних компонентах
Довготривала експлуатація або термічні цикли можуть призвести до ослаблення напруги в поліпропіленовому корпусі та системі з’єднань, що є ще одним непрямим фактором, що сприяє гістерезису.
-
З’єднання з попереднім натягом (наприклад, болтове з’єднання) на краях корпусу з поліпропілену та діафрагми може відчувати релаксацію повзучості з часом і при зміні температури.
-
Розслаблення попереднього навантаження змінює фіксовані граничні умови діафрагми, тобто початковий стан і шлях для кожного циклу тиску можуть бути не ідеально послідовними.
-
При багаторазовому застосуванні тиску крихітні рухи та перерозподіл напруги на межі з’єднання викликають невеликий дрейф у нульовій точці пружного елемента, що призводить до розділення шляхів висхідного та низхідного тиску.
