用于精确和可靠水平测量的新解决方案

2018年5月2日,星期三

诸如消防和水公用事业等重要系统随时依赖于水。缓冲罐是这些系统中的重要组件,并用作当地的水库,确保在需要时存在所需的水量。

水箱通常是一个“黑匣子”,可能很难确定在给定时间可用的水。因此,水箱通常配备某种水平的测量装置,这些设备可以提供精确的水量测量。

本文探讨了不同的水平测量方法,特别关注将压力传感器用作精确且可靠的解决方案。

从基本的模拟水平开关到更先进的数字压力传感器,有几种测量水箱水位的方法。在许多可能性中,静水压力已成为最可靠,最精确的方法之一。

可以使用水密度来计算水位。压力传感器可以帮助我们测量静水压力并定义水位柱。如有必要,可以使用储罐的几何形状来计算水量。

静液压水平测量的最重要的先决条件是所谓的“静液压悖论”或“ Pascalsches悖论”。该悖论描述了容器中的测量点中的压力取决于流体的填充高度,与容器的填充量和几何形状无关。

我们正在区分开放式或封闭容器中的水平测量。闭合容器和开放容器之间的最重要区别是,除了容器中介质的填充量外,环境压力的影响。该值对获取正确的测量数据的能力有很大的影响。

然而,重要的是要记住,密度可以随温度而变化。例如,在20°C下,水密度比80°C更高。同样,盐水的密度高于脱矿水。

1. P1 =环境压力(HPA):

环境压力取决于传感器应用在海平面上或应用条件(例如在加压室中)的位置的高度。

我们高于海平面,气压越低。例如,0 m海平面的环境压力为1013.25 hpa〜 = 1.013 bar,而在海平面上100m处,我们的环境压力为1000.3 hpa〜 = 1 bar。

2.ρ=液体密度(kg/m³)

每种材料都有特定的密度。密度是培养基质量和体积的商。ρ= m/v

(ρ是密度,m是质量,v是体积)

温度对培养基的密度有影响。培养基的密度随温度和压力的影响而变化。对于固体和液体,这种变化通常很小,但对于气体而言要大得多。

示例在20°C和0°C下在环境压力下的水密度:

0°C≈999.8395kg/m³

20°C≈998.2071kg/m³

3. g =重力(m/s²)

重力是我们计算中要考虑的重要因素,因为它对质量的所有事物都有影响。

重力的标准值为9.80665 m/s²。

4.超压(关闭容器)

封闭的非通风容器中的每个挥发性介质都可以在流体上方产生过压。由于缺乏通风,无法通过环境压力来补偿这种过压。

假设我们的一位客户需要一种解决方案,以在其新工厂的开放冷却水容器中进行水平测量。水容器的高度为890毫米,高度为2500毫米。正常水位为1500毫米,最低水位为500毫米。在最高水位1700毫米时,需要警报信号,以提醒员工切断水箱中的供水,以免溢出。

环境温度将在8°C和35°C之间。中等温度将为10°C至25°C。培养基是水。

客户要求在传感器的测量范围内,具有4至20 mA输出的传感器和准确性优于2%。过程连接和其他参数(电插头)是灵活的。

传感器将安装在水箱底部以测量水柱。

第一步是选择所有提到的数据并计算上述应用程序中媒体的最大压力:

容器类型:

开放(通风罐)环境压力影响
P1环境压力= 1000.3 hpa〜 = 1 bar
P2静水压力=?
储罐的H高度= 2500毫米= 2,5m
ρ在10°C下的水密度= 999.70 kg/m³
Hmax水柱= 1700 mm = 1,7 m
HNORM水柱= 1500 mm = 1,5 m
Hmin水柱= 500 mm = 0.5 m
Ø容器= 890 mm = 0,89 m
v容器体积=(π*d²)/4 h =(3,14*0,89m²)/4*1,7m =1,19m³
一个容器表面=π*d*h = 3,14*0,89m*2,5m =6,98m²


有了储罐的体积值,我们知道储罐中的最大水位将为1.19立方米或1190升。我们还知道水的密度为999.70 kg /m³或≈1kg /l。
这意味着容器中水的最大重量约为1190千克。
为了计算容器底部的压力,我们只需要ρ(水密度),G重力和水柱的最大高度。容器表面和体积不太重要。

计算:
p2 =ρÅg·hmax = 999.70kg/m^3 *9.81m/s^2 *1.70m = 16672kg/m *s²16.672kg/m *s²或pa(pascal)(16672 PA = 167 MBAR)

有了这些知识,我们可以为应用程序选择一个其他传感器。

对于开放式储罐,使用相对传感器来补偿环境压力的影响很重要。使用相对传感器(通风传感器),环境压力不会影响测量。

带代码编号的MBS 9200传感器。064G523是一个相对传感器,具有0至0.2 BAR(200 MBAR)压力范围,4至20 mA输出信号和精度TEB +-1.5%。

压力范围比必要的要高一些,但这对测量没有负面影响。

信号表看起来像这样:

传感器输出(MA) H水柱(CM) MBAR 功能
4 0 0 空容器
8 50 50.9 1分钟
12 100 101.8 2级
16 150 152.7 容器满
17.6 170 173.06 警报 - 切断阀门

对于封闭的容器,重要参数与打开容器相同。唯一的区别是,大多数封闭的容器都被加压,并且与环境压力没有通风。为了补偿此值,在容器顶部安装另一个传感器是有意义的。

如果容器被排气,我们必须考虑到计算中环境压力​​的影响。

应用示例:

如果我们在封闭的容器(无通风)中,带有蒸发的培养基,例如汽油,我们将在液体上方获得过压。这种超压将位于坦克的顶部,并且可以在不影响中等水平的情况下进行更改。这种过压必须由另一个压力传感器测量,因为被困在液体上方的气体会导致较高的静水压力,必须补偿这一点,以避免在水平测量上进行虚假值。

容器类型:

封闭(没有通风罐)过压的影响

P1超压= 80 hpa〜 = 80 mbar
P2静水压力= 150 hpa = 150 mbar
储罐的Htank高度= 2500毫米
ρ汽油= 750 kg/m³

我们想知道容器上的真实媒介级别。对于此计算,我们可以使用以下公式:

H中列=((P2-P1))/(((P *G))=(((150 MBAR-80MBAR)))/((750kg/m^3 *9.81mms/s^2))= 70mbar/(7357.57.5kg/m*s²)= 70mbar/73.5mbar = 0.95m

如果我们决定根据典型的流行气压进行估计的培养基值进行相同的计算,您将获得对填充水平的错误计算。这可能会导致申请过程中的关键错误。

在开放或封闭的容器中的另一个典型传感器应用是使用差压来定义未知或替代介质密度。如果我们将两个传感器安装在容器的中列中的两个不同点上,则可以实现这一点。重要的是要了解传感器之间的确切距离,以准确计算介质密度。

容器类型:

打开

P1超压= 6864.93 kg/m*s²= 6864.93 PA
P2压力= 16672kg/m*s²= 16672 PA
ρ密度=?
G重力= 9.81 ms/s²
HMAX媒介列= 1700 mm = 1.7 m
2传感器之间的HDIF差异= 1M

ƥ=((P2-P1))/(((HDIF*G))=((16672 kg/m*S2-6864.93 kg/m*s^2))/((1M*9.81 m/s²))=(9807.07 kg/m*s²)/(9.81 m/s²)= 999.70 kg/m³

我们现在可以说,容器中的介质密度为999.70 kg/m³。这等于21°C的水密度。

如果密度变化是由温度引起的,则可以安装温度传感器。

在计算水位时,压力传感器比传统的多层次开关更精确。如果储罐的表面积很大,那么这个精度至关重要,在这种情况下,较小的水位错误可能会掩盖储罐中缺少几立方米的水的事实。

压力传感器的精度允许优化水箱布局,即使用具有较大表面积的扁平储罐,同时,请放心,需要在需要时提供所需的水量。

运营期间的高可靠性和成本节省

高度可靠的精度传感器易于安装,并在安装过程中节省成本。传感器还提供了节省成本和可靠性方面的其他优势。

首先,压力传感器的快速响应时间可以实时测量储罐的水位。如果检测到任何异常情况,传感器会发送警报,这使操作员可以立即识别和修复泄漏或其他系统故障。

压力传感器还提供了长期稳定性,因此在使用寿命中进行了可靠的测量。

压力传感器可以与广泛的介质一起使用。与其他水平测量技术不同,压力传感器可以防止粘度或水中污染物变化的虚假测量。

Danfoss的水位压力传感器:MBS 9200和9300

  • 多功能,低压,数字传感器
  • 一般工业应用的9200型;海洋申请的9300类
  • 紧凑而轻巧,用于在不同设计中灵活使用
  • 压力范围为20至250 mbar
    提供自我诊断和自动警报
  • 不锈钢的外壳和湿部分(AISI 316L)