Гідростатичне вимірювання рівня

Існує багато різних методів вимірювання рівня рідини, і вибір відповідного залежить від специфіки застосування. Одним з найпопулярніших і універсальних методів є вимірювання гідростатичного тиску стовпа рідини. Гідростатичний тиск, що чиниться стовпом рідини, пропорційний його висоті. Знаючи густину рідини, на основі виміряного тиску можна обчислити висоту стовпа, а отже, і рівень рідини. Іншими словами, чим вищий стовп рідини, тим більший гідростатичний тиск він чинить на дно резервуара. Вимірювання цього тиску дозволяє нам точно визначити рівень рідини, незалежно від її типу.

Формула для розрахунку гідростатичного тиску виглядає наступним чином:

Гідростатичний тиск (ph) = густина рідини (ρ) * висота стовпа рідини (h) * прискорення вільного падіння (g)

Його також можна записати у такій формі:

ph = ρgh

Де:

• ph - гідростатичний тиск (в Па)
• ρ - густина рідини (в кг/м³)
• h - висота стовпа рідини (в м)
• g - прискорення вільного падіння (в м/с²; стандартно приймається значення 9,81 м/с²)

Приклад:

Обчислимо гідростатичний тиск на дні резервуара, заповненого водою, висотою 10 метрів. Щільність води становить 1000 кг/м³.

ph = 1000 кг/м³ * 10 м * 9,81 м/с² = 98100 Па = 0,981 бара

Гідростатичний тиск на дні резервуара становить 0,981 бара.

Гідростатичні датчики та перетворювачі тиску в гідростатичному вимірюванні рівня

Для гідростатичного вимірювання рівня використовуються гідростатичні датчики або перетворювачі тиску. Датчики рівня особливо корисні у випадку вентильованих резервуарів або відкритих водойм. Датчики тиску є універсальним і дуже точним рішенням для вимірювання рівня рідини в різних умовах, особливо в закритих резервуарах, в екстремальних умовах, наприклад, у зонах, що загрожують вибухом та у випадку в'язких рідин. У цьому дописі ми зосередимося на датчиках тиску та обговоримо можливі вимірювальні рішення з їх використанням.

Датчики тиску в вимірюванні рівня – приклади застосування

Датчики тиску широко застосовуються для вимірювання рівня рідини в різних галузях промисловості. Їх універсальність і точність роблять їх ідеальним рішенням для багатьох застосувань.

Приклади застосування:

Хімічна промисловість:

• Вимірювання рівня сировини, хімікатів та продуктів
• Стійкість до корозії та агресивних хімічних речовин

Харчова промисловість:

• Контроль рівня наповнення
• Легкість очищення та стерилізації

Фармацевтична промисловість:

• Точне вимірювання рівня ліків
• Легкість очищення та стерилізації

Енергетика:

• Моніторинг рівня води в парових котлах
• Стійкість до високих температур і тиску

Водопровід та каналізація:

• Для безперервного вимірювання рівня води в колодязях
• Стійкість до атмосферних умов

Перетворювачі відносного тиску та перетворювачі абсолютного тиску – які вибрати для вимірювання рідини?

Датчики тиску відносного можуть використовуватися для вимірювання рівня рідини, але мають певні обмеження. Коливання атмосферного тиску, наприклад, через погодні умови, впливають на вимірювання рівня рідини. Зміна тиску на 1 hPa відповідає зміні рівня води на 1 см. В результаті коливання атмосферного тиску можуть спричиняти похибки вимірювання в межах ±20 см.

Крім того, датчик відносного тиску повинен вимірювати гідростатичний тиск рідини та атмосферний тиск. Тому необхідний більший діапазон вимірювання, що може призвести до більшої похибки вимірювання. Підсумовуючи, у багатьох випадках кращим вибором для вимірювання рівня рідини, ніж перетворювачі тиску для вимірювання відносного тиску, будуть перетворювачі абсолютного або диференціального тиску.

Вимірювання рівня в напірних резервуарах

У випадку закритих резервуарів, де тиск не дорівнює атмосферному тиску, для вимірювання рівня необхідне застосування спеціальних технік.

Вимірювання перепаду тиску

Для вимірювання рівня в закритих резервуарах використовуються дві точки відбору тиску:

• Нижній пункт відбору вимірює рівень і загальний тиск.
• Верхня точка відбору вимірює тільки внутрішній тиск резервуара.

Різниця між цими двома значеннями дозволяє обчислити рівень рідини.

Існує два способи вимірювання різниці тисків:

• Вимірювання за допомогою 2 окремих датчиків:

  • Датчики тиску можуть бути абсолютними або відносними.
  • Різниця тисків (p2 - p1) обчислюється математично в розрахунковій одиниці.

• Вимірювання за допомогою перетворювача різниці тисків:

  • Перетворювач вимірює різницю тисків безпосередньо.
  • При використанні датчика цього типу часто застосовуються мембранні сепаратори.

Приклад 1: Вимірювання диференційного тиску з мембранним сепаратором

Датчик перепаду тиску з'єднаний з мембранними сепараторами капілярними трубками, утворюючи замкнуту систему. Мембранні сепаратори встановлюються на резервуар за допомогою фланця.

Гідростатичний тиск рідини, що заповнює капіляри, створює «початковий тиск», який необхідно враховувати при масштабуванні вихідного сигналу.

Приклад 2: Диференціальне вимірювання тиску з мембранним сепаратором, датчик тиску знизу

У цьому випадку датчик тиску встановлюється нижче нижньої точки відбору тиску.

Висота монтажу перетворювача не впливає на вимірювання, оскільки враховується гідростатичний тиск стовпа рідини.

Масштабування діапазону вимірювання

Датчики тиску дають можливість налаштувати вихідний сигнал відповідно до діапазону вимірювання. Існує кілька способів масштабування:

• Функція Teach-In:

  • Встановлення нижньої межі діапазону, коли резервуар порожній.
  • Встановлення верхньої межі діапазону, коли резервуар повний.

• Розрахунок масштабування:

  • Використання формул, що враховують густину рідини, висоту стовпа рідини та постійну гравітації.

Підсумовуючи, вимірювання рівня в закритих резервуарах вимагає застосування спеціальних технік, таких як вимірювання різниці тисків. Існує кілька методів вимірювання та масштабування, які дозволяють проводити точні вимірювання в різних умовах.

Про автора

Мене звуть Евеліна Шміт, і я вже кілька років займаюся контент-маркетингом, поєднуючи свої професійні навички з пристрастю до написання текстів. Я переконана, що навіть найбільш технічні теми можна подати цікаво і доступно для всіх. Поза роботою я реалізую свої творчі здібності, створюючи колажі з газетних вирізок. Вільний час люблю проводити активно, вигулюючи собаку або займаючись бігом.

Коментарі

Ми закликаємо вас залишати коментарі через форму нижче. Вони будуть опубліковані онлайн після затвердження в межах нашого процесу перевірки.