Hva er hovedårsakene til hysterese i petrokjemiske PP-membrantrykkmålermålinger

I de komplekse væskemålingene i petroleums- og kjemisk industri er nøyaktigheten og stabiliteten til trykkinstrumentering avgjørende. Polypropylen (PP) membrantrykkmålere skiller seg ut for sin utmerkede korrosjonsbestandighet, noe som gjør dem ideelle for håndtering av sure og alkaliske etsende medier. Imidlertid fokuserer profesjonelle brukere ofte på en nøkkelindikator for ytelse: Hysterese.

Hysterese refererer til fenomenet der trykkmålerens indikerte verdi er forskjellig når man når et spesifikt settpunkt fra en lavtrykkstilstand (stigende trykk) versus å nå samme punkt fra en høytrykkstilstand (synkende trykk). Dette avviket er ikke en tilfeldig feil, men et systematisk avvik som følge av instrumentets interne fysiske egenskaper og strukturelle begrensninger. For høypresisjonskontroll i petrokjemiske prosesser er forståelse og minimalisering av hysterese avgjørende for å sikre produktkvalitet og driftssikkerhet.

I. Mekanisk hysterese av elastiske elementer: Materialets iboende egenskaper

Kjernekomponentene i en PP diafragma trykkmåler er membranen og den indre bevegelsesmekanismen. Den primære kilden til hysterese stammer fra de mekaniske ufullkommenhetene til disse elastiske elementene.

1. Elastisk hysterese av diafragmamateriale

Selv om PP-membraner ofte er forsterket med PTFE-belegg eller brukt som en del av en komposittstruktur, som et elastisk element, er tøyningsgjenopprettingsbanen ikke helt identisk når stress påføres og deretter frigjøres.

Når trykket øker, deformeres membranen.
Etter hvert som trykket avtar, forsinker intern mikrostrukturell friksjon og omorganisering av molekylkjeden i membranen dens fullstendige retur til den opprinnelige tilstanden.
Denne energidissipasjonen fører til at tøyningen (eller forskyvningen) under den stigende trykkprosessen skiller seg fra den under den synkende prosessen ved samme trykkverdi, og manifesterer seg direkte som pekerhysterese.
Spesielt for polymermateriale PP er dets viskoelastiske egenskaper mer uttalt. Under langvarig eller syklisk trykkpåføring er denne mekaniske hystereseeffekten ofte mer signifikant enn i metallmembraner.

2. Mindre friksjon i bevegelsesmekanismen

Forskyvningen av membranen må overføres til pekeren via mekaniske presisjonskomponenter som leddstenger, sektorgir og sentrale tannhjul. Små friksjonskrefter mellom disse bevegelige parene utgjør den andre store kilden til hysterese.

Under den stigende trykkprosessen motsetter friksjonskraften bevegelsesretningen.
Under den synkende trykkprosessen snus retningen til friksjonskraften.
I det øyeblikket trykket reverserer, må mekanismen overvinne statisk friksjon før bevegelsen starter igjen, noe som forårsaker en forsinkelse mellom trykkendringen og pekerens respons.
Selv friksjon på mikronnivå er tilstrekkelig til å forårsake observerbare avvik i trykkindikasjonen.

II. Viskositets- og kompressibilitetseffekter i væskeoverføringssystemet

PP membrantrykkmålere bruker vanligvis et membrantetningssystem med påfyllingsvæske for å isolere etsende medier. De fysiske egenskapene til dette væskeoverføringssystemet er betydelige bidragsytere til hysterese.

1. Viskositeten til påfyllingsvæsken

Fyllevæsken (som silikonolje eller fluorkarbonolje) har en viss viskositet. Når membranen deformeres under trykk og fortrenger væsken:

Væsken må strømme gjennom indre kanaler og kapillærer.
Væskens indre friksjon (viskøs drag) hindrer umiddelbar overføring av energi.
Dette er spesielt relevant under raske trykkendringer eller når lave omgivelsestemperaturer øker viskositeten, reduserer væskens mobilitet og forsinker trykkoverføringen, og forverrer derved hysterese-fenomenet.

2. Gassoppløsning og gjenværende mikrobobler

Hvis avgassingsprosessen er ufullstendig under fyllingen av væsken, vil gjenværende mikrobobler eller gasser som er oppløst i væsken innføre komprimerbarhet ved trykkendringer.

Dette fører til at den første forskyvningen av membranen først komprimerer disse gassboblene i stedet for umiddelbart å overføre trykket til Bourdon-røret eller intern sensor.
Gasskompresjons- og frigjøringsprosessen er ikke-lineær og tidsforsinket, og skaper en "elastisk buffer"-effekt som introduserer målingshysterese.

III. Stressfrigjøring og avslapning i strukturelle komponenter

Langvarig drift eller termisk syklus kan føre til stressavslapping i PP-huset og koblingssystemet, som er en annen indirekte faktor som bidrar til hysterese.

Forspenningsforbindelsen (f.eks. boltet sammenstilling) ved kantene av PP-huset og membranen kan oppleve krypavslapping over tid og med temperaturvariasjoner.
Relakseringen av forbelastningen endrer de faste grensebetingelsene til membranen, noe som betyr at starttilstanden og banen for hver trykksyklus kanskje ikke er helt konsistent.
Når trykk påføres gjentatte ganger, forårsaker de små bevegelsene og spenningsomfordelingen ved tilkoblingsgrensesnittet en liten drift i det elastiske elementets nullpunkt, noe som fører til separasjon av stigende og synkende trykkbaner.