Hydrostatic pressure plays a major role in all applications and activities that take place in liquids. This includes, among other things, pressure measurement in the industrial sector. With us, you will learn how hydrostatic pressure is defined, how it works and what effects its behavior has on measurement. Learn more!
The pressure in a fluid at rest (non-fluid), on which a homogeneous gravitational field acts, is called hydrostatic pressure. The higher the liquid column, the higher the pressure at the bottom of the tank. Thus, the hydrostatic pressure in a liquid increases with depth.
Similarly, the pressure depends on the density of the liquid. A liquid with a high density, such as water, exerts more pressure on the bottom than a liquid with the same volume but lower density, such as oil.
The external pressure also affects the pressure of the test liquid. For example, atmospheric pressure corresponds to the pressure exerted on the earth's surface by the weight of a column of air whose height is equal to the thickness of the earth's atmosphere. The average value of atmospheric pressure at sea level is 1013.25 hPa.
In open tanks, the liquid pressure is the sum of the pressure due to weight at a certain height and the atmospheric pressure above the level. In closed tanks, the external pressure is equal to the pressure above the surface of the liquid.
As mentioned above, the physical quantities that affect the hydrostatic pressure ph:
The unit of pressure is Pascal [Pa], the basic SI unit of pressure. It is defined as the pressure of gravity F of 1N on a surface of 1 m2. Here, the value of 1N corresponds to the force defined as the unit of mass of 1 kilogram multiplied by the acceleration due to gravity g = 10m/s2.
Betrachten Sie den Druck am Boden eines offenen Behälters mit Wasser bei 4 °C. Die Dichte der Flüssigkeit ist ρ = 1000 kg/m3. Die Höhe h des Wassers im Tank beträgt 15 m. Unter der Annahme eines atmosphärischen Drucks von 1013,25 hPa und der Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2 beträgt der Druck der Flüssigkeit am Boden des Tanks:
ph = 1000 kg/m3 × 9,81m/s2 × 15m + 1013,25hPa
ph = 1481,6hPa + 1013,25hPa =2494,85hPa = 2,49 bar
Der tatsächliche Wert des Drucks am Boden des betrachteten Tanks beträgt 2,49 bar, wobei die Hälfte dieses Werts aus dem externen Druck besteht. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses ist es nicht möglich, die Höhe der Flüssigkeitssäule zu berechnen, da das Ergebnis die Summe aus hydrostatischem Druck und variablem atmosphärischem Druck ist. Daher wandeln Druckmessumformer die Differenz zwischen den Druckmessungen am Boden des Tanks und über der Oberfläche der Flüssigkeit um. Auf diese Weise wird der Einfluss des Außendrucks kompensiert.
Ein Meter Wassersäule erzeugt einen hydrostatischen Druck von etwa
0,1 bar.
Die Formel und die obigen Berechnungen verdeutlichen, dass es nicht notwendig ist, das gesamte Volumen des Behälters zu kennen, um den Druckwert zu berechnen. Die notwendigen Informationen sind die Dichte der Flüssigkeit als unabhängige Eigenschaft des geprüften Mediums und die Höhe der Flüssigkeitssäule. Daraus ergibt sich eine bestimmte Eigenschaft, die als hydrostatisches Paradoxon bezeichnet wird. So beschreibt das hydrostatische Paradoxon ein Phänomen, bei dem der Druck am Boden eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters nicht von der Form des Gefäßes und dem Volumen der Flüssigkeit abhängt. Der Druck der Wassersäule ist immer derselbe.
The installation position of the sensor diaphragm is irrelevant for hydrostatic measurement. The pressure acts in all directions at any altitude. A pressure transmitter can be mounted on the side of the tank or suspended in the tank as a level probe. Only the mounting height is decisive for the measurement result - the measurement takes place from a complete covering of the diaphragm.
