Яким би простим не здавався метод гідростатичного вимірювання рівня, тим не менше, існують деякі особливості при виборі приладу, при установці та умови подальшої експлуатації які необхідно враховувати.
В основі дії гідростатичних датчиків рівня лежить закон пропорційності між висотою стовпа рідини і гідростатичним тиском цього стовпа:
P = ρ * g * h,
де P - гідростатичний тиск стовпа рідини, g = 9,8 м / с2 - прискорення вільного падіння, ρ - щільність рідини.
Особливості монтажу, вибору і застосування
Існує три основних типи гідростатичних рівнемірів - заглибні, врізні і фланцеві виділяються за типом приєднання до процесу. Так само, так як цей фактор обумовлює спеціальні вимоги до матеріалів з яких виготовлений прилад, має сенс виділяти гідростатичні рівнеміри по типу вимірюваних середовищ: неагресивна до нержавіючої сталі, агресивна до нержавіючої сталі пульпообразная, густа і абразивна середовища.
При виборі методу вимірювання рівня, слід враховувати, що коректні вимірювання гидростатическими датчиками можливі тільки в середовищах з постійною щільністю, так як гідростатичний тиск залежить від щільності рідини і величини рівня. При необхідності вирішення задачі вимірювання рівня в середовищах з мінливою щільністю, можлива установка двох датчиків рівня. Один прилад встановлюється в ємність для відбору проби. У ємності забезпечується постійний рівень і рівнемір вимірює щільність, а дані з другого (власне рівнеміра) перераховуються в контролері з урахуванням поточної щільності середовища, з якого вже скоригований сигнал надходить у верхній рівень.
Гідростатичні датчики рівня - датчики надлишкового тиску, яким потрібен зв'язок сенсора з атмосферою. У датчиків надлишкового тиску вимірюється середовище (Pср) і атмосферний тиск (Pатм бак) діють з одного боку чутливого елемента і тільки атмосферний тиск (Pатм) - з іншого. Для відкритих ємностей, Pатм = Pатм бак. Таким чином, атмосферний тиск в баку компенсується атмосферним тиском поза ним і датчик вимірює тільки тиск середовища.
Для вимірювання рівня в повністю закритих ємностях, де створюється надлишковий тиск (Р хат.) Між кришкою ємності і рідиною, найбільш оптимальним буде застосування гідростатичних датчиків диференціального тиску. У цьому випадку, за допомогою спеціального капіляра необхідно пов'язувати датчик диференціального тиску з областю надлишкового тиску ємності.
Для подачі атмосферного тиску в корпус погружного датчика рівня застосовується спеціальний кабель, який крім сигнальних ліній несе ще й порожню трубку, захищену на зворотному кінці повітропроникним, але водонепроникним фільтром. Корпус погружного датчика повітропроникний і повинен бути водонепроникний (ступінь пиловологозахисту IP 68).
Довжина кабелю повинна бути більше максимального рівня рідини в ємності. Так як в гідростатичних датчиках рівня використовується спеціальний кабель, то ціна кабелю в ціні датчика може бути дуже істотна. При деяких умовах можна зменшити кінцеву вартість приладу зменшивши довжину кабелю. Для цього треба знати мінімальний і максимальний рівень рідини в ємності. Як тільки спеціальний кабель виведений в атмосферу, сигнал можна передавати далі і звичайним кабелем. Технічно, перехід зі спеціального кабелю в звичайний реалізується за допомогою клемної коробки. У разі, коли в ємності завжди є якийсь мінімальний рівень, нижче якого вимірюється середовище не опускається, прилад можна встановити на фіксованій висоті і рівень враховувати як свідчення рівнеміра плюс висота стовпа рідини під ним.
При монтажі гидростатических рівнемірів, щоб уникнути впливу підвищеного тиску при закачуванні рідини, так як струмінь насоса може створювати область підвищеного тиску, датчики треба встановлювати на максимальному видаленні від джерела турбулентності. За допомогою гідростатичного датчика рівня рідини можна вимірювати обсяг. Для циліндричних і параллелепіпедообразних ємностей використовують формулу V = S * h, де V - об'єм, S - площа підстави, h - висота. Для ємностей у формі усіченого конуса V = π (h23 -h13) / 3tg 2 a. Для ємностей складних конфігурацій ємність необхідно "розділити" на частини і розраховувати за формулами для параллепіпед, циліндра і конуса. Для горизонтально розташованих циліндричних ємностей рекомендується використовувати BD Sensors RUS DMD 331-A-S. який дозволяє калібрувати вихідний сигнал по табличних значень, тобто досить точно враховувати кривизну ємності.
Вимірювання рівня в різних середовищах
Для вимірювання гидростатическими датчиками рівня середовищ неагресивних до нержавіючої сталі, найбільш оптимальні за співвідношенням ціна / рішення задачі - рівнеміри з корпусом з нержавіючої сталі, керамічним тензорезистивного сенсором з відкритою або захищеною мембраною з нержавіючої сталі. Відкрита мембрана з нержавіючої сталі підходить для випадків вимірювання забрудненого середовища, але без включень можуть пошкодити мембрану.
Мембрана, закрита захисним ковпачком в таких середовищах швидко забивається відкладеннями і прилад починає видавати некоректні значення, тому, при виборі датчика з захищеної мембраною треба розуміти рівень забруднення середовища, тобто частоту, з якою доведеться очищати мембрану. Це в свою чергу так само небажано, так як підвищує ризик пошкодження мембрани при механічному очищенню. Іншими словами, захищену мембрану має сенс використовувати для роботи в середовищах з включеннями крупніше технологічних отворів в ковпачку призначених для доступу середовища до мембрани сенсора. Для середовищ з включеннями що можуть пошкодити мембрану, або сильно забрудненими, краще використовувати прилади з керамічної мембраною.
Вимірювання рівня в агресивних середовищах зумовлює виконання мембрани, корпуси і ущільнення зі спеціальних матеріалів некорродірующіх або слабо кородуючих в вимірюваної середовищі. Сьогодні у BD Sensors RUS існують рішення для більшості використовуються в промисловості кислот, лугів, розчинів солей (наприклад, розчину гіпохлориту натрію), морської води. Наприклад, погружной датчик рівня рідини BD Sensors RUS LMK 858 з керамічної мембраною, корпусом з PVDF, ущільненням з EPDM і кабелем з тефлоновим покриттям гарантовано "тримає" сірчану кислоту концентрацією від 5 до 98% і температурою до 50 ° С.
Для заглибних рівнемірів так само враховують і матеріал, з якого виготовлений кабель. У рівнемірах БД Сенсорс РУС використовуються чотири типи кабелю: PVC - для води і рідин на водній основі, PUR - для масел і маслоподібними рідин, FEP - високоагресивних рідин (сильно концентрованих кислот і лугів) і TPE для високотемпературних середовищ до 125 ° С. При підборі рівнеміра слід враховувати також і робочу температуру вимірюваного середовища, так як високі температури можуть виступати каталізаторами або прискорювати корозію матеріалів, з яких виготовлений прилад. В кожному окремому випадку, під кожну агресивне середовище прилад підбирають за таблицями хімічного стійкості речовин.
Складність виміру рівня в пульпообразних, густих і абразивних середовищах обумовлена тим, що вони вимагають використовувати мембрану незахищену ковпачком. В цілому, оптимальним рішенням для таких середовищ є прилади з керамічними мембранами, які більш стійкі до абразивних середовищ і можуть використовуватися без захисних ковпачків. Однак слід враховувати, що в загальному випадку, прилади з керамічної мембраною припускають велику похибку в порівнянні з металевою, а також не рекомендовані для використання в системах де можливі гідроудари.