Wat zijn de belangrijkste redenen voor hysteresis bij petrochemische PP-membraanmanometermetingen?

Bij de complexe vloeistofmetingen in de aardolie- en chemische industrie zijn de nauwkeurigheid en stabiliteit van drukinstrumenten cruciaal. Polypropyleen (PP) membraanmanometers onderscheiden zich door hun uitstekende corrosieweerstand, waardoor ze ideaal zijn voor de omgang met zure en alkalische corrosieve media. Professionele gebruikers concentreren zich echter vaak op een belangrijke prestatie-indicator: hysteresis.

Hysteresis verwijst naar het fenomeen waarbij de aangegeven waarde van de manometer verschilt bij het bereiken van een specifiek instelpunt vanuit een lagedruktoestand (stijgende druk) versus het bereiken van hetzelfde punt vanuit een hogedruktoestand (dalende druk). Deze discrepantie is geen willekeurige fout, maar een systematische afwijking die het gevolg is van de interne fysieke kenmerken en structurele beperkingen van het instrument. Voor uiterst nauwkeurige controle in petrochemische processen is het begrijpen en minimaliseren van hysteresis essentieel om de productkwaliteit en operationele veiligheid te garanderen.

I. Mechanische hysterese van elastische elementen: materiaalintrinsieke eigenschappen

De kerncomponenten van een PP membraanmanometer zijn het diafragma en het interne bewegingsmechanisme. De primaire bron van hysterese komt voort uit de mechanische onvolkomenheden van deze elastische elementen.

1. Elastische hysterese van membraanmateriaal

Hoewel PP-membranen vaak worden voorzien van PTFE-coatings of worden gebruikt als onderdeel van een composietstructuur, als elastisch element, is het hersteltraject van de spanning niet perfect identiek wanneer er spanning wordt uitgeoefend en vervolgens wordt opgeheven.

Naarmate de druk toeneemt, vervormt het diafragma.
Naarmate de druk afneemt, vertragen interne microstructurele wrijving en herschikking van de moleculaire ketens binnen het diafragma de volledige terugkeer naar de oorspronkelijke toestand.
Deze energiedissipatie zorgt ervoor dat de spanning (of verplaatsing) tijdens het stijgende drukproces verschilt van die tijdens het dalende proces bij dezelfde drukwaarde, wat zich direct manifesteert als wijzerhysteresis.
Vooral voor polymeer materiaal PP zijn de visco-elastische eigenschappen ervan meer uitgesproken. Bij langdurige of cyclische druktoepassing is dit mechanische hysterese-effect vaak groter dan bij metalen membranen.

2. Kleine wrijving in het bewegingsmechanisme

De verplaatsing van het diafragma moet via fijnmechanische componenten zoals verbindingsstangen, sectortandwielen en centrale tandwielen op de wijzer worden overgebracht. Minieme wrijvingskrachten tussen deze bewegende paren vormen de tweede belangrijke bron van hysteresis.

Tijdens het oplopende drukproces is de wrijvingskracht tegengesteld aan de bewegingsrichting.
Tijdens het dalende drukproces keert de richting van de wrijvingskracht om.
Op het moment dat de druk omkeert, moet het mechanisme de statische wrijving overwinnen voordat de beweging hervat, waardoor er een vertraging ontstaat tussen de drukverandering en de wijzerreactie.
Zelfs wrijving op micronniveau is voldoende om een waarneembare afwijking in de drukindicatie te veroorzaken.

II. Viscositeits- en samendrukbaarheidseffecten in het vloeistofoverdrachtsysteem

PP-membraanmanometers maken doorgaans gebruik van een membraanafdichtingssysteem met een vulvloeistof om corrosieve media te isoleren. De fysieke eigenschappen van dit vloeistofoverdrachtsysteem dragen in belangrijke mate bij aan hysteresis.

1. Viscositeit van de vulvloeistof

De vulvloeistof (zoals siliconenolie of fluorkoolstofolie) heeft een bepaalde viscositeit. Wanneer het diafragma onder druk vervormt en de vloeistof verplaatst:

De vloeistof moet door interne kanalen en haarvaten stromen.
De interne wrijving van de vloeistof (viskeuze weerstand) belemmert de onmiddellijke overdracht van energie.
Dit is vooral relevant tijdens snelle drukveranderingen of wanneer lage omgevingstemperaturen de viscositeit verhogen, waardoor de mobiliteit van de vloeistof wordt vertraagd en de drukoverdracht wordt vertraagd, waardoor het hysteresisverschijnsel wordt verergerd.

2. Gasoplossing en resterende microbellen

Als het ontgassingsproces onvolledig is tijdens het vullen van de vloeistof, zorgen resterende microbellen of gassen die in de vloeistof zijn opgelost voor samendrukbaarheid bij drukveranderingen.

Dit zorgt ervoor dat de aanvankelijke verplaatsing van het diafragma eerst deze gasbellen comprimeert in plaats van de druk onmiddellijk naar de Bourdonbuis of interne sensor over te brengen.
Het gascompressie- en -afgifteproces is niet-lineair en tijdvertraagd, waardoor een "elastisch buffer"-effect ontstaat dat meethysteresis introduceert.

III. Stressvermindering en ontspanning in structurele componenten

Langdurig gebruik of thermische cycli kunnen leiden tot spanningsrelaxatie in het PP-behuizings- en verbindingssysteem, wat een andere indirecte factor is die bijdraagt aan hysteresis.

De voorbelastingsverbinding (bijvoorbeeld een geschroefde montage) aan de randen van de PP-behuizing en het membraan kan na verloop van tijd en bij temperatuurschommelingen kruiprelaxatie ervaren.
De versoepeling van de voorbelasting verandert de vaste randvoorwaarden van het diafragma, wat betekent dat de starttoestand en het pad voor elke drukcyclus mogelijk niet perfect consistent zijn.
Wanneer herhaaldelijk druk wordt uitgeoefend, veroorzaken de kleine bewegingen en de herverdeling van de spanning op het verbindingsvlak een lichte afwijking in het nulpunt van het elastische element, wat leidt tot de scheiding van de stijgende en dalende drukpaden.