اندازه گیری سطح با استفاده از اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک

اندازه گیری سطح با استفاده از اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک،
در این مقاله با روش اندازه گیری سطح توسط فشار سنج و اندازه گیری فشار حاصل از ارتفاع سیال را بررسی میکنیم

فشارهیدرواستاتیک

فشار هیدرواستاتیک فشاری است که توسط یک سیال در حالت تعادل در نقطه معینی از سیال،بر اثر نیروی  گرانش وارد می شود. فشار هیدرواستاتیک متناسب با عمق اندازه گیری شده از سطح به دلیل افزایش وزن سیال که نیروی رو به پایین را  از بالا اعمال می کند،افزایش می یابد.
اگر سیال درون ظرفی باشد ، می توان عمق جسمی را که در آن سیال قرار دارد اندازه گیری کرد. هرچه جسم در سیال ، در فاصله ی عمیق تری قرار گیرد ، فشار بیشتری را تجربه می کند. این به این دلیل است که وزن مایع بالای آن بیشتر می شود. هرچه چگالی سیال بالای آن بیشتر باشد ، فشار بیشتری به جسم زیر آب وارد می شود ، به دلیل وزن سیال

اندازه گیری سطح با روش هیدرواستاتیک یک روش ساده و قابل اعتماد است. میتوان با استفاده از فشار سنج ها یا ترانسمیتر فشار استاندارد که در عمق خاصی (سطح صفر) نصب می شود،فشار هیدرواستاتیک را اندازه گیری کرد . سپس ترانسمیتر ، فشار ناشی از وزن مایع را که مستقیماً در بالای آن است را اندازه گیری می کند. به دلیل پارادوکس هیدرواستاتیک ، سنسور فشار حجم کامل مخزن بالای آن را اندازه گیری نمی کند ، بلکه فقط ستون مایع را به صورت عمودی بالای آن اندازه گیری می کند. بنابراین اندازه گیری سطح هیدرواستاتیک کاملاً تحت تأثیر شکل مخزن یا مخزن قرار نمی گیرد و فقط سطح را با وزن ستون مایع بالای آن اندازه گیری می کند. اگر مایع و وزن مخصوص آن مشخص باشد ، اندازه گیری فشار را می توان به عنوان فاصله از سطح صفر(zero level)، جایی که ترانسمیتر در آن قرار دارد ، تا سطح مایع محاسبه کرد.

اصل و فرمول

اساس اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک برای سطح به گونه ای است که فشار اندازه گیری شده با ارتفاع مایع در مخزن ، صرف نظر از حجم ، متناسب است. فشار با ارتفاع به شرح زیر است:

P = h.ρ.g

h = ارتفاع
ρ = چگالی نسبی سیال
g = شتاب ناشی از گرانش

برای چگالی ثابت ، تنها متغیری که تغییر می کند ارتفاع است. در واقع ، هر وسیله ای که می تواند فشار را اندازه گیری کند ، می تواند برای خواندن ارتفاع یک مایع معین کالیبره شود و می تواند برای اندازه گیری سطح مایع در ظروف تحت شرایط جوی مورد استفاده قرار گیرد.

نحوه عملکرد

مبدلهای فشار هیدرواستاتیک همیشه از غشایی تشکیل شده اند که به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی به یک عنصر مبدل وصل شده است. عنصر مبدل می تواند بر اساس فناوری هایی مانند سلف ، خازن ، کرنش سنج یا حتی نیمه هادی باشد.

یک سنسور فشار در معرض فشار سیستم قرار دارد و بنابراین باید در پایین یا نزدیک مخزن نصب شود. در شرایطی که امکان نصب سنسور به طور مستقیم در کناره ظرف در عمق مناسب وجود ندارد ، می توان آن را از بالای ظرف نصب کرد و در سیال در انتهای میله یا کابل قرار داد. این روش معمولاً برای کاربردهای مخازن و چاههای عمیق استفاده می شود.

اگر استفاده از نازل های کششی یا لوله های بلند اجتناب ناپذیر است ، اقدامات احتیاطی لازم است تا از سخت شدن یا یخ زدن سیال در خط لوله اطمینان حاصل شود. سنسور نباید مستقیماً روی جریان محصول نصب شود ، زیرا فشار اندازه گیری شده بسیار زیاد است و میزان اندازه گیری دقیق نخواهد بود.

مزایا

• اندازه گیری سطح یا حجم
• مونتاژ و نصب ساده
• سهولت در تنظیمات
• دقت مناسب
• قابل اطمینان به دلیل آزمایش های فراوان در اصل اندازه گیری

معایب

• وابستگی به چگالی نسبی مواد دارد
• اندازه گیری دقیق مستلزم وجود سیال با چگالی ثابت یا اندازه گیری چگالی پیوسته فرایند است
• نامناسب برای اندازه گیری سطح مواد جامد پودری