3.2. Гідростатичний принцип вимірювання густини та рівня речовин

Гідростатичні прилади займають важливе місце при вимірюванні густини та рівня агресивних розчинів та речовин, що швидко кристалізуються, і застосовується, в більшості, для вимірювання густини та рівня речовин під тиском, які знаходяться в ємностях. Принцип вимірювання густини або рівня рідини у цих приладах базується на тому, що тиск Р в рідині на відстані Н від її поверхні визначається залежністю:

Р = ּg ּН [Па], (6)

де  - густина рідини, кг/м³; Н – висота стовпа рідини (рівень), м;

g – прискорення вільного падіння, м/с².

В залежності від того, який із двох параметрів підтримують постійним в приладі, розрізняють: густиноміри, в яких Н = const, та рівнеміри, в яких, відповідно,  = const. За способом вимірювання тиску гідростатичні густиноміри та рівнеміри діляться на прилади із безпосереднім вимірюванням тиску стовпа рідини (гідростатичні) та прилади з безперервним продуванням повітря через стовп рідини (п’єзометричні).

3.2.1 Гідростатичні рівнеміри та густиноміри.

Схема гідростатичного рівнеміра приведена на рис.2,а. Манометр М, який вимірює гідростатичний тиск у відповідності із рівнянням (1) при  = const,

встановлюється у дна ємності.

Якщо для даного способу вимірювання використати дифманометр, то його

можна застосовувати для вимірювання рівня в резервуарах, в яких рідина рівнем Н₁ та густиною ₁ знаходиться в двох фазах або під дією надлишкового статичного тиску Д_СТ. (рис.2,б та рис.2,в). Дифманометр дозволяє скомпенсувати статичний тиск в ємності і перетвореною величиною є тільки гідростатичний тиск на рівні мембрани нижнього розподілювача дифманометра (рис.2,в). При вимірюванні рівня середовища, що знаходиться у двох фазах (рис.3.а), різниця тисків ΔР, що перетворюється в уніфікований вихідний сигнал по струму, дорівнює сумі гідростатичних тисків рідинної та парової фаз вимірюваного за рівнем середовища. В більшості випадків густина ₁ парової фази дуже мала, тому вимірюваний гідростатичний тиск зв’язаний тільки з висотою стовпа рідкої фази і визначається рівнем дзеркала рідкої фази густиною ₂.

а) б) в)

Рис.2. Гідростатичні рівнеміри.

Гідростатична різниця тисків ΔР стовпа рідини висотою Н у вертикально розташованому трубопроводі визначає також її густину  (рис.3,б).

а) б) в)

Рис.3. Гідростатичні: рівнемір а) рідини , що знаходиться у резервуарі в двох фазах; та густиноміри: б) і сильфонний - в).

На рис. 3,в приведена умовна схема датчика сильфонного густиноміра з безпосереднім вимірюванням тиску типу ПЖС з діапазоном вимірювань 500 — 2500 кг/м³, класом точності 1,5; 2,0; 2,5. У середині проточної вимірювальної камери 12 ПВП, через який протікає (вхід знизу) контрольована за густиною рідина і в якому забезпечується постійний рівень цієї рідини, знаходяться вимірювальні сильфони 1 і 4, а також допоміжний сильфон температурної компенсації 3. Всі сильфони залиті еталонною рідиною, густина якої відповідає початковому значенню діапазона вимірювань. Еталонна рідина може перетікати із одного сильфона в інший по трубках 11. Сильфони (їхні праві кінці) жорстко закріплені на рамі камери 12. Вільні ліві кінці сильфонів з’єднані з коромислом 2, яке по свому центру може провертатись на опорі, що теж закріплена на рамі корпусу ПВП 12. Із зміною густини рідини тиск на сильфони 4 та 1 також змінюється, але зміна тиску на сильфон 1 буде набагато меншою, так як він знаходиться під більшим гідростатичним тиском. Різниця між пружними деформаціями сильфонів 4 та 1 приводить до деякого провороту коромисла 2. До коромисла 2 на рівні допоміжного сильфона 3 підєднаний важель 5, який виводиться із вимірювальної камери ПВП через рухомий мембранний вивід 6 і з’єднується з важелем 7. Останній в свою чергу провертаючись в своїй опорі, передає переміщення, що виникло в ПВП, на відповідний вторинний прилад. Якщо важель 7 передає переміщення на пневмосиловий перетворювач сигналу, то тип приладу ПЖС-П , а якщо на електросиловий, то тип приладу ПЖС- Е), або, наприклад, на переміщення осердя ДТП, тощо. За зміни температури вимірюваного середовища, що протікає крізь ПВП, зміню­ється також об’єм еталонної рідини у вимірюваль­них сильфонах 1 та 4 і ці зміни компенсуються зміною об’єму рідини у допоміжному сильфоні 3.