Hydrostatyczne czujniki ciśnienia służą do pomiaru poziomu lub wysokości napełnienia cieczą. Zasada ich działania opiera się na pomiarach poziomu ze względu na hydrostatyczne działanie płynów o swobodnym przepływie. Możliwość tę zapewnia tzw. paradoks hydrostatyczny - ciśnienie hydrostatyczne mierzone w punkcie pomiarowym baku lub zbiornika jest proporcjonalne wyłącznie do wysokości napełnienia cieczy, bez względu na kształt i objętość zbiornika. To ostatnie oznacza, że miara ciśnienia hydrostatycznego może być bezpośrednio wykorzystywana do określania poziomu cieczy.
Aby wykorzystać wymienioną wartość do ustalenia ilości cieczy w zbiorniku, należy ją odpowiednio przetworzyć. Na podstawie zmierzonego poziomu cieczy można w oparciu o tzw. tabelę linearyzacji obliczyć ilość płynu znajdującego się aktualnie w zbiorniku. Pary ciśnienie-ilość pozwalają utworzyć krzywą, która obrazuje użytkownikowi odpowiednią objętość cieczy w odniesieniu do każdego zmierzonego ciśnienia hydrostatycznego. Zwykle tego rodzaju obliczenia przeprowadza się w sterowniku PLC, aby użytkownik mógł bezpośrednio na ekranie zobaczyć aktualną ilość cieczy.
OTWARTE I ZAMKNIĘTE ZBIORNIKI
W hydrostatycznych pomiarach poziomu cieczy w zbiornikach otwartych lub napowietrzonych dochodzi do stałego wyrównywania ciśnienia powietrza otoczenia z fazą gazową znajdującą się ponad poziomem cieczy. Z tego względu ciśnienie otoczenia, które "siłą ciężkości" działa na medium, zawsze odpowiada również ciśnieniu otoczenia działającemu na cały układ, łącznie z czujnikiem poziomu cieczy.
Jeśli w tej sytuacji zamontujemy czujnik ciśnienia z przetwornikiem do pomiaru ciśnienia względnego, a więc czujnik z ciśnieniem otoczenia wyrównanym do ciśnienia w zbiorniku lub czujnik napowietrzony, to czujnik ten "samoczynnie" wyrówna wpływ ciśnienia otoczenia na pomiar poziomu cieczy. Oznacza to, że czujnik ciśnienia względnego umieszczony w napowietrzonych zbiornikach i bakach całkowicie wyrówna ciśnienie powietrza dociskające ciecz, wykorzystując do tego pomiar poziomu cieczy. Tym samym ciśnienie hydrostatyczne odpowiada wyłącznie wysokości, do której napełniono zbiornik cieczą.
Pomiar poziomu cieczy w hermetycznie i gazoszczelnie zamkniętych zbiornikach wykorzystywanych często w przemyśle chemicznym wymaga kompensacji ciśnienia fazy gazowej zamkniętej w przestrzeni nad cieczą. Zamknięte ciśnienie fazy gazowej działa jako dodatkowa siła ciężkości na ciecz i fałszuje wynik hydrostatycznego pomiaru ciśnienia na spodzie zbiornika.
Z tego względu wpływ ciśnienia fałszującego wynik pomiarowy należy wyrównać za pomocą dodatkowego pomiaru ciśnienia fazy gazowej. Często stosuje się zatem drugi czujnik ciśnienia służący do pomiaru ciśnienia gazu. Wykorzystywany w ten sposób czujnik przeprowadza w zasadzie pomiar ciśnienia różnicowego, polegający na zsumowaniu dwóch odrębnych pomiarów ciśnienia.
ZALETY I OGRANICZENIA
Hydrostatyczny pomiar ciśnienia i poziomu cieczy nieustannie cieszy się dużym uznaniem m.in. dzięki wysokiej wytrzymałości, sprawności i łatwemu montażowi urządzenia. Najważniejsze zalety i ograniczenia w porównaniu do alternatywnych metod pomiarowych:
- sprawdzona technika pomiaru o wysokim stopniu sprawności,
- metoda pomiarowa niepodatna na działanie czynników zakłócających, np. pyłu, piany, oparów, osadów, zanieczyszczeń,
- na pomiar nie mają wpływu właściwości fizyczne, jak np. przewodność,
- pomiar poziomu cieczy jest niezależny od geometrii zbiornika i obudowy,
- prosty montaż dzięki sondom zanurzeniowym i konwencjonalnym czujnikom ciśnienia,
- duży wybór alternatywnych opcji montażowych i metod pomiarowych,
- nie nadaje się do pomiaru w przypadku ciał stałych,
- do przeprowadzenia precyzyjnego pomiaru konieczna jest stała gęstość lub pomiar gęstości medium.
WIKA Polska
www.wikapolska.pl
