Jak na podstawie ciśnienia hydrostatycznego obliczyć wysokość napełnienia w otwartym naczyniu, otwartym zbiorniku wodnym lub studni głębinowej? Jaki jest związek pomiędzy poziomem napełnienia oraz odczytem ciśnienia? W ostatnim wpisie opisałem jak wykonuje się hydrostatyczny pomiar poziomu. Ciśnienie hydrostatyczne wykorzystywane jest do oznaczenia poziomu na podstawie pomiaru słupa cieczy i jest bezpośrednio proporcjonalne do wysokości napełnienia, jak również do ciężaru właściwego medium i siły ciężkości.
Zasada obliczania wysokości napełnienia za pomocą ciśnienia hydrostatycznego
Pod wpływem działania grawitacji ciśnienie hydrostatyczne rośnie wraz ze wzrostem słupa cieczy, czyli wraz z wysokością napełnienia naczynia.
Poziom jest obliczany ze wzoru:
h = p / (ρ * g)
- p = ciśnienie hydrostatyczne [bar, ciśnienie względne]
- ρ = ciężar właściwy cieczy [kg/m3]
- g = siła grawitacyjna lub przyspieszenie grawitacyjne [m/s2]
- h = wysokość słupa cieczy [m]
Ogólna zasada – woda: h = 1 bar (ciśnienie względne) / (1000 kg/m3* ~ 10 m/s2) = 10 m
Dla wody można zastosować zasadę ogólną, że ciśnienie 1 bar odpowiada wysokości napełnienia 10 m.
Ta zasada ogólna może być stosowana do doboru i specyfikacji odpowiedniego zanurzalnego przetwornika ciśnienia lub przetwornika ciśnienia. Przy wykorzystaniu pomiaru poziomu jako zmiennej kontrolowanej, należy przeprowadzić bardziej precyzyjne obliczenia poziomu obejmujące wpływ temperatury na gęstość oraz zależność siły ciążenia od miejsca pomiaru.
Ponieważ ciężar właściwy medium może się istotnie różnić od ciężaru właściwego wody, zasada ogólna dotyczy jedynie cieczy o gęstości zbliżonej do wody. I tak, na przykład przy takiej samej wysokości napełnienia olejem napędowym i wodą, ciśnienie hydrostatyczne dla oleju napędowego będzie niższe niż dla wody.
Przykład – olej napędowy: h = 0,82 bar (ciśnienie względne) / (820 kg/m3 * ~ 10 m/s2) = 10 m
Różnica gęstości w tym przykładzie prowadzi do błędu pomiaru około 22 %.
Przy hydrostatycznym pomiarze poziomu w otwartych zbiornikach i naczyniach występuje wyrównanie ciśnienia pomiędzy gazem ponad cieczą a powietrzem otoczenia, dlatego w obliczeniach poziomu nie należy uwzględniać ciśnienia gazu/powietrza otoczenia nad medium. Przy zastosowaniu zanurzalnych przetworników ciśnienia takich jak LH-20 firmy WIKA, specjalna konstrukcja kabla sondy poziomu automatycznie kompensuje zmienne ciśnienie atmosferyczne występujące na zewnątrz odpowietrzanego zbiornika, co zawsze zapewnia prawidłowy pomiar poziomu.
W moim następnym wpisie wyjaśnię obliczanie wysokości napełnienia w zamkniętych zbiornikach lub naczyniach i wpływ zamkniętego wewnątrz gazu na pomiar poziomu.
Uwaga
Firma WIKA oferuje wyczerpujące rozwiązania hydrostatycznego pomiaru poziomu ciśnienia.
Zapoznaj się z naszymi pozostałymi artykułami:
Hydrostatyczny pomiar poziomu w zamkniętym zbiorniku – obliczenia wysokości napełnienia
Jak działa hydrostatyczny pomiar poziomu?
Osoba kontaktowa pomoże Państwu w wyborze czujnika najbardziej dopasowanego do danego zastosowania.
Więcej informacji znajduje się na nasze platformie informacyjnej information platform „Hydrostatic level measurement”
Hydrostatyczny pomiar poziomu