Kiedy zachodzi konieczność monitorowania głębokości cieczy, warto wykorzystać hydrostatyczny pomiar jej poziomu. Jest to metoda oparta na zasadach fizyki, która niesie za sobą szereg korzyści. Główne z nich to przede wszystkim szybkość, prostota oraz duża precyzja. To właśnie dlatego jest ona powszechnie wykorzystywana w wielu różnorodnych branżach. Co więcej, stanowi kluczowy element zrównoważonego gospodarowania zasobami wodnymi. Czytaj dalej i dowiedz się więcej na ten temat. W dzisiejszy artykule zaprezentujemy Ci, jak działa hydrostatyczny pomiar poziomu wody. Przedstawimy również jego zalety oraz przykładowe zastosowania. Technologia ta ma w sobie wielki potencjał, który z całą pewnością zmieni Twoje podejście do monitorowania i zarządzania gospodarką wodną.
Czym jest ciśnienie hydrostatyczne?
Aby zrozumieć, jak działa hydrostatyczny pomiar poziomu wody, należy zacząć od krótkiego wyjaśnienia tego, czym jest ciśnienie hydrostatyczne. To właśnie na nim opiera się bowiem ta metoda pomiarowa.
Otóż ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie wytwarzane przez ciecz znajdującą się w spoczynku na inne ciała. Jego źródłem jest siła grawitacji działająca na ciecz. Ze względu na ciężar właściwy i siłę ciężkości ciecz wytwarza siłę nacisku, która powoduje, że ciśnienie hydrostatyczne rośnie wraz z wysokością napełnienia zbiornika bądź naczynia. Obserwowana zależność wynika z zasad fizyki, a dokładniej z Prawa Pascala, które głosi, że ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz rozchodzi się we wszystkich kierunkach jednakowo. Następuje to niezależnie od miejsca pomiaru oraz przebiegu ścian zbiornika.
Ciśnienie hydrostatyczne na zadanej głębokości jest więc równe niezależnie od tego, czy mamy do czynienia ze zbiornikiem zamkniętym, czy też otwartym. Ta wielkość fizyczna zależna jest więc jedynie od wysokości słupa płynu i jego gęstości. Jednostką ciśnienia hydrostatycznego w układzie SI jest paskal. Stosuje się jednak również inne jednostki, jak np. milimetr słupa rtęci mm Hg.
Jak działa hydrostatyczny pomiar poziomu wody?
Jak już wiesz, ciśnienie na dnie naczynia jest znacznie większe od ciśnienia wody w pobliżu jej powierzchni. Co więcej, nie zależy to od wielkości i kształtu zbiornika, tylko jego głębokości, co w gruncie rzeczy uważane jest za paradoks hydrostatyczny. Skoro więc tak się sprawy mają, za pomocą ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy w łatwy sposób określić można poziom wody. Wystarczy jedynie dokonać odpowiedniego pomiaru. Jak zatem działa hydrostatyczny pomiar poziomu wody?
Wystarczy jedynie zmierzyć ciśnienie pod statycznym słupem cieczy. Wzrasta ono wprost proporcjonalnie do wielkości słupa, przy czym na każdy metr głębokości wody ciśnienie w zbiorniku wzrasta o 100 mbar w stosunku do ciśnienia na powierzchni. Na podstawie zmierzonego ciśnienia hydrostatycznego i gęstości cieczy można więc w łatwy sposób obliczyć wysokość napełnienia zbiornika. O tym jednak za moment. Zacznijmy bowiem od początku, czyli…
Jak dokonać hydrostatycznego pomiaru poziomu wody?
Aby umożliwić wykonanie hydrostatycznego pomiaru poziomu wody, stworzone zostały specjalne zanurzalne przetworniki lub sondy poziomu. Oba czujniki są bezpośrednio zanurzane w mierzonym płynie i umieszczane jak najbliżej dna. W mocno zanieczyszczonych zbiornikach może dochodzić do zatykania czujników i portów ciśnienia. To niestety negatywnie wpływa na wynik pomiaru. W takich sytuacjach czujnik montowany jest w pewnej odległości nad dnem.
Jeśli zaś chodzi o położenie sondy hydrostatycznej, to może być ono dowolne. Dla wygody pomiaru najlepiej jest jednak, by mogła ona swobodnie zwisać w pozycji pionowej.
Zasada działania sondy hydrostatycznej
Chcąc poznać zasadę działania sondy hydrostatycznej, należy przyjrzeć się jej budowie. Jednym z kluczowych elementów tego narzędzia pomiarowego jest czujnik piezorezystancyjny, zwany również czujnikiem ciśnienia. To właśnie on dokonuje pomiaru, opierając się przy tym na zmianie oporu elektrycznego. Opór zmienia się wraz z działającą na niego siłą w postaci ciśnienia hydrostatycznego, przy czym ciecz znajdująca się w zbiorniku nie ma bezpośredniego kontaktu z czujnikiem. Sonda jest szczelna. Wynik pomiaru w postaci ciśnienia hydrostatycznego przetwarzany jest na sygnał prądowy.
Ważnym elementem konstrukcji sondy hydrostatycznej jest także kapilara znajdująca się w kablu zasilającym. Wyprowadzona jest ona na zewnątrz zbiornika, co umożliwia dokonanie pomiaru w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego.
Zasada obliczania poziomu wody
Wykonane wyżej działania umożliwiają pomiar ciśnienia hydrostatycznego, za pomocą którego określić można poziom zbiornika. Wyznaczenia poziomu cieczy dokonuje się według wzoru: P=h*g*ρ, przy czym:
P – ciśnienie hydrostatyczne [bar]
h – wysokość słupa cieczy [m]
g – stałe przyspieszenie ziemskie [m/s2]
ρ – gęstość cieczy [kg/m3]
Tym sposobem potwierdza się, że wartość ciśnienia zależna jest wprost proporcjonalnie od wysokości słupa cieczy. Wartość przyspieszenia ziemskiego i gęstość cieczy to bowiem wartości stałe.
Po przekształceniu powyższego wzoru otrzymamy: h=p/(ρ*g)
Jest to wzór na wyznaczenie poziomu cieczy. W przypadku wody stosuje się zasadę ogólną, która mówi, że ciśnienie 1 bar odpowiada wysokości napełnienia 10 m.
Jeśli jednak pomiar poziomu wody przeprowadzany jest w ramach czynności kontrolnych, to obliczenia powinny stać się bardziej precyzyjne. W różnych warunkach i zastosowaniach mogą być więc konieczne modyfikacje tego wzoru, uwzględniające dodatkowe czynniki, takie jak wpływ temperatury na gęstość oraz zależność siły ciążenia od miejsca pomiaru.
Zalety hydrostatycznego pomiaru poziomu wody
Hydrostatyczny pomiar poziomu wody to powszechnie stosowana elektroniczna metoda pomiarowa. Jej popularność wynika przede wszystkim z licznych zalet, jakie oferuje to rozwiązanie. Wśród nich wymienia się w szczególności:
– możliwość dokonywania pomiaru nawet w nieprzyjemnym środowisku,
– niezawodność,
– niski koszt instalacji,
– wysoka odporność i szczelność sondy pomiarowej,
– prosta obsługa narzędzi pomiarowych i ich solidne wykonanie,
– wysoki stopień bezpieczeństwa,
– precyzyjne wyniki pomiarowe,
– niezależność pomiaru od budowy zbiornika.
Bardzo dużą zaletą tej metody pomiarowej jest także to, że nie wymaga się przy niej spokojnego lustra wody. Na wynik pomiaru nie ma bowiem wpływu ruch cieczy, jej spienienie, zawirowania, drgania itp. Ma to szczególne znaczenie w przypadku oczyszczalni ścieków, gdzie spienienie stanowi powszechne zjawisko.
Kiedy wykonuje się hydrostatyczny pomiar poziomu wody?
Możliwości hydrostatycznych czujników pomiarowych są bardzo różnorodne. To przekłada się na ich niezwykle szerokie zastosowanie. Znacząco wykracza ono poza branżę wodociągową. Hydrostatycznego pomiaru poziomu cieczy dokonuje się również w:
– przemyśle spożywczym,
– przemyśle ciężkim,
– przemyśle paliwowym, naftowym,
– przemyśle stoczniowym,
– oczyszczalniach i zbiornikach ścieków,
– stacjach uzdatniania wody,
– zbiornikach retencyjnych,
– zbiornikach wody deszczowej,
– naturalnych zbiornikach wodnych,
– studniach głębinowych i akwenach wodnych.
Trudno wymienić wszystkie zastosowania tej metody pomiarowej. Na podstawie powyższych informacji można jednak wywnioskować, że stosuje się ją wszędzie tam, gdzie zachodzi konieczność dokładnego pomiaru poziomu cieczy. Jeśli zmagasz się z tym problemem, koniecznie zajrzyj na naszą stronę. Udostępniamy na niej wysokiej klasy sondy do wody i ścieków. Pośród asortymentu znajdziesz modele, które mogą zostać wykorzystane w zbiornikach z nieczystościami stałymi. To umożliwia ich zastosowanie w przepompowniach, oczyszczalniach i tłoczniach. Nasze sondy hydrostatyczne z powodzeniem zastosujesz zarówno w zbiornikach otwartych, jak i studniach głębinowych. Wysoka jakość wykonania przekłada się nie tylko na trwałość naszych produktów. Gwarantuje również ich wysoką dokładność. Wszystko to potwierdzone zostało przez niezbędne atesty i certyfikaty. Świadczą one o wysokiej jakości naszych sond i możliwości ich bezpiecznego użycia. W przypadku wątpliwości możesz także liczyć na naszą pomoc. Udzielimy Ci m.in. niezbędnego wsparcia technicznego oraz pomocy przy uruchomieniu.