2. Динамическое давление

2

№ = Ф-^-/, (5-19)

где ф _ коэффициент сопротивления или обтекания поплавка, зависящий от Формы его носовой и кормовой частей; р — плотность жидкости; vi — сред­няя скорость потока в сечении /—/.

164

165

3. Сила трения N потока о боковую поверхность поплавка

N = kx£f_t , (5-20)

здесь k — коэффициент, зависящий от числа Рейнольдса и степени шерохова­тости поплавка; v_K — средняя скорость* в кольцевом канале; п — показатель степени, зависящий от скорости.

В этой схеме уравнение равновесия сил примет вид G_B = (P_l-P^f+W+N,

откуда следует

(Рг-Р,)-^--_Г-~-- (5-21)

Для практических расчетов [20] можно пренебречь измене­нием сил трения N и динамического давления W. Тогда в урав­нении (5-21) правая часть остается постоянной для данного прибора, т. е. ротаметры можно считать расходомерами посто­янного перепада давлений^

Для определения функции преобразования ротаметра вос­пользуемся уравнением неразрывности потока

Q = v₁$₁ = v_tS_t (5-22)

и уравнением Бернулли для сечений /—/ и II—II (рис. 5-5):

iL₊M _{+ tl=}^₊«₊z,+ l|- (5-23)

pg 2g pg 2g 2g

где Pi, Vi, Si — среднее статическое давление, скорость и площадь потока в сечении /—/; /У, v₂, S₂ —среднее статическое давление, скорость и пло­щадь потока в сечении II—II; k_t и k₂ — коэффициенты неравномерности рас­пределения скорости в сечениях /—/ и II—II; Li и L₂ — высота сечений /—/ и //—// над некоторым уровнем.

Решая совместно (5-22) и (5-23) и обозначив:

S_K Pi Р₂

получим

I = (L₂—Li) ^гР ~ L% Li, Q = «oS_K|/ ^2(Pl~^Pg) -2gl • (5-24)

где 5_K — площадь кольцевого сечения, образованного конической трубкой / и наибольшим поперечным сечением поплавка 2 (рис. 5-5).

Это выражение аналогично функции преобразования расхо­домеров переменного перепада давления. Однако в ротаметрах p_l—P₂=AP=const и функция преобразования Q = KS_K является почти линейной. Это не означает, что имеется пропорциональ­ность между расходом и высотой h подъема поплавка. Для по­лучения равномерной шкалы необходимо соблюдать условие

Q ah,

где a=Qmax//*max — коэффициент пропорциональности.

В ротаметрах в верхней части поплавка делаются косые прорези, благодаря которым поток измеряемой среды приводит его в непрерывное вращение, центрируя его относительно трубки. Кроме того, вращение поплавка является средством контроля за состоянием прибора, указывая на отсутствие тре­ния и засорения.

В ротаметрах со стеклянными коническими трубками (типа PC) высоту подъема поплавка определяют визуально по поло­жению его верхней кромки. Шкала расхода нанесена штрихами на внешнюю поверхность трубки.

В случае измерения. стеклянными ротаметрами непрозрач­ных жидкостей (рис. 5-6, а) применяют цилиндрическую стек­лянную трубку / и цилиндрический поплавок 3 с отверстием посередине. Через отверстие проходит неподвижный стержень 2 -переменного сечения. Вращающийся поплавок перемещается вдоль стеклянной стенки, а отверстие переменного сечения со­здается внутри.

Г В наиболее распространенных ротаметрах типа РЭ (рис. 5-6,6) подвижное тело обтекания / связано с сердечни­ком 2 преобразователя электрической дифференциально-транс­форматорной системы передач показаний расхода на расстоя­ние (см. 9.3).

Новейшие модификации ротаметров выпускаются с выход­ными сигналами ГСП, в качестве измерительных приборов в этом случае применяются приборы ГСП (см. гл. 9, а также

Пи-Рабочее давление измеряемой среды в ротаметрах не дол­жно превышать 32 МПа, наибольшая допускаемая темпера­тура для стеклянных ротаметров 50 °С, а для остальных 150 °С. Верхний предел измерения для стеклянных ротаметров состав­ляет по воде 0,0025 м³/ч, а по воздуху 0,04 м³/ч. Классы точно­сти ротаметров в соответствии с ГОСТ 13045—67 установлены 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

На заводах-изготовителях жидкостные ротаметры градуиру­ются по воде, а газовые по воздуху. При применении ротамет­ров на других средах они определяют расход, если нормированы зависимости h — f(Q) и погрешности для конкретного вещества. В противном случае ротаметры являются индикаторами рас­хода сред.

Принцип действия поршневых расходомеров постоянного пе­репада давлений аналогичен принципу действия ротаметров; они отличаются только конструктивно.

Поршень / расходомера под давлением поступающей жидко­сти поднимается и открывает выходное отверстие 3 (рис. 5-7). Масса поршня и подвижной части с грузами 2 уравновешива­ется перепадом давлений до и после выходного отверстия. Вы­сота подъема поршня оказывается прямо пропорциональной ве­личине расхода при подборе специальной конфигурации сечения выходного отверстия (обычно квадратное). Поршень соединен с сердечником 4 преобразователя электрической дистанционной системы передачи.

Поршневые расходомеры применяются для измерения рас­хода вязких сред (при применении паровой рубашки). Они вы­пускаются на условный диаметр трубопровода 50 мм. Верхний предел измерения изменяется с помощью сменных грузов от 0,5 до 4 м²/ч. Расходомер рассчитан на измерение расходов сред с рабочим давлением до 1,6 МПа и температурой до 100 °С. Основная приведенная погрешность при работе с двумя измери­тельными приборами не превышает ±2,5 %•

Расходомеры постоянного перепада давления обладают ря­дом преимуществ по сравнению с расходомерами переменного перепада давлений (см. табл. 5-1): имеют практически равно­мерные шкалы и, следовательно, большой рабочий диапазон (z}p = q_max/q_mln=7—10:1); могут измерять малые расходы ве­щества; потери давления в них незначительны и не зависят от величины расхода; позволяют измерять расходы вязких (порш­невые расходомеры), мутных и агрессивных (поплавковые рас­ходомеры) жидкостей и газов с удовлетворительной точностью.

К недостаткам этих расходомеров следует отнести неболь­шие измеряемые расходы, невозможность применения ротамет­ров на вязких и загрязненных средах, а также необходимость индивидуальной градуировки на рабочих веществах.