Гидростатические датчики уровня в настоящее время широко представлены на рынке уровнеметрии. Популярность их применения обусловлена сочетанием относительно невысокой цены с высокой точностью измерений и надежностью. Однако перед тем как заложить гидростатические уровнемеры в свой проект автоматизации следует вспомнить об особенностях их применения, которые обусловлены заложенным в них методом измерения.
Не стоит забывать, что гидростатические датчики уровня по существу измеряют давление столба жидкости, действующего на мембрану, и переводят его в уровень с помощью известной всем со школьной скамьи формулы P=ρgh. При этом «датчик рассчитывает», что он не полетит, например, на Луну, где «g» меньше Земного и что плотность жидкости, давление которой он измеряет, будет постоянной (именно той, на которую он откалиброван изготовителем). Если, вероятнее всего, путешествие за пределы нашей планеты датчику не грозит, то с плотностью не все так однозначно. Ведь некоторые жидкости, в частности жидкое топливо, могут изменять плотность.
Плотность жидкого топлива, хранимого в резервуаре, может изменяться по следующим причинам:
- Добавление в резервуар топлива с плотностью, отличной от той, что на данный момент в нем содержится. Например, плотность дизельного топлива при температуре +150 С по ГОСТ нормируется в диапазоне от 800 до 850 кг/м3, а плотность бензина марки АИ92 от 710 до 760 кг/м3. Т.о., топливо из бензовоза заливаемое в емкость, каждый раз может быть разной.
- Изменение плотности вследствие изменения температуры. В среднем для бензина и дизельного топлива это изменение равно 0,7 кг/м3 на 10 С. Для определения плотности топлива при текущей температуре используются поправочные таблицы.
Эти на первый взгляд небольшие отклонения могут стать большой проблемой при апробации системы измерения уровня (объема) топлива, в случае если она предназначена для коммерческого учета. Поэтому изначально важно оценить погрешность измерений с учетом плотности и геометрии резервуара и принять решение о ее приемлемости.
В некоторых случаях есть выход. Для резервуаров с постоянной площадью горизонтального сечения (вертикально стоящих цилиндров) гидростатический датчик можно применить для контроля массы, поскольку в данном случае масса пропорциональна давлению, с коэффициентом пропорциональности g/S. В этом легко убедиться выразив высоту водного столба через массу h=m/ρS и подставив ее вышеуказанную формулу: P=(ρg/ρS)·m. Как видно, при этом плотность ρ сократится. Т.е. для измерения массы в данном случае плотность можно не измерять. Однако это «не срабатывает» для емкостей, где площадь горизонтального сечения зависит от высоты, т.е. не является константой. В этом случае нам для измерения массы опять необходимо «знать» текущий уровень или же плотность.
Кроме вышесказанного, нельзя забывать о том, что вероятнее всего в резервуарах с топливом присутствует избыточное давление газов, которое также будет вносить погрешность в измерение уровня. И клапаны сброса избыточного давления могут «не спасти», поскольку открываются только при достижении давлением определенного порога. Эту погрешность также необходимо учесть при проектировании.
Конечно, в указанных случаях, если требуется повысить точность измерений, можно дополнить систему датчиком давления газа, датчиком плотности и температуры, контроллером с ПО математического расчета уровня. Однако стоимость такой системы будет уже сопоставима со стоимостью специализированных датчиков уровня основанных, как правило, на магнитострикционном или емкостном методе измерения, с плотномером и термометром «на борту».
В тех же системах мониторинга и автоматизированного управления технологическими процессами, где не требуется высокой точности измерений жидкостей с переменной плотностью, применение такого надежного и недорого решения как гидростатический датчик уровня зачастую вполне оправдано.
Данная статья является обзорной и носит рекомендательный характер. Решения, приведённые в статье, являются типовыми. Существует огромное количество уникальных процессов, для которых требуется более тщательный подбор оборудования и консультации специалистов.
Оригинал статьи можно найти на нашем сайте
Оставляйте комментарии.
Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропускать новые публикации.
