Уровень как измеряемый параметр рабочей среды
Высота столба жидкости, отражающая уровень, определяется давлением, её плотностью и гравитационным ускорением. Эта взаимосвязь выражается гидростатической формулой: h = P / (g × ρ), где P – давление (Па), ρ – плотность (кг/м³), g – ускорение свободного падения (м/с²).
Уровень – это высота заполнения резервуара веществом (жидкостью или сыпучим материалом) относительно выбранной нулевой точки, измеряемая в единицах длины. Приборы для измерения уровня называются уровнемерами.
Разнообразие типов уровнемеров, основанных на различных принципах действия, обусловлено широким спектром свойств измеряемых жидкостей. В промышленности наиболее часто применяются буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, ёмкостные, радарные, ультразвуковые и микроволновые уровнемеры.
Буйковый уровнемер измеряет уровень на основе перемещения буйка или силы гидростатического давления, воздействующей на него. В отличие от поплавка, буёк погружен в жидкость и движется в зависимости от уровня. Они подходят для однородных жидкостей, даже агрессивных, при высоком давлении (до 32 МПа) и широком диапазоне температур (от –200 до +600 °С), если жидкость не прилипает к буйку. Они позволяют измерять уровень границы раздела двух жидкостей. Недостатки: зависимость от плотности и температуры, ограничение для больших диапазонов (свыше 16 м) и жидкостей с адгезией.
Пьезометрический уровнемер преобразует гидростатическое давление жидкости в давление воздуха, проходящего через жидкость. Преимущество: чувствительный элемент не контактирует со средой, а воспринимает давление через воздух. Недостаток: погрешность из-за изменения плотности среды.
Гидростатический уровнемер измеряет гидростатическое давление жидкости манометром. Обычно используется для неагрессивных, чистых жидкостей под атмосферным давлением. Для агрессивных сред применяются разделительные устройства. Недостаток: погрешность при изменении плотности жидкости.
Поплавковый уровнемер измеряет перемещение поплавка на поверхности жидкости. Он не подходит для вязких жидкостей из-за залипания поплавка и для криогенных жидкостей из-за вибрации. Часто используется для больших открытых или закрытых резервуаров с низким давлением. Магнитная связь обеспечивает герметичность и надежность.
Ёмкостной уровнемер основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха. Ёмкость между электродами датчика изменяется пропорционально уровню жидкости.
Радарные и микроволновые уровнемеры измеряют время прохождения электромагнитных волн до поверхности среды и обратно. Ультразвуковые уровнемеры работают по аналогичному принципу, измеряя время задержки отраженного ультразвукового сигнала. Температурные датчики используются для компенсации влияния температуры на скорость распространения волн.
Менее распространены акустические, магнитострикционные, радиоизотопные и вибрационные уровнемеры.