2.2.5.2 Витратоміри обтікання

Загальна характеристика

Витратомірами обтікання називаються прилади, засновані на залежності від витрати речовини переміщення тіла, що сприймає динамічний тиск його потоку, що обтікає.

Тому що потік обмежений стінками трубопроводу, то умови обтікання тіла будуть істотно відмінними від умов обтікання такого ж тіла, поміщеного у вільний потік. У більшості випадків між стінками труби й обтічним тілом залишається досить невеликий прохідний переріз кільцевої форми. У цьому перерізі створюється значна швидкість за рахунок відповідного падіння тиску, тому на обтічне тіло крім динамічного тиску діє також і різниця статичних тисків.

Форми обтічних тіл різні: поплавець, поршень, куля, диск, крило тощо. У більшості приладів обтічне тіло переміщується прямолінійно, звичайно уздовж своєї вертикальної осі. В особливій групі приладів тіло повертається навколо осі підвісу. Величина переміщення або кута повороту є мірою витрати.

Характер роботи розглянутих витратомірів залежить від того, чи створюється протидіюча сила тільки вагою тіла або ж ще й іншим способом, наприклад за допомогою пружини. Витратоміри системи обтікання класифікуються в такий спосіб.

А Витратоміри постійного перепаду тиску (обтічне тіло вільне): ротаметри; поплавкові; поршневі.

Б Витратоміри з перепадом тиску, що змінюється, (обтічне тіло вільне):

        поплавково-пружинні;

        поплавково-архімедові;

        кулькові з рухом у криволінійній трубці.

В Витратоміри з поворотною лопаттю: з вантажним зрівноважуванням; із пружинним зрівноважуванням; компенсаційні.

Рисунок 2.20  Схеми витратомірів обтікання

 

Схеми основних типів витратомірів обтікання показані на рисунку 2.20. Ротаметр (рисунок 2.20, а) являє собою конічну, скляну трубку, що розходиться вгору, усередині якої переміщується поплавець. Шкала наноситься безпосередньо на скляній трубці. У поплавкового витратоміра (рисунок 2.20, б) конічний поплавець переміщується в тонкому круглому отворі. Маються й інші форми поплавців, наприклад дисковий, що переміщується в конічному сідлі подібно зображеному на рисунку 2.20, в. У поршневому витратомірі (рисунок 2.20, г) обтічним тілом є поршень, що рухається усередині втулки, що має одне або кілька бічних отворів. Поплавкові і поршневі витратоміри звичайно забезпечуються електричним або пневматичним перетворювачем ходу поплавця або поршня. Зв'язок з перетворювачем здійснюється за допомогою штока, що закріплений на обтічному тілі. Іноді кінець штока безпосередньо зв'язаний з відліковим пристроєм. Усі ці прилади засновані на вимірі вертикального переміщення тіла, що змінює при цьому площу прохідного отвору, тому перепад тиску по обох сторін поплавця залишається майже постійним.

Поплавково-пружинний витратомір з віссю, перпендикулярною до потоку, і вертикальним переміщенням поплавця, зображений на рисунку 2.20, в, а з віссю, рівнобіжної потокові, і горизонтальним переміщенням поплавця — на рисунку 2.20, д.  У цих приладах, як, наприклад, на рисунку 2.20, д, площа прохідного отвору може не мінятися при переміщенні поплавця. У поплавково-архімедовому витратомірі роль пружини виконує архімедова сила  зміна гідростатичного тиску на тіло, зв'язане з поплавцем.

Кульковий витратомір показаний на рисунку 2.20, е. У вигнутій по дузі окружності звичайно скляній трубці постійного перерізу, під тиском потоку переміщується кулька. Протидіючою силою є проекція ваги кульки на вісь трубки. Перепад тиску в приладі є пропорційний квадратові витрати.

Схеми витратомірів з поворотною лопаттю зображені на рисунку 2.20, ж, з.  У першому випадку площина лопаті перпендикулярна до потоку, у другому  вона рівнобіжна потокові. Зі збільшенням витрати лопать повертається навколо осі підвісу. Кут повороту є мірою витрати. Протидіюча сила створюється вагою крила або деформацією пружини. Маються також компенсаційні витратоміри, у яких тиск на лопать врівноважується сторонньою силою, наприклад тиском стиснутого повітря.

З усіх перерахованих витратомірів обтікання найбільш широке поширення одержали ротаметри. Потім, порівняно часто, застосовуються поплавкові витратоміри і витратоміри з поворотною лопаттю. Інші зустрічаються рідко. Ротаметри застосовуються для виміру невеликих витрат рідини і газу, що мають незначний тиск. Витратоміри поплавкові і з поворотною лопаттю можуть застосовуватися при більш значних тисках і при великих витратах. Витратоміри обтікання порівняно прості пристрої та надійні в роботі.