Гидростатические уровнемеры. 
Метрология и измерительная техника. 
Уровнеметрия жидких сред

Общие положения

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении известного в физике гидростатического давления.

На тело, погруженное в жидкость или газ, действуют силы, распределенные по поверхности тела. Для описания действия таких распределенных сил вводится физическая величина — давление.

Давление как физическая величина, характеризует интенсивность нормальных к поверхности сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого. В частности, жидкость или газ являясь непрерывными средами, находясь в сосуде, действуют на его стенки с некоторым давлением. Вводится понятие «давление» в каждой точке среды. В любой точке покоящейся жидкости или газа согласно закону Б. Паскаля (1663 г.) «давление на поверхности жидкости, произведенное внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях».

Давление определяется как отношение модуля силы F, действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности:

В СИ давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/м².

Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна силе веса столба жидкости F = mg, а т = hy_xSg — масса жидкости в сосуде, где у_ж — плотность жидкости и g- ускорение свободного падения. Следовательно:

Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости — называют гидростатическим давлением.

Таким образом, давление столба жидкости определяется только значениями уровня жидкости и ее плотности и не зависит ни от формы, ни от общего объема резервуара. Это основополагающие утверждения для использования гидростатического давления в качестве информативного параметра для целей уровнемстрии.

В качестве средств измерения гидростатического давления в гидростатической уровнеметрии используются преобразователи и датчики абсолютного и избыточного давлений (датчики абсолютного давления и дифференциальные датчики).

Как правило, датчики гидростатического давления устанавливают стационарно на боковой поверхности резервуара около дна на уровне «нулевой» отметки отсчета и реже в дно, когда это возможно технически. В ряде случаев датчик давления размещается непосредственно в контролируемой жидкости на заданной глубине с помощью подвеса в виде гибкого троса или штанги. Это свой класс приборов — погружные гидростатические уровнемеры.

В соответствии с этим, выделяют следующие типы гидростатических уровнемеров — врезные, фланцевые и погружные, имеющие общий принцип измерения, но отличающиеся по типу присоединения к процессу, 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 значения уровня. При необходимости решения задачи измерения уровня в средах с меняющейся плотностью, возможна установка двух датчиков уровня. Один прибор устанавливается во вспомогательную 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.