Справочник по настройке промышленных гидростатических уровнемеров

Инфра-Инженерия 
Москва-Вологда 
2017 

ФЗ 
№436-ФЗ 
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11 

 

Справочник по настройке промышленных гидростатических уровнеме-  
           ров / А.А. Калашников. – М.: Инфра – Инженерия, 2017.– 194 с. 

ISBN 978-5-9729-0167-8Справочник содержит технические описания основных промышленных 
гидростатических схем измерения уровня, количественные данные и процедуры 
расчетов, позволяющие выполнить оценку систематических составляющих 
погрешности измерений и определить настроечные параметры 
измерительных каналов с учетом коррекции показаний. 
Справочник составлен с позиции практического инженера и будет полезен 
персоналу, осуществляющему пусконаладочные работы, техническое 
обслуживание и ремонт оборудования КИП, а также может представлять 
практический интерес для студентов и аспирантов технических 
вузов, специализирующихся в соответствующих областях. 

621.3:53.08731.21© Калашников А.А., автор, 2017 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2017 
ISBN 978-5-9729-0167-8621.3:53.08731.2117

ПРЕДИСЛОВИЕ .............................................................................................................. 4 
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ...................................................................................................... 5 
I. ОСНОВНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ 
ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД .................................................................... 6 
1.1 Измерение уровня в технологических емкостях под давлением ................. 6 
1.2 Измерение уровня в открытых технологических емкостях .......................... 9 

II. ОЦЕНКА СИСТЕМАТИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОГРЕШНОСТИ 
ИЗМЕРЕНИЙ УРОВНЯ ................................................................................................ 13 
2.1 Соотношения для расчетов систематической составляющей 
погрешности, вызванной несоответствием шкал измерений и фактической базы 13 
2.2 Соотношение для расчета систематической составляющей погрешности, 
вызванной изменением теплофизических характеристик рабочей среды ................ 17 
III. ПРОЦЕДУРЫ РАСЧЕТОВ КОРРЕКЦИИ ПОКАЗАНИЙ В ЗАДАЧАХ 
НАСТРОЙКИ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ УРОВНЕМЕРОВ ...................................... 19 
3.1 Коррекция показаний на фактическую базу ИК уровня ............................. 19 
3.2 Температурная коррекция показаний на «горячую» шкалу (за счет 
поправочных коэффициентов) ..................................................................................... 20 
3.3 Температурная коррекция показаний на «горячую» шкалу (за счет 
индивидуальной настройки первично-измерительного преобразователя) ............. 24 
3.4 Коррекция показаний на высоту гидростолба в импульсной линии ......... 25 
3.5 Коррекция показаний на номинальное значение плотности рабочей 
среды в открытой технологической емкости ............................................................. 26 
IV. ТАБЛИЦЫ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТИ 
ИЗМЕРЕНИЙ УРОВНЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПРАВОЧНЫХ 
КОЭФФИЦИЕНТОВ .................................................................................................... 27 
4.1 Теоретические основы составления таблиц ................................................. 28 
4.2 Применение табличных значений K1, B1 в расчетах погрешности 
измерений уровня и коррекции показаний ИК на «горячую» шкалу ...................... 28 
4.3 Область применения таблиц .......................................................................... 29 
4.4 Таблица значений максимальной погрешности и поправочных 
коэффициентов для состояния насыщения воды (по температуре) ......................... 30 
4.5 Таблица значений максимальной погрешности и поправочных 
коэффициентов для состояния насыщения воды (по давлению) ............................. 45 
4.6 Таблица значений максимальной погрешности и  поправочных 
коэффициентов .............................................................................................................. 59 
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….........189

С внедрением цифровых программно-технических комплексов в современной 
энергетике наблюдается спрос к повышению уровня автоматизации в 
части систем контроля и управления технологическим процессом. В частности, 
свое развитие получили новые методы по обработке измерительных сигналов 
от гидростатических уровнемеров, обеспечивающие выполнение автоматической 
коррекции показаний измерительных каналов в условиях динамически 
меняющихся технологических процессов. Реализация методов позволила  оптимизировать 
настроечные параметры измерительных каналов и повысить точность 
их показаний. 
Несмотря на данные успехи в области обеспечения достоверности показаний 
КИП, наблюдается нехватка учебно-методической литературы, которая 
бы учитывала новые подходы по настройке и корректировке показаний измерительных 
каналов уровня жидких сред. 
Настоящий справочник обобщает и систематизирует знания по настройке 
и современным принципам реализации коррекции показаний гидростатических 
уровнемеров энергетических объектов. 
Данные, приведенные в справочнике, применимы для любых областей 
промышленности, где осуществляются измерения уровня жидких сред гидростатическим 
способом (посредством датчиков давления/разности давлений). 

Настоящий справочник посвящен инженерной деятельности по настройке 
и коррекции показаний измерительных каналов уровня с датчиками давления/
разности давлений (осуществляющих измерения гидростатическим способом) 
на объектах энергетики. 
Справочник включает: 
- технические описания основных промышленных гидростатических схем 
измерения уровня жидких сред; 
- процедуры расчетов систематических составляющих погрешности измерений; 
- 
технические описания и порядок выполнения расчетов применяемых 
корректировок показаний промышленных гидростатических уровнемеров; 
- таблицы значений погрешности измерений и поправочных коэффициентов 
к гидростатическим уровнемерам в зависимости от термодинамических характеристик 
воды и водяного пара. 
Указанные в справочнике сведения позволяют выполнить анализ и оптимизировать 
настроечные параметры измерительного канала уровня, оценить 
достоверность показаний и определить необходимые поправочные коэффициенты, 
задаваемые в программно-технических комплексах из состава АСУТП 
современных производств. 
 
 

Организация измерений уровня посредством датчиков разности давлений 
(гидростатическим способом) для технологических емкостей, находящихся под 
давлением/разряжением, выполняется с применением однокамерных и двухка-
мерных уравнительных сосудов [4, 6]. Типовая схема измерения уровня с применением 
однокамерного уравнительного сосуда (УСО) приведена на рисунке 1. 

 
 
1 – технологическая емкость под давлением; 2 – однокамерный уравнительный сосуд (УСО); 
3 – штуцер (врезка плюсовой импульсной линии);  
4 – плюсовая импульсная линия (трубная проводка); 5 – коренные вентили;  
6 – штуцер (врезка минусовой импульсной линии); 7 – минусовая импульсная линия;  
8 – отсечные вентили; 9 – датчик разности давлений (ДД);  
ΔP – измеряемый перепад давлений; h1 – высота импульсных линий до нижнего штуцера;  
H – база уровнемера;  
h0 – расстояние от внутренней образующей дна емкости до нижнего штуцера;  
Lmax – максимальное измеряемое значение уровня;  
Lmin – значение уровня, соответствующее высоте нижнего штуцера 
 
При данной схеме измерений уравнительному сосуду сообщается давление/
разрежение со стороны технологической емкости, и на датчике разности 
давлений (ДД) в общем случае возникает перепад: 

ΔP = PΣ’’+’’ – PΣ’’-’’ = Pвн + ρ ил1g(h1+ H) – Pвн – (ρил2gh1+ ρсрgL) =  
= ρил1gH + (ρил1 – ρил2) g h1 – ρсрgL, 
(1) 

где  ΔP – измеряемый перепад давлений; 
PΣ’’+’’ – общее давление, оказываемое со стороны плюсовой линии; 
PΣ’’-’’ – общее давление, оказываемое со стороны минусовой линии; 
Pвн – давление/разрежение внутри технологической емкости; 
ρил1 – плотность среды в плюсовой импульсной линии и УСО; 
ρил2 – плотность среды в минусовой импульсной линии и УСО; 
g – местное ускорение свободного падения на площадке производственного 
объекта; 
h1 – высота импульсных линий до нижней врезки; 
H – база датчика уровня; 
L – уровень среды в технологической емкости; 
ρср – плотность рабочей среды в технологической емкости. 
При текущем значении уровня L > H + h0 (рисунок 1) гидростатическое 
давление ρсрg(L – H – h0) воздействует как на плюсовую, так и минусовую 
импульсную линию (ИЛ), в связи с чем компенсируется, и область измерений 
датчика ограничивается величиной фактической базы уровнемера H. В результате, 
измеряя разность давлений ΔP и задавая зависимость (1), определяется текущее 
значение уровня L на протяжении всей высоты базы H. 

Основные преимущества данной схемы измерения: 
1) рабочая среда в плюсовой импульсной линии и в технологической емкости 
находится под одним давлением; 
2) независимо от изменения плотности рабочей среды верхняя точка измерений 
уровня фиксирована и определяется местоположением уравнительного 
сосуда. 

Причины появления возможных неточностей показаний: 
1) несоответствие изначально заданных шкал измерений по отношению к
фактической базе уровнемера (эвентуально для тех случаев, когда на этапе проектирования 
не представляется возможным спрогнозировать точное место размещения 
УСО); 
2) изменение плотности рабочей среды в технологической емкости по отношению 
к значениям, которые учитывают настроечные параметры измерительного 
канала (ИК); 
3) разные температурные условия среды в технологической емкости и в
импульсных линиях; 
4) наличие разных фаз среды (например, воды и водяного пара) в технологической 
емкости. 

Применяемые корректировки показаний с целью исключения систематической 
погрешности: 
1) коррекция на фактическую базу гидростатического уровнемера (по
«холодной» шкале); 
2) температурная коррекция на плотность рабочей среды в технологической 
емкости (на «горячую» шкалу). 
Когда температура рабочей среды в технологической емкости равна температуре 
окружающего воздуха, соответствующая шкала измерений ИК, обес-

печивающая достоверность показаний, условно называется «холодной». Когда 
температура рабочей среды выше температуры окружающего воздуха, соответствующая 
шкала измерений условно называется «горячей». 
С целью обеспечения одинаковых температурных условий рабочей среды 
в плюсовой импульсной линии и в технологической емкости в промышленности 
применяются двухкамерные уравнительные сосуды (УСД). 

 
1 – технологическая емкость под давлением;  
2 – двухкамерный уравнительный сосуд (УСД); 3 – штуцер;  
4 – трубные проводки; 5 – камера с переменным уровнем среды (минусовая);  
6 – камера, в которой уровень среды поддерживается постоянным (плюсовая);  
7 – минусовая импульсная линия; 8 – плюсовая импульсная линия; 9 – коренные вентили;  
10 – отсечные вентили; 11 – датчик разности давлений (ДД) 
 
При наличии теплоизоляции за счет циркуляции рабочей среды в минусовой 
камере УСД поддерживаются одинаковые температурные условия в камерах 
сосуда и в технологической емкости [4, 6]. 
С учетом данных особенностей перепад давлений на датчике в общем 
случае описывается выражением: 
 
ΔP = PΣ’’+’’ – PΣ’’-’’ = Pвн + ρилgh1+ ρусдgH – Pвн – (ρилgh1+ ρсрgL) =  
= ρусдgH – ρсрgL, 

 
где ρил – плотность среды в импульсных линиях; 
ρусд – плотность среды в плюсовой камере (с постоянным уровнем среды) в 
УСД. 
Основные преимущества данной схемы измерения: 
1)рабочая среда в УСД и технологической емкости находится в одинаковых 
условиях как по давлению, так и по температуре; 
2)фактическая база уровнемера определяется размером двухкамерного 
уравнительного сосуда, что позволяет абсолютно точно задавать шкалу измерительного 
канала на этапе проектирования; 

3) импульсные линии (ИЛ), отходящие к датчику, трассируются в непосредственной 
близости друг к другу, что обеспечивает одинаковые температурные 
условия, и, следовательно, одинаковую плотность среды в обеих линиях. В 
связи с этим гидростолбы в ИЛ уравновешивают друг друга и не влияют на показания 
датчика разности давлений (ДД). 

Причина появления возможных неточностей показаний: 
1) изменение плотности двухфазной рабочей среды в технологической емкости 
по отношению к значениям, которые учтены в настройках измерительного 
канала; 
С целью исключения систематической погрешности измерений уровня, 
вызванной вышеуказанной причиной, по необходимости вводится температурная 
коррекция показаний на плотность рабочей среды (на «горячую» шкалу). 

Для организации измерений уровня в открытых технологических емкостях, 
сообщающихся с атмосферой (находящихся под атмосферным давлением), 
применяются гидростатические схемы измерения с использованием датчиков 
избыточного давления (ДИ) и разности давлений (ДД). 
Типовая схема измерения уровня с использованием датчика избыточного 
давления представлена на рисунке 3. 

1 – открытая технологическая емкость, сообщающаяся с атмосферой;  
2 – штуцер (место врезки импульсной линии); 3 – коренной вентиль;  
4 – импульсная линия (трубная проводка); 5 – отсечной вентиль;  
6 – датчик избыточного давления (ДИ); P – измеряемое давление; 
 h1 – высота импульсной линии;  
h0 – расстояние от внутренней образующей дна емкости до штуцера; 
 Lmax – максимальное измеряемое значение уровня;  
Lmin – значение уровня, соответствующее высоте нижнего штуцера 

При данной схеме измерений уровня температура среды в импульсной 
линии и в технологической емкости равна температуре окружающего воздуха. 
Измеряемое избыточное давление на датчике определяется суммой давлений: 
 
P = ρgL + ρgh1 = ρg(L + h1) 

 
где ρ – плотность среды в технологической емкости и в импульсной линии. 
Достоинством данной схемы является простота ее реализации. 
 
Основные недостатки: 
1)Изменение плотности рабочей среды приводит к «плавающему» верхнему 
пределу измерений уровня; 
2)Измерительная схема не имеет компенсации гидростолба в импульсной 
линии; 
3)Высота импульсной линии (ИЛ) должна быть соизмерима с диапазоном 
измеряемого уровня. С увеличением высоты ИЛ изменения уровня будут составлять 
меньшую долю от всей шкалы измерений датчика, что приводит к 
уменьшению рабочей области варьирования измерительного сигнала и, следовательно, 
к снижению помехоустойчивости показаний. 
 
Причины появления возможных неточностей показаний: 
1)отличие рабочего значения плотности среды от значения, в соответствии 
с которым выполнена настройка измерительного канала 
2)настройка измерительного канала без учета гидростолба в импульсной 
линии. 
 
Применяемые корректировки показаний: 
1)коррекция на номинальное значение плотности среды (по необходимости); 
2)коррекция показаний на высоту гидростолба в импульсной линии. 
Влияние гидростатического столба в импульсной линии на результаты 
измерений исключается при размещении датчика на уровне врезки (в этом случае 
h1 = 0), а также за счет применения уравнительного сосуда и датчика разности 
давлений (ДД). 
 
 
 
 

1 – открытая технологическая емкость;  
2 – штуцер (место врезки плюсовой импульсной линии); 3 – плюсовая импульсная линия;  
4 – однокамерный уравнительный сосуд; 5 – минусовая импульсная линия;  
6 – коренные вентили; 7 – отсечные вентили; 8 – датчик разности давлений (ДД) 

При данной схеме измерений среда в однокамерном уравнительном сосуде, 
также как и среда в технологической емкости, сообщается с атмосферой 
(находится под атмосферным давлением) и имеет температуру окружающего 
воздуха. 
При данном способе измерения на датчике ДД возникает перепад давлений: 

ΔP =PΣ’’+’’-PΣ’’-’’= Pатм + (ρgh1 + ρgL) - Pатм - ρgh1 = ρgL, 
(2) 

где Pатм – атмосферное давление. 
Из соотношения (2) видно, что гидростатические столбы в минусовой и 
плюсовой импульсных линиях уравновешивают друг друга, и область измерений 
уровня определятся самой шкалой измерений датчика ДД. 
В отличие от предыдущей схемы основной недостаток остается лишь в 
том, что изменение плотности рабочей среды приводит к «плавающиему» верхнему 
значению измеряемого уровня. 

Причина появления возможных неточностей показаний: 
1) отличие рабочего значения плотности среды по отношению настройкам
измерительного канала 

Применяемая коррекция показаний: 
1) коррекция на рабочее значение плотности среды (по необходимости).
В тех случаях, когда необходимо зафиксировать верхний измеряемый 
предел уровня уравнительный сосуд поднимается на соответствующую высоту.