1.5 Гидростатические уровнемеры

В этих уровнемерах измерение уровня Н жидкости постоянной плотности с сводится к измерению гидростатического давления Р, создаваемого жидкостью, причем

(1.11)

Гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление жидкости измеряется дифманометром, называется дифманометрическим.

Гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление жидкости преобразуется в давление воздуха, называется пневмоуровнемером. Разновидностью пневмоуровнемера является барботажный уровнемер, в котором воздух, подаваемый от постороннего источника, барботирует через слой жидкости.

Обе импульсные трубки дифманометра заполняются контролируемой жидкостью (если она не агрессивна). Дифманометр измеряет разность давлений Р1 и Р2, действующих на его чувствительный элемент. В соответствии с (1.11) можно записать выражения для этих давлений:

, (1.12)

Таким образом, дифманометр будет измерят перепад давлений, выражающийся через контролируемый уровень Н:

(1.13)

Если плотности с1 и с2 жидкости обеих импульсных трубках одинаковы и если h1 =h2, то

, где с1= с2= с (1.14)

Из (1.12) и (1.13) видно, что дифманометрический уровнемер измеряет "весовой" уровень, т.е. его показания будут изменяться при изменении плотности контролируемой среды. Погрешность в показаниях появится также, если имеется разность плотностей с1 и с2 в импульсных трубках (для исключения этой погрешности импульсные трубки прокладываются рядом). Наконец, формула (1.13) справедлива только в том случае, если уровень жидкости в "минусовой" импульсной трубке (обозначенной знаком ”-") будет неизменным при изменении контролируемого уровня Н.

Схемы дифманометрических уровнемеров не обеспечивают независимости показаний от изменения давления при любом текущем значении контролируемого уровня.

Все схемы подключения дифманометров-уровнемеров могут использоваться для измерения уровня жидкостей в объектах электростанций или промышленных предприятий. Конкретная схема измерения определяется условиями работы объекта и необходимой точностью измерения уровня. Так, при измерении уровня в подогревателях питательной или сетевой воды электростанций обычно используются однокамерные уравнительные сосуды.

Перепад давления, действующий на дифманометр, определяется выражением:

или (1.15)

, (1.16)

где с_В, с u с" - плотности воды в плюсовой импульсной трубке, конденсата и пара.

Перепад ДР, действующий на дифманометр, определяется выражением:

(1.17)

Поскольку при давлении в конденсаторе с >> с" выражение для перепада давления упрощается:

(1.18)

Дифманометры в качестве измерителей уровня нашли применение также и в криогенной технике для измерения уровня низкокипящих сред. Особенностью подключения дифманометров-уровнемеров к емкостям является отсутствие уравнительных сосудов. Импульсные трубки выводятся из газовой полости и части, заполненной жидкостью, причем, последняя выводится горизонтально для исключения возможного влияния столба жидкости в трубке. Если нижняя импульсная трубка будет заполнена жидкостью, то при ее испарении порциями возможно колебание давления в измерительной схеме. Во избежание этого отбор давления осуществляется из специального колпачкового устройства. В этом случае жидкость (за счет притока теплоты по импульсной трубке) испаряется в полость под колпачком, что исключает пульсацию давления.

В тех случаях, когда разность температур между контролируемой средой и средой, окружающей резервуар, меньше 50°С, для уменьшения пульсации давления в плюсовой импульсной трубке на ней вблизи резервуара устанавливается тепловая рубашка, в которую подается теплая среда. Этим обеспечивается надежное испарение жидкости в пространство под колпачком.

Метод измерения уровня дифманометрами обладает рядом достоинств. Такие уровнемеры отличаются механической прочностью, простотой монтажа, надежностью. Но им присущ один существенный недостаток: чувствительный элемент дифманометров находится в непосредственном контакте с контролируемой средой. При измерении уровня агрессивных сред это вызывает необходимость либо использования специальных материалов для дифманометров, либо применения схем подключения дифманометров, не допускающих попадания активных сред в дифманометр, например включения в импульсные линии разделительных устройств, продувка импульсных линий чистой водой и т.д.

От этого недостатка свободен один из типов гидростатических уровнемеров - барботажный пневмоуровнемер.