Ротаметры

Ротаметры — одна из разновидностей расходомеров обтекания, измерение расхода с помощью которых осуществляется по переме­щению некоторого тела (тела обтекания), размещенного в потоке ж идкости или газа, под действием динамического давления этого по­тока.

Ротаметр, построенный по схеме (рис. 10.4, а), содержит корпус, представляющий собой вертикальную коническую стеклянную труб­ку, в которой свободно перемещается цилиндрический поплавок, и шкалу.

Ротаметр, построенный по схеме (рис. 10.4, б), содержит диафраг­му, конический поплавок, металлический корпус, шток, с помощью которого поплавок соединен с измерительным преобразователем пе­ремещений.

При изменении расхода измеряемой среды, например при увели­чении под действием динамического давления, поплавок ротаметра перемещается вверх, при этом увеличивается площадь F_K поперечно­го кольцевого сечения между конической стенкой и цилиндрическим поплавком (рис. 10.4, а) или цилиндрической диафрагмой и кониче­ским поплавком. Это уменьшает сопротивление потоку среды. При каждом значении расхода (в пределах диапазона измерения ротамет­ра) имеет место равенство веса поплавка G„ и силы N, возникающей за счет действия разности давлений Р, — Р₂ на поплавок:

-2

N

Г

Рис. 10.4. Схемы ротаметров:

1 — корпус; 2 — поплавок; 3 — шкала; 4 — диафрагма;

5 — шток; 6 — преобразователь перемещения

G_n = (P_{-P₂)F₀, (10.7)

где F₀ — площадь наибольшего сечения поплавка.

Из выражения (10.7) следует:

P_i-P₂=G_n/F₀. (10.8)

Таким образом, при всех положениях поплавка перепад давлений на поплавке, а следовательно, и на ротаметре остается постоянным, поэтому ротаметры еще называют расходомерами постоянного перепа­да давлений.

Массовый G и объемный Q расходы измеряемой среды, проходя­щей через ротаметры, определяют выражениями, аналогичными

(10.3) и (10.4), которые с учетом выражения (10.8) можно представить в виде:

(Ю.9)

G=aFj2p(P_l-P₂)=aF 2р-+;

™IL

IPF₀

(10.10)

Q=aF_KJ-^(P‘ ^F2)=aF_K

Между площадью F_K поперечного кольцевого сечения и высотой Яподъема поплавка при коническом сечении стеклянной трубки (см.

F_K = koH, (10.11)

где k₀ — постоянный коэффициент.

Из выражений (10.9), (10.10) и (10.11) находим:

G= к\Н\ (10.12)

Q = к₂Н, (10.13)

где к_{ =ак₀ 2р— и к₂ =ак₀ — постоянные коэффициенты.

V ^0 V Р^О

Из выражений (10.12) и (10.13) следует, что как массовый, так и объемный расходы при прочих постоянных величинах пропорцио­нальны вертикальному перемещению поплавка, поэтому значение расхода при использовании ротаметра, показанного на рис. 10.4, а, определяют по положению поплавка на шкале. Обычно поплавок в таких ротаметрах снабжается нарезками, что придает поплавку вра­щательное движение (отсюда происходит название прибора), стаби­лизирующее его положение в потоке. Ротаметры такой конструкции чрезвычайно удобны для контроля потоков жидкости и газа, так как результат измерений может быть получен без каких-либо вспомога­тельных устройств. Они обеспечивают широкий диапазон измерений расходов жидкостей и газов и имеют классы точности 1,5—5,0.

В ротаметре, показанном на рис. 10.4, б, перемещения поплавка через шток передаются электрическому (обычно индуктивному или дифференциально-трансформаторному) преобразователю переме­щений, сигнал которого можно использовать в информационной системе или для регулирования расхода. Класс точности такого рота­метра 1,5—2,5.

10.5.