Гидростатические уровнемеры

 

Данный метод измерения уровня основан на определении гидроста- тического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Величи- на гидростатического давления на дно резервуара Р г зависит от высоты столба жидкости над измерительным прибором h и от плотности жидко- сти ρ;, т.е. Р г= ρgh, соответственно h = Р г/ ρg, где g=9,81 м/с2 (это справед- ливо только для неподвижных жидкостей).

Измерение гидростатического давления может осуществляться:

• датчиком избыточного давления (манометром), подключаемым

на высоте, соответствующей нижнему предельному значению

уровня;

• дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на

высоте, соответствующей нижнему предельному значению уров-

ня, и к газовому пространству над жидкостью;

• измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке,

опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксирован-

ное расстояние (пьезометрический метод).

На рис. 5.4 приведена схема

 

Pатм

измерения уровня датчиком избыточ- ного давления (манометром). Приме- няемый для этих целей датчик ДИ может быть любого типа с соответст-

ДИ вующими пределами измерений, оп-

ределяемыми зависимостью Р г= ρgh.

При измерении уровня данным способом имеют место погрешности

измерения, определяемые классом

Рис.5.4. Измерение уровня в резервуаре при помощи датчика избыточного давления

точности измерительного прибора, изменениями плотности жидкости, а также колебаниями атмосферного

давления. Если сосуд находится под избыточным давлением, данная изме- рительная схема непригодна, т.к. к гидростатическому давлению прибав- ляется избыточное давление над поверхностью жидкости, не учитываемое данной измерительной схемой.

Более широкое применение получили схемы измерения уровня с ис- пользованием дифференциальных датчиков давления (дифманометров). Эти схемы используются для измерения уровня жидкости в технологиче-

ских аппаратах, находящихся под избыточным давлением. С помощью

 

Pатм

дифференциальных датчиков дав- ления возможно также измерение уровня жидкости в открытых ре- зервуарах, уровня раздела жидко- стей.

Измерение уровня в откры-

тых резервуарах, находящихся под

Pатм атмосферным давлением, осущест-

+ _ вляется по схеме, представленной

ДД на рис. 5.5.

Дифманометр ДД через им-

 

Рис.5.5. Измерение уровня в откры- том резервуаре при помощи датчика дифференциального давления

пульсную трубку плюсовой каме- ры соединен с резервуаром в его нижней точке. При этом минусовая камера должна сообщаться с атмо-

сферой. В этом случае устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления, т.к. результирующий перепад давления на дифма- нометре равен:

ΔР=(Р г +Ратм) – Ратм= Р г.

Данная измерительная схема используется, если дифманометр рас- положен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара. В случае, если дифманометр оказывается ниже него на высоту h1, целесообразно исполь- зование уравнительных сосудов (УС). Схемы измерения с уравнитель- ным сосудом для резервуаров, находящихся под атмосферным давлением представлены на рис. 5.6.

Уравнительный сосуд применяется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h 1 в импульсной трубке.

 

 

Pатм

 

 

Pатм

Pатм

УС

 

Pатм

УС

0 0 0

 

+ _ _ +

 

ДД ДД

 

а) б)

 

Рис.5.6. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с ис- пользованием уравнительного сосуда:

а – с нижним расположением уравнительного сосуда;

б – с верхним расположением уравнительного сосуда

 

 

 

 

Pизб

 

 

0

УС

Pизб

 

0

 

_ +

 

ДД

 

При измерении уровня в аппаратах, находящихся под из- быточным давлением Ризб, при- меняют схему, приведенную на рис. 5.7. Ризб поступает в обе им- пульсные трубки дифманометра, поэтому измеряемый перепад давления ΔР можно представить в виде:

ΔР= ρgHmax – ρgh. (5.5)

При h = 0 max ΔР = ΔРmax,

а при h = Hmax, ΔР = 0. Как следу-

ет из уравнения, шкала измери-

 

Рис.5.7. Измерение уровня в закры- том резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с ис- пользованием уравнительного сосуда.

тельного прибора уровнемера будет обращенной.

 

 

Рис.5.8. Датчик гидростатиче-

ского давления

 

В последнее время широкое распространение получили датчики гидростатического давления ДГ (рис. 5.8). У них, как и у дифмано- метров, имеются две измерительные камеры, одна из которых выполнена в виде открытой мембраны, а вторая в виде штуцера. Данный уровнемер всегда закрепляется непосредствен- но у дна резервуара, поэтому не имеет импульсных трубок, а значит, отсутствует необходимость в ком- пенсации высоты импульсной труб- ки h 1. Возможные измерительные

схемы с использованием гидроста-

тического датчика давления представлены на рис.5.9. Схему, представлен- ную на рис. 5.9, в, целесообразно использовать для процессов, где невоз- можно избежать обильного образования и накопления конденсата в трубе, соединяющей датчик с объемом над жидкостью.

Pатм

 

Pизб

ДГ ДГ

Pизб

ДГ

 

а) б) в)

Рис.5.9. Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления:

а – для открытых резервуаров;

б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда;

в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом

 

Уровнемеры, в которых измерение гидростатического давления осу- ществляется путем измерения давления газа, прокачиваемого по трубке, погруженной на фиксированную глубину в жидкость, заполняющую ре-

зервуар, называют пьезометрическими. Схема пьезометрического уров-

немера приведена на рис. 5.10.

 

 

 

 

П

Д

 

Риз б

 

 

_ +

ДД

 

 

а)

П

 

Риз б

 

_ +

ДД

 

 

б)

Рис. 5.10. Пьезометрический уровнемер:

а – стандартная схема измерения;

б – схема измерения для агрессивных жидкостей

 

 

Его работа основана на принципе гидравлического затвора. Пьезо- метрическая трубка П размещается в аппарате, в котором измеряется уро- вень. Для измерения уровня используют воздух или инертный газ под дав- лением Pп, который продувают через слой жидкости. Газ поступает в труб- ку через дроссель Д, служащий для ограничения расхода. Давление P газа после дросселя измеряется дифманометром ДД.

При подаче газа давление в пьезометрической трубке постепенно по- вышается до тех пор, пока не станет равным давлению столба жидкости высотой H плюс давление над жидкостью Pизб (если имеется). Когда давле- ние в трубке станет равным сумме этих давлений, из нижнего открытого конца трубки начинает выходить газ. Расход подбирают такой, чтобы газ покидал трубку в виде отдельных пузырьков (примерно один пузырек в секунду).

Уровень жидкости определяется по установившемуся давлению (P–

Pизб) в системе:

P – Pизб = H ρ ж g,

где Pизб – избыточное давление в аппарате (в частном случае Pизб= Pатм).

Отсюда

H = P − Pизб. (5.6)

ρ ж g

В случае измерения уровня в сосудах, заполненных агрессивными жидкостями и газами (рис.5.10, б) обязателен непрерывный подвод воздуха или инертного газа в обе линии, подсоединяемые к дифференциальному манометру. Для наблюдения за непрерывностью на каждой линии устанав- ливают стеклянные контрольные сосуды КС с водяным затвором, по кото- рому видно движение воздуха, или ротаметры. Количество подводимого воздуха устанавливают регулирующими вентилями РВ.