静压式液位测量
垂直的流体柱由于重力作用在该流体的底部在柱的底部产生压力。 在所有其他因素相同的情况下,流体的垂直高度越大,压力越大。 该原理使我们能够通过压力测量来推断容器中液体的液位(高度)。
液柱压力
垂直的流体柱由于柱的重量而施加压力。 对于任何特定的流体(密度),无论容器的宽度或形状如何,柱高与柱底流体压力之间的关系都是恒定的。 此原理使得可以通过测量底部产生的压力来推断容器中液体的高度:
液柱高度和压力之间的数学关系如下:
其中,P =静水压力ρ=以千克/立方米(公制)为单位的液体质量密度或以每立方英尺(英制)为单位的弹头g =重力加速度γ=以牛顿/立方米(公制)或磅/英寸为单位的流体重量密度 立方英尺(英国)h =垂直流体柱在压力测量点以上的高度。
在大多数液位测量应用中,我们关心的是知道容器中容纳的液体的体积,并通过使用仪器感测液柱的高度来推断该体积。只要容器的横截面积在整个高度上都是恒定的,则液体高度将与存储的液体量成正比。当且仅当该液体的密度已知且恒定时,在容器底部测得的压力才能成比例地指示液体高度。这意味着在使用静压压力传感仪器时,液体密度是进行体积测量的至关重要的因素。如果液体密度随机变化,则任何基于静水压力的液位计或体积计的精度都会相应地不可靠。
但是,应该注意的是,只要容器在其整个高度上具有恒定的横截面积,则液体密度的变化绝对不会对液体质量的静水压测量产生任何影响。一个简单的思想实验证明了这一点:假设一个容器部分充满液体,并且在底部装有压力变送器以测量静水压力。现在想象一下,液体的温度在上升,从而使其体积膨胀并且密度比以前低。
假设没有添加液体到容器中或从容器中损失液体,则液位的任何增加都将严格由于体积膨胀(密度降低)而造成。该容器内的液位会上升,但是变送器会感应到与以前完全相同的静水压力,因为液位的上升可以通过密度的下降来精确抵消(如果h上升的原因与γ下降的原因相同,则P =γh必须保持不变!)。换句话说,无论液体密度如何变化,静水压力都与容器内容纳的液体量成正比。在需要或需要对液体进行真实质量测量(而不是体积测量)的应用中了解这一点很有用
差压变送器是最常用的压力传感设备,具有这种能力以推断容器内的液位。