1.4. Ротаметри.

Потік рідини або газу, що протікає від низу до верху в конічній скляній трубці 1 ротаметра (рис. 3.2), піднімає поплавець 2 до тих пір, поки переріз кільцевого каналу між поплавцем і трубкою не досягне величини, при якій сили, що діють на поплавець, врівноважуються. Висота установки поплавця при цьому відповідатиме певному значенню витрати, ліченому за шкалою на трубці приладу або переданому дистанційно за допомогою фотоелектричної передачі за принципом

"освітлювач - поплавець - фотоелемент - вимірювальний прилад".

Рис.3.2

Поплавець, виготовлений з алюмінію, сталі, бронзи, ебоніту або пластмаси, як правило, має обід з косими канавками. Вони викликають обертання поплавця при русі рідини і центрують його, запобігаючи тертю об трубку. Є ротаметри, в яких поплавець не обертається, а трубка виконана з металу (для виміру витрати середовищ з підвищеним тиском). У цих випадках поплавець може мати хвостовик-покажчик, який рухається в кармані з прорізом, закритим товстостінним склом. Для дистанційної передачі показів ззовні трубки ротаметра може встановлюватися катушка індуктивності, в якій роль сердечника виконує феромагнітний поплавець. Розглянемо умову рівноваги поплавця ротаметра.

На поплавець, що має площу найбільшого поперечного перерізу , об'єм і густину , діють наступні сили: зверху униз — сила тяжіння ; знизу уверх — різниця сил статичного тиску перед і за поплавцем за рахунок перетворення частини потенціальної енергії потоку в кінетичну у вихідній частині кільцевого каналу, архімедова сила, сила динамічного тиску (де - коефіцієнт опору, який залежить від форми поплавця; - середня швидкість потоку, що набігає на поплавець) та сила тертя потоку на бічній поверхні поплавця .

Тоді рівняння рівноваги поплавця приймає вигляд

,

звідки маємо

.

Якщо при відносно грубому розгляді знехтувати залежністю і від витрати рідини, то можна вважати , тому ротаметри наближено відносять до витратомірів постійного перепаду тиску. Точно кажучи, перепад тиску на поплавці дещо зменшується із зростанням витрати. Перепад же повного тиску на всьому ротаметрі із зростанням витрати збільшується з урахуванням втрати напору на приєднувальних штуцерах або фланцях.

1.5. Точність вимірювання витрати.

Середньоквадратична похибка вимірювання витрати витратомірами змінного перепаду тиску складає ±(1...3,5)% (нижня межа по абсолютній величині забезпечується при досить ретельних виготовленні, монтажі і експлуатації витратомірів). Похибка вимірювання витрати ротаметрами досягає ±2,5%.

2. Лабораторна установка

Призначена для градуювання витратоміру змінного перепаду тиску з перетворювачем витрати у вигляді звужувального пристрою (діафрагми) або гідравлічного опору. Схема установки зображена на рис. 3.3. Перетворювач витрати 1 встановлений в горизонтальному трубопроводі 2 діаметром , витрату води в якому можна змінювати за допомогою вентиля 3. Перепад п'єзометричних висот на перетворювачі витрати вимірюється по П-подібному диференціальному манометру (п'єзометрам) 4. Значення відповідної витрати рідини через градуйований витратомір визначається об'ємним способом — за допомогою мірника 5 з рівнеміром, а також хронометра 6. За перетворювачем витрати у трубопроводі встановлені термометр і вентиль, який при необхідності служить для підвищення положення рівнів і в п'єзометрах при малих витратах (можлива спільна робота з вентилем 3 при регулюванні витрати).

Рис.3.3