Podstawy hydrostatycznej techniki pomiarów poziomu cieczy

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