Teorija

Merjenje globine s pomočjo neidealne žice



V primeru merjenja višine gladine z žico bomo izkoristili njeno neidealno lastnost. V splošnem privzamemo, da žice nimajo upornosti v našem primeru pa bomo ravno njihovo specifično upornost izkoristili za merjenje oddaljenosti gladine.
Za meritev potrebujemo napetostni izvor, dva kosa čimbolj uporne žice in ampermeter, ki jih povežemo kot kaže skica. Ker električni tok vedno poišče pot z najmanjšim uporom bo tekel po prvi žici do gladine, preko tekočine do druge žice in nato po njej nazaj do izvora.
V izpeljavi toka skozi celoten kroga v odvisnosti od oddaljenosti gladine bom upošteval naslednje oznake:

H – višina kjer na žice priklopimo izvor ter ampermeter, v nadaljevanju merilna točka
Ha – absolutna višina gladine
h – oddaljenost od gladine do merilne točke
R1 – upor žice med gladino in merilno točko
d – razdalja med žicama
R0 – upor tekočine med žicama
L – dolžinski upor žice (presek žice je konstanten zato lahko vpeljemo dolžinski upor)
U – napetost na izvoru
I – izmerjen tok
Vse vrednosti razen I, h in R1 so konstante, ki jih izmerimo oz. empirično določimo.

Celoten upor kroga sestavljata dve žici ter upor tekočine, ker smo izbrali dve enaki žici, ki smo ju priklopili na ampermeter na isti višini H, lahko izraz zapišemo kot:

R = 2R1 + R0                                                            (enačba 1)

Upor žice je odvisen od njene dolžine med merilno točko in gladino tekočine

R1 = L*h                                                                   (enačba 2)

Tok skozi upor lahko izrazimo iz Ohmovega zakona kot

I = U/R                                                                      (enačba 3)

Najprej združimo prve tri enačbe ter nato izrazimo h

I = U/(2Lh + R0)

h = U/(2IL)-R0/2L                                                        (enačba 4)

Višina je od toka torej odvisna kot 1/I. V primeru da potrebujemo absolutno višino moramo h odšteti od višine merilne točke

Ha = H – h                                                                (enačba 5)

Pri meritvi moramo biti pazljivi, da imamo res enakomerno uporno žico in da ne presežemo napetosti za elektrolizo (ki jo v vodi sprožimo že pri nekaj V), saj lahko vpliva na prevodnost tekočine in torej na R0.

¸

Merjenje globine s pomočjo ultrazvoka

Pri merjenju pozicije gladine z ultrazvočnim merilcem moramo paziti da se zvočni val ne odbije od predmeta bližje od gladine. Druga omejitev pa je ta da merilec ne meri razdalje manjše od nekje 40 centimetrov. Ta omejitev je zaradi pulzne meritve in odbiti val pride nazaj do merilca prehitro da bi ta zaznal. Od merilca se val razširja v stožcu pod kotom okoli 15°. To pomeni da bi morala biti površina gladine vsaj premera 26.5 cm da ne pride do nezaželenih odbojev. Naša naloga je pa da merimo gladino ne glede na obliko posode. Sepravi, tem bolje je če merimo na manjši površini.

Vendar so opazili da ultrazvočni merilec dobro deluje v cevi premera nekje 5 cm. To bi razložili z dejstvom da se od gladke cevi val ne odbija navzgor, in najprej pride nazaj do merilca odboj ki je šel pravokotno na gladino.

Torej pri merjenju moramo paziti da je cev gladka, brez kapljic, da je daljša od 45 centimetrov, detektor se ne sme dotikati cevi in med njim in cevjo mora biti odprtina.