Гідростатичні засоби вимірювання рівня

Вимірювання рівня гідростатичними рівнемірами зводиться до вимірювання гідростатичного тиску Р, створюваного стовпом И рідини постійної густини р, відповідно до рівності

Вимірювання гідростатичного тиску здійснюється:

- манометром, який підключають на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня;

диференціальним манометром, який підключають до резервуара на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня, і до газового простору над рідиною;

вимірюванням тиску газу (повітря), який прокачується по трубці, опущеної в рідину, що заповнює резервуар, на фіксовану глибину.

На рис.4, а наведена схема вимірювання рівня манометром. Застосовуваний для цих цілей манометр 1 може бути будь-якого типу з відповідними межами вимірювання, обумовленими залежністю (2). Вимірювання гідростатичного тиску манометром може бути здійснено і за схемою, наведеною на рис.4, б. Відповідно до даної схеми про значення вимірюваного рівня судять по тиску повітря, що заповнює манометричну систему.

У нижній частині манометричної системи розташована ємність 2, отвір якої перекрито тонкою еластичною мембраною і а у верхнього отвору приєднаний манометр 3.

Рисунок 4 - Схеми гідростатичних рівнемірів

Застосування еластичної мембрани виключає розчинення повітря в рідині, однак уводить похибку у визначення рівня через пружність мембрани. Перевагою даної схеми вимірювання гідростатичного тиску є незалежність показань манометра від його розташування щодо рівня рідини в резервуарі.

При вимірюванні рівня по розглянутих схемах мають місце похибки вимірювання, обумовлені класом точності манометрів і змінами щільності рідини.

Вимір гідростатичного тиску манометрами доцільно в резервуарах, що працюють при атмосферному тиску. У противному випадку, показання манометра складаються з гідростатичного і надлишкового тисків.

Для вимірювання рівня рідини в технологічних апаратах, які перебувають під тиском, широке застосування одержали диференціальні манометри. За допомогою диференціальних манометрів можливо також вимірювання рівня рідини у відкритих резервуарах, рівня розділення фаз і рівня розділення рідин.

Вимірювання рівня у відкритих резервуарах, які перебувають під атмосферним тиском, здійснюється за схемою, представленою на рис.4, в. Дифманометр 1 через імпульсні трубки 2 з'єднаний з резервуаром і зрівняльною посудиною 3. Зрівняльна посудина застосовується для компенсації статичного тиску, створюваного стовпом рідини И₁ в імпульсній трубці. У процесі вимірювання рівень рідини в зрівняльній посудині повинен бути постійним. Вентиль 4 служить для підтримки постійного рівня в посудині 3. При рівності густини рідин, що заповнюють імпульсні трубки і резервуар, і за умови И₁= И₂ перепад тиску, вимірюваний дифманометром,

При вимірюванні рівня в апаратах, які перебувають під тиском, застосовують схему, наведену на рис.4, г. Зрівняльну посудину 3 у цьому випадку встановлюють на висоту, що відповідає максимальному значенню рівня, і з'єднують із апаратом. Статичний тиск Р у апарату надходить в обидві імпульсні трубки, тому вимірюваний перепад тиску АР можна представити у вигляді

Як видно з рівняння (4), шкала вимірювального приладу рівнеміра буде зверненою. У розглянутих схемах можуть бути використані дифманометри з уніфікованим струмовим або пневматичним сигналом.

Якщо рідина, яка заповнює резервуар, агресивна, то підключення дифманометра до резервуара здійснюється через розділові посудини.

Рівнеміри, у яких вимірювання гідростатичного тиску здійснюється шляхом вимірювання тиску газу, який прокачується по трубці, зануреної на фіксовану глибину в рідину, що заповнює резервуар, називають п'єзометричними. Схема п'єзометричного, рівнеміра наведена на рис.4Д П'єзометрична трубка 1 розміщується в апараті, у якому вимірюється рівень. Газ надходить у трубку через дросель 2, який обмежує величину витрати. Для вимірювання витрати газу служить стаканчик 3 (витрата за допомогою стаканчика визначається по числу пухирців, які пробулькують через рідину, що заповнює його, за одиницю часу), а тиск підтримується постійним за допомогою стабілізатора тиску 4. Тиск газу після дроселя виміряється дифманометром 5 і служить мірою рівня.

При подачі газу тиск у п'єзометричній трубці поступово підвищується доти, поки зазначений тиск не стане рівним тиску стовпа рідини висотою К. Коли тиск у трубці стане рівним гідростатичному тиску, з нижнього відкритого кінця трубки починає виходити газ. Витрату підбирають такою, щоб газ залишав трубку у вигляді окремих пухирців (приблизно один пухирець у секунду).

При більшій витраті тиск, вимірюваний дифманометром, може бути трохи більшим, ніж гідростатичний, через додаткове падіння тиску, що виникає за рахунок тертя газу об стінки трубки при його проходженні. При дуже малій витраті газу збільшується інерційність вимірювання. Обоє фактора можуть збільшити похибку вимірювання рівня.

П'єзометричні рівнеміри дозволяють вимірювати рівень у широких межах (від декількох десятків сантиметрів до 10...15 м). При використанні для вимірювання тиску в п'єзометричній трубці дифманометра з уніфікованим вихідним сигналом мають відносну наведену похибку ±(1,0.1,5)%.

Точність вимірювання рівня п'єзометричними рівнемірами може бути істотно збільшена, якщо за засіб вимірювання гідростатичного тиску використати автоматичний цифровий манометр дискретно-безперервної дії.

Завдяки простоті реалізації на базі п'єзометричних рівнемірів, оснащених цифровими манометрами дискретно-безперервної дії, розроблені вагоміри. Визначення маси рідини в резервуарі за показниками п'єзометричного рівнеміра