دلایل اصلی هیسترزیس در اندازه گیری گیج فشار دیافراگم PP پتروشیمی چیست؟

در اندازه گیری سیالات پیچیده در صنایع نفت و شیمیایی، دقت و پایداری ابزار دقیق فشار بسیار مهم است. گیج های فشار دیافراگمی پلی پروپیلن (PP) به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی خود متمایز هستند و آنها را برای کار با محیط های خورنده اسیدی و قلیایی ایده آل می کند. با این حال، کاربران حرفه ای اغلب بر روی یک شاخص عملکرد کلیدی تمرکز می کنند: Hysteresis.

هیسترزیس به پدیده ای اشاره دارد که در آن مقدار نشان داده شده گیج فشار هنگام رسیدن به یک نقطه تنظیم خاص از حالت فشار کم (فشار صعودی) در مقابل رسیدن به همان نقطه از حالت فشار بالا (فشار نزولی) متفاوت است. این اختلاف یک خطای تصادفی نیست، بلکه یک انحراف سیستماتیک ناشی از ویژگی‌های فیزیکی داخلی و محدودیت‌های ساختاری ابزار است. برای کنترل با دقت بالا در فرآیندهای پتروشیمی، درک و به حداقل رساندن هیسترزیس برای تضمین کیفیت محصول و ایمنی عملیاتی ضروری است.

I. پسماند مکانیکی عناصر الاستیک: خواص ذاتی مواد

اجزای اصلی الف گیج فشار دیافراگم PP دیافراگم و مکانیسم حرکت داخلی هستند. منبع اولیه هیسترزیس از عیوب مکانیکی این عناصر الاستیک ناشی می شود.

1. هیسترزیس الاستیک مواد دیافراگم

اگرچه دیافراگم های PP اغلب با پوشش های PTFE تقویت می شوند یا به عنوان بخشی از یک ساختار کامپوزیت استفاده می شوند، به عنوان یک عنصر الاستیک، مسیر بازیابی کرنش زمانی که تنش اعمال می شود و متعاقباً آزاد می شود، کاملاً یکسان نیست.

• با افزایش فشار، دیافراگم تغییر شکل می دهد.

• با کاهش فشار، اصطکاک ریزساختاری داخلی و بازآرایی زنجیره مولکولی درون دیافراگم بازگشت کامل آن را به حالت اولیه به تاخیر می اندازد.

• این اتلاف انرژی باعث می شود که کرنش (یا جابجایی) در طول فرآیند فشار صعودی با همان مقدار فشار در طول فرآیند نزولی متفاوت باشد و مستقیماً به صورت هیسترزیس اشاره گر ظاهر می شود.

• به خصوص برای مواد پلیمری PP، ویژگی های ویسکوالاستیک آن بارزتر است. تحت اعمال فشار طولانی مدت یا چرخه ای، این اثر هیسترزیس مکانیکی اغلب مهمتر از دیافراگم های فلزی است.

2. اصطکاک جزئی در مکانیسم حرکت

جابجایی دیافراگم باید از طریق اجزای مکانیکی دقیق مانند میله های اتصال، چرخ دنده های بخش و چرخ دنده های مرکزی به اشاره گر منتقل شود. نیروهای اصطکاک دقیقه ای بین این جفت های متحرک دومین منبع اصلی هیسترزیس را تشکیل می دهند.

• در طی فرآیند فشار صعودی، نیروی اصطکاک با جهت حرکت مخالف است.

• در طی فرآیند فشار نزولی، جهت نیروی اصطکاک معکوس می شود.

• در لحظه معکوس شدن فشار، مکانیسم باید قبل از شروع مجدد حرکت بر اصطکاک استاتیک غلبه کند و باعث تاخیر بین تغییر فشار و پاسخ اشاره گر شود.

• حتی اصطکاک در سطح میکرون برای ایجاد انحراف قابل مشاهده در نشانگر فشار کافی است.

II. اثرات ویسکوزیته و تراکم پذیری در سیستم انتقال سیال

گیج‌های فشار دیافراگمی PP معمولاً از یک سیستم آب‌بندی دیافراگمی با مایع پرکننده برای جداسازی محیط‌های خورنده استفاده می‌کنند. ویژگی‌های فیزیکی این سیستم انتقال سیال نقش مهمی در هیسترزیس دارند.

1. ویسکوزیته سیال پر

مایع پرکننده (مانند روغن سیلیکون یا روغن فلوروکربن) دارای درجه خاصی از ویسکوزیته است. هنگامی که دیافراگم تحت فشار تغییر شکل داده و سیال را جابجا می کند:

• مایع باید از طریق کانال های داخلی و مویرگ ها جریان یابد.

• اصطکاک داخلی مایع (کشش چسبناک) مانع از انتقال فوری انرژی می شود.

• این امر به ویژه در هنگام تغییرات سریع فشار یا زمانی که دمای پایین محیط باعث افزایش ویسکوزیته می شود، حرکت سیال را کند می کند و انتقال فشار را به تأخیر می اندازد، در نتیجه پدیده هیسترزیس را تشدید می کند.

2. انحلال گاز و میکروحباب های باقیمانده

اگر فرآیند گاززدایی در طول پر شدن سیال ناقص باشد، ریزحباب‌های باقیمانده یا گازهای حل شده در مایع با تغییر فشار، تراکم‌پذیری را ایجاد می‌کنند.

• این باعث می شود که جابجایی اولیه دیافراگم ابتدا این حباب های گاز را فشرده کند نه اینکه بلافاصله فشار را به لوله بوردون یا حسگر داخلی منتقل کند.

• فرآیند فشرده‌سازی و آزادسازی گاز غیرخطی و با تأخیر زمانی است و یک اثر «بافر الاستیک» ایجاد می‌کند که پسماند اندازه‌گیری را معرفی می‌کند.

III. رهاسازی استرس و آرامش در اجزای ساختاری

عملکرد طولانی مدت یا چرخه حرارتی می تواند منجر به کاهش استرس در محفظه PP و سیستم اتصال شود، که یکی دیگر از عوامل غیرمستقیم در ایجاد پسماند است.

• اتصال پیش بارگذاری (به عنوان مثال، مجموعه پیچ) در لبه های محفظه PP و دیافراگم می تواند در طول زمان و با تغییرات دما، آرامش خزشی را تجربه کند.

• شل شدن پیش بار شرایط مرزی ثابت دیافراگم را تغییر می دهد، به این معنی که وضعیت شروع و مسیر برای هر چرخه فشار ممکن است کاملاً سازگار نباشد.

• هنگامی که فشار مکرر اعمال می شود، حرکات کوچک و توزیع مجدد تنش در رابط اتصال باعث رانش جزئی در نقطه صفر عنصر الاستیک می شود که منجر به جدا شدن مسیرهای فشار صعودی و نزولی می شود.