Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark
Hydrostatisk niveaumåling, eller niveaumåling baseret på trykmåling, er en af de mest udbredte måder at måle niveau på. Princippet er enkelt at montere og kan tilpasses langt de fleste måleopgaver.
Hydrostatiske tryk sensorer anvendes til måling af niveauet i tanke eller beholdere, ved at aftaste det tryk, som væskesøjlens højde skaber på sensoren. Måleprincippet er egnet til niveaumåling af alle former for væske, der ikke er i bevægelse - det fysiske princip beskriver ”kun” virkningen af en stationær kraft, virkende på ét målepunkt. Denne kraft betegnes som det "hydrostatiske tryk".
Den vigtigste egenskab for hydrostatisk måling af niveauet er, at uanset formen og volumen af tanken / beholderen er det hydrostatiske tryk i målepunktet kun proportional med væskesøjlens højde. Det skyldes at statisk væske gennem sin vægtfylde og den fungerende kraft, tyngdekraften, genererer et hydrostatiske tryk, som stiger proportionalt med påfyldningshøjden - følgelig er det hydrostatiske tryk et direkte mål for fyldningsgraden af en tank eller beholder. Opmærksomheden skal dog rettes mod mediets vægtfylde, som vil påvirke måleresultatet, og såfremt der benyttes skiftende medier kan en nøjagtig måling kræve at der tages forbehold for disse ændringer.
Bemærk at systemet, grundet densitetsafhængigheden, også vil være afhængigt af mediets temperatur, der som bekendt også er med til at ændre densiteten.
Niveaumåling i trykløse tanke
Hydrostatisk niveaumåling i trykløse tanke er måling i tanke eller bassiner hvor der er kontinuerlig trykudligning, mellem den omgivende luft og gasfasen over væsken. I dette tilfælde er det altså det omgivende tryk, der presser på væskeoverfladen, og dermed påvirker hele systemet med en ekstra kraft der er lig barometertrykket - derfor anvendes en trykmåler med en målecelle for relativ trykmåling til opgaven. Denne type målecelle kompenseres til det omgivende tryk (ligesom tanken), og måleresultatet kompenseres derfor "automatisk" for virkningen af variationer i det omgivende tryk på væskeoverfladen, hvorfor det målte hydrostatiske tryk kun vil svare til højden af væskestanden.
Væskestanden i en åben tank/beholder kan beregnes efter følgende ligning:
h = p / ρ * g
hvor:
p = hydrostatisk tryk
r = Væskens vægtfylde
g = Tyngdekraften
h = Væskesøjlens højde
Som en simpel håndregel gælder for tanke/beholdere med vand, at et tryk på 1 bar (relativ) svarer til trykket fra en væskesøjle på 10 meter.
Niveaumåling i lukkede tanke
Målingen niveau i lukkede, gastætte beholdere, kræver en kompensation for det tillægstryk, som gasfasen over væskeoverfladen presser på denne med, idet det ekstra tryk vil fungere som en ekstra kraft på væskeoverfladen, et tryk som ”snyder” den hydrostatiske trykmåling i bunden af beholderen.
Effekten fjernes ved at kompensere med en ekstra trykmåling på gasfasen og beregning af den aktuelle væskehøjde udregnes som følger:
h = (p2 - p1) / ρ * g
hvor:
p2 = Hydrostatisk tryk
p1 = Gastrykket over væskeoverfladen
r = Væskens vægtfylde
g = Tyngdekraften
h = Væskesøjlens højde
Opgaven løses ofte med en differenstrykmåling, hvor højtrykssiden forbindes til bunden af tanken, mens lavtrykssiden forbindes, så den kan benyttes til kompensation for gastrykket over væskeoverfladen. Målesignalet fra differensmålingen vil derfor være et direkte udtryk for det hydrostatiske tryk (væskesøjlens højde).
Fordele og ulemper ved hydrostatisk niveaumåling
Hydrostatiske tryk og niveaumåling anvendes til mange forskelligartede opgaver på grund af den høje robusthed, høj pålidelighed og enkel installation af denne teknologi. Følgende kendetegn udgør den største fordele og begrænsninger i forhold til andre måleprincipper:
Fordele:
- Etableret måleprincip med høj pålidelighed
- Påvirkes ikke af forstyrrende faktorer som støv, skum, damp, forurenende stoffer mm.
- Målingen påvirkes ikke af væskens ledningsevne, dielektricitets konstant eller viskositet
- Måling er uafhængig af tankens geometri og eksisterende installeret udstyr
- Enkel installation uden behov for kalibrering eller justering
- Direkte kontakt med mediet
- Mange alternative udformninger gør princippet anvendeligt til de fleste opgaver
Begrænsninger:
- Kun egnet til væsker
- Præcise målinger kræver medier med ensartet vægtfylde
Læs mere om hydrostatisk niveaumåling hér