Гидростатические средства измерения уровня

Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится к из-мерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом h жидкости постоянной плотности r:

.                                           (5.2)

Измерение гидростатического давления осуществляется:

манометром, подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;

измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, погруженной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированную глубину.

Схемы измерения уровня гидростатическими уровнемерами приве-дены на рис. 5.4. При использовании для этой цели манометра (рис. 5.4а) он может быть любого типа с соответствующими пределами измерений, определяемыми зависимостью (5.2). В этом случае о значении измеряемого уровня судят по давлению воздуха, заполняющего манометрическую систему. Имеют место погрешности измерения, обусловленные классом точности манометров и изменениями плотности жидкости.

Для измерения уровня жидкости в технологических аппаратах, находящихся под давлением, широко применяются дифференциальные манометры.

При измерении уровня в открытых резервуарах, находящихся под атмосферным давлением (рис. 5.4б), дифманометр 1 через импульсные трубки 2 соединен с резервуаром и уравнительным сосудом 3, который применяется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h ₁ в импульсной трубке. В процессе измерения уровень жидкости в уравнительном сосуде должен быть постоянным. Вентиль 4 служит для поддержания постоянного уровня в сосуде 3. При равенстве плотностей жидкостей, заполняющих импульсные трубки и резервуар, и при h ₁ = h ₂измеряемый дифманометром перепад давления составит

.                                       (5.3)

Уровнемеры, в которых измерение гидростатического давления осуществляется путем измерения давления газа, прокачиваемого по трубке, погруженной на фиксированную глубину в жидкость, заполняющую резервуар, называют пьезометрическими (рис. 5.4в). Пьезометрическая трубка 1 размещается в аппарате, в котором измеряется уровень. Газ поступает в трубку через дроссель 2, служащий для ограничения расхода. Для измерения расхода газа служит стаканчик 3 (расход с помощью стаканчика определяется по числу пузырьков, пробулькивающих через заполняющую его жидкость в единицу времени), а давление поддерживается постоянным с помощью стабилизатора 4. Давление газа после дросселя измеряется дифманометром 5 и служит мерой уровня.

При подаче газа давление в пьезометрической трубке постепенно повышается до тех пор, пока указанное давление не станет равным давлению столба жидкости высотой h. Когда давление в трубке станет равным гидростатическому давлению, из нижнего открытого конца трубки начинает выходить газ. Расход подбирают такой, чтобы газ покидал трубку в виде отдельных пузырьков.

При большем расходе газа давление, измеряемое дифманометром, может быть несколько большим, чем гидростатическое, из-за дополнительного падения давления, возникающего за счет трения газа о стенки трубки при его движении. При очень малом расходе газа увеличивается инерционность измерения. Оба фактора могут увеличить погрешность измерения уровня.

В пьезометрических уровнемерах при больших изменениях уровня расход газа может существенно измениться, что, в свою очередь, может вызвать дополнительную погрешность измерения. Пьезометрические уровнемеры позволяют измерять уровень в широких пределах (от нескольких десятков сантиметров до 10¸15 м), и при использовании для измерения давления в пьезометрической трубке дифманометра с унифицированным выходным сигналом имеют приведенную погрешность ±(1,0¸1,5) %.

а

б

в

Рис. 5.4. Схемы измерения уровня гидростатическими уровнемерами: манометром (а); в открытых резервуарах, находящихся
под атмосферным давлением (б); пьезометрического уровнемера (в)