Чем измеряется гидростатическое давление в жидкости прибор

Датчики уровня жидкости (уровнемеры) – это гидростатические преобразователи давления столба жидкости в цифровой или аналоговый унифицированный сигнал (линейно пропорциональный уровню заполнения резервуара или водоема). Позволяют с высокой точностью контролировать уровень жидкой среды с постоянной плотностью. Датчик может использоваться в различных системах, например, для автоматического управления насосами, работающих на откачку или заполнение ёмкости резервуара до нужного уровня. В зависимости от конструкции, уровнемеры подразделяются на врезные и погружные.

Врезные датчики уровня

идеально подходят для измерения уровня жидкости с постоянной плотностью.

Погружные гидростатические датчики уровня

предназначены для измерения уровня там, где невозможно применить датчики врезного исполнения (естественные водоемы, скважины, открытые ёмкости без возможности использовать врезной датчик).

• 0,1 % ДИ
• Ex-исполнение), RS232 для настройки

• 0,1 % ДИ
• Ex-исполнение), RS 485/HART, RS 485/Modbus, HART-протокол

Для улучшения работы сайта и его взаимодействия с пользователями мы используем файлы cookie. Продолжая работу с сайтом, Вы разрешаете использование cookie-файлов. Вы всегда можете отключить файлы cookie в настройках Вашего браузера.

ВычислениеПравить

В каждой жидкости существует давление, обусловленное её собственным весом  ; так как  , то  ; учтём, что   и получим формулу  .

Для бытовых расчетов можно принять, что с ростом глубины на каждые 10 метров пресной воды, давление увеличивается на 0,1 МПа (1 атмосфера).

Врезные датчики уровня (давления)

Предназначены для измерения уровня жидких сред с постоянной плотностью. Корпус датчиков может быть изготовлен из нержавеющей стали, поливинилхлорида, фторида поливинилидена, а мембрана из нержавеющей стали или керамики. Благодаря этому датчики могут быть использованы для проведения измерений как неагрессивных, так и агрессивных сред. Датчики уровня используются для универсального применения в промышленности и соответствуют высоким требованиям по точности и стабильности характеристик.

История открытияПравить

Это основное свойство жидкостей было открыто и проверено на опыте Блезом Паскалем в 1653 году.

СвойстваПравить

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 июня 2020 года; проверки требуют 17 правок.

Гидростатическое давление — давление столба жидкости над условным уровнем.

Датчики дифференциального давления или датчики перепада давлений

Предназначены для измерения и непрерывного преобразования разности давлений в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Датчики дифференциального давления используют для регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, особенно в системах водоподготовки, вентиляции, фильтрации, газоснабжения.

Погружные датчики уровня (зонды)

Когда для измерения уровня жидкости невозможно применить врезной датчик, используют погружные гидростатические (скважинные) датчики уровня. Корпус и мембрана датчика могут быть изготовлены из разнообразных материалов, что позволяет использовать погружные датчики уровня для измерения не только уровня воды, но и уровня агрессивных и/или вязких сред.

Статья в информационном бюллетене BD Sensors RUS, март 2011г

Полный текст статьи (1.46M)

Каким бы простым ни казался метод гидростатического измерения уровня, тем не менее, существуют некоторые особенности при выборе прибора, при установке и условиях дальнейшей эксплуатации которые необходимо учитывать.

В основе действия гидростатических датчиков уровня лежит закон пропорциональности между высотой столба жидкости и гидростатическим давлением этого столба:P = ρ*g*h,где P – гидростатическое давление столба жидкости, g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения, ρ – плотность жидкости.

Особенности монтажа, выбора и применения

Существует три основных типа гидростатических уровнемеров – погружные, врезные и фланцевые выделяемые по типу присоединения к процессу. Так же, так как этот фактор обуславливает специальные требования к материалам из которых изготовлен прибор, имеет смысл выделять гидростатические уровнемеры по типу измеряемых сред: неагрессивная к нержавеющей стали, агрессивная к нержавеющей стали пульпообразная, густая и абразивная среды.

При выборе метода измерения уровня, следует учитывать, что корректные измерения гидростатическими датчиками возможны только в средах с постоянной плотностью, так как гидростатическое давление зависит от плотности жидкости и величины уровня. При необходимости решения задачи измерения уровня в средах с меняющейся плотностью, возможна установка двух датчиков уровня. Один прибор устанавливается в емкость для отбора пробы. В емкости обеспечивается постоянный уровень и уровнемер измеряет плотность, а данные со второго (собственно уровнемера) пересчитываются в контроллере с учетом текущей плотности среды, с которого уже скорректированный сигнал поступает в верхний уровень.

Гидростатические датчики уровня – датчики избыточного давления, которым необходима связь сенсора с атмосферой. У датчиков избыточного давления измеряемая среда (Pср) и атмосферное давление(Pатм бак) действуют с одной стороны чувствительного элемента и только атмосферное давление (Pатм) – с другой. Для открытых ёмкостей, Pатм= Pатм бак. Таким образом, атмосферное давление в баке компенсируется атмосферным давлением вне его и датчик измеряет только давление среды.

Для измерения уровня в полностью закрытых емкостях, где создаётся избыточное давление (Р изб.) между крышкой емкости и жидкостью, наиболее оптимальным будет применение гидростатических датчиков дифференциального давления. В этом случае, с помощью специального капилляра необходимо связывать датчик дифференциального давления с областью избыточного давления емкости.

Для подачи атмосферного давления в корпус погружного датчика уровня применяется специальный кабель, который помимо сигнальных линий несет еще и полую трубку, защищенную на обратном конце воздухопроницаемым, но водонепроницаемым фильтром. Корпус погружного датчика воздухопроницаем и должен быть водонепроницаем (степень пылевлагозащиты IP 68).

Длина кабеля должна быть больше максимального уровня жидкости в емкости. Так как в гидростатических датчиках уровня используется специальный кабель, то цена кабеля в цене датчика может быть очень существенна. При некоторых условиях можно уменьшить конечную стоимость прибора уменьшив длину кабеля. Для этого надо знать минимальный и максимальный уровень жидкости в емкости. Как только специальный кабель выведен в атмосферу, сигнал можно передавать далее и обычным кабелем. Технически, переход со специального кабеля в обычный реализуется с помощью клеммной коробки. В случае, когда в емкости всегда есть какой-то минимальный уровень, ниже которого измеряемая среда не опускается, прибор можно установить на фиксированной высоте и уровень учитывать как показания уровнемера плюс высота столба жидкости под ним.

При монтаже гидростатических уровнемеров, чтобы избежать влияния повышенного давления при закачивании жидкости, так как струя насоса может создавать область повышенного давления, датчики надо устанавливать на максимальном удалении от источника турбулентности. С помощью гидростатического датчика уровня жидкости можно измерять объём. Для цилиндрических и параллелепипедообразных емкостей используют формулу V=S*h, где V – объём, S – площадь основания, h – высота. Для емкостей в форме усеченного конуса V=π(h23-h13)/3tg2a. Для ёмкостей сложных конфигураций емкость необходимо “разделить” на части и рассчитывать по формулам для параллепипеда, цилиндра и конуса. Для горизонтально расположенных цилиндрических емкостей рекомендуется использовать BD Sensors RUS DMD 331-A-S, который позволяет калибровать выходной сигнал по табличным значениям, то есть достаточно точно учитывать кривизну емкости.

Измерение уровня в различных средах

Для измерения гидростатическими датчиками уровня сред неагрессивных к нержавеющей стали, наиболее оптимальны по соотношению цена/решение задачи – уровнемеры с корпусом из нержавеющей стали, керамическим тензорезистивным сенсором с открытой или защищенной мембраной из нержавеющей стали. Открытая мембрана из нержавеющей стали подходит для случаев измерения загрязненной среды, но без включений могущих повредить мембрану.

Мембрана, закрытая защитным колпачком в таких средах быстро забивается отложениями и прибор начинает выдавать некорректные значения, поэтому, при выборе датчика с защищенной мембраной надо понимать уровень загрязнения среды, то есть частоту, с которой придется очищать мембрану. Это в свою очередь так же нежелательно, так как повышает риск повреждения мембраны при механической очистке. Другими словами, защищенную мембрану имеет смысл использовать для работы в средах с включениями крупнее технологических отверстий в колпачке предназначенных для доступа среды к мембране сенсора. Для сред с включениями могущими повредить мембрану, или сильно загрязненными, лучше использовать приборы с керамической мембраной.

Измерение уровня в агрессивных средах обуславливает исполнение мембраны, корпуса и уплотнения из специальных материалов некорродирующих или слабо корродирующих в измеряемой среде. Сегодня у BD Sensors RUS существуют решения для большинства использующихся в промышленности кислот, щелочей, растворов солей (например, раствора гипохлорита натрия), морской воды. Например,погружной датчик уровня жидкости BD Sensors RUS LMK 858 с керамической мембраной, корпусом из PVDF, уплотнением из EPDM и кабелем с тефлоновым покрытием гарантированно “держит” серную кислоту концентрацией от 5 до 98% и температурой до 50°С.

Для погружных уровнемеров так же учитывают и материал, из которого изготовлен кабель. В уровнемерах БД Сенсорс РУС используются четыре типа кабеля: PVC – для воды и жидкостей на водной основе, PUR – для масел и маслообразных жидкостей, FEP – высокоагрессивных жидкостей (сильно концентрированных кислот и щелочей) и TPE для высокотемпературных сред до 125°С. При подборе уровнемера следует учитывать также и рабочую температуру измеряемой среды, так как высокие температуры могут выступать катализаторами или ускорять коррозию материалов, из которых изготовлен прибор. В каждом частном случае, под каждую агрессивную среду прибор подбирают по таблицам химической устойчивости веществ.

Сложность измерения уровня в пульпообразных, густых и абразивных средах обусловлена тем, что они требуют использовать мембрану незащищенную колпачком. В целом, оптимальным решением для таких сред являются приборы с керамическими мембранами, которые более устойчивы к абразивным средам и могут использоваться без защитных колпачков. Однако следует учитывать, что в общем случае, приборы с керамической мембраной предполагают большую погрешность по сравнению с металлической, а также не рекомендованы для использования в системах где возможны гидроудары.

Дополнительные опции

Основные размеры (мм), вес (кг)

Монтаж и эксплуатация

Монтаж датчиков РПД-И-ГС осуществляется следующим образом:

• при длине кабеля до 100 м – непосредственно на гидростатическом кабеле
• при длине кабеля более 100 м – датчик и кабель должны быть закреплены на тросе

При наличии волнения в резервуаре, рекомендуется помещать датчик в защитный дренированный объем. Гидростатический кабель необходимо закрепить выше уровня жидкости, используя защитный бандаж.

При эксплуатации датчиков в условиях отрицательных значений температур, необходимо исключить замерзание рабочей жидкости в области датчика.

Пример обозначения:РПД-И-ГС (0–10 м. вод. ст.) (4–20 мА) 15. 0,5

Монтаж (демонтаж) приборов производить при отсутствии давления в трубопроводе.

Для установки датчиков с фронтальной мембраной рекомендуется использовать , которые позволяют осуществить монтаж заподлицо.

При монтаже вращать прибор разрешается только за штуцер с помощью гаечного ключа. Прикладывать усилие к корпусу прибора запрещается.

Крутящий момент при монтаже не должен превышать 20 Н∙м. Подвод давления осуществляется трубопроводами с внутренним диаметром не менее 3 мм.

Прибор следует нагружать давлением постепенно и не допускать резких скачков давления; не превышать диапазон измерений.

Прибор следует исключить из эксплуатации и сдать в ремонт в случае, если: прибор не работает; погрешность измерений превышает допустимое значение. При монтаже прибора следует руководствоваться требованиями настоящей инструкции по эксплуатации, Правил эксплуатации электроустановок потребителей, Правил устройства электроустановок, а также другими документами, действующими на предприятии, регламентирующими монтаж средств измерения давления.

Гидростатический парадоксПравить

Гидростатическое давление на тело не зависит от направления.

Вычисление немного усложняется, когда надо узнать давление, производимое на не горизонтальную часть стенки сосуда вследствие тяжести налитой на него жидкости. Здесь причиной давления становится вес столбов жидкости, имеющих основанием каждую бесконечно малую частицу рассматриваемой поверхности, а высотой вертикальное расстояние от каждой такой частицы до свободной поверхности жидкости. Расстояния эти будут постоянны только для горизонтальных частей стенок и для бесконечно узких горизонтальных полосок, взятых на боковых стенках; к ним одним можно прилагать непосредственно формулу гидростатического давления. Для боковых же стенок надо суммировать, по правилам интегрального исчисления, давления на все горизонтальные элементы их поверхности; в результате получается общее правило: давление тяжелой жидкости на всякую плоскую стенку равняется весу столба этой жидкости, имеющему основанием площадь этой стенки, а высотой вертикальное расстояние её центра тяжести от свободной поверхности жидкости. Поэтому давление на дно сосуда будет зависеть только от величины поверхности этого дна, от высоты уровня жидкости в него налитой и от её плотности, от формы же сосуда оно зависеть не будет. Это положение известно под именем «гидростатического парадокса» и было разъяснено ещё Паскалем.

Действительно, оно кажется на первый взгляд неверным, потому что в сосудах с равными доньями, наполненными до равной высоты одной и той же жидкостью, вес её будет очень различный, если формы различны. Но вычисление и опыт (сделанный в первый раз Паскалем) показывают, что в сосуде, расширяющемся кверху, вес излишка жидкости поддерживается боковыми стенками и передается весам через их посредство, не действуя на дно, а в сосуде, суживающемся кверху, гидростатическое давление на боковые стенки действует снизу вверх и облегчает весы ровно на столько, сколько весило бы недостающее количество жидкости.

Чем глубже, тем выше давление. (левая часть графика)

Гидростатическое давление жидкости с постоянной плотностью в однородном поле тяжести ( = несжимаемая жидкость) подчиняется закону Паскаля:

Единица измеренияПравить

Единицей измерения давления в международной системе единиц является Паскаль. На практике гидростатическое давление часто измеряют в атмосферах, принимая за 1 атмосферу давление в ртутного столба, при температуре при нормальном ускорении свободного падения .

На основании гидростатического парадокса можно гидростатическое давление измерять также высотой столба ртути или воды, способного производить то же давление на единицу поверхности.

Датчики дав­ле­ния гид­ро­ста­ти­чес­кие по­груж­ные

Датчик давления РПД-И-ГС

1 из 2

Тип РПД-И-ГС. Датчики давления гидростатические погружные предназначены для измерения и непрерывного преобразования уровня жидкостей в унифицированный выходной сигнал постоянного тока.

Измеряемые среды — не кристаллизующиеся жидкости, неагрессивные к нержавеющей стали и PUR.

Область применения: системы измерения и сбора данных на объектах водоснабжения, водоотведения, очистки сточных вод.

Диапазон измерений давлений, м. вод. ст.

Диапазон рабочих температур, °C

Напряжение питания, В

Потребляемая мощность, Вт

Время отклика, мс

Корпус и защитный колпачок

IP68, нержавеющая сталь 08Х17Н13М2

Группа В3 по ГОСТ Р 52931; климатическое исполнение УХЛ категории 3.1 по ГОСТ 15150Подробнее

НСРП. 421262.001ТУГОСТ 22520-85

• Лермантов, 1893, с. 655.
• Давление столба жидкости. Формулы и расчеты онлайн — Интерактивный справочник формул. Дата обращения: 2 марта 2018. Архивировано 17 октября 2017 года.
• Пашков Н. Н., Долгачев Ф. М. Гидравлика. Основы гидрологии. – М., Энергия, 1977. – Тираж 25 000 экз. – с. 17

Датчики дав­ле­ния гид­ро­ста­ти­чес­кие врез­ные

Датчики давления РПД-И-ВР

Тип РПД-И-ВР. Датчики давления гидростатические врезные с открытой фронтальной мембраной предназначены для измерения и непрерывного преобразования уровня жидкости в открытых емкостях в унифицированный выходной сигнал постоянного тока.

Присоединение с фронтальной мембраной позволяет использовать датчики для измерения давлений вязких, загрязненных или кристаллизующихся жидкостей, неагрессивных к нержавеющей стали.

Область применения: системы сбора данных, автоматического контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности

IP65, нержавеющая сталь 08Х17Н13М2

Электрический разъем в пластиковом корпусе с сальниковым кабельным вводом (диаметр отверстия для кабеля в таблице)

Группа В3 по ГОСТ Р 52931; климатическое исполнение УХЛ категории 3.1 по ГОСТ 15150Подробнее

НСРП. 421262.001ТУГОСТ 22520–85